$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Идея о том, что новые нейроны генерируются в мозге взрослого человека на протяжении всей жизни, очаровывала научное сообщество на протяжении десятилетий. Знание о том, что мозг генерирует новые нейроны на протяжении всей своей жизни, было достигнуто путем обнаружения клеток под делением 1,2. Обнаружение вновь генерируемых нейронов во взрослом мозге было впервые идентифицировано путем внутрикраниального введения тритиированного тимидина (тимидина-H3) у крыс и обнаружения клеток в клеточном цикле с помощью ауторадиограмм 1,2. Сообщалось о делении клеток глии и наличии нейробластов, что стало первыми перспективными данными о постнатальном нейрогенезе1. Тем не менее, использование и обнаружение тимидина-H3 подразумевало использование радиоактивности, которая может быть вредной для людей, которые им управляют. Первая попытка изучить пригодность иммуногистохимии BrdU в изучении пролиферации, миграции и происхождения клеток в нервной системе появилась в 1988 году Миллером и Новаковски3. В 1998 году статья, опубликованная Эрикссоном и его коллегами, показала, что новые нейроны были визуализированы посмертно в мозге взрослого человека пациентов, которым вводили 5-бром-2'-дезоксиуридин (BrdU)4. Эти пациенты получали инъекцию BrdU (250 мг внутривенно) для маркировки роста опухолей4. Этот метод был принят на животных моделях. Внедрение этих методов стало важной вехой для этой области, поскольку это позволило обнаружить вновь генерируемые клетки без использования радиоактивных соединений. Эта процедура стала золотым стандартом для измерения пролиферации клеток в нишах мозга взрослых для содействия дальнейшим исследованиям в этой области.
Ограничение метода аналога тимидина заключается в том, что он не позволяет определить клеточную идентичность для вновь генерируемых клеток. Тем не менее, иммуногистохимия позволяет нам проводить технику двойной или тройной маркировки одной и той же клетки, которая подтверждает клеточную судьбу вновь генерируемых клеток и даже их стадии созревания, что приводит к дальнейшей эволюции поля. Этот метод характеризовался для дифференцировки вновь генерируемых клеток в глию, недифференцированные нейроны или полностью зрелую гранулированную клетку и даже для определения того, активно ли они участвуют в схеме. Еще одним прорывом в этой области стало использование трансгенных моделей для идентификации недифференцированных клеток в домене нестина. Трансгенные мыши nestin-GFP экспрессируют улучшенный зеленый флуоресцентный белок (GFP), который находится под контролем промотора нестина. Нестин является промежуточной нитью, характеризующейся клетками-предшественниками5. Трансгенные мыши nestin-GFP позволили установить ранние этапы развития, участвующие в нейрогенезе6. Однако существенным ограничением является возможность поддерживать колонию трансгенных мышей nestin-GFP в особых условиях в лабораторных условиях, которая становится экономически эффективной для некоторых научных групп, особенно из развивающихся стран.
Методы, упомянутые выше, имеют преимущества и недостатки. Тем не менее, идентификация пролиферирующих клеток с помощью иммуногистохимии (IHC) и возможность проведения метода двойной или тройной маркировки иммунофлуоресценцией для идентификации стадии созревания клеток или судьбы клеток представляет собой наиболее осуществимый способ измерения нейрогенеза взрослых. Процесс идентификации с использованием иммуногистохимии состоит из маркировки белков, белкового домена или нуклеотидов специфическим антителом, которое позволяет распознавать их, известные как первичные антитела. Последнее распознается вторичным антителом, которое маркируется хромогеном (например, пероксидазой хрена) или фторхромом (например, FITC) в сочетании с вторичным антителом. Микроскопы могут обнаруживать как хромогены, так и фторхромные сигналы. Используя IHC, можно идентифицировать мембранные белки, белки цитоскелета или ядерные компоненты, такие как BrdU. С другой стороны, BrdU можно найти в клеточном ядре, поскольку он включен в ДНК во время S-фазы путем конкуренции. Поэтому решающим шагом является денатурация ДНК HCl, которая открывает связи ДНК, чтобы позволить антителу BrdU получить доступ к BrdU в ДНК. Важно знать, что BrdU присутствует в насыщенной концентрации в сыворотке мышей и крыс в течение 15 и 60 мин соответственно, после внутрибрюшинного введения, затем быстро падает до неопределяемых уровней через 60 и 120 мин соответственно7.
