Tutaj prezentujemy protokół do szybkich analiz włókien mięśniowych, który pozwala na poprawę jakości barwienia, a tym samym na automatyczne pozyskiwanie i kwantyfikację populacji włókien za pomocą swobodnie dostępnego oprogramowania ImageJ.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do szybkich analiz włókien mięśniowych, który pozwala na poprawę jakości barwienia, a tym samym na automatyczne pozyskiwanie i kwantyfikację populacji włókien za pomocą swobodnie dostępnego oprogramowania ImageJ.
Kwantyfikacja populacji włókien mięśniowych dostarcza głębszego wglądu w skutki chorób, urazów i różnych innych czynników wpływających na skład mięśni szkieletowych. Różne czasochłonne metody są tradycyjnie stosowane do badania populacji włókien w wielu dziedzinach badań. Jednak niedawno opracowane metody immunohistochemiczne oparte na ekspresji białek łańcucha ciężkiego miozyny stanowią szybką alternatywę dla identyfikacji wielu rodzajów włókien w jednym przekroju. W tym miejscu przedstawiamy szybki, niezawodny i powtarzalny protokół poprawiający jakość barwienia, umożliwiający automatyczną akwizycję całych przekrojów i automatyczną kwantyfikację populacji włókien za pomocą ImageJ. W tym celu osadzone mięśnie szkieletowe są cięte w przekrojach, barwione za pomocą przeciwciał przeciwko ciężkim łańcuchom miozyny z drugorzędowymi przeciwciałami fluorescencyjnymi i DAPI do barwienia jąder komórkowych. Całe przekroje poprzeczne są następnie automatycznie skanowane za pomocą skanera do slajdów w celu uzyskania złożonych zdjęć o wysokiej rozdzielczości całej próbki. Następnie przeprowadza się analizy populacji włókien w celu ilościowego określenia wolnych, pośrednich i szybkich włókien przy użyciu zautomatyzowanego makra dla ImageJ. Wcześniej wykazaliśmy, że ta metoda może niezawodnie identyfikować populacje włókien w stopniu ±4%. Ponadto metoda ta znacznie zmniejsza zmienność między użytkownikami i czas analiz przy użyciu platformy open source ImageJ.
Skład mięśni szkieletowych ulega głębokim zmianom podczas procesów fizjologicznych, takich jak starzenie się1,2, exercise3,4,5,6,7, lub procesy patofizjologiczne, takie jak choroba8,9,10 lub trauma11. W związku z tym kilka dziedzin badań koncentruje się na skutkach strukturalnych tych procesów, aby zrozumieć zmiany funkcjonalne. Jednym z kluczowych aspektów decydujących o funkcjonowaniu mięśni jest skład włókien mięśniowych. Włókna mięśniowe wyrażają różne białka ciężkiego łańcucha miozyny (MHC) i dlatego są klasyfikowane jako wolne, pośrednie lub szybkie włókna7,12,13,14,15,16,17. Fizjologicznie mięśnie mają różny skład włókien mięśniowych w zależności od ich funkcji w organizmie. Korzystając z typowania włókien mięśniowych, można określić ilościowo populacje włókien w celu określenia adaptacji do procesów fizjologicznych lub patofizjologicznych7,17. Historycznie rzecz biorąc, w celu rozróżnienia typów włókien mięśniowych zastosowano szereg czasochłonnych metod. W tym celu włókna mięśniowe sklasyfikowano albo na podstawie reaktywności ATPazy miozyny przy różnych poziomach pH, albo aktywności enzymów mięśniowych. Ponieważ nie można było ocenić różnych jakości włókien w jednej sekcji, potrzeba było wielu przekrojów, aby zidentyfikować wszystkie włókna mięśniowe i umożliwić ręczną kwantyfikację14,16,17,18,19,20,21,22. W przeciwieństwie do tego, w ostatnich publikacjach wykorzystano immunohistochemię (IHC) przeciwko białku ciężkiego łańcucha miozyny, aby szybko wybarwić wiele rodzajów włókien w jednym przekroju poprzecznym. Opierając się na zaletach tej procedury, jest ona obecnie uważana za złoty standard w analizie populacji włókien mięśniowych19,23,24. Korzystając z ulepszonych protokołów barwienia IHC, udało nam się niedawno wykazać, że w pełni automatyczne pozyskiwanie przekrojów poprzecznych całych mięśni, a następnie automatyczna kwantyfikacja włókien mięśniowych jest możliwa przy użyciu platformy open source ImageJ. W porównaniu z ręczną kwantyfikacją, nasza procedura zapewniła znaczne skrócenie czasu (około 10% ręcznych analiz) wymaganych na slajd, a jednocześnie była dokładna do ±4%25.
Ogólnym celem tej metody jest opisanie szybkiego, niezawodnego, niezależnego od użytkownika przewodnika do automatycznego oznaczania ilościowego włókien mięśniowych w całych mięśniach szczurów za pomocą platformy open source. Ponadto opisujemy potencjalne modyfikacje, które pozwoliłyby na zastosowanie go do innych okazów, takich jak myszy czy ludzkie mięśnie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie zabiegi z udziałem zwierząt zostały przeprowadzone zgodnie z zasadami opieki nad zwierzętami laboratoryjnymi zgodnie z zaleceniami FELASA26. Przed badaniem uzyskano zgodę instytucjonalnej komisji rewizyjnej Uniwersytetu Medycznego w Wiedniu oraz austriackiego Ministerstwa Badań i Nauki (BMWF: Bundesministerium fuer Wissenschaft und Forschung, numer referencyjny: BMWF-66.009/0222-WF/II/3b/2014).
1. Żniwo mięśni
UWAGA: Poprzednia publikacja Meng et al.Dostępny jest 27 opisujący bardzo szczegółowo prawidłowe zamrażanie próbek mięśni.
2. Barwienie
UWAGA: Dostępna jest duża liczba przeciwciał przeciwko białkom łańcucha ciężkiego miozyny, jednak wysokiej jakości przeciwciała są niezbędne do automatycznego pozyskiwania i analizy. Rozcieńczenia i odniesienie do przeciwciał znajdują się w Tabeli 1. Aby uzyskać plik arkusza kalkulacyjnego do obliczenia prawidłowych rozcieńczeń i sprawdzenia liczby wymaganych ilości roztworu, zobacz Plik uzupełniający 1.
3. Mikroskopia
4. Automatyczna analiza włókien
UWAGA: Makro można pobrać z następującej strony internetowej: https://www.meduniwien.ac.at/hp/bionicreconstruction/macro/
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przekroje poprzeczne całych mięśni szczura barwiono szybko metodą immunohistochemiczną w celu zidentyfikowania włókien mięśniowych MHC I, IIA i IIB. Następnie, przy użyciu skanera preparatów do mikroskopii fluorescencyjnej, automatycznie pozyskano całe przekroje poprzeczne do zautomatyzowanej analizy włókien mięśniowych w programie ImageJ. Koncepcja tej procedury opiera się na zapewnieniu prostego, niezawodnego i wydajnego czasowo przepływu pracy w celu kwantyfikacji włókien mięśniowych.<...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu demonstrujemy szeroko dostępną metodologię badania i automatycznego oznaczania ilościowego populacji włókien mięśniowych w przekrojach poprzecznych szczurów za pomocą immunohistochemii w sposób efektywny czasowo. W celu zapewnienia odtwarzalności przedstawiamy szczegółowy opis krok po kroku i potencjalne modyfikacje dla zastosowań u innych gatunków, które nie zostały opisane w tym badaniu. Ponadto omawiamy zalety zabiegu, warunki optymalnego działania i jego ograniczenia.
Obecnie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez Christian Doppler Research Foundation. Chcielibyśmy podziękować Sabine Rauscher z Core Facility Imaging na Uniwersytecie Medycznym w Wiedniu w Austrii za wsparcie przez cały czas trwania projektu. Przeciwciała pierwszorzędowe zostały opracowane przez Schiaffino, S., uzyskane z Banku Hybrydomy Badań Rozwojowych, utworzonego przez NICHD NIH i utrzymywanego na Uniwersytecie Iowa, Wydział Biologii, Iowa City, IA.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Związek O.C.T | Tissue-Tek, Sakura, Holandia | Do zatapiania tkanki mięśniowej | |
| Izopentan | do odpowiedniego zamrażania tkanki mięśniowej | ||
| Prowadnice Superfrost Ultra Plus | Thermo Scientific, Niemcy | 1014356190 | szkiełka samoprzylepne sól fizjologiczna |
| buforowana fosforanami | |||
| Triton X-100 | Thermo Scientific, Niemcy | 85112 | Detergent Soluation |
| Kozia surowica | Thermo Scientific, Niemcy | 50197Z | Kozia surowica |
| DAKO Fluorescencyjne medium montażowe | Dako Dania | S3023 | |
| Długopis Dako | Dania | S200230-2 | |
| TissueFAXSi plus | TissueGnostics, Wiedeń, Austria | ||
| Primary przeciwciała | |||
| MHC-I (Cat# BA-F8, RRID: AB_10572253) | Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB, Iowa, USA) | Supernatant | |
| MHC-IIa (Cat# SC-71, RRID: AB_2147165) | Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB, Iowa, USA) | Supernatant | |
| MHC-IIb (Cat# BF-F3, RRID: AB_2266724) | Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB, Iowa, USA) | Przeciwciała supernatant | |
| drugorzędowe | |||
| Alexa Fluor 633 Kozioł Anty-Mysz IgG2b | Thermo Scientific, Niemcy | A-21146 | |
| Alexa Fluor 488 Koza Anty-Mysz IgG1 ( γ 1) | Thermo Scientific, Niemcy | A-21121 | |
| Alexa Fluor 555 Goat Anti-Mouse IgM (& mikro-łańcuch) | Thermo Scientific, Niemcy | A-21426 | |
| Odczynnik NucBlue Fixed Cell ReadyProbes | Thermo Scientific, Niemcy | R37606 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.