Prezentowany tutaj jest szczegółowy protokół immunohistochemiczny do identyfikacji, walidacji i celowania w funkcjonalnie istotne kaspazy w złożonych tkankach.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Prezentowany tutaj jest szczegółowy protokół immunohistochemiczny do identyfikacji, walidacji i celowania w funkcjonalnie istotne kaspazy w złożonych tkankach.
Rodzina kaspaz znana jest z pośredniczenia w wielu szlakach komórkowych poza śmiercią komórki, w tym różnicowaniu komórek, odnajdywaniu ścieżek aksonalnych i proliferacji. Od czasu zidentyfikowania rodziny proteaz śmierci komórkowej poszukuje się narzędzi do identyfikacji i rozszerzania funkcji określonych członków rodziny w stanach rozwojowych, zdrowotnych i chorobowych. Jednak wiele z obecnie dostępnych na rynku narzędzi kaspazy, które są szeroko stosowane, nie jest specyficznych dla docelowej kaspazy. W tym raporcie przedstawiamy podejście, które zastosowaliśmy do identyfikacji, walidacji i celowania w kaspazę-9 w układzie nerwowym przy użyciu nowatorskiego inhibitora i podejść genetycznych z odczytami immunohistochemicznymi. W szczególności wykorzystaliśmy tkankę neuronalną siatkówki jako model do identyfikacji i walidacji obecności i funkcji kaspaz. Podejście to umożliwia badanie specyficznych dla typu komórki funkcji apoptozy i nieapoptozy kaspazy-9 i może być stosowane do innych złożonych tkanek i kaspaz będących przedmiotem zainteresowania. Zrozumienie funkcji kaspaz może pomóc w poszerzeniu obecnej wiedzy z zakresu biologii komórki, a także może być korzystne w identyfikacji potencjalnych celów terapeutycznych ze względu na ich udział w chorobie.
Kaspazy to rodzina proteaz, które regulują rozwojową śmierć komórki, reakcje immunologiczne i nieprawidłową śmierć komórek w chorobie1,2. Chociaż dobrze wiadomo, że członkowie rodziny kaspazy są indukowani w różnych chorobach neurodegeneracyjnych, zrozumienie, która kaspaza napędza patologię choroby, jest trudniejsze3. Takie badania wymagają narzędzi do identyfikacji, scharakteryzowania i walidacji funkcji poszczególnych członków rodziny kaspazy. Analizowanie odpowiednich poszczególnych kaspaz jest ważne zarówno z mechanistycznego, jak i terapeutycznego punktu widzenia, ponieważ literatura zawiera wiele badań dostarczających dowodów na różnorodne role kaspaz4,5. Tak więc, jeśli celem jest celowanie w kaspazę w chorobie w celu uzyskania korzyści terapeutycznych, bardzo ważne jest, aby mieć konkretne ukierunkowanie na odpowiedniego członka rodziny (członków rodziny). Tradycyjne techniki wykrywania poziomów kaspazy w tkankach obejmują western blotting oraz podejścia enzymatyczne i fluorometryczne3,6. Jednak żaden z tych pomiarów nie pozwala na specyficzne dla komórki wykrywanie poziomów kaspazy, a w niektórych scenariuszach rozszczepione kaspazy często nie mogą być wykryte przez tradycyjne środki analizy białek. Wiadomo, że kaspazy mogą odgrywać różne role apoptotyczne i nieapoptotyczne w tej samej tkance7, dlatego potrzebna jest dokładna charakterystyka poziomów kaspazy specyficznych dla komórki, aby dokładnie zrozumieć szlaki rozwojowe i chorobowe.
To badanie pokazuje aktywację i funkcję kaspazy w modelu niedotlenienia nerwowo-niedokrwiennego - niedrożność żył siatkówki (RVO)7,8. W złożonej tkance, takiej jak siatkówka, istnieje wiele typów komórek, na które może wpływać niedotlenienie-niedokrwienie wywołane w RVO, w tym komórki glejowe, neurony i naczynia krwionośne7. W siatkówce dorosłej myszy występuje bardzo mała ekspresja kaspaz widoczna w zdrowej tkance, mierzona za pomocą immunohistochemii (IHC)7, ale nie ma to miejsca podczas rozwoju9 lub w modelach choroby siatkówki10,11. IHC to technika, która jest dobrze ugruntowana w badaniach biomedycznych i umożliwiła walidację celów chorobowych i patologicznych, identyfikację nowych ról poprzez lokalizację przestrzenną i kwantyfikację białek. W przypadkach, gdy rozszczepione produkty kaspazy nie mogą być wykryte za pomocą western blot lub analizy fluorometrycznej, ani specyficznej lokalizacji komórek odrębnych kaspaz lub badania szlaków sygnałowych kaspazy poprzez lokalizację, należy zastosować IHC.
W celu określenia kaspazy (kaspaz) funkcjonalnie istotnych w RVO, IHC zostało użyte z zatwierdzonymi przeciwciałami dla kaspaz i markerów komórkowych. Poprzednie badania przeprowadzone w laboratorium wykazały, że kaspaza-9 była szybko aktywowana w modelu udaru niedokrwiennego i hamowania kaspazy-9 za pomocą wysoce specyficznego inhibitora chronionego przed dysfunkcją neuronów i śmiercią12. Ponieważ siatkówka jest częścią ośrodkowego układu nerwowego (OUN), służy jako system modelowy do badania i dalszego badania roli kaspazy-9 w uszkodzeniach nerwowo-naczyniowych13. W tym celu mysi model RVO wykorzystano do zbadania specyficznej dla komórki lokalizacji i dystrybucji kaspazy-9 oraz jej wpływu na uszkodzenie nerwowo-naczyniowe. RVO jest częstą przyczyną ślepoty u pracujących dorosłych, która wynika z uszkodzenia naczyniowego14. Stwierdzono, że kaspaza-9 ulega ekspresji w sposób nieapoptotyczny w komórkach śródbłonka, ale nie w neuronach.
Jako tkanka, siatkówka ma tę zaletę, że jest wizualizowana albo jako płaski uchwyt, co pozwala na docenienie sieci naczyniowych, albo jako przekroje, które uwydatniają warstwy siatkówki neuronalnej. Kwantyfikacja ekspresji białka kaspazy w przekrojach poprzecznych zapewnia kontekst, w odniesieniu do którego kaspaza jest potencjalnie krytyczna w łącznościach neuronalnych siatkówki i funkcji widzenia, identyfikując lokalizację kaspazy (kaspaz) w siatkówce. Po identyfikacji i walidacji, ukierunkowanie na badaną kaspazę uzyskuje się za pomocą indukowalnej specyficznej dla komórki delecji zidentyfikowanej kaspazy. W przypadku potencjalnych zapytań terapeutycznych badano znaczenie interesujących nas kaspaz przy użyciu specjalnych narzędzi do hamowania aktywowanej kaspazy. Dla kaspazy-9 komórka przenikała wysoce selektywny inhibitor7,15, użyto Pen1-XBIR3. W tym raporcie wykorzystano 2-miesięczny męski szczep C57BL/6J i indukowany tamoksyfenem szczep kaspazy śródbłonka-9 z nokautem (iEC Casp9KO) o tle C57BL/6J. Zwierzęta te poddano działaniu mysiego modelu RVO, a C57BL/6J leczono selektywnym inhibitorem kaspazy-9, Pen1-XBir3. Opisana metodologia może być zastosowana do innych modeli chorób w systemie centralnym i peryferyjnym7,15.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół jest zgodny z oświadczeniem Stowarzyszenia Badań nad Wzrokiem i Okulistyką (ARVO) dotyczącym wykorzystania zwierząt w badaniach okulistycznych i wzrokowych. Eksperymenty na gryzoniach były zatwierdzone i monitorowane przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Columbia.
1. Przygotowanie tkanki siatkówki i kriosekcja
2. Immunohistochemia
UWAGA: Użyj stałej kriokonserwowanej tkanki do immunohistochemii, aby utrzymać morfologię komórki. Wybierz sekcje, które znajdują się na poziomie obrazów optycznej tomografii koherentnej (OCT) uzyskanych in vivo7. Użyć pierwszych dwóch serii szkiełek pobranych z kriostatu lub skrawków ze 150 μm do tkanki siatkówki.
3. Obrazowanie konfokalne
4. Kwantyfikacja poziomów kaspazy
5. Genetyczne potwierdzenie znaczenia kaspazy komórek śródbłonka-9
6. Celowanie w kaspazę-9 w RVO
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany protokół pozwala użytkownikowi analizować i określać ilościowo poziomy kaspazy-9 w tkance siatkówki. Ponadto przedstawiono narzędzia do dalszej identyfikacji, walidacji i precyzyjnego ukierunkowania kaspazy-9 i dalszych substratów. Podsumowane kroki pozwalają na ilościową analizę poziomów kaspazy i swoistości komórkowej w fluorescencyjnych mikrofotografiach. Wszystkie ryciny pokazują reprezentatywne mikrofotografie i kwantyfikację wskazanych poziomów kaspazy w całkowitej siatkówce, komórkach śródbłonka i neuronac...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kaspazy to wieloczłonmowa rodzina proteaz, najlepiej zbadana pod kątem ich roli w śmierci komórki i zapaleniu; Jednak ostatnio odkryto różne funkcje niezwiązane ze śmiercią u niektórych członków rodziny 4,5. Duża część naszej wiedzy na temat funkcji kaspazy pochodzi z prac nad hodowlą komórkową i z danych wnioskowanych dotyczących chorób u ludzi. Chociaż uznaje się, że w chorobie występuje nieprawidłowa indukcja, aktywacja lub inaktywacja kaspaz, trudno było funk...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują następujące konkurencyjne interesy: C.M.T. posiada następujące zgłoszenia patentowe US20200164026, US20190142915 i US20150165061. C.M.T. i S.S. posiadają zgłoszenie patentowe w USA 20140024597. C.M.T., A.M.P. i M.I.A. mają zgłoszenie patentowe US2020058683. C.M.T. i Y.Y.J. mają zgłoszenie patentowe WO2018013519. M.I.A. i CMT są wymienieni jako wynalazcy w zgłoszeniu patentowym WO/2020/223212 przez Trustees of Columbia University w Nowym Jorku. Pozostali autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.
Ta praca była wspierana przez grant National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (NSF-GRFP) DGE - 1644869 oraz National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) of the National Institutes of Health (NIH), numer nagrody F99NS124180 NIH NINDS Diversity Specialized F99 (do CKCO), National Eye Institute (NEI) 5T32EY013933 (do AMP), National Institute of Neurological Disorders and Stroke (RO1 NS081333, R03 NS099920 do CMT) oraz Departament Obrony Wojsk Lądowych/Sił Powietrznych (DURIP do CMT).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| anty-kaspaza-7 488 | Novus Biologicals | NB-56529AF488 | zastosowanie w 1:150 |
| anty-cl-kaspaza-9 | sygnalizacja komórkowa | 9505-S | zastosowanie w 1:800 |
| anty-CD31 | BD Pharmingen | 553370 | zastosowanie w 1:50 |
| Konfokalny mikroskop z wirującym dyskiem | Biovision | ||
| FIJI 2.3.0 | open source | ||
| Fluormount G | Fisher | 50-187-88 | |
| Kleszcz | Roboz | RS-5015 | |
| iCasp9FL / FL X VECad-CreERT2 myszy wygenerowane | laboratoryjnie | zobacz Avrutsky 2020 | |
| Izolektyna (594, 649) | Wektor | DL-1207 | zastosowanie w 1:200 |
| Chlorowodorek ketaminy | Henry Schein | NDC: 11695-0702-1 | |
| Pompa perfuzyjna | Masterflex | ||
| Pen1-XBir3 | wygenerowany | , patrz Avrutsky 2020 | |
| Prism 9.1 | GraphPad | ||
| Tissue-Tek OCT | Fisher | 14-373-65 | |
| Vis-a-View 4.0 | Visitron Systems | ||
| Ksylazyna | Akorn | NDCL 59399-110-20 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie