Este protocolo descreve as etapas detalhadas da microscopia imunoeletrônica pré-incorporada, com foco na exploração de circuitos sinápticos e localização de proteínas na retina.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Este protocolo descreve as etapas detalhadas da microscopia imunoeletrônica pré-incorporada, com foco na exploração de circuitos sinápticos e localização de proteínas na retina.
A retina compreende numerosas células que formam diversos circuitos neuronais, que constituem o primeiro estágio da via visual. Cada circuito é caracterizado por características únicas e neurotransmissores distintos, determinando seu papel e significado funcional. Dados os intrincados tipos de células dentro de sua estrutura, a complexidade dos circuitos neuronais na retina apresenta desafios para a exploração. Para investigar melhor os circuitos retinianos e a conversa cruzada, como a ligação entre as vias do cone e do bastonete, e a localização molecular precisa (neurotransmissores ou neuropeptídeos), como a presença de imunorreatividade semelhante à substância P na retina do camundongo, empregamos um método de microscopia imunoeletrônica pré-incorporada (imuno-EM) para explorar as conexões sinápticas e a organização. Essa abordagem nos permite identificar conexões sinápticas intercelulares específicas e localização molecular precisa e pode desempenhar um papel orientador na exploração de sua função. Este artigo descreve o protocolo, os reagentes usados e as etapas detalhadas, incluindo (1) preparação para fixação da retina, (2) imunocoloração pré-incorporação e (3) pós-fixação e incorporação.
A complexidade dos circuitos neuronais na retina apresenta desafios para exploração, considerando os diversos tipos de células dentro de sua estrutura 1,2. A etapa inicial envolve a identificação de conexões sinápticas entre diferentes células e a determinação da localização celular de neurotransmissores ou neuropeptídeos específicos. À medida que os avanços da biologia molecular introduzem novas proteínas, a localização precisa na retina torna-se crucial para entender suas funções e analisar os circuitos retinianos e as conexões sinápticas 3,4,5.
Devido à resolução limitada da microscopia de luz, a microscopia eletrônica (EM) é comumente usada para detectar as estruturas subcelulares das células nervosas. O EM possui várias classificações, sendo a microscopia eletrônica de transmissão convencional (TEM) utilizada para observar as ultraestruturas celulares 6,7,8,9. A microscopia imunoeletrônica (immuno-EM), que combina a resolução espacial do EM com a capacidade de identificação química de anticorpos que se ligam especificamente às proteínas10, destaca-se como o método ideal e exclusivo para investigar conexões sinápticas e localização de proteínas subcelulares na retina11,12.
As técnicas de imuno-EM podem ser divididas em métodos de pré-incorporação e pós-incorporação com base na ordem de incorporação e incubação de anticorpos. Em comparação com o método pós-incorporação, a abordagem pré-incorporação é capaz de identificação em larga escala e longa distância13 , 14 , 15 , oferecendo uma abordagem ideal para estudar processos celulares como axônios e dendritos. Além disso, essa técnica fornece um sinal forte e amplo campo de visão, tornando-a vantajosa para investigações abrangentes da expressão de proteínas e localização molecular no citoplasma. Este método é particularmente valioso para garantir estruturas quimicamente identificadas que são visíveis em todo o citoplasma, células ou retina.
No entanto, o método pós-embedding, embora tenha menor penetração ou difusão em comparação com o método pré-embedding, não é tão sensível16,17. Em termos simples, se o objetivo é explorar a localização de neurotransmissores específicos no citoplasma ou nos terminais sinápticos, o imuno-EM pré-incorporado é o método preferido. Por outro lado, para identificar a localização dos receptores de membrana, é mais recomendável utilizar o imunogold EM pós-incorporação.
Dadas essas considerações, optamos pelo método imuno-EM pré-incorporação para mergulhar nos circuitos da retina, incluindo a interação entre as vias do cone e do bastonete, e a localização molecular, como a distribuição e organização sináptica da imunorreatividade semelhante à substância P (SP-IR) na retina do camundongo.
O cuidado e o manuseio dos animais foram aprovados pelo Regulamento do Comitê de Ética da Universidade Médica de Wenzhou, de acordo com as diretrizes da ARVO. Camundongos adultos (C57BL/6J, machos e fêmeas, 8 a 12 semanas de idade) foram utilizados nesta pesquisa. O equipamento e os reagentes necessários para o estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Preparação para fixação da retina
2. Imunocoloração pré-incorporada
3. Pós-fixação e incorporação
A Figura 1 mostra exemplos de experimentos de controle sem a incubação de anticorpos primários contra a proteína quinase C alfa (PKCα) ou SP, nos quais nenhuma imunorreatividade (IR) foi encontrada.
A Figura 2 mostra o PKCα-IR na retina do camundongo. PKCα serve como um marcador para todas as células bipolares de bastonetes (RBC) na retina18. No nível de microscopia eletrônica (EM), as hemácias podem ser identificadas por meio de PKCα-IR, visualizado pelo produto da reação de diaminobenzidina (DAB) com alta densidade eletrônica. A Figura 2A ilustra um dendrito eritrocitário PKCα-positivo formando uma sinapse com um terminal de bastonete na camada plexiforme externa (OPL), enquanto a Figura 2B mostra uma sinapse cone-RBC onde um dendrito eritrocitário PKCα-positivo é pós-sináptico a um terminal de cone. Além disso, o produto da reação DAB auxilia na identificação de terminais RBC ( Figura 2C ) e processos axonais ( Figura 2D ) na camada plexiforme interna (IPL).
A Figura 3 mostra a expressão da substância P (SP) nas conexões pré e pós-sinápticas no IPL da retina do camundongo. As células amácrinas SP-IR são pré-sinápticas às células amácrinas SP-negativas (Figura 3A), bem como aos processos amácrinos SP-IR (dados não mostrados). Além disso, as células amácrinas SP-IR são terminais pós-sinápticos a bipolares nos níveis da subcamada 3 (S3) e subcamada 5 (S5) de IPL, respectivamente ( Figura 3B , C ). Nossa pesquisa anterior detalha a análise de sinapses onde os processos de células amácrinas SP-IR formam saídas sinápticas em outros processos no IPL19. Notavelmente, a localização subcelular de SP é encontrada principalmente em vesículas sinápticas nos terminais pré-sinápticos (Figura 3).

Figura 1: Micrografias imunoeletrônicas de experimentos de controle. Tanto o pedículo do cone (CP) com duas fitas (ponta de seta) (A) quanto a esférula da haste (RS) com uma fita no OPL (B) não apresentaram coloração. Barras de escala: 500 nm (A), 200 nm (B). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Micrografias imunoeletrônicas marcadas com anticorpo PKCα na retina do camundongo. (A) RS se conecta com um eritrócitos PKCα-positivo (setas indicam imunorreatividade) e duas células horizontais (H) no OPL. (B) CP se conecta com eritrócitos PKCα-positivos no OPL. (C) e (D) mostram o terminal de hemácias PKCα-positivo e o processo axonal no IPL, respectivamente. Barras de escala: 200 nm (A), 500 nm (B), 500 nm (C), 500 nm (D). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Micrografias imunoeletrônicas marcadas com anticorpo SP no IPL da retina de camundongos. (A) A célula amácrina SP-IR (A+) é pré-sináptica a uma célula amácrina SP-negativa (A-). As células amácrinas SP-IR receberam entradas de terminais bipolares nos níveis S3 (B) e S5 (C) de IPL, respectivamente. Barras de escala: 200 nm (A), 200 nm (B), 200 nm (C). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Este artigo descreveu três etapas críticas para a observação bem-sucedida dos circuitos sinápticos e localização de proteínas: (1) fixação rápida e fraca, (2) imunocoloração pré-incorporação e (3) pós-fixação e incorporação.
Propomos que a fixação é o passo chave para uma abordagem imuno-EM pré-incorporação bem-sucedida. Assim, a importância do fixador fresco e da fixação rápida é enfatizada aqui, nomeando esse princípio de "princípio 4F", que é crucial na preparação do tecido. No entanto, alcançar maior penetração de anticorpos e fixação eficaz representa um desafio20. Para resolver isso, o glutaraldeído foi substituído por ácido pícrico durante a fixação inicial para melhorar a penetração de anticorpos, pois o glutaraldeído pode interromper os determinantes antigênicos e afetar a imunomarcação21. O ácido pícrico, por outro lado, preserva melhor a estrutura da membrana e a integridade do tecido22, embora com comprometimento da eficácia da fixação. Na terceira etapa, foi utilizado glutaraldeído a 2% para pós-fixação para otimizar a fixação tecidual.
Os pontos-chave do protocolo apresentado aqui incluem cinco etapas: (1) Fixação precoce: Utilizar ácido pícrico no estágio inicial para melhor penetração de anticorpos, minimizando a interrupção dos determinantes antigênicos. (2) Pós-fixação: Usando glutaraldeído a 2% para melhorar a fixação do tecido após a imunocoloração. (3) Tratamento de redução: Incubação de tecido em NaBH4 a 1% em PB 0,1 M (pH 7,4) por 30 min para restaurar grande parte da imunorreatividade e melhorar a reatividade imunológica de antígenos e anticorpos, intensificando os sinais positivos23. (4) Preparação do tecido: Remoção do tecido vítreo e corte do tecido retiniano em pequenas tiras para facilitar a incubação eficaz de anticorpos e garantir sinais uniformes. (5) Além disso, é imperativo manusear o tecido retiniano com o máximo cuidado, evitando qualquer dano que possa comprometer observações posteriores ao longo de todo o procedimento. Essas medidas contribuem coletivamente para o sucesso do método imuno-EM pré-incorporação, permitindo estudar diversos aspectos, como sinapses cone-RBC24, localização molecular SP-IR19 e a expressão precisa de α-Syn na retina de camundongos25.
Antes de incubar o primeiro anticorpo, é essencial bloquear as tiras retinianas com 2% de NGS para eliminar a interferência de sinal não específica. A concentração do primeiro anticorpo deve ser determinada com base no próprio anticorpo, normalmente maior do que o usado para coloração por congelação, e deve ser otimizada de antemão. Durante o período de incubação do anticorpo primário, a rotação contínua do tubo de microcentrífuga é necessária para garantir o contato total das tiras retinianas empilhadas com o anticorpo, evitando a penetração incompleta das peças empilhadas. Para amplificar o sinal, o DAB foi pré-incubado antes da coloração padrão do DAB, com o tempo de coloração específico variando tipicamente de 10 a 20 minutos. Se o tempo for muito curto, o sinal pode ser muito fraco para observação e, se for muito longo, pode levar a sinais falsos positivos, afetando o julgamento preciso. Geralmente, o tempo de incubação dos corantes depende diretamente da cor da superfície do tecido (marrom a marrom escuro).
Embora tenham sido realizados experimentos com congelamento de tecido em nitrogênio líquido para aumentar o sinal, como mencionado anteriormente 18,26,27, esse método amplificou os sinais positivos, mas resultou em uma estrutura de membrana deficiente das células da retina (dados não mostrados). Essa degradação estrutural tornou difícil identificar com precisão os tipos de células. Considerando isso, o tecido da retina não foi congelado repetidamente. Para aumentar o sinal positivo, o tempo de incubação dos anticorpos foi estendido adequadamente. O protocolo proposto combina vantagens anteriores, simplificando as etapas em comparação com a incorporação de ágar. Isso não apenas protege os determinantes antigênicos das proteínas, mas também preserva a integridade das membranas celulares. O objetivo geral é explorar as conexões sinápticas e a localização celular de neurotransmissores em todo o caminho. Portanto, os produtos da reação DAB no protocolo não foram submetidos a tratamento de intensificação de prata, tornando-o mais adequado para investigar conexões e vias sinápticas específicas de neurotransmissores28.
Atualmente, existem métodos limitados para a identificação química de vias ou neurotransmissores no nível ultraestrutural. Um desses métodos é a microscopia de luz e eletrônica correlacionada (CLEM) 29 , 30 , que, no entanto, está confinada a uma área muito pequena e não tem a capacidade de identificar conexões em todo o caminho. Os pontos fortes do imuno-EM pré-incorporado residem em seu sinal robusto, amplo alcance e capacidade de posicionamento e rastreamento analítico de longa distância 13,14,15. No entanto, esse método também tem suas limitações, como sinais difusos, tornando-os menos específicos. Para a localização precisa dos receptores de membrana, especialmente aqueles na membrana, pode ser mais adequado usar imunogold EM pós-incorporação. Essa técnica permite a contagem direta de partículas de ouro, facilitando a análise do número e da variabilidade desses receptores de membrana16.
No futuro, a integração do imuno-EM pré-incorporado com o EM de volume é promissor como um método eficaz para a exploração de longo prazo de circuitos neurais identificados, representando as perspectivas futuras para o desenvolvimento desse método. O volume EM enfoca a reconstrução da estrutura, contando com a morfologia para a identificação de estruturas específicas, carecendo de identificação química precisa31,32. Ao combinar o imuno-EM pré-incorporado com o volume EM, estruturas ou substâncias específicas podem ser identificadas durante a reconstrução tridimensional, fornecendo uma abordagem mais abrangente e visualmente intuitiva para a identificação de circuitos neurais.
Os autores não têm divulgações.
Este trabalho foi apoiado em parte por doações do Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China (2022YFA1105503), do Laboratório Estadual de Neurociência (SKLN-202103), da Fundação de Ciências Naturais de Zhejiang da China (Y21H120019).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1 mL agulha de seringa | kangdelai | ||
| 1% OsO4 | Electron Microscopy Science | 19100 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 8% Glutaraldeído | Microscopia Eletrônica Science | 16020 | |
| 8% Paraformaldeído | Microscopia Eletrônica Science | 157-8 | |
| Ciência da Microscopia Eletrônica | Acetona | 10000 | |
| Anti-coelho PKC | Sigma-Aldrich | P4334 | |
| Anti-Coelho SP | Abcam | ab67006 | |
| DAB Kit de substrato | MXB Biotechnologies | KIT-9701/9702/9703 | |
| Tesoura de cotovelo | Suzhou66 vision company | 54010 | |
| Microscópio eletrônico | Resina Phillips | CM120 | |
| Epon | Microscopia Eletrônica Ciência | 14910 | |
| fórceps | Suzhou66 vision company | S101A | |
| Papel de filtro Millipore | Merck Millipore | ||
| Na2HPO4· 12H2O | Sigma | 71650 | Um componente do tampão fosfato |
| NaH2PO4· H2O | Sigma | 71507 | Um componente do tampão fosfato |
| Ácido pícrico | Ciência da Microscopia Eletrônica | 19550 | |
| Borohidreto de sódio (NaBH4) | Sigma | 215511 | |
| Tris | Solarbio | 917R071 | |
| Ultramicrótomo | Leica | ||
| Acetato de Uranilo | Ciência da Microscopia Eletrônica | 22400 | |
| Kit VACTASTAIN ABC, Peroxidase (IgG de Coelho) | Vector Laboratories | PK-4001 |
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