In dit artikel presenteren we een protocol om microtubule-geladen oligodendrocyten te detecteren in een model van tubulinopathie door middel van een eenvoudige, innovatieve tweede harmonische generatie microscopiebenadering.
Methodenartikel
In dit artikel presenteren we een protocol om microtubule-geladen oligodendrocyten te detecteren in een model van tubulinopathie door middel van een eenvoudige, innovatieve tweede harmonische generatie microscopiebenadering.
De bevredigende visualisatie van cytoskeletale componenten in de hersenen is een uitdaging. De alomtegenwoordige verdeling van de netwerken van microtubuli, microfilamenten en intermediaire filamenten in alle neurale weefsels, samen met de variabiliteit in de uitkomsten van fluorescente eiwitfusiestrategieën en hun beperkte toepasbaarheid op dynamische studies van antilichamen en geneesmiddelen als chromofoorvoertuigen, maken klassieke optische benaderingen niet zo effectief als voor andere eiwitten. Wanneer tubuline moet worden bestudeerd, is de labelvrije generatie van tweede harmonischen een zeer geschikte optie vanwege de niet-centrosymmetrische organisatie van het molecuul. Deze techniek, wanneer geconjugeerd aan microscopie, kan kwalitatief de volumetrische verdeling van parallelle bundels microtubuli in biologische monsters beschrijven, met als bijkomend voordeel dat het werkt met verse weefsels die niet-gefixeerd en niet-gepermeabiliseerd zijn. Dit werk beschrijft hoe tubuline kan worden afgebeeld met een commerciële tweede harmonische generatie microscopie-opstelling om microtubuli in de met tubuline verrijkte structuren van de oligodendrocyten te markeren, zoals bij hypomyelinisatie met atrofie van de basale ganglia en cerebellum (H-ABC) tubulinopathie, een recent beschreven myelinestoornis.
De optische beeldvorming van cytoskeletale structuren in weefsels en orgaanpreparaten is geen gemakkelijke taak. Cytoskeletale filamenten zijn alomtegenwoordig, dus als generieke kleuring wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld tegen alfa-tubuline of bèta-actine of mogelijk keratine in een epitheelmonster, zal het signaal waarschijnlijk vrij homogeen over het monster worden verdeeld. Om de kleuring te beperken tot een meer betekenisvolle subset van cellulaire componenten, kan men transgene muizen gebruiken met gerichte expressie1 of van plan zijn om isovormspecifieke antilichamen te gebruiken. Hoewel er maar heel weinig van deze laatste op de markt zijn (en er maar heel weinig bestaan 2,3,4), kan een transgeen diermodel beschikbaar zijn. Het moet echter door het laboratorium worden verworven en op de juiste manier worden gehuisvest, met alle kosten die met het proces gemoeid zijn. Bepaalde antilichamen of chemicaliën, bijvoorbeeld fluorofoor-geconjugeerde geneesmiddelen zoals falloïdine of paclitaxel, kunnen gedeeltelijk of volledig onverenigbaar zijn met gebruik in levende cellen of weefsels, waardoor hun toepasbaarheid beperkt blijft tot alleen studies van vaste monsters.
In het geval van tubuline moet rekening worden gehouden met een bijkomend aspect, namelijk de gevoeligheid van het polymeer voor fixatie. Conventionele chemische fixatie met formaldehyde staat erom bekend dat het niet geschikt is om de integriteit van microtubuli optimaal te behouden5. Bovendien bevestigt een recent rapport dat formaldehyde-crosslinking subtiele veranderingen in de ultrastructuur van de microtubule induceert, vergelijkbaar met wat er gebeurt met de binding van sommige geneesmiddelen of fysiologische moleculen zoals GTP6.
De directe visualisatie van microtubuli in niet-gekleurde, niet-gefixeerde monsters is daarom vaak wenselijk. Om dit te bereiken, is een technische oplossing tweede harmonische generatie (SHG) microscopie7, die is gebaseerd op het vermogen van bundels parallelle microtubuli om als harmonoforen te fungeren en om frequentieverdubbeld licht uit te zenden wanneer het goed wordt verlicht met een intense, gepulseerde infraroodlaser. Hoewel een sterker en stabieler tweede harmonisch signaal kan worden gegenereerd uit collageen en myosine, de enige andere twee biologische materialen waarvan bekend is dat ze in staat zijn tot frequentieverdubbeling, is het signaal van tubuline tot nu toe vooral gebruikt om mitotische spindelherschikkingen 8,9,10 en axonale microtubulimorfologie 11,12,13 te bestuderen.
In dit werk introduceren we een nieuw gebruik van SHG-microscopie als een diagnostisch hulpmiddel om weefsels van het centrale zenuwstelsel (CZS) die zijn aangetast door tubuline bèta 4 A (TUBB4A) tubulinopathie te onderscheiden van hun gezonde tegenhangers14. Sommige van de mutaties die optreden in deze overwegend neurale isovorm van tubuline, zoals die welke hypomyelinisatie en atrofie van de basale ganglia en het cerebellum (H-ABC) veroorzaken, induceren microtubuli-overvulling in de oligodendrocyten15,16; de cytoskeletale veranderingen zijn op hun beurt geassocieerd met stroomafwaartse effecten zoals dysmyelinisatie, met diepgaande aantasting van de motorische en sensorische paden 16,17,18,19. Het taiep murine-model dat in dit werk wordt gebruikt, toont abnormaal microtubuligehalte in de oligodendrocyten en recapituuleert de meeste sensorisch-motorische symptomen van H-ABC-patiënten17. Het protocol legt uit hoe structuren kunnen worden afgebeeld als het corpus callosum en het cerebellum, die meestal sterk gemyeliniseerd zijn en die ernstig zijn aangetast bij menselijke patiënten en bij de taiep rat19, om de verschillen in SH-signalen tussen gezonde en mutante weefsels te benadrukken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle beschreven procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de wetten en codes die zijn goedgekeurd in de zevende titel van de verordening van de algemene gezondheidswet met betrekking tot gezondheidsonderzoek van de Mexicaanse regering (NOM-062-ZOO-1999) en in overeenstemming met de aanbevelingen van de National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Experimental Animals en werden goedgekeurd door het institutionele comité voor bio-ethiek in onderzoek van de Universidad de Guanajuato en Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.
1. Microscoop instellingen
2. Microscoop voorcontroles
OPMERKING: Voer de voorlopige microscoopcontroles eenmaal uit, tenzij de instelling wordt gewijzigd.
3. Weefselextractie
OPMERKING: Gebruik altijd schoon gereedschap om de chirurgische ingrepen uit te voeren.
4. Vibratome sectie
5. Breng over naar de microscoop
6. Beeldvorming
7. Verwerking van het cerebellum
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De beelden die met deze methodologie worden verkregen, hebben een intrinsiek laag achtergrondniveau vanwege het zeer beperkte aantal harmonoforen in biologische weefsels, wat een van de belangrijke voordelen van de methode is.
Wanneer de vezels van het corpus callosum in beeld worden gebracht, zijn vezelachtige korte structuren en afgeronde elementen consistent te vinden in het taiepbrein (figuur 3B), terwijl het corpus callosum van het controlebrein een ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
SHG-microscopie maakt deel uit van een groep niet-lineaire optische technieken, waaronder twee-foton excitatiemicroscopie, derde harmonische generatie microscopie en coherente anti-Stokes Raman verstrooiingsmicroscopie, die hebben bijgedragen aan het uitbreiden van het scala aan toepassingen van conventionele optische microscopie naar de levenswetenschappen20.
In het bijzonder hebben de belangrijkste sterkte en zwakte van SHG-microscopie betrekking op dezelfde toestand:...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen.
Dit werk werd ondersteund door Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) door middel van de volgende subsidies: infrastructuren 226450 tot VP-CIO, infrastructuren 255277 tot V.P. en FORDECYT-PRONACES/194171/2020 tot V.H. We erkennen de steun van Juvenal Hernández Guevara bij CIO bij het maken van video's.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 405/10 nm BrightLine(R) single-band bandpass filter | Semrock | FF01-405/10-25 | 32 mm diameter, met behuizingring |
| Black Nylon, Polyurethane-Coated Fabric | Thorlabs | BK5 | 5' x 9' (1.5 m x 2.7 m) x 0.005" (0.12 mm) Dik |
| Blades voor vibratome | elke commerciële; b.v. Wilkinson Sword | Klassieke roestvrijstalen dubbelzijdige scheermessen | |
| Celcultuur schalen, 35 mm | elke commerciële; b.v. Falcon | 351008 | |
| Confocale microscoop | Zeiss | LSM710NLO AxioObserver Z1 | Omgekeerde microscoop, gebruikte objectief is LCI Plan-Neofluar 25x/0.8 NA |
| Koeler | elke commerciële | Elke geïsoleerde, polystyreen doos kan werken, om het monster op ongeveer 37 °C te houden | |
| Corn stach | b.v. Maizena | Uit de supermarkt | |
| Dekvlakken #1.5 | elke commerciële | Rechthoekig | |
| Cyanoacrylaatlijm | b.v. Loctite | Om de hersenen aan het afdektape te lijmen | |
| Fijne pincetten | fine science tools | 11412-11 | Om weefselsecties te manipuleren door ze vanuit de hersenvliezen te hanteren |
| Fijne schaar | fine science tools | 14370-22 | Om de huid te snijden |
| Fijne schaar met gebogen punt | fine science tools | 14061-09 | Om langs de middenlijn te snijden |
| Formaldehyde 37% | Sigma-Aldrich | 252549 | Om 1:10 te verdunnen in PBS |
| Friedman Rongeur | fine science tools | 16000-14 | Om het bot te snijden |
| Gel packs | elke commerciële | Voorverwarmd tot 37 °C, om de temperatuur binnen de koeler te helpen behouden | |
| Glas Pasteur pijpje, gemodificeerd | elke commerciële | Om het weefselsegment over te brengen | |
| Hanks' Balanced Salt solution (HBSS) | Gibco | 14025-076 | Kan worden bereid uit poeders |
| Kelly hemostats | fine science tools | 13018-14 | Om het bot te scheiden |
| Afdektape | elke commerciële | Om het oppervlak van de monsterplaat te beschermen | |
| NDD module, type C | Zeiss | 000000-1410-101 | Om het signaal te detecteren, lichtverlies te verminderen. Bevat de 000000-1935-163 filter set met de SP485 |
| Offset bot knippers | fine science tools | 16101-10 | Om het bot te snijden |
| Fosfaat gebufferde saline (PBS) | Gibco | 10010-031 | Kan worden bereid uit poeders of tabbladen |
| Gepulsaalde laser | Coherent | Chameleon Vision II | 680–1080 nm instelbare laser |
| Scalpel | elke commerciële | Rechte kling met scherpe punt | |
| Standaard patroon pincetten | fine science tools | 11000-18 | |
| Vannas veer schaar | fine science tools | 15018-10 | Om de hersenvliezen te snijden die verbonden blijven aan zowel de plak die is verkregen door vibratome snijden als het segment dat aan de monsterplaat is vastgelijmd. |
| Vibratome | elke commerciële; b.v. Leica | VT1200 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen