1. Perfuzja zwierzęcia i wyizolowanie móżdżku
- W zależności od białka, perfuzja może być niezbędna do uzyskania skutecznego barwienia1,2. Perfuzja przezsercowa jest inwazyjnym zabiegiem terminalnym, który wymaga właściwego zastosowania środków znieczulających. Przed przystąpieniem do procedury konieczne jest odpowiednie przeszkolenie, zgoda instytucjonalna oraz zatwierdzenie przez IACUC. Zawsze warto skonsultować się z lekarzami weterynaryjnymi danej instytucji, aby uzyskać pomoc w określeniu wymagań eksperymentalnych i zdobyciu odpowiedniego przeszkolenia. Przed procedurą zwierzę powinno być głęboko znieczulone i niewrażliwe na bodźce, takie jak uciskanie łapy lub ogona. Za pomocą nożyczek należy naciąć skórę brzucha i ścianę mięśniową, a następnie otworzyć klatkę piersiową, przecinając tkanki bezpośrednio przy mostku po obu stronach. Dodatkowo eksperymentator może stworzyć większą wewnętrzną przestrzeń roboczą poprzez przecięcie powięzi otaczającej przeponę. Po uniesieniu ściany brzusznej i klatki piersiowej ku górze serce zostanie odsłonięte. Należy wykonać małe nacięcie w prawym przedsionku, aby umożliwić wypływ krwi, a następnie natychmiast wprowadzić igłę do perfuzji do lewej komory. Do podawania roztworów perfuzyjnych zaleca się stosowanie podstawowej pompy hydrostatycznej (szczegóły w Tabeli 1). Najpierw należy wypłukać krew za pomocą 0,1M soli fizjologicznej z buforem fosforanowym (PBS, patrz Tabela 3) aż do momentu, gdy wypływająca ciecz będzie przejrzysta. Następnie należy wyłączyć pompę hydrostatyczną, szybko przełączyć rurkę doprowadzającą roztwór do pojemnika z 4% paraformaldehydem (PFA, patrz Tabela 3) rozcieńczonym w PBS, a następnie ponownie włączyć pompę, aby podać utrwalacz. Użycie pompy nie jest konieczne: przy wprawie można użyć dwóch strzykawek wypełnionych PBS i 4% PFA, aby powoli podawać roztwory.
- Kluczowe jest ostrożne wyjęcie mózgu z czaszki, bez powodowania jakichkolwiek uszkodzeń tkanki. Nawet niewielkie nacięcia mózgu podczas dysekcji stopniowo przekształcą się w widoczne szczeliny, które zatrzymują przeciwciała i powodują artefakty barwienia podczas przetwarzania tkanki (np. czerwone gwiazdki na Rys. 2). W przypadku dysekcji móżdżku typowe jest nacięcie skóry wzdłuż środka głowy, a następnie delikatne rozdzielenie płatów skóry w celu odsłonięcia czaszki. Należy przeciąć czaszkę od przodu do tyłu wzdłuż linii środkowej grzbietowej oraz bocznie po obu stronach czaszki. Nie należy przecinać poza obszar bregma, ponieważ grozi to uszkodzeniem móżdżku. Za pomocą pincety należy delikatnie unieść przednią część czaszki od mózgu, uważając, aby nie oderwać tkanki mózgowej przytwierdzonej do opon. Należy przeciąć nerwy czaszkowe po stronie brzusznej mózgu.
- Oddzielenie móżdżku od reszty mózgu jest ważne z dwóch powodów. Po pierwsze, pozwala to na badanie wzorców ekspresji w przednich częściach zakładów, które in situ są przesłonięte przez wzgórka. Po drugie, podzielenie tkanki na mniejsze, odseparowane regiony umożliwia pełniejsze utrwalenie, co może ułatwić barwienie niektórych białek. Podczas tego końcowego etapu dysekcji należy uważać, aby nie dotykać móżdżku końcówkami pincety. Należy wprowadzić końcówki pincety pomiędzy wzgórki górne i dolne. Drugą pincetą należy powoli oddzielić wzgórki dolne od móżdżku. Następnie należy ułożyć móżdżek tak, aby jego strona przednia była skierowana w dół, a pień mózgu był skierowany do góry. Należy wprowadzić pincetę do czwartej komory pomiędzy pień mózgu a zakłady IX/X móżdżku. Należy przeciąć nóżki móżdżku, ściskając je pincetą po obu stronach, a następnie delikatnie unieść móżdżek od pnia mózgu. Po wyizolowaniu móżdżku należy go poddać dofixacji poprzez zanurzenie w 4% PFA w temperaturze 4 °C przez minimum 24-48 godzin. Móżdżek może być przechowywany w 4% PFA przez dłuższy czas. Opony powinny zostać usunięte przed lub po barwieniu dla lepszej widoczności wzorców ekspresji. Jeśli eksperymentator zdecyduje się usunąć opony przed barwieniem, istnieje duże prawdopodobieństwo przypadkowego nacięcia móżdżku podczas tego procesu. Odrywanie opon na koniec procedury barwienia jest znacznie prostsze, ponieważ są one łatwiejsze do zlokalizowania po tym, jak przejmą słabe barwienie tła i staną się kruche po procesowaniu.
2. Przygotowanie tkanki do barwienia całego preparatu
Ponieważ podejście polegające na barwieniu całego preparatu trwa dłużej niż barwienie immunohistochemiczne przekrojów tkankowych, pomocne jest zaplanowanie harmonogramu dla każdego z eksperymentów, zgodnie z przedstawionym przykładowym kalendarzem (Tabela 2). Przed rozpoczęciem należy pamiętać o kilku kluczowych kwestiach. 1) Mikroprobówki zawierające tkankę powinny być stale obracane na nutatorze, z wyjątkiem procesu zamrażania i rozmrażania. 2) Kilka roztworów musi być przygotowanych na świeżo dla każdego eksperymentu (przepisy na roztwory znajdują się w Tabeli 3). 3) W trakcie całego protokołu, podczas wymiany roztworów, należy delikatnie wylać zużyty roztwór zamiast wyjmować móżdżek pęsetą, aby uniknąć dotykania tkanki. Następnie, po wymieszaniu nowego roztworu w innym naczyniu, należy użyć pipety, aby delikatnie dodać świeży roztwór do probówki.
2.1 Dzień 1:
- Utrwal móżdżek w utrwalaczu Dent's fix3 w temperaturze pokojowej przez 6-8 godzin, delikatnie kołysząc na nutatorze. Jeśli metanol niszczy dany antygen, rozważ zastąpienie kroków od 2.1a do 2.3a metodą odzyskiwania antygenu. Ciepło i bufory stosowane podczas odzyskiwania antygenu pomogą przygotować tkankę do penetracji przeciwciał.
- Odbarw móżdżek w roztworze Dent's Bleach3 przez noc w temperaturze 4 °C.
2.2 Dzień 2:
- Odwodnij móżdżek w dwóch etapach w 100% MeOH w temperaturze pokojowej po 30 min każdy.
- Następnie, aby zwiększyć penetrację roztworów, poddaj tkankę serii cykli zamrażania i rozmrażania. Ostrożnie umieść probówkę w pojemniku z suchym lodem i zamrażaj przez 30 min. Następnie wyjmij probówkę i pozostaw ją w temperaturze pokojowej na blacie przez 15 min. Etap zamrażania i rozmrażania należy powtórzyć cztery razy (minimum).
- Po ostatnim rozmrożeniu tkanki umieść probówkę w zamrażarce o temperaturze -80 °C na noc.
- Tkankę można przechowywać przez dłuższy czas w temperaturze -80 °C bezpośrednio przed lub po etapach zamrażania i rozmrażania. W przeciwnym razie należy kontynuować protokół.
2.3 Dzień 3:
- Rehydratuj móżdżek, płukząc go w 50% MeOH/50% PBS, 15% MeOH/85% PBS oraz 100% PBS przez 60-90 minut w każdym z tych roztworów w temperaturze pokojowej.
- Następnie, w przypadku móżdżków myszy dorosłych, poddaj tkankę trawieniu enzymatycznemu za pomocą 10μg/ml Proteinazy K w PBS przez 2-3 minuty. W przypadku móżdżków młodych zwierząt (myszy P5 lub młodszych) etap trawienia nie jest konieczny. W przypadku większych mózgów zaleca się dłuższy czas trawienia; na przykład w przypadku mózgów naczelnych czas ten może wynosić od 5-6 minut4.
- Po trawieniu niezwłocznie przemyj móżdżek w PBS trzy razy po 10 minut w temperaturze pokojowej, aby usunąć Proteinazę K.
- Zablokuj tkankę w PMT (patrz Tabela 3) przez noc w temperaturze 4 °C. Mleko w proszku jest często preferowanym wyborem przy doborze czynnika blokującego w badaniach nad białkami, ponieważ jest niedrogie, skutecznie obniża tło barwienia i zazwyczaj nie zakłóca wiązania przeciwciał ani dostępu do antygenu. Można również stosować surowice zwierzęce, choć badacz powinien mieć na uwadze dodatkowe koszty i najpierw sprawdzić jakość surowicy pod kątem obecności przeciwciał krzyżowo reagujących oraz zdolność do uzyskania optymalnego stosunku sygnału do szumu.
2.4 Dzień 4-5:
- Inkubować tkankę w przeciwciałach pierwotnych rozcieńczonych w PMT z dodatkiem 5% DMSO przez 48 godzin w temperaturze 4 °C (większe móżdżki będą wymagały dłuższego czasu inkubacji).
2.5 Dzień 6:
- Przemyj móżdżek 2-3 razy po 2-3 godziny każdy w PMT w temperaturze 4 °C, aby usunąć niezwiązane przeciwciała pierwotne.
- Następnie inkubuj tkankę z przeciwciałami wtórnymi w roztworze PMT z dodatkiem 5% DMSO w temperaturze 4 °C przez noc (większe móżdżki mogą wymagać wydłużonego czasu inkubacji).
2.6 Dzień 7:
- Przemyć móżdżek 2-3 razy, po 2-3 godziny każdego płukania, w PMT w temperaturze 4 °C.
- Przeprowadzić końcowe płukanie tkanki w PBT (patrz Tabela 3) przez 1-2 godziny. Ten krok usuwa nadmiar mleka i poprawia klarowność barwienia.
- Na koniec inkubować tkankę w roztworze DAB (3,3'-diaminobenzydyny) aż do uzyskania optymalnego natężenia barwienia. Brązowy produkt reakcji powinien być wyraźnie widoczny w ciągu ~10 minut. Zaleca się stosowanie DAB w ciemności, ponieważ światło powoduje precypitację chromogenu, co może zwiększyć barwienie tła.
2.7
Po osiągnięciu optymalnego natężenia barwienia należy przerwać reakcję, umieszczając móżdżek w PBS z 0,04% azotkiem sodu. Tkanka może być przechowywana w tym roztworze przez dłuższy czas. Azotek sodu jest silnym inhibitorem wzrostu bakterii, jednak należy unikać jego stosowania aż do tego etapu, ponieważ hamuje on również aktywność peroksydazy chrzanowej.
2.8 Opcjonalna procedura amplifikacji:
należy postępować zgodnie ze standardowym protokołem, jednak poniższe kroki powinny zostać wykonane zamiast kroków 2.5b-2.7 opisanych powyżej.
- Inkubować tkankę przez noc w temperaturze 4 °C w przeciwciałach wtórnych konjugowanych z biotyną w PBST (patrz Tabela 3) z dodatkiem 5% DMSO.
- Płukać tkankę przez 2-3 godziny w każdym z 3-4 cykli wymiany PBST w temperaturze pokojowej.
- Inkubować móżdżek przez noc w temperaturze 4 °C w roztworze kompleksu ABC w PBST.
- Płukać tkankę przez 2-3 godziny w każdym z 3-4 cykli wymiany PBS w temperaturze pokojowej.
- Inkubować tkankę w świeżo przygotowanym roztworze DAB, zgodnie z powyższym opisem.
- Po uzyskaniu optymalnego zabarwienia przerwać reakcję, przemywając móżdżek w PBS z 0,04% azotkiem sodu.
3. Obrazowanie barwionej tkanki
- Obrazy całego preparatu można zarejestrować, używając na przykład kamery Leica DFC3000 FX zamontowanej na stereomikroskopie Leica MZ16 FA z oprogramowaniem Leica Application Suite FX. W razie potrzeby można zastosować mikroskopię dekonwolucyjną do pozyskania wielu następujących po sobie obrazów w różnych płaszczyznach ogniskowania, tak aby na każdym obrazie tylko jeden zakładka była w ostrym focusie. Następnie obrazy można skompresować w jeden stos i przetworzyć programowo w celu usunięcia zniekształceń. Końcowy obraz złożony będzie przedstawiał wzorce ekspresji na powierzchni móżdżku z wszystkimi widocznymi strukturami w wyraźnej ostrości.
- Barwioną tkankę całego preparatu należy obrazować podczas zanurzenia w PBS (lub innym medium zapewniającym optymalny współczynnik załamania światła). Aby ułatwić pozycjonowanie preparatu do obrazowania, przygotuj 1% żel agarowy w plastikowej szalce Petriego. W żelu wykonaj małe otwory. Otwory te pozwolą na zaklinowanie móżdżku w pożądanej orientacji.
- Surowe dane są importowane do programu Adobe Photoshop CS4, a następnie dostosowuje się ich poziomy kontrastu i jasności.
Zwierzęta
Wszystkie badania na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z zatwierdzonym protokołem IACUC, zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi Albert Einstein College of Medicine. W wszystkich badaniach wykorzystano myszy outbred Swiss Webster (Taconic, Albany, NY) płci męskiej i żeńskiej, utrzymywane w naszej kolonii. Uśpione dorosłe szczury zostały udostępnione przez dr. Bryena Jordana (Albert Einstein College of Medicine). Wszystkie zwierzęta miały co najmniej miesiąc.
4. Reprezentatywne wyniki
Móżdżek jest podzielony pod względem ekspresji cząsteczkowej na cztery strefy poprzeczne: strefę przednią (AZ: ~listki I-V), strefę środkową (CZ: ~listki VI-VII), strefę tylną (PZ: ~listki VIII-grzbietowa część IX) oraz strefę guzkową (NZ: ~brzuszna część listków IX i listek X)5. Każda strefa zawiera unikalny układ pasów parasagitalnych1,2,5,6 (Rys. 1). Ekspresja ZebrinII w komórkach Purkinjego ujawnia pasy w strefach AZ i PZ (Rys. 2) oraz jednorodną ekspresję w strefach CZ i NZ (Rys. 2). Parasagitalna organizacja komórek Purkinjego odzwierciedla topografię pól końcowych włókien doprowadzających. Peptyd transkryptu regulowanego przez kokainę i amfetaminę (CART) jest ekspresowany w podzbiorach włókien pnących (Rys. 3a), które projektują do pasów dendrytów komórek Purkinjego w warstwie cząsteczkowej kory móżdżku7 (Rys. 3b). Przy zastosowaniu odpowiednich modyfikacji, takich jak amplifikacja7, protokół preparacji całego organu (wholemount) pozwala na wizualizację wzorców oliwowo-móżdżkowych bez konieczności żmudnej i czasochłonnej rekonstrukcji z barwionych przekrojów tkankowych (Rys. 3b).

Rycina 1. A. Ekspresja ZebrinII/aldolazy C ujawnia pasma strzałkowe w przekrojach poprzecznych móżdżku. Pasek skali = 500 μm. B. ZebrinII/aldolaza C jest ekspresowana wyłącznie w somatach i dendrytach komórek Purkinjego. Pasek skali = 150μm (gl = warstwa ziarnista; pcl = warstwa komórek Purkinjego; ml = warstwa molekularna).

Rysunek 2. Cały móżdżek barwiony na ZebrinII/aldolazaC, przedstawiający prążki komórek Purkinjego na obrazach strefy przedniej (AZ), środkowej (CZ) i tylnej (PZ) móżdżku. Przedstawiono tutaj również przykład negatywnego skutku nacięcia móżdżku. Wynikowe zabarwienie artefaktowe zaznaczono czerwonymi gwiazdkami. Pasek skali = 1 mm (LS = lobulus simplex; PML = paramedian lobule; COP = copula pyramidis).

Rysunek 3. A. CART jest wykazany w zakończeniach włókien wspinających w warstwie molekularnej. Pasek skali = 100 μm (ml = warstwa molekularna; pcl = warstwa komórek Purkinjego; gl = warstwa ziarnista). B. Immunohistochemia całego preparatu dla ekspresji CART w NZ. Pasek skali = 2 mm (COP = copula pyramidis; PML = guzek paramedialny; PFL = paraflokukul; FL = flokukul).