В настоящем протоколе описан простой метод прижизненной визуализации молочной железы лактирующей мыши с помощью лазерной сканирующей, конфокальной и многофотонной микроскопии.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В настоящем протоколе описан простой метод прижизненной визуализации молочной железы лактирующей мыши с помощью лазерной сканирующей, конфокальной и многофотонной микроскопии.
Молочная железа представляет собой превосходную модель для исследования эпителиальных функций, включая ремоделирование тканей, полярность клеток и секреторные механизмы. Во время беременности железа расширяется от примитивного протокового дерева, встроенного в жировую подушку, до сильно разветвленной альвеолярной сети, предназначенной для образования и секреции молозива и молока. После родов железа поставляет все питательные вещества, необходимые для выживания новорожденного, включая липидные капли с мембранной оболочкой (LD), белки, углеводы, ионы и воду. Различные компоненты молока, включая лактозу, мицеллы казеина и обезжиренные молочные белки, синтезируются в альвеолярных клетках и секретируются из везикул путем экзоцитоза на апикальной поверхности. ЛД транспортируются от мест синтеза в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме к верхушке клетки, покрытой клеточными мембранами, и секретируются по уникальному апокриновому механизму. Другие преформированные компоненты, включая антитела и гормоны, транспортируются с серозальной стороны эпителия в молоко путем трансцитоза. Эти процессы поддаются прижизненной микроскопии, поскольку молочная железа является кожной железой и, следовательно, непосредственно доступна для экспериментальных манипуляций. В этой статье описана простая процедура исследования кинетики секреции LD in situ, в режиме реального времени, у живых мышей, находящихся под наркозом. Бор-дипиррометен (BODIPY)665/676 или монодансилпентан используются для мечения нейтральной липидной фракции трансгенных мышей, которые либо экспрессируют растворимый EGFP (усиленный зеленый флуоресцентный белок) в цитоплазме, либо мембранно-целевой пептид, слитый с EGFP или tdTomato. Меченые мембраной гибридные белки служат маркерами клеточных поверхностей, а липидные красители разрешают LDs ≥ 0,7 мкм. Покадровые изображения могут быть записаны с помощью стандартной лазерной сканирующей конфокальной микроскопии на глубину до 15-25 мкм или с помощью многофотонной микроскопии для визуализации глубже в ткани. Молочная железа может быть промыта фармакологическими агентами или флуоресцентными красителями на протяжении всей операции, обеспечивая платформу для проведения острых экспериментальных манипуляций по мере необходимости.
Прижизненная микроскопия молочной железы мышей привлекает повышенное внимание как мощный метод анализа целого ряда биологических явлений, включая происхождение и дифференцировку стволовых клеток 1,2, прогрессирование метастатических опухолей 3,4,5 и роль протоковых макрофагов в развитии и инволюции молочной железы6. Благодаря развитию прижизненной субклеточной микроскопии (ISMic)7 исследования были расширены до мембранного транспорта и секреторных механизмов во время лактации 8,9 и окситоцин-опосредованного сокращения миоэпителиальных клеток 9,10. Были разработаны два основных метода, которые используют доступность железы между кожей и стенками тела.
При первом подходе в обшивку вставляется акриловое или стеклянное окошко и закрепляется металлическим стопорным кольцом 1,3,11. Мыши хорошо переносят операцию, и различные явления могут анализироваться на прерывистой основе у одного и того же животного в течение нескольких недель. Этот метод оказался особенно полезным для отслеживания линии 1,12 и мониторинга инвазии и прогрессирования опухолей молочной железы in situ 3,11. Тем не менее, разрешение ниже целого клеточного уровня оказалось сложным, потому что железа все еще прикреплена к стенке тела и, таким образом, подвержена артефактам движения, вызванным дыханием и сердцебиением.
При втором доступе железа хирургическим путем обнажается на кожном лоскуте с интактной сосудистой сетью и стабилизируется на предметном столике микроскопа с помощью спейсеров 4,9,13. Таким образом, часть железы эффективно отделяется от брюшной стенки, а артефакты движения сводятся к минимуму. В большинстве случаев открытая паренхима помещается непосредственно на покровную крышку вентральной стороной мыши вниз на инвертированном микроскопе. В недавней модификации мышь была помещена лежа на спине на вертикальный микроскоп, а обнаженная железа была защищена в заполненной жидкостью ячейке, герметизированной покровным стеклом2. Эта последняя конфигурация обеспечивает доступ к паренхиматозной поверхности для экспериментальных манипуляций во время визуализации. Разрешение до <1 мкм, в любом случае, позволяет анализировать внутриклеточные процессы, примером чего является отслеживание липидных капель (LD) в эпителиальных клетках молочной железы9.
В настоящем протоколе подробно описан простой метод прижизненной визуализации эпителиальных клеток молочной железы на субклеточном уровне с использованием биогенеза, транспорта и секреции ЛД во время лактации в качестве примера. Этот подход широко применим ко многим другим процессам, включая транспорт и секрецию молочных белков14, трансцитоз белков с серозальной стороны эпителия в альвеолярный просвет 15,16 и ремоделирование железы во время инволюции17,18.
Мыши, экспрессирующие флуоресцентный белок, предпочтительны для большинства прижизненных экспериментов, чтобы облегчить выбор подходящих областей для визуализации и в качестве морфологического референсного маркера. Существует широкий спектр подходящих трансгенных мышей и мышей, которые экспрессируют флуоресцентные белковые маркеры в клеточных компартментах, цитоскелетных элементах,мембранах и органеллах. В приведенных примерах использовали мышь EGFPcyto FvB, у которой усиленный зеленый флуоресцентный белок (EGFP) нацелен на цитоплазму в большинстве клеток20 (обозначаются EGFPcyto), и мышь21 C57BL/6J Tomato (mT/mG), которая представляет собой двойную флуоресцентную линию Cre, кодирующую гены tdTomato и EGFP. Экспрессия EGFP обеспечивается за счет Cre-опосредованной эксцизии гена tdTomato. Любой из флуорофоров нацелен на плазматическую мембрану в большинстве клеток с помощью пайеток, полученных из белка21 MARCKS. В данной работе мыши, экспрессирующие красный флуорофор tdTomato, обозначаются как tdTomatomembr (mT), а мыши, экспрессирующие EGFP, после эксцизии гена tdTomato обозначаются как EGFPmembr (mG).
У мышей имеется пять пар молочных желез по обе стороны от вентральной средней линии, три в грудном отделе (пронумерованы 1-3) и две в паховой области (пронумерованы 4-5) (рис. 1А). Для ISMic паховые железы являются наиболее доступными и легко поддающимися стабилизации, так как они находятся дальше всего от глобальных движений, связанных с дыханием и сердцебиением в грудной клетке.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры для животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу за животными и их использованию Центра исследований рака, Национального института рака, Национальных институтов здравоохранения в соответствии с Руководством Национального исследовательского совета США по уходу и использованию лабораторных животных, Политикой Службы общественного здравоохранения США по гуманному уходу и использованию лабораторных животных. и Руководство по уходу за лабораторными животными и их использованию. Для этой работы железы No 4 самок первородящих мышей (в возрасте 4-5 месяцев, 10-й день лактации) были хирургически подготовлены в положении лежа на правой руке (рис. 1А).
1. Подготовка животных
2. Процедура операции
3. Подготовка к визуализации
4. Микроскопия
5. Эвтаназия
6. Создание видеороликов в реальном времени
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Молоко выделяется из поляризованных альвеолярных эпителиальных клеток, которые дифференцируются во время беременности из почек обширного протокового дерева26 (рисунок 2А). Предшественники для синтеза молока ассимилируются через базальные/боковые мембраны, а готовые продукты секретируются через апикальную поверхность в центральное «молочное пространство». Базальная сторона каждой альвеолы покрыта звездчатым массивом миоэпителиальных клеток (рисунок...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Использование однофотонного или многофотонного микроскопа зависит от задаваемых вопросов, характера и расположения ткани, которую необходимо изобразить, а также требуемого разрешения. Многофотонные микроскопы основаны на генерации двух или более низкоэнергетических фотонов в ближнем инфракрасном диапазоне, которые могут проникать в ткани на большую глубину с меньшей фототоксичностью, чем однофотонные микроскопы29,30. Кроме того, ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Ни у кого из авторов нет противоречащих друг другу интересов.
