$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Aşağıda açıklanan protokolün amacı, hücre tipine özgü gen ekspresyonunun, protein ekspresyonunun ve hatta epigenetik belirteçlerin müteakip analizi için heterojen bir nöral doku popülasyonundan bireysel hücre tiplerini izole etmektir. Beyin, farklı progenitör hücrelerden türetilen ve hücre tipine özgü özelliklere ve işlevlere sahip birçok hücre tipinden oluşur. Bu farklılıklara rağmen, bu farklı nöral hücre tipleri, benzer reseptörleri ve hücre içi sinyal moleküllerini ifade edebilir, bu da bu daha yaygın proteinlerin analizini, geleneksel yöntemler kullanılarak hücre tipine özgü bir şekilde ölçmeyi veya yorumlamayı zorlaştırır. Sinirbilimciler, beyindeki bu farklı hücre tiplerinin işlevini ve aktivasyonunu ve davranışı bireysel olarak nasıl etkileyebileceklerini tanımlamalıdır, çünkü bu, sonuçta nörolojik ve nöropsikiyatrik hastalıklar için daha spesifik ilaçlar ve terapötik hedefler belirlemenin ilk adımı olacaktır. Sinirbilim araştırmalarının bu kapsayıcı hedefine rağmen, gen veya protein ekspresyonunun analizi, sinyal moleküllerinin aktivasyonu veya DNA üzerindeki epigenetik belirteçlerin modifikasyonu için bireysel nöral hücre tiplerini beyinden izole etmek zor olabilir. Şu anda kullanılan tekniklerden, immünohistokimya, hücre tipine özgü bir markörün ek boyanması ile birleştirildiğinde proteinlerin ekspresyonunu hücre tipine özgü bir şekilde tanımlayabilir, ancak bu, ilgilenilen proteinler için uygun şekilde boyanabilen spesifik antikorlara dayanır ve ölçülmesi zor olabilir. Yerinde hibridizasyon, beyindeki tek tek hücrelerde haberci ribonükleik asidin (mRNA) spesifik lokalizasyonunu tanımlayabilir, ancak bu, belirli hücre tiplerinin birlikte analizini de sınırlayan ve yalnızca bir veya belki birkaç genin analizine izin veren zahmetli bir süreçtir. Lazer yakalama mikro diseksiyonu, mikroskopi yoluyla görüntülenen hücrelerin alt popülasyonlarını izole etmek için bir lazer kullanır; bununla birlikte, bu işlemin zaman alıcı doğası ve nispeten düşük verim, özellikle bu moleküllerin ekspresyonu başlangıçta düşükse, proteinlerin veya mRNA seviyelerinin sonraki analizini önemli ölçüde sınırlayabilir. Floresan ile aktive edilmiş hücre sınıflandırma (FACS), gen ekspresyonu1 ve/veya epigenetik hedefler2'nin sonraki analizi için bireysel hücre tiplerini beyinden izole etmek için sinirbilim alanında nispeten yeni bir tekniktir. Bu işlem, hücre tipine özgü gen ekspresyonu, protein ekspresyonu veya epigenetik belirteçlerin daha sonraki analizi için belirli nöral hücre tiplerini sıralamak için de kullanılabilir. FACS, kanser ve immünoloji gibi bir dizi tıbbi araştırma alanında, fiziksel veya biyokimyasal özelliklere dayalı olarak farklı hücreleri saymak ve sıralamak için onlarca yıldır kullanılmaktadır3. Ek olarak, akış sitometrisi klasik olarak spesifik antikorlar kullanılarak hücre başına protein ekspresyonunu analiz etmek için kullanılmıştır. Aşağıda açıklanan prosedür, moleküler biyoloji uç noktalarının sonraki analizi için bireysel hücre tiplerini izole etmek için klasik akış sitometrisi tekniklerinden yararlanır. Akış sitometresi bir saniyede birkaç bin hücreyi analiz edebilir, bu da onu yukarıda açıklanan tekniklere hızlı ve verimli bir alternatif haline getirir. Ek olarak, hücreler, belirli bir proteinin (örneğin bir nörotransmitter reseptörü) hücresel ekspresyonuna veya iki veya daha fazla proteinin bir kombinasyonuna (belirli bir hücre tipinde birden fazla proteinin kolokalizasyonu) dayalı olarak izole edilebilir. Bu, kullanıcının beyindeki işlevlerini tanımlamak için moleküler özelliklerine göre çok seçici nöral hücre tiplerini izole etmesine olanak tanır.
FACS'ı gerçekleştirmek için, nöral hücreler, hücreleri taşıyan ve hizalayan bir akış hücresinden geçirilen tek hücreli bir süspansiyona hazırlanır, böylece analiz için bir ışık huzmesi ve lazerlerden tek bir dosya geçirirler. Bir bilgisayar, her hücreden verileri alır ve belirtilen parametrelerin (boyut, ayrıntı düzeyi ve floresan) analizi için bir histogram üzerinde çizer. Bu parametrelere dayanarak, hücreler hemen hatırlanmaları ve istenen herhangi bir son noktanın daha sonra analizi için ayrı tüplere ayrılabilir. Aşağıda açıklanan protokol, nöronları (bir Thymosit antijeni 1, Thy1 antikoru kullanarak), astrositleri (bir glial glutamat taşıyıcısı, GLT1 antikoru kullanarak) ve mikrogliaları (bir farklılaşma molekülü kümesi 11B, CD11b antikoru kullanarak) sıralamak için üç antikor kullanır. Bu protokol, aşağıda tarif edildiği gibi kullanılabilir veya kişinin kendi deneyleri için izole etmek istediği hücre tipine bağlı olarak farklı antikorlarla değiştirilebilir.
Bu protokolün belirli deneyler için uygun olup olmadığını belirlerken dikkate alınması gereken birkaç uyarı vardır. Önemli bir uyarı, izole etmek istediğiniz spesifik hücre tipiyle ilgili olabilir. Bu protokolde, kullanılan üç antikor, deneycinin boyama prosedürü sırasında hücre tiplerini sağlam tutmasına izin veren, böylece içindeki RNA, DNA ve proteinlerin bütünlüğünü koruyan hücre dışı antikorlardır. Belirli bir nöral hücre tipini, yalnızca o belirli hücrenin içinde ifade edilen bir proteini tanımlayan bir antikor kullanarak izole etmek isteyebilirsiniz. Örneğin, tirozin hidroksilaz için bir antikor kullanarak dopaminerjik nöronları izole etmek veya kolin asetiltransferaz için bir antikor kullanarak asetilkolin nöronlarını izole etmek isteyebilirsiniz. Bu proteinler hücre içidir ve bu nedenle uygun antikorlarla daha sonra boyama için hücre zarının fiksasyonunu ve geçirgenliğini gerektirir. Bu 4,5'ten önce yapılmış olsa da, bu işlem bu geçirgen hücrelerden RNA veya DNA verimini önemli ölçüde azaltabilir. Başka bir uyarı, tüm antikorların FACS için uygun olmadığı olabilir. Örneğin, şu anda proteinlerin denatürasyonunu gerektiren bir teknik olan western blot için çok iyi çalışan bir antikor kullanılabilir. Bu antikor, proteinlerin bu protokolün herhangi bir noktasında denatüre edilmediği ve bu nedenle antikorun doğal antijenine bağlanmasının bir yolu olmayabileceği göz önüne alındığında, FACS kullanılarak bu hücre tiplerinin tanımlanması için mutlaka uygun olmayabilir. Şirketler, bir antikorun onaylandığı uygulamaları tanımlayan spesifikasyon formları sağlar. Bir antikor akış sitometrisi için onaylanmamışsa, bu protokolü belirli bir antikorla denemekten caydırmamalıdır; ancak, FACS'ta çalışmasının garanti edilmediğinin farkında olunmalıdır. Bu protokolün üçüncü bir uyarısı, izole edilmeye çalışılan hücre sayısı ile ilgilidir. FACS, küçük bir doku parçasından bile mümkün olan en fazla hücreyi elde etmek için mükemmel bir tekniktir, ancak nispeten seyrek bir hücre popülasyonunu nispeten küçük bir beyin bölgesinden izole etmek istenirse, bir hayvandan elde edilen verimin doğal olarak düşük olması da mümkündür. Bu durumda, sonraki analizler için gerekli hücre sayısını elde etmek için aynı tedavi grubundaki birkaç hayvandan beyin dokusunun bir araya getirilmesi gerekebilir; bununla birlikte, yakın tarihli bir yayın, daha büyük bir küme sıralanmış nöronlardan az sayıda aktive nörondan (%5-6) gen ekspresyonunun müteakip analizi için cDNA'nın gen hedefli ön amplifikasyonunu kullanmıştır, bu da çok sayıda hayvanı bir araya getirmeden küçük sinir hücrelerinin alt kümelerinden bile gen ekspresyonunu analiz etmenin mümkün olduğunu göstermektedir6Bu tekniğin son bir uyarısı, kişinin çok uzakta olmayan bir hücre sıralayıcıya erişimi olması gerektiğidir. Hücre sıralayıcı, düzgün bir şekilde kullanmak için önemli eğitim gerektiren karmaşık bir makinedir. Bu nedenle, bu makineler genellikle bir çekirdek tesiste kalifiye bir teknisyen tarafından çalıştırılır. Ek olarak, bu prosedürün amacı, nöral dokuyu ayrıştırmak, belirli antikorlar için boyamak ve bu örnekleri kısa bir süre içinde (belki yarım gün) hemen bir ayıklayıcıya götürmektir. Bu zaman dilimi, izole edilmiş hücrelerin hayatta kalmasını ve verimini artırmaya ve sonraki işleme ve analiz için hücrelerin bütünlüğünü korumaya yardımcı olacaktır. Yukarıda açıklanan bu parametrelerin tümü karşılanırsa, FACS, nöral dokudan gelen genlerin ve proteinlerin hücre tipine özgü ekspresyonunu analiz etmek için mükemmel bir yöntemdir.
Tüm deneyler, Delaware Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na uygun olarak gerçekleştirilmiştir.