Hier wordt een gedetailleerd immunohistochemisch protocol gepresenteerd om functioneel relevante caspasen in complexe weefsels te identificeren, valideren en targeten.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier wordt een gedetailleerd immunohistochemisch protocol gepresenteerd om functioneel relevante caspasen in complexe weefsels te identificeren, valideren en targeten.
Van de familie van caspasen is bekend dat ze vele cellulaire routes bemiddelen voorbij celdood, waaronder celdifferentiatie, axonale pathfinding en proliferatie. Sinds de identificatie van de familie van celdoodproteasen is er gezocht naar hulpmiddelen om de functie van specifieke familieleden in ontwikkelings-, gezondheids- en ziektetoestanden te identificeren en uit te breiden. Veel van de momenteel in de handel verkrijgbare caspase-tools die veel worden gebruikt, zijn echter niet specifiek voor de beoogde caspase. In dit rapport schetsen we de aanpak die we hebben gebruikt om caspase-9 in het zenuwstelsel te identificeren, valideren en targeten met behulp van een nieuwe remmer en genetische benaderingen met immunohistochemische uitlezingen. Specifiek gebruikten we het retinale neuronale weefsel als een model om de aanwezigheid en functie van caspasen te identificeren en te valideren. Deze benadering maakt het mogelijk om celtypespecifieke apoptotische en niet-apoptotische caspase-9-functies te ondervragen en kan worden toegepast op andere complexe weefsels en caspasen van belang. Het begrijpen van de functies van caspasen kan helpen om de huidige kennis in celbiologie uit te breiden, en kan ook voordelig zijn om potentiële therapeutische doelen te identificeren vanwege hun betrokkenheid bij ziekte.
De caspasen zijn een familie van proteasen die ontwikkelingsceldood, immuunresponsen en afwijkende celdood bij ziekte 1,2 reguleren. Hoewel het bekend is dat leden van de caspase-familie worden geïnduceerd in een verscheidenheid aan neurodegeneratieve ziekten, is het moeilijker om te begrijpen welke caspase de ziektepathologie aandrijft3. Dergelijke studies vereisen hulpmiddelen om de functie van individuele caspase-familieleden te identificeren, te karakteriseren en te valideren. Het ontleden van de relevante individuele caspasen is belangrijk, zowel vanuit een mechanistisch als een therapeutisch standpunt, omdat de literatuur meerdere studies bevat die bewijs leveren voor de verschillende rollen van caspasen 4,5. Dus als het doel is om een caspase in een ziekte te richten voor een therapeutisch voordeel, is het van cruciaal belang om specifieke targeting van het relevante familielid (en) te hebben. Traditionele technieken om caspaseniveaus in weefsel te detecteren omvatten western blotting en enzymatische en fluorometrische benaderingen 3,6. Geen van deze maatregelen maakt echter celspecifieke detectie van caspaseniveaus mogelijk en in sommige scenario's kunnen gesplitste caspasen vaak niet worden gedetecteerd door traditionele eiwitanalysemaatregelen. Het is bekend dat caspasen verschillende apoptotische en niet-apoptotische rollen kunnen spelen in hetzelfde weefsel7, daarom is een zorgvuldige karakterisering van celspecifieke caspaseniveaus nodig voor een nauwkeurig begrip van ontwikkelings- en ziekteroutes.
Deze studie toont caspase activatie en functie in een model van neurovasculaire hypoxie-ischemie - retinale ader occlusie (RVO)7,8. In een complex weefsel zoals het netvlies zijn er meerdere celtypen die kunnen worden beïnvloed door de hypoxie-ischemie geïnduceerd in RVO, waaronder gliacellen, neuronen en vasculatuur7. In het netvlies van de volwassen muis is er zeer weinig expressie van caspasen zichtbaar in gezond weefsel, zoals gemeten door immunohistochemie (IHC)7, maar dat is niet het geval tijdens ontwikkeling9 of in modellen van retinale ziekte10,11. IHC is een techniek die goed is ingeburgerd in biomedisch onderzoek en heeft validatie van ziekte en pathologische doelen, identificatie van nieuwe rollen door ruimtelijke lokalisatie en kwantificering van eiwitten mogelijk gemaakt. In gevallen waarin gesplitste caspaseproducten niet kunnen worden gedetecteerd door western blot of fluorometrische analyse, noch de specifieke cellocatie van verschillende caspasen of ondervraging van caspase-signaleringsroutes door lokalisatie, moet IHC worden gebruikt.
Om de caspase(s) functioneel relevant in RVO te bepalen, werd IHC gebruikt met gevalideerde antilichamen voor caspasen en cellulaire markers. De eerdere studies uitgevoerd in het laboratorium toonden aan dat caspase-9 snel werd geactiveerd in een model van ischemische beroerte en remming van caspase-9 met een zeer specifieke remmer beschermd tegen neuronale disfunctie en overlijden12. Omdat het netvlies deel uitmaakt van het centrale zenuwstelsel (CZS), dient het als een modelsysteem om de rol van caspase-9 bij neurovasculaire verwondingen te onderzoeken en verder te onderzoeken13. Hiertoe werd het muismodel van RVO gebruikt om de celspecifieke locatie en distributie van caspase-9 en de implicatie ervan in neurovasculair letsel te bestuderen. RVO is een veel voorkomende oorzaak van blindheid bij werkende volwassenen die het gevolg is van vaatletsel14. Het bleek dat caspase-9 op een niet-apoptotische manier tot expressie kwam in endotheelcellen, maar niet in neuronen.
Als weefsel heeft het netvlies het voordeel dat het wordt gevisualiseerd als een flatmount, die waardering van de vasculaire netwerken mogelijk maakt, of als doorsneden, die de neuronale retinale lagen benadrukken. Kwantificering van caspase-eiwitexpressie in doorsneden biedt context, met betrekking tot welke caspase potentieel kritisch is in retinale neuronale connectiviteit en visiefunctie door de lokalisatie van de caspase (s) in het netvlies te identificeren. Na identificatie en validatie wordt targeting van de caspase van belang bereikt met behulp van induceerbare celspecifieke deletie van de geïdentificeerde caspase. Voor mogelijke therapeutische onderzoeken werd de relevantie van de caspasen van belang getest met behulp van specifieke hulpmiddelen om de geactiveerde caspase te remmen. Voor caspase-9 werd een celpermeant zeer selectieve remmer 7,15, Pen1-XBIR3 gebruikt. Voor dit rapport werden 2 maanden oude, mannelijke C57BL/6J stam en tamoxifen-induceerbare endotheel caspase-9 knockout (iEC Casp9KO) stam met een C57BL/6J achtergrond gebruikt. Deze dieren werden blootgesteld aan het muismodel van RVO en C57BL/6J werden behandeld met de caspase-9 selectieve remmer, Pen1-XBir3. De beschreven methodologie kan worden toegepast op andere ziektemodellen in het centrale en perifere systeem 7,15.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol volgt de verklaring van de Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) voor het gebruik van dieren in oogheelkundig en visieonderzoek. Knaagdierexperimenten werden goedgekeurd en gecontroleerd door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van Columbia University.
1. Voorbereiding van netvliesweefsel en cryosectie
2. Immunohistochemie
OPMERKING: Gebruik vast gecryopreserveerd weefsel voor immunohistochemie om de celmorfologie te behouden. Kies secties die zich op het niveau bevinden van de optische coherentietomografie (OCT) beelden verkregen in vivo7. Gebruik de eerste twee reeks dia's verzameld uit de cryostaat of secties van 150 μm in het netvliesweefsel.
3. Confocale beeldvorming
4. Kwantificering van caspasegehalten
5. Genetische bevestiging van de relevantie van de endotheelcel caspase-9
6. Caspase-9 aanpakken in RVO
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het beschreven protocol stelt de gebruiker in staat om caspase-9-niveaus in het netvliesweefsel te analyseren en te kwantificeren. Daarnaast presenteert het tools om caspase-9 en downstream substraten verder te identificeren, valideren en specifiek te targeten. De samengevatte stappen maken kwantificeerbare analyse van caspaseniveaus en cellulaire specificiteit in fluorescerende fotomicrografieën mogelijk. Alle cijfers tonen representatieve fotomicrografieën en kwantificering van de aangegeven caspaseniveaus in het total...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Caspasen zijn een meergedelige familie van proteasen die het best bestudeerd kunnen worden voor hun rol bij celdood en ontsteking; meer recent zijn echter verschillende niet-doodsfuncties ontdekt voor sommige familieleden 4,5. Veel van ons begrip van de caspase-functie is afgeleid van werk in celkweek en van inferentiële gegevens van menselijke ziekten. Hoewel het wordt gewaardeerd dat er afwijkende inductie, activering of inactivatie van caspasen bij ziekte is, ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren de volgende concurrerende belangen: C.M.T. heeft de volgende octrooiaanvragen US20200164026, US20190142915 en US20150165061. C.M.T. en S.S. hebben een patentaanvraag US 20140024597. C.M.T., A.M.P. en M.I.A. hebben een patentaanvraag US2020058683. C.M.T. en Y.Y.J. hebben een octrooiaanvraag WO2018013519. M.I.A en C.M.T worden vermeld als uitvinders op een patentaanvraag WO / 2020 / 223212 door de trustees van Columbia University in de stad New York. De overige auteurs verklaren geen tegenstrijdige belangen te hebben.
Dit werk werd ondersteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (NSF-GRFP) subsidie DGE - 1644869 en het National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) van de National Institutes of Health (NIH), awardnummer F99NS124180 NIH NINDS Diversity Specialized F99 (aan CKCO), het National Eye Institute (NEI) 5T32EY013933 (aan AMP), het National Institute of Neurological Disorders and Stroke (RO1 NS081333, R03 NS099920 naar CMT) en het Department of Defense Army/Air Force (DURIP naar CMT).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| anti-Caspase-7 488 | Novus Biologicals | NB-56529AF488 | gebruik bij 1:150 |
| anti-cl-Caspase-9 | Cell Signaling | 9505-S | gebruik bij 1:800 |
| anti-CD31 | BD Pharmingen | 553370 | gebruik bij 1:50 |
| Confocal Spinning Disc Microscope | Biovision | ||
| FIJI 2.3.0 | open source | ||
| Fluormount G | Fisher | 50-187-88 | |
| Forcep | Roboz | RS-5015 | |
| iCasp9FL/FL X VECad-CreERT2 muizen | lab gegenereerd | zie Avrutsky 2020 | |
| Isolectin (594, 649) | Vector | DL-1207 | gebruik bij 1:200 |
| Ketamine Hydrochloride | Henry Schein | NDC: 11695-0702-1 | |
| Perfusiepomp | Masterflex | ||
| Pen1-XBir3 | lab gegenereerd | zie Avrutsky 2020 | |
| Prism 9.1 | GraphPad | ||
| Tissue-Tek O.C.T. | Fisher | 14-373-65 | |
| Vis-a-View 4.0 | Visitron Systems | ||
| Xylazine | Akorn | NDCL 59399-110-20 |
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