Авторы благодарят Шерри Рауш и Самри Гебре (Национальный институт рака, NIH) за управление и уход за животными, а также Джеймса Мазера за помощь в производстве ряда пластиковых спейсеров. Это исследование было поддержано [частично] Программой внутренних исследований NIH.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 488 лазер | Melles-Griot-CW | лазер 50 мВт | |
| 60x PLAPON масляный иммерсионный объектив (NA 1.42) | Olympus | 1-U2B933 | Объектив конфокальный микроскоп |
| 633 лазер | Melles-Griot-CW | He-Ne лазер 12 мВт | |
| 63x объектив (NA 1.40, HC PL APO CS2) | Leica | 11506350 | Lens Двухфотонный микроскоп |
| BA 410-460 нм | Chroma | - | Полосовой фильтр |
| BA 495-540 нм | Chroma-Band-pass | фильтр | |
| BA 505-605 нм | Chroma-Band-pass | фильтр | |
| BA 655-755 нм | Chroma-Band-pass | filter | |
| Бор-дипиррометан (BODIPY) 665/676 | Thermo Fisher Scientific | B3932 | Датчик липидной пероксиации |
| Carbomer-940 | Snowdrift Farm | 739601480651 | Гелевый |
| катетер | Terumo | SV27EL | Крылатые инфузионные наборы |
| Прижигатель | Braintree Scientific, Inc | GEM 5917 | Система прижигания |
| CMV-Cre мышь | Jackson lab | 006054 | Mouse line |
| Coverslip | Bioptechs-30 | мм диаметр покровная кромка для инвертированного микроскопа | |
| Curity 4x4 дюйма универсальная губчатая марля | Covidien | 9024 | Sponge |
| EGFPcyto мышь | Jackson lab | 003291 | Mouse line |
| Fiji/ImageJ программное обеспечение | с открытым исходным кодом | - Бесплатное программное обеспечение | |
| Тонкие щипцы | Braintree Scientific, Inc | FC003 8 | тканевых щипцов |
| Микроскоп Fluoview 1000 | Olympus | FV1000 | Конфокальный микроскоп |
| FluoView программное обеспечение | микроскоп и двухфотонный микроскоп | ||
| Ручная электрическая бритва | Braintree Scientific, Inc | CLP-8786-451A | Беспроводная машинка для стрижки |
| Грелка | Braintree Scientific, Inc | DPIP Грелка для животных | |
| HyD детекторы | Leica-Leica | 4Tune спектральный детектор | |
| Imaris программное обеспечение Bitplane | / Oxford instruments-Коммерческое | программное обеспечение | |
| Ingisht X3 перестраиваемый лазер | Spectra Physics | Insight X3 | Настраиваемый импульс-лазер |
| Изофлуран | VetOne | 13985-046-40 | Обезболивающий |
| кетамин | VetOne | 13985-702-10 | Анестетик |
| LAS X Программное обеспечение | Leica-Двухфотонный | микроскоп | |
| Программный инструмент Mai-Tai перестраиваемый лазер | Spectra Физика | Mai-Tai | Laser |
| MetaMorph | Molecular | Devices-Коммерческий | программный инструмент |
| Монодансилпентан AUTODOT | Abcepta | Sm1000a | Краситель липидных капель |
| MPE-RS микроскоп | Olympus | IX70 | Двухфотонный микроскоп |
| mT/mG мышь | Jackson lab | 007676 | Линия мышей |
| Нагреватель объектива | Bioptechs | 150819 | Нагреватель объектива как для конфокальных, так и для двухфотонных микроскопов |
| Кислородно-насыщенная дыхательная камера | Patterson Scientific | 78933385, SAS3 и EVAC4 | Система газовой анестезии и эвакуации |
| Парапленка | Heathrow Scientific | HS234526B | Полупрозрачный, гибкий, термопластичный пленочный |
| детектор ФЭУ | Olympus-Descanned | детекторы | |
| ФЭУ детектор | LSM-технология | Изготовленные на заказ | неразсканированные детекторы |
| Насос | Гарвардский аппарат | 703602, 704402 | Инжектор и контроллер Наномит |
| физраствора | Биологический | 114-055-721EA | Нормальный физиологический раствор |
| Острые ножницы с тупым концом | Braintree Scientific, Inc | SCT-S 508 | Хирургические |
| ножницыШприц | Covidien | 22-257-150 | 1мл туберкулиновый шприц |
| TCS SP8 Дайверский спектральный микроскоп | Leica | SP8 | Двухфотонный микроскоп |
| Пинцет | Braintree Scientific, Inc | FC032 | Тканевые щипцы |
| Xylazine | VetOne | 13985-704-10 | Обезболивающее |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.