Здесь мы описываем четыре различных, но тесно связанных метода IHC: хромогенное косвенное обнаружение с использованием реакции пероксидазы хрена (HRP) с DAB (3,3'-диаминобензидин) без усиления сигнала (этап 4.1), амплификация комплекса авидин-биотин (ABC) (шаг 4.1), обнаружение непрямой иммунофлуоресценции без усиления сигнала (шаг 4.4) и амплификация меченого стрептавидина-биотина (LSAB) (шаг 4.3). Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки и может быть полезен для конкретных потребностей тканей (см. Таблицу 1). Мы решили следовать косвенным методам ICH из-за их доступности и простоты, чтобы внести изменения от хромогенных к флуоресцентным методам обнаружения при использовании неконъюгированных первичных антител. Подход HRP является широко используемым методом IHC из-за его доступности, высокой стабильности, высокой скорости оборота и полной доступности субстратов. Тем не менее, мы рекомендуем использовать положительный контроль, чтобы подтвердить, что метод окрашивания работает точно, и использовать отрицательный контроль для эффективного тестирования функции антител. Множественные иммуноокрашивания или мультиплексные методы IHC (см. шаг 6) являются мощными инструментами для получения больших объемов данных из участка ткани в одном эксперименте. Этот метод особенно важен, когда доступность образцов ограничена. Другим преимуществом является возможность одновременной идентификации специфических белков, совместно экспрессируемых в одном и том же клеточном пространстве, сохраняя при этом целостность тканей. Мультиплекс позволяет окрашивать различные маркеры, выраженные во время конкретных пролиферативных стадий (например, нестин, GFAP, DCX, Ki-67), что позволяет нам достичь более детального исследования пролиферации и дифференциации8. Крайне важно выбрать антитела, совместимые с техникой фиксации, используемой для предотвращения перекрестной реактивности. Мы рекомендуем тестировать каждое новое антитело (включая BrdU) индивидуально, чтобы скорректировать и усовершенствовать метод. Затем вводят двойное последовательное окрашивание и, наконец, запускают одновременный процесс иммуноокрашения, когда последовательный метод полностью доминирует. Крайне важно выбрать соответствующие вторичные антитела для этого метода.
| Метод | Специфический метод | Преимущества | Недостатки |
| Метод косвенного обнаружения | Пероксидазная реакция с DAB | 1. Более высокая чувствительность, чем метод прямого обнаружения и косвенной флуоресценции. 2. Более высокая устойчивость к фотоотбеливанию, чем фторхромы. 3. Более низкая стоимость, чем метод обнаружения флуоресценции | 1. Сложно для мультиплексирования с меньшим количеством цветных красителей. 2. Сложные для Коэкспрессии мишени в одном клеточном пространстве. 3. Уменьшенный динамический диапазон для одновременных дефицитных и высокообильных мишеней на одной и той же ткани. |
| Свечение | 1. Лучший и самый простой для мультиплексирования с большим количеством цветовых красителей. 2. Лучше всего подходит для коэкспрессированных мишеней в одном и том же клеточном пространстве. 3. Улучшенный динамический диапазон для одновременных дефицитных и обильных мишеней на одной и той же ткани. 4. Никаких дополнительных шагов. | 1. Более низкая чувствительность, чем при непрямой пероксидазной реакции методом DAB. 2. Слабая устойчивость к фотоотбеливанию с течением времени. 3. Дороже. |
| Метод усиления сигнала | Комплекс Авидин-Биотин (ABC) | 1. Более высокая чувствительность, чем метод прямого и косвенного обнаружения. 2. Уменьшите фон | 1. Дополнительные шаги. 2. Более дорогое, чем не усиление. |
| Меченый стрептавидин-биотин (LSAB) | 1. Более высокая чувствительность, чем метод прямого и косвенного обнаружения. 2. Более существенное проникновение в ткани, чем метод ABC. 3. Уменьшите фон | 1. Дополнительные шаги. 2. Дороже, чем метод ABC. |
| Не дополнительный метод усиления | 1. Более низкая стоимость. 2. Никаких дополнительных шагов. 3. Идеально подходит для высоких обильных целей. | 1. Более низкая чувствительность: проблематично без обильных целей. |
Таблица 1: Преимущества/недостатки методов МГК. В этой таблице показаны преимущества/недостатки непрямых методов обнаружения: пероксидазная реакция с (3,3'-диаминобензидином) DAB и флуоресценцией; и методы усиления сигнала: авидин-биотиновый комплекс (АВС), меченый стрептавидин-биотин (LSAB), а не метод дополнительной амплификации.
Изображение с высоким разрешением имеет основополагающее значение для выполнения надлежащего анализа и представления результатов. Существует два подхода к улучшению разрешения: 1) использование лучшей конструкции микроскопа (например, конфокального, многофотонного) или 2) численная инвертирование процесса размытия для улучшения изображений с использованием деконволюции9. К сожалению, конфокальная микроскопия не является доступной из-за высокой стоимости оборудования и его обслуживания10. Широкоугольный эпифлуоресцентный микроскоп и последующая деконволюция изображений z-стека обеспечивают подходящую, недорогую альтернативу конфокальной микроскопии 8,9. Как отмечалось выше, целью деконволюции является восстановление исходного сигнала, который был деградирован системойсбора 9, путем уменьшения размытия, расфокусированной дымки и искажений, показанных на изображении, полученном эпифлуоресцентным или конфокальным микроскопом, с использованием математических алгоритмов удаления10. Полученное размытое изображение может быть математически смоделировано в результате свертывания наблюдаемых объектов с помощью 3D-функции разброса точек (PSF). PSF представляет собой теоретическую дифракционную картину точек света, излучаемых образцом ткани и собранных микроскопом. Файл PSF создается с учетом конкретных условий каждого изображения, таких как расстояние между ПЗС-ячейками камеры, показатель преломления используемой среды, числовая диафрагма объектива, длина волны излучения флуорофора, размеры изображения, количество изображений в методе обработки z-стека и пространство между ними (см. техническую спецификацию в таблице 2). Другими словами, файл PSF суммирует эффекты настройки визуализации на наблюдения микроскопа9. Тем не менее, мы используем дифракционный PSF 3D Plugin (https://imagej.net/Diffraction_PSF_3D) для создания нашего собственного конкретного PSF-файла для каждого изображения z-stack. Изображения Z-стека представляют собой серию оцифрованных оптических участков с определенной глубины (ось z) в одном и том же месте XY слайда. Компьютер компилирует информацию, полученную из плоскости фокусировки, путем переназначения сигналов, которые исходили от объектов, расположенных в других фокальных плоскостях. Для создания z-стековых изображений необходимо брать изображения из разных сфокусированных слоев слайдов (например, десять разных изображений одной и той же области XY на глубине 1 мкм). Затем мы используем программное обеспечение для микроскопии, предоставленное производителем или Фиджи, для создания z-стека или 3D-изображения. Результатом будет один файл изображения стека (например, десять изображений с разными фокусами). Существует несколько специализированных для клиента инструментов и программных решений, таких как программное обеспечение с открытым исходным кодом для деконволюционной микроскопии. Мы покажем результаты процесса деконволюции с помощью DeconvolutionLab29, который является плагином Fiji11 (дистрибутив ImageJ12). Деконволюция поможет улучшить разрешение конечных микроснимков (см. Рисунок 1B, C). Для получения дополнительной информации и инструкций мы настоятельно рекомендуем прочитать ссылку13.

Рисунок 1: Репрезентативное изображение 3D-деконволюции для нескольких цветовых каналов. (A) DG при низком увеличении. (B) Исходные изображения z-стека для каждого канала и объединенное изображение. (C) 3D-деконволютированные изображения z-стека для каждого канала и объединенного изображения. Этот мозг был от крысы, которая была частью группы физической активности. Использован метод амплификации меченого стрептавидина-биотина (LSAB). Он показал конъюгированное антитело Cy3 стрептавидин для указания BrdU (красный), DAPI в качестве контрокрашащего (синий) и глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) в качестве астроглиального маркера (зеленый). ML = молекулярный слой; GCL = гранулированный клеточный слой; SGZ = субгранулярная зона. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Целью данной работы является предоставление подробного описания шагов для получения положительных и успешных результатов с иммуноокрашиванием и перечисление часто используемых шагов в исследованиях на основе BrdU без использования конфокального микроскопа. Окрашивание BrdU - это техника, которая требует нескольких шагов, которые необходимо тщательно соблюдать для достижения успешного окрашивания. Стандартизация этих методов окрашивания обычно занимает месяцы и требует много времени и ресурсов. Мы ожидали, что эта статья может предоставить информацию группам, начиная с этой области, за счет сокращения времени и ошибок.