Metoda ta została wykorzystana w badaniach opisanych w pracy Li et al., Science 323, 1726-1729 (2009).
Procedury połączonego barwienia tetramerami in situ i hybrydyzacji in situ (ISTH)
Procedury ISTH można podzielić na 4 etapy: 1) barwienie IST antygenowo-specyficznych limfocytów T CD8+ w tkankach; 2) ISH w celu wykrycia komórek z obecnością RNA wirusa zainfekowanych przez wirusa; 3) obrazowanie mikroskopowe konfokalne komórek zabarwionych metodą IST oraz komórek RNA+ wirusa; 4) analiza obrazów, obejmująca tworzenie montaży obrazów oraz mapowanie komórek tetramer+ i komórek RNA+ wirusa.
1. Barwienie IST swoistych dla antygenu limfocytów T CD8+ w przekrojach tkanek.
- Przygotować świeże tkanki, wycinając sekcje o grubości 200 µm za pomocą wibratomu lub skalpela.
- Kąpiel wibratoma należy schłodzić sterylnym PBS-H do temperatury 0-2°C. Ustawić kąt ostrza wibratoma na dość stromy, wynoszący 27°. W miarę możliwości utrzymać tkanki w niskiej temperaturze na lodzie, aby zminimalizować degradację. Schłodzona świeża tkanka jest również łatwiejsza do sekcjonowania za pomocą wibratoma.
- Wyciąć tkankę nożyczkami chirurgicznymi lub skalpelem na małe kawałki o szerokości około 0,5 cm i wysokości 0,25 cm. Umieścić kawałki tkanki w naczyniu do ważenia lub małej szalce i przykryć roztopioną w temperaturze ~40°C 4% agarozą o niskiej temperaturze topnienia w buforze PBS. Upewnić się, że tkanka styka się z dnem naczynia. Docisnąć kawałki tkanki, jeśli wypływają na powierzchnię. Pozostawić na lodzie do zastygnięcia, co zazwyczaj zajmuje 3-5 minut.
- Pokryć blok tkankowy do wibratoma klejem Loctite. Wyciąć agarozę wokół tkanki skalpelem, a następnie za pomocą pęsety ostrożnie przenieść delikatną tkankę zatopioną w agarozie na blok wibratoma pokryty klejem. Nie przesuwać kawałka tkanki po jego osadzeniu na bloku. Pozostawić do wyschnięcia przez około 10 minut na lodzie.
- Zamocować blok tkankowy w wibratomie i wyciąć sekcje o grubości 200 µm, stosując bardzo małą prędkość przesuwu do przodu i stosunkowo dużą amplitudę. Ustawienia prędkości i amplitudy różnią się w zależności od wibratoma. Jeśli wibratom nie jest dostępny lub tkanka nie nadaje się do sekcjonowania wibratomem, pociąć tkanki na cienkie paski za pomocą skalpela.
- Przenieść sekcje pędzlem do komór tkankowych umieszczonych w dołkach 24-dołkowej płytki do hodowli tkanek zawierającej 1 ml schłodzonego PBS-H. Umieścić do czterech sekcji tkanki w każdej komorze. Opisać pokrywkę płytki informacjami o próbce badawczej i zabezpieczyć ją gumką recepturką.
- Alternatywnie, w przypadku tkanek, które nie dają się dobrze ciąć wibratomem (np. jelito), można wyciąć skalpelem lub żyletką paski tak cienkie, jak to możliwe. W przypadku sekcji ciętych skalpelem umieszczać tylko jedną sekcję na dołek.
- Przejść do barwienia natychmiast po zakończeniu cięcia tkanek. Przez cały czas do momentu utrwalenia utrzymywać sekcje w niskiej temperaturze, aby zminimalizować degradację. Nie dopuścić do wyschnięcia sekcji. Przechowywać sekcje w schłodzonym sterylnym PBS-H.
- Inkubować sekcje tkanek przez noc z tetramerami sprzężonymi z FITC w stężeniu 0,5 mg/ml. W tej inkubacji można zastosować przeciwciała mysie lub niekrólicze skierowane przeciwko epitopom zewnątrzkomórkowym, np. przeciwciała anty-CD8 rozcieńczone 1:200 w roztworze blokującym. Do tej i wszystkich kolejnych inkubacji używać 1 ml roztworu na dołek i przeprowadzać je w temperaturze 4°C na platformie kołyszącej. Komory tkankowe z różnymi próbkami badawczymi należy oddzielić od siebie co najmniej jednym pustym dołkiem, aby zapobiec kontaminacji krzyżowej roztworów w kolejnych krokach.
- Po inkubacji pierwotnej przemyć sekcje schłodzonym PBS-H dwukrotnie (2X), po 20 minut za każdym razem. Należy to zrobić, przenosząc komory tkankowe do innej 24-dołkowej płytki zawierającej schłodzony PBS-H. Podczas przenoszenia komór uważać, aby nie wkapać zawartości jednej próbki do drugiej. Podczas wszystkich kolejnych inkubacji i płukań w podobny sposób przenosić komory tkankowe do czystej płytki z odpowiednim roztworem. Monitorować sekcje w komorach podczas procedury, aby upewnić się, że nie przywarły do ścianek komór tkankowych.
- Utrwalić sekcje w świeżym 4% paraformaldehydzie w buforze PBS przez 2 godziny w temperaturze pokojowej. Przemyć zimnym PBS-H 2X po 5 min każdorazowo.
- Inkubować z króliczymi przeciwciałami anty-FITC, np. Biodesign 1:10 000, w roztworze blokującym przez okres od jednego do trzech dni. W przypadku podwójnego znakowania w tej inkubacji można również zastosować przeciwciała niekrólicze skierowane przeciwko epitopom wewnątrzkomórkowym. W takim przypadku, jeśli jest to konieczne, odsłonić epitopy, a następnie permeabilizować i blokować komórki przed drugą inkubacją.
- W przypadku stosowania przeciwciał skierowanych przeciwko epitopom wędzkomórkowym, które wymagają odzyskiwania antygenów po utrwalaniu formaldehydem, odsłonić epitopy poprzez gotowanie 3 razy w 0,01 M moczniku, po 10 sekund za każdym razem, w kuchence mikrofalowej. Odczekać 2 minuty między kolejnymi podgrzewaniami. Zachować szczególną ostrożność, ponieważ wrzący roztwór może wypchnąć sekcje z dołków. Jeśli tak się stanie, użyć pędzla, aby przesunąć sekcje ze ścianek komory tkankowej lub z pokrywki płytki z powrotem na dno odpowiedniej komory. Jeśli przeciwciała nie wymagają odzyskiwania antygenów, pominąć ten krok.
- W przypadku stosowania przeciwciał skierowanych przeciwko epitopom wewnątrzkomórkowym, przed drugą inkubacją permeabilizować i blokować komórki w sekcjach tkanek w PBS-H zawierającym 0,3% triton X-100 i 2% normalnego surowicy koziej przez jedną godzinę. Następnie przeprowadzić pozostałe inkubacje przeciwciał w PBS-H zawierającym 0,3% triton X-100 i 2% normalnej surowicy koziej.
- Po drugiej inkubacji przemywać sekcje w PBS-H od 20 minut do kilku godzin. Powtórzyć dwukrotnie, łącznie wykonując trzy płukania. Przeprowadzić końcową inkubację z odpowiednimi przeciwciałami znakowanymi fluorescencyjnie. Na przykład kozi anty-rabbit-Cy3 i kozi anty-mouse-Alexa 488 rozcieńczone 1:1000 każdy w roztworze blokującym. Inkubować od jednego do trzech dni. Chronić sekcje przed światłem, owijając płytki folią aluminiową podczas tej inkubacji i później, ponieważ światło gasi fluorofory.
- Przemywać sekcje w PBS-H od 20 minut do kilku godzin. Powtórzyć dwukrotnie, łącznie wykonując trzy płukania.
- W przypadku połączenia IST z ISH, poddać sekcje ponownemu utrwaleniu w 4% paraformaldehydzie przez 1 godzinę, aby unieruchomić tetramery i przeciwciała, a następnie ponownie opłukać sekcje w PBS-H i zamontować.
- Użyć pędzla do przeniesienia sekcji na szkiełko mikroskopowe. Pokryć każdą sekcję gliceryną/żelatyną zawierającą 4 mg/ml n-propylan gallate lub innym medium montażowym zawierającym konserwant fluoroforu i przykryć szkiełkiem cover slip. Przechowywać preparaty w pojemniku chroniącym przed światłem w temperaturze -20°. Opłukać płytki do hodowli tkanek i usunąć etykiety z pokrywek za pomocą alkoholu. Płytki można ponownie wykorzystać.
- Przeanalizować zabarwione sekcje tkanek za pomocą mikroskopu konfokalnego. Następnie można przystąpić do ISH.
2. Wykrywanie komórek zainfekowanych wirusem RNA+ za pomocą hybrydyzacji in situ.
Niniejszy protokół hybrydyzacji in situ został zmodyfikowany z naszych wcześniej opublikowanych protokołów4,5 w następujący sposób:
- Ponowne wycinanie sekcji o grubości 5-8 µm z grubych sekcji barwionych tetramerem in situ.
- Sekcje o grubości 200 µm podgrzewa się w temperaturze 70°C przez 5 min, aby oddzielić preparat od szkiełka.
- Następnie sekcję zatapia się w OCT na suchym lodzie.
- Z grubych sekcji za pomocą kriotomu wycina się sekcje o grubości 8 µm i przykleja je do zsilanizowanych szkiełek.
- Szkiełka można przechowywać w temperaturze -80°C w szczelnym pudełku do późniejszej hybrydyzacji in situ.
- Hybrydyzacja in situ
- Rehydratyzację sekcji tkanek przeprowadza się poprzez zanurzenie szkiełek na 3 min każdorazowo w 90% etanolu i wodzie traktowanej DEPC.
- Permeabilizację sekcji tkanek wykonuje się poprzez podgrzewanie w 10mM buforze cytrynianowym (pH 6.0) w temperaturze 98°C w kąpieli wodnej przez 15 min.
- Sekcje tkanek chłodzi się w temperaturze pokojowej przez 20-30 min.
- Przemywa się dwukrotnie wodą traktowaną DEPC przez 3 min.
- Acetylację sekcji tkanek przeprowadza się poprzez zanurzenie szkiełek w 0,25% bezwodniku octowym w 0,1 M TEA (trietanolaminie, pH 8.0) przez 10 min.
- Szkiełka przenosi się do 0,1 M TEA (pH 8.0) na 5 min.
- Sekcje hybrydyzuje się z oznakowaną 35S specyficzną dla wirusa (np. HIV-1, SIV) sondą antysensowną lub sensowną (kontrola negatywna dla HIV-1, SIV), lub oznakowanymi 35S ryboprobami LCMV (połączone sensowne i antysensowne).
- Po nocnej hybrydyzacji w 42°C sekcje przemywa się dwukrotnie 2xSSC przez 5 min.
- Sekcje przemywa się w STE (0,5 M NaCl, 1mM EDTA, 20 mM Tris-HCL, pH 7.5) przez 5 min.
- Sekcje trawi się RNazami A i T1 w STE w 37°C przez 30 min.
- Sekcje przemywa się w 2x SSC z dodatkiem 50% formamidu przez 5 min.
- Sekcje przemywa się w 1x SSC przez 10 min.
- Sekcje przemywa się w 0,5 x SSC przez 15 min.
- Sekcje dehydratyzuje się w 70%, 80% i 100% etanolu zawierającym 0,3 M octanu amonu, po 5 min w każdym roztworze.
- Sekcje pokrywa się emulsją śladów jądrowych.
- Suszy się w ciemni przez 1 godzinę.
- Ekspozycję sekcji przeprowadza się w 4°C przez 11 dni (SIV) i 3 dni (LCMV).
- Sekcje wywołuje się w D19 (Kodak, Kat# 146 4593) przez 3 min, przemywa w dH2O przez 30 sekund, utrwala w Rapid Fixer (Kodak, Kat# 146 4106) przez 4 min i przemywa w dH2O 3 razy po 5 min.
- Dehydratyzuje się w 70%, 80% i etanolu absolutnym, po 5 min w każdym.
- Szkiełka montuje się w kompatybilnym z fluorescencją medium Permount.
3. Pozyskanie obrazów za pomocą mikroskopu konfokalnego.
- Należy wykonać obrazy ISTH za pomocą konfokalnego mikroskopu Bio-Rad MRC 1000 lub dowolnego innego mikroskopu konfokalnego wyposażonego w urządzenie Epi2-Blue Reflection.
- Należy użyć Epi1-605 dla czerwonego fluorochromu tetrameru, Epi2-522 DF32 dla zielonego fluorochromu CD8 oraz Epi2-Blue Reflection dla ziaren srebra (sygnał ISH w wywołanych radiogramach) przy powiększeniu 20x (dla SIV) lub 60x (dla LCMV).
- Należy sekwencyjnie gromadzić obrazy seryjne w osi Z w odstępach 1-mikronowych w trzech kanałach każdego pola.
- Należy pozyskiwać obrazy z każdego przekroju od lewej do prawej i od góry do dołu, a następnie nazwać każdy obraz zgodnie z jego wierszem i kolumną w pliku Excel.
- Każdy obraz należy uchwycić z około 20% nakładaniem na obrazy sąsiednie, aby uniknąć luk w zrekonstruowanym obrazie montażowym.
4. Analizy obrazów: rekonstrukcja obrazu mozaikowego, obliczanie centroidów komórek i analiza przestrzenna.
- Rzutuj obrazy Z-serialne w jeden obraz dla każdego kanału za pomocą programu Confocal Assistant (wersja 4.02.).
- Automatycznie połącz rzutowany obraz z trzech kanałów w jeden obraz RGB, stosując procedurę Action w programie Photoshop 7.0.
- Utwórz obraz montażowy poprzez zszywanie połączonych obrazów w warstwach w programie Photoshop 7.0.
- Przypisz poszczególne ziarna srebra i barwienie tetramerem do komórek oraz wyznacz współrzędne X,Y środków (centroidów) komórek SIV RNA+ i tetramer+, używając programu MetaMorph (wersja 7.1.3.) lub Photoshop (dostępny u autora).
- Eksportuj dane centroidów do plików Excel jako wartości numeryczne dla każdej komórki. Stosunki E:T są wyznaczane na podstawie plików Excel z całkowitej liczby komórek tetramer+ i viral RNA+ w preparacie.
Relacje przestrzenne między czerwonymi komórkami tetramer+ a niebieskimi komórkami SIV RNA+ rejestruje się poprzez kopiowanie i wklejanie odpowiednich wykresów z plików Excel do dokumentu Photoshop. Po zmniejszeniu nieprzezroczystości warstwy w celu wyrównania i przeskalowania siatek tak, aby się pokrywały, wybraniu koloru oraz skopiowaniu i wklejeniu pozycji niebieskich komórek RNA+ do nowej warstwy, a następnie usunięciu warstwy służącej do wyrównania siatek, pozycje komórek tetramer+ i viral RNA+ zostaną ujawnione na spłaszczonym obrazie.
5. Uwagi dodatkowe
W przypadku cięcia tkanki zakaźnej:
Pracuj w laboratorium klasy BSL2.5. Zachowaj szczególną ostrożność podczas posługiwania się żyletkami. Umieść żyletkę w uchwycie noża wibratomu za pomocą pęsety. Jeśli nie możesz założyć ostrza pęsetą, zrób to przed dodaniem tkanki do kąpieli i nie wymieniaj ostrza w trakcie pracy. Po zakończeniu krojenia usuń ostrze pęsetą. Przed usunięciem spryskaj ostrze 70% EtOH lub DMQ. Jak zawsze, utylizuj ostrza w pojemniku na odpady ostre. Zmieniaj zewnętrzne rękawiczki lub płucz je w środku dezynfekującym po każdym kontakcie z tkanką lub zanieczyszczonym PBS w zbiorniku. Po zakończeniu pracy, jeśli używany był materiał zakaźny, dodaj środek dezynfekujący DMQ do PBS w zbiorniku i odczekaj kilka minut przed usunięciem. Zdekontaminowany PBS wylej do odpływu. Następnie wypłucz zbiornik wodą, aby usunąć sól i środek dezynfekujący. Oczyść miejsce pracy i przyrządy za pomocą DMQ. Wypłucz przyrządy wodą.
Aby przygotować tetramery z biotynylowanych monomerów MHC:
Należy pozyskać biotynilowane cząsteczki MHC klasy I, takie jak cząsteczki HLA-A *0201/B2m/peptyd wytwarzane z peptydami Gag (SLYNTVATL), Pol (ILKEPVHGV) lub nieistotnym peptydem MART (ELAGIGILTV) z firmy Beckman Coulter. Biotynilowane cząsteczki HLA-A *0301/B2m/peptyd wytwarzane z Gag (KIRLRPGGK) lub Nef (QVPLRPMTYK) można pozyskać z zakładu tetramerów NIAID. Tetramery generuje się poprzez dodawanie 6 aliquotów ExtraAvidyny (Sigma) znakowanej FITC do biotynilowanych monomerów Mamu A*01/B2m/peptyd w ciągu 8 godzin, aż do uzyskania końcowego stosunku molowego 4,5:1. Uzasadnieniem powolnego dodawania ExtraAvidyny jest fakt, że w początkowych punktach czasowych występuje nadmiar monomeru, co zapewnia, że cała dodana ExtraAvidyna wiąże wszystkie cztery miejsca biotyny. W późniejszej fazie reakcji proces ten jest mniej efektywny, ponieważ pozostaje mniej monomeru i wzrasta prawdopodobieństwo, że ExtraAvidyna nie będzie miała związanych wszystkich 4 miejsc. Gdyby dodać całą ExtraAvidynę naraz, reakcja byłaby mniej wydajna, a więcej cząsteczek ExtraAvidyny miałoby przyłączone tylko 2 lub 3 monomery.