$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Целью описанного ниже протокола является выделение отдельных типов клеток из гетерогенной популяции нервной ткани для последующего анализа экспрессии генов, специфичных для конкретного типа клеток, экспрессии белка или даже эпигенетических маркеров. Мозг состоит из многих типов клеток, которые происходят от различных клеток-предшественников и обладают свойствами и функциями, специфичными для каждого типа. Несмотря на эти различия, эти различные типы нервных клеток могут экспрессировать сходные рецепторы и внутриклеточные сигнальные молекулы, что затрудняет анализ этих более распространенных белков для измерения или интерпретации с помощью традиционных методов. Нейробиологи должны определить функцию и активацию этих различных типов клеток в мозге, а также то, как они могут индивидуально влиять на поведение, поскольку в конечном итоге это станет первым шагом к определению более специфических лекарств и терапевтических мишеней для неврологических и нейропсихиатрических заболеваний. Несмотря на эту всеобъемлющую цель исследований в области нейробиологии, может быть трудно выделить отдельные типы нейронных клеток из мозга для анализа экспрессии генов или белков, активации сигнальных молекул или модификации эпигенетических маркеров на ДНК. Из методов, которые используются в настоящее время, иммуногистохимия может идентифицировать экспрессию белков специфичным для клеточного типа образом в сочетании с дополнительным окрашиванием маркера, специфичного для клеточного типа, хотя это зависит от специфических антител, которые могут правильно окрашивать интересующие белки, и это может быть трудно количественно определить. Гибридизация in situ может идентифицировать специфическую локализацию матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК) в отдельных клетках мозга, но это трудоемкий процесс, который также ограничивает совместный анализ конкретных типов клеток и позволяет анализировать только один или, возможно, несколько генов, представляющих интерес. Микродиссекция лазерного захвата использует лазер для выделения субпопуляций клеток, которые визуализируются с помощью микроскопии; однако трудоемкий характер этого процесса и относительно низкий выход могут значительно ограничить последующий анализ уровней белков или мРНК, особенно если экспрессия этих молекул изначально низкая. Флуоресцентная сортировка активированных клеток (FACS) является относительно новым методом в области нейробиологии для выделения отдельных типов клеток из мозга для последующего анализа экспрессии генов1 и/или эпигенетических мишеней2. Этот процесс также может быть использован для сортировки конкретных типов нервных клеток для последующего анализа экспрессии генов, специфичных для конкретного типа клеток, экспрессии белков или эпигенетических маркеров. FACS используется в ряде областей медицинских исследований, таких как рак и иммунология, на протяжении десятилетий для подсчета и сортировки различных клеток на основе физических или биохимическиххарактеристик. Кроме того, проточная цитометрия классически используется для анализа экспрессии белка на клеточной основе с использованием специфических антител. Описанная ниже процедура использует преимущества классических методов проточной цитометрии для выделения отдельных типов клеток для последующего анализа конечных точек молекулярной биологии. Проточный цитометр может анализировать несколько тысяч клеток в секунду, что делает его быстрой и эффективной альтернативой описанным выше методикам. Кроме того, клетки могут быть выделены на основе клеточной экспрессии определенного белка (например, рецептора нейротрансмиттера) или комбинации двух или более белков (колокализация нескольких белков в определенном типе клеток). Это позволяет пользователю изолировать очень селективные типы нервных клеток на основе их молекулярных свойств, чтобы идентифицировать их функцию в мозге.
Для выполнения FACS, нейронные клетки преобразуются в одноклеточную суспензию, которая пропускается через проточную ячейку, которая переносит и выравнивает клетки так, что они проходят одним файлом через световой луч и лазеры для анализа. Компьютер получает данные из каждой ячейки и наносит их на гистограмму для анализа заданных параметров (размера, зернистости и флуоресценции). На основе этих параметров клетки могут быть немедленно отсортированы в отдельные пробирки для их запоминания и последующего анализа любой желаемой конечной точки. В описанном ниже протоколе используются три антитела для сортировки нейронов (с использованием антигена тимоцитов 1, антитела Thy1), астроцитов (с использованием глиального транспортера глутамата, антитела GLT1) и микроглии (с использованием кластера дифференцировочной молекулы 11B, антитела CD11b). Этот протокол может быть использован, как описано ниже, или модифицирован с помощью различных антител в зависимости от типа клеток, которые человек хотел бы выделить для своих собственных экспериментов.
