Immunohistochemia (IHC) jest dobrze znaną klasyczną techniką używaną do identyfikacji składników komórkowych lub tkankowych (antygenów) poprzez interakcję antygen-przeciwciało1,2. Może być używany do identyfikacji lokalizacji i rozmieszczenia docelowych biomolekuł w tkance. IHC wykorzystuje reakcje immunologiczne i chemiczne do wykrywania antygenów w skrawkach tkanki3. Głównymi markerami używanymi do wizualizacji interakcji antygen-przeciwciało są barwniki fluorescencyjne (immunofluorescencja) i reakcje barwne enzyma-substrat (immunoperoksydaza), oba sprzężone z przeciwciałami4. Za pomocą obserwacji mikroskopowej możliwe jest określenie lokalizacji znakowanej tkanki, która w przybliżeniu odpowiada lokalizacji docelowego antygenu w tkance.
Istnieją dwie metody wykrywania białek w reakcjach fluorescencyjnych lub chromogenicznych: metoda bezpośredniego wykrywania, w której specyficzne przeciwciało pierwszorzędowe jest bezpośrednio znakowane; oraz metoda wykrywania pośredniego, w której przeciwciało pierwszorzędowe jest niesprzężone, podczas gdy przeciwciało drugorzędowe nosi etykietę5,6,7. Metoda pośrednia ma pewne zalety, którymi jest przede wszystkim wzmocnienie sygnału. Ponadto, w przeciwieństwie do innych technik molekularnych i komórkowych, dzięki immunofluorescencji możliwe jest uwidocznienie dystrybucji, lokalizacji i koekspresji dwóch lub więcej białek o zróżnicowanej ekspresji w komórkach i tkankach7. Wybór zastosowanej metody wykrywania zależy od szczegółów eksperymentalnych.
Do tej pory IHC jest szeroko stosowany w badaniach podstawowych jako potężne i niezbędne narzędzie do zrozumienia dystrybucji i lokalizacji biomarkerów oraz ogólnego profilowania różnych białek w tkance biologicznej od człowieka do bezkręgowców8,9,10,11. Technika ta pomaga wyświetlić mapę ekspresji białek w dużej liczbie normalnych i zmienionych narządów zwierzęcych oraz różnych typów tkanek, pokazując możliwą regulację ekspresji w dół lub w górę wywołaną zmianami fizjologicznymi i patologicznymi. IHC to bardzo czuła technika, która wymaga dokładności i właściwego doboru metod w celu uzyskania optymalnych wyników12. Po pierwsze, wiele różnych czynników, takich jak fiksacja, reaktywność krzyżowa, pobieranie antygenu i wrażliwość przeciwciał, może prowadzić do fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych sygnałów13. Selekcja przeciwciał jest jednym z najważniejszych etapów IHC i zależy od swoistości antygenu oraz jego powinowactwa do badanego białka i gatunków7.
Ostatnio zoptymalizowaliśmy technikę IHC do wykrywania elementów systemów oreksyny/hipokretyny i endokannabinoidów w tkance dorosłego danio pręgowanego. Skupiliśmy się głównie na fiksacji, osadzaniu tkanek przy użyciu dwóch różnych podejść, sekcji i montażu (co może wpływać na rozdzielczość i szczegółowość podczas analizy mikroskopowej) oraz blokowaniu (aby zapobiec fałszywym alarmom i zmniejszyć tło)14. Inne ważne cechy to swoistość i selektywność przeciwciał oraz odtwarzalność poszczególnych protokołów IHC. Kluczem do zapewnienia swoistości przeciwciał jest zastosowanie kontroli ujemnych (w tym braku pierwszorzędowych przeciwciał lub tkanki, o której wiadomo, że nie wykazuje ekspresji białek docelowych), a także kontroli pozytywnych (w tym tkanki, o której wiadomo, że wyraża białka docelowe)15. Wybór przeciwciał do IHC jest dokonywany na podstawie ich specyficzności gatunkowej (prawdopodobieństwa, z jakim reagują z interesującym antygenem) oraz stosowanych systemów wykrywania wiązania antygen-przeciwciało4,5,6,7. W przypadku immunoperoksydazy o barwie reakcji decyduje dobór chromogenu wytrącającego się, zwykle diaminobenzydyny (brązowej)16. Z drugiej strony, i mmunofluorescencja wykorzystuje przeciwciała sprzężone z fluoroforem do wizualizacji ekspresji białek w zamrożonych skrawkach tkanek i pozwala na łatwą analizę wielu białek w odniesieniu do chromogennego systemu detekcji5,7.
W technice immunoperoksydazy, przeciwciało drugorzędowe jest sprzężone z biotyną, cząsteczką łącznikową zdolną do rekrutacji chromogennej cząsteczki reporterowej [kompleks awidyna-biotyna (ABC)], co prowadzi do wzmocnienia sygnału barwienia. W przypadku metody reporterowej ABC enzym peroksydaza reaguje z 3,3'-diaminobenzydyną (DAB), wytwarzając intensywnie brązowe zabarwienie, w którym enzym wiąże się z przeciwciałem drugorzędowym, które można następnie przeanalizować za pomocą zwykłego mikroskopu świetlnego. Barwienie ABC, ze względu na wysokie powinowactwo awidyny do biotyny, daje szybką i optymalną reakcję, z niewielką liczbą przeciwciał drugorzędowych przyłączonych do miejsca reaktywności przeciwciała pierwotnego. Ta metoda detekcji chromogennej pozwala na analizę densytometryczną sygnału, dostarczając danych półilościowych opartych na korelacji poziomów sygnału brązowego z poziomami ekspresji białek18.
Dzięki technikom immunofluorescencji, jednoczesne wykrywanie wielu białek jest możliwe dzięki zdolności różnych fluorochromów do emitowania światła na unikalnych długościach fal, ale ważne jest, aby wybierać fluorochromy ostrożnie, aby zminimalizować nakładanie się widm5. Co więcej, zastosowanie przeciwciał pierwszorzędowych u różnych gatunków gospodarzy minimalizuje trudności związane z reaktywnością krzyżową. W tym przypadku każde przeciwciało drugorzędowe specyficzne dla gatunku rozpoznaje tylko jeden typ przeciwciała pierwszorzędowego. Reportery fluorescencyjne to małe cząsteczki organiczne, w tym komercyjne pochodne, takie jak barwniki Alexa Fluor.
Wiele modeli zwierzęcych służy do zrozumienia szczególnych warunków fizjologicznych i patologicznych. Do tej pory ustalono, że wiele szlaków metabolicznych jest zachowanych w trakcie ewolucji. W związku z tym badania IHC na organizmach modelowych, takich jak danio pręgowany, mogą dostarczyć informacji na temat genezy i utrzymywania się stanów patologicznych i niepatologicznych17. Celem tego raportu jest zilustrowanie protokołów IHC, które można wykonać na tkance dorosłego zebry pręgowanego i wykorzystać do uzyskania szczegółowych obrazów rozmieszczenia i lokalizacji OXA, OX-2R i CB1R na poziomie peryferyjnym i centralnym. Opracowano również protokoły dotyczące stosowania dwóch głównych metod pośrednich IHC w tkankach obwodowych i centralnych dorosłych ryb danio pręgowanego. Opisano metodę pośrednią, która pozwala na amplifikację sygnału w przypadkach, gdy przeciwciało drugorzędowe jest sprzężone z barwnikiem fluorescencyjnym (metoda immunofluorescencyjna) lub reporterem enzymu (metoda immunoperoksydazy). Zarówno metody detekcji chromogenicznej, jak i fluorescencyjnej mają swoje wady i zalety. W tym protokole opisano zastosowanie IHC, głównie immunofluorescencji, u dorosłego danio pręgowanego, modelu zwierzęcego szeroko stosowanego do badania systemów, które są ewolucyjnie konserwatywne w różnych stanach fizjologicznych i patologicznych.