Есть несколько предостережений, которые следует учитывать при определении того, подходит ли этот протокол для конкретных экспериментов. Одно важное предостережение может касаться конкретного типа клеток, которые необходимо выделить. В этом протоколе используются три антитела, которые являются внеклеточными антителами, которые позволяют экспериментатору сохранить типы клеток нетронутыми во время процедуры окрашивания, тем самым сохраняя целостность РНК, ДНК и белков внутри. Вполне возможно, что кто-то может захотеть изолировать определенный тип нервных клеток с помощью антитела, которое идентифицирует белок, экспрессирующийся только внутри этой конкретной клетки. Например, может потребоваться изолировать дофаминергические нейроны с помощью антитела к тирозингидроксилазе или изолировать ацетилхолиновые нейроны с помощью антитела к холинацетилтрансферазе. Эти белки являются внутриклеточными и, таким образом, требуют фиксации и проникновения в клеточную мембрану для последующего окрашивания соответствующими антителами. Хотя это было сделано и раньше, этот процесс может значительно снизить выход РНК или ДНК из этих проникнутых клеток. Еще одним предостережением может быть то, что не все антитела подходят для FACS. Например, в настоящее время можно использовать антитело, которое очень хорошо работает для вестерн-блоттинга, метода, который требует денатурации белков. Это антитело не обязательно может быть пригодным для идентификации этих типов клеток с помощью FACS, учитывая, что белки не денатурируются ни в одном из этапов данного протокола, и, таким образом, антитело может не иметь способа связываться с присущим ему антигеном. Компании предоставляют листы спецификаций, в которых указаны приложения, для которых антитела были одобрены. Если антитело не было одобрено для проточной цитометрии, это не должно отпугивать вас от использования этого протокола с конкретным антителом; однако следует знать, что это не гарантируется, что он будет работать для FACS. Третье предостережение этого протокола связано с количеством клеток, которые человек пытается выделить. FACS является отличным методом получения максимально возможного количества клеток даже из небольшого кусочка ткани, но также возможно, что если кто-то захочет выделить относительно разреженную популяцию клеток из относительно небольшой области мозга, то выход от одного животного будет по своей природе низким. В этом случае может потребоваться объединение мозговой ткани нескольких животных в одной и той же группе лечения, чтобы получить количество клеток, необходимое для последующего анализа; тем не менее, в недавней публикации использовалась генно-таргетная предварительная амплификация кДНК для последующего анализа экспрессии генов из небольшого числа активированных нейронов (5-6%) из большего набора отсортированных нейронов, что указывает на то, что можно анализировать экспрессию генов даже из небольших подмножеств нервных клеток без объединения большого числа животных6Последнее предостережение этого метода заключается в том, что у вас должен быть доступ к сортировщику клеток, который находится не слишком далеко. Сортировщик ячеек — это сложная машина, которая требует серьезного обучения для правильной эксплуатации. Таким образом, эти машины часто управляются квалифицированным техническим специалистом на основном предприятии. Кроме того, цель этой процедуры состоит в том, чтобы диссоциировать нервную ткань, окрасить ее на специфические антитела и немедленно доставить эти образцы в сортировщик в течение короткого периода времени (возможно, полдня). Эти временные рамки помогут повысить выживаемость и выход выделенных клеток и сохранить целостность клеток для последующей обработки и анализа. Если все описанные выше параметры соблюдены, FACS является отличным методом для анализа специфической экспрессии генов и белков нервной ткани по типу клеток.
Все эксперименты проводились в соответствии с Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) Университета штата Делавэр и Руководством Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных.