Yukarıdaki adımları takip ederken, mikrosantrifüj tüplerindeki doku örnekleri MS numunesi hazırlamaya hazır ve uyumludur. Numune hazırlamadan sonra, fare başına SEZ veya MEZ örneği başına ~ 5-7 μg peptit elde ettik. Bununla birlikte, peptitlerin son miktarları MS hazırlama yöntemine bağlı olabilir. Aşağıdaki proteom karşılaştırmalarında, peptit spektrumu her doku bölgesi için oluşturulan peptit spektrumu kütüphaneleri ile hesaplamalı olarak eşleştirilmesiyle protein tanımlama ve nicelik derinliği (örnek başına 500-1.000 protein) arttırılmıştır25,27. Özellikle, peptit spektrum kütüphanelerinin oluşturulması için burada kullanılan kayıpsız nano fraksiyonasyon yöntemi şu anda ticari olarak mevcut değildir. Ham MS verileri MaxQuant yazılımı28 kullanılarak analiz edildi ve milyar aralık başına parçalarda kütle doğruluğu elde edildi29. Max Quant ortamı MS çalıştırmaları arasında eşleştirmeye izin verir. Protein bolluğu etiketsiz bir niceleme algoritması kullanılarak ölçüldü30. İmmünhistokimyasal lekeleme taze donmuş dokularda yapıldı ve daha önce bildirildiği gibi yapıldı25 (bkz. Malzeme Tablosu).
Kriyo-kesit diseksiyonu
Yetişkin farelerin tam SEZ ve MEZ'i (n = 4) CSD kullanılarak elde edilmiştir (bkz. Şekil 1 ve protokol). Somatosensör korteks (Cx) cerrahi makasla parçalanmış. Ek 4 fare aynı şekilde parçalandı; bununla birlikte, parçalanmış doku, bireysel örneklerde protein tanımlama ve nicelemenin artması için proteome kütüphanesini (10.923 tanımlanmış protein) oluşturmak için bölge başına bir örnek halinde birikmiştir25. Dört ayrı örnekte,(ortalama ± SD) SEZ'de 6.673 ± 317.4 protein, MEZ'de ise 6.747 ± 37.7 protein ölçülmektedir. Tüm MS proteomik verileri PRIDE31 ortak deposu aracılığıyla ProteomeXchange Konsorsiyumu'na yatırıldı ve burada bildirilen proteomların katılım numarası ProteomeXchange: PXD016632 (http://proteomecentral.proteomexchange.org).
Wholemount diseksiyonu ile karşılaştırma
Wholemount diseksiyonu standart bir protokole göre gerçekleştirildi26. Wholemount diseksiyonu, CSD25'e kıyasla benzer sayıda protein (SEZ için yaklaşık 6.000 ve Cx için 6.000, n = grup başına 4) ortaya çıkardı. SEZ için CSD kullanmanın amaçlanan iyileştirmelerinden biri, tam bir diseksiyon protokolü yerine, potansiyel striatal kontaminasyonun azaltılmasıdır. Başka bir bölgeden doku ile kontamine olmuş SEZ örneklerinde, tespit edilen aday proteinler, ilgi alanı ve kontaminatörden önemli zenginleşme neden olabileceği için bir bölgeye tahsis edilemez. İmmünohistokimyasal olarak, striatumun miyelin ilişkili glikoprotein (MAG) pozitif miyelin bakımından zengin iç kapsülleri allmount örneklerde ancak nadiren CSD örneklerinde tanımlanmıştır (Şekil 2A). Tümmount numunelerdeki striatal kontaminasyon, SEZ'deki miyelin proteinlerinin somatosensör korteks (Cx) Gri Madde (GM) örneklerine kıyasla zenginleştirilmesi belirlenerek doğrulanabilir (Şekil 2B). Cx GM'nin büyük bölümlerinin, özellikle üst Cx katmanlarının unmyelinated32 olduğunu unutmayın.
Büyük lif demetleri striatumdan geçerken, bu bölge tarafından kirlenme, miyelin proteinlerinin Cx'e kıyasla zenginleşmesine neden oldu. SEZ örneklerinde striatal kontaminasyon için belirteç olarak kullanılan miyelin proteinleri miyelin temel proteini (MBP), miyelin ilişkili glikoprotein (MAG), proteolipid protein 1 (Plp1) ve 2',3'-siklik-nükleotid 3'-fosfoditeraz (Cnp) şeklindeydi. Tüm miyelin-marker proteinleri SEZ'de Cx ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde zenginleştirilmiştir. Striatum33'ün proteomik verileri, tüm diseksiyonun SEZ örneklerindeki miyelin proteinlerinin zenginleştirilmesinin striatal doku ile kontaminasyondan kaynaklandığı hipotezini desteklemektedir. Bu nedenle, CSD, striatal doku (kompakt miyelin bakımından zengin) ile kontaminasyonu, tam bir diseksiyona kıyasla büyük ölçüde önledi.
Ayrışmayan dokunun tarafsız proteom analizi ilginç hücre dışı proteinleri ortaya çıkarmaz. CSD kullanılarak yapılan iyileştirilmiş diseksiyon ile hücre dışı ilişkili proteinler, numunelerde tüm binek örneklere kıyasla önemli ölçüde zenginleştirilmiştir (Şekil 2C, ek açıklama zenginleştirme testi). CSD ve kepekli diseksiyon, gen ontolojisi (GO) terimlerinin "hücre dışı veziküler eksozom" ve "hücre dışı bölge kısmının" karşılaştırılabilir bir zenginleştirilmesini gösterir. Bununla birlikte, GO terimi "Matrisome ilişkili" CSD'de tam diseksiyondan biraz daha zenginleştirilmiştir. Buna göre, ECM çapraz bağlayıcı enzim ve yakın zamanda keşfedilen nörogenez düzenleyici transglutaminaz-2 (Tgm2), CSD25 kullanan Cx'e kıyasla SEZ'de zenginleştirilmiş olarak bulundu. Buna karşılık, wholemount diseksiyonu ile elde edilen SEZ ve Cx örnekleri arasında bir fark bulunmadı (Şekil 2D). Striatum33'ün proteomik verileri, nörogenez düzenleyicisi Tgm2'nin tam diseksiyonla tespitinin striatal doku ile kontaminasyon tarafından engellendiğinin hipotezini desteklemektedir. Bu nedenle, genel olarak, kriyo-kesit diseksiyonu, nişe özgü proteom analizi için standart diseksiyonda başarılı ama aynı zamanda gerekli bir gelişmedir.
Lazer yakalama-mikroskopisi ile karşılaştırıldığında
SEZ'nin ön yarısı ve 3 yetişkin farenin MEZ'i LCM için elde edildi (Şekil 3A). Genel olarak, LCM yöntemi, özellikle doku pertürbasyonu ve verimliliği ile ilgili bazı dezavantajlar sergiler. Diseksiyon mikroskobu altında ilgi çekici bölgeyi görselleştirmek için, büyüme faktörleri, sitokinler veya enzimler gibi ECM düzenleyicileri gibi küçük veya çözünür proteinleri yıkamak için arka plan boyama gereklidir. Ayrıca, slaytlar lazerle çıkarma sırasında oda sıcaklığında çeşitli zamanlar harcar. Ayrıca, lazerin kendisi ilgi çekici proteinleri denatüre edebilir.
CSD, diseksiyonu gerçekleştirmek için gereken zaman ve çaba konusunda LCM'ye göre önemli bir avantaja sahiptir: protokolün 1. bu adım olmadan, ventrikül duvarları yapışma olmaya devam eder ve MEZ ve SEZ örneklerinin ayrılmasını zorlaştırır. CSD bölümlerinin (100 μm) LCM bölümlerinin maksimum kalınlığından (15 μm), adım 2 (beynin bölümlenimi) ve 3. adımdan (MEZ ve SEZ'yi her koronal bölümden çıkarmak) LCM için en az 6-7 kat daha uzun süre alacağı göz önüne alındığında. Gerekli arka plan boyama ve lazer mikroskobun kurulması ek zaman alacaktır. Burada, 3 hayvanın SEZ ve MEZ'inin% 50'sini LCM ile hasat etmek üç kat daha uzun sürdü, CSD tarafından 4 hayvanın SEZ ve MEZ'inin% 100'üne kıyasla, CSD'nin sekiz kat hız avantajını sağladı. Özetle, LCM sadece önemli miktarda ek çaba gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda doku, sonraki analizlerle oluşturulan verilerin dinamiklerini ve güvenilirliğini tehlikeye atabilecek önemli ölçüde daha uzun bir manipülasyon ve sıcaklık değişikliklerine maruz kalır.
CSD'nin MS sonuçları lazer yakalama mikroseksiyonundan (LCM) elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldı. Her iki veri kümesi de CSD örnekleri havuza alarak oluşturulan proteomik kitaplıkla eşleştirildi. Ortalama olarak LCM, SEZ ve medial ventrikül bölgesinde sırasıyla 238,7 bireysel protein ± 270,0 ± 3,441 ve 3,613 protein verdi (Şekil 3B). Protein tanımlamadaki dikkat çekici fark göz önüne alındığında, ana bileşen analizi (PCA) diseksiyon yöntemine göre ayrı ayrışma göstermiştir (bileşen 1: b,7, gösterilmemiştir). Bileşen 2, LCM örnekleri arasında SEZ ve MEZ için en büyük ayrımı gösterdi (%8,5, Şekil 3C). Bileşen 3 ayrıca LCM ve CSD'yi ayırıyor gibi görünüyor; ancak bu fark, tanımlanan proteinlerin sayısından (%6,4) ziyade yönteme dayalı farklılıklardan neden olabilir. Bununla birlikte, genel bölgesel ayrım kriyo-diseksiyon verileri için çarpıcı bir şekilde farklı kaldı ve LCM'den çok daha iyi. Veri dinamiklerindeki bu tutarsızlık, lazer diseksiyonu sırasında numunelerin oda sıcaklığında harcadığı farklı zamanlardan veya küçük doku miktarlarının sonraki proteomik protokollerde ve kütle spektrometresi ölçümlerinde değişkenliğe daha yüksek duyarlılığından neden olabilir.
ECM'nin proteom profilindeki farklılıkları aramak için SEZ ve MEZ için CSD ve LCM arasında 2D ek açıklama zenginleştirme testi yapıldı (Şekil 3D). LCM ve CSD örnekleri arasındaki GO terimlerinin göreli zenginleştirilmesinin hesaplanması, eşit olmayan doku miktarına ve diseksiyon protokolündeki farklılıklara rağmen ECM protein kümelerinin göreli proteome dinamiklerinin iki yöntem arasında karşılaştırılmasına olanak tanır. Arsalar LCM ve CSD arasında iyi bir korelasyon ortaya koymaktadır. "Hücre dışı bölge kısmı" ve "hücre dışı membran bağlı organel" ek açıklamaları hem yöntemlerde hem de bölgelerde benzer şekilde zenginleştirilmiştir. Bu nedenle, LCM'nin artan zaman talebi, ECM ile ilişkili proteinler için nispeten daha yüksek bir duyarlılıkla telafi edilmiş görünmemektedir. Bunun yerine CSD, nörogenez ve SEZ ile ilişkili ECM proteinleri Tgm2, Thrombospondin-4 (Thbs4), S100a6 ve Tenacin-C (Tnc) için örnek verileri karşılaştırırken daha sağlam tanımlama/niceleme sağlar (Şekil 3E). TnC durumunda, tüm örneklerde ölçülse de, MEZ'e kıyasla SEZ için yalnızca CSD zenginleştirme görüntüledi. Yine de, SEZ ile ilişkili bazal membran proteinleri Nidogen-1 (Nid1), Laminin alt birimi beta-2 (Lamb2) ve bodrum membran spesifik heparan sülfat 1proteoglikan çekirdek proteini (Hspg2)35, LCM örneklerinde SEZ'de (MEZ'e kıyasla) CSD örneklerine göre daha da sağlam bir zenginleştirme gösterdi (gösterilmedi). Bu nedenle, CSD, SEZ karakterizasyonu için doğru ve derin nicel proteom sağlayan doku örneklerini, tehlikeye atılmış doku bütünlüğü veya protein kaybı konusunda endişelenmeden makul bir zaman diliminde sağlayabilir.
İstatistik
Perseus ortamında istatistiksel test, 2D ek açıklama zenginleştirme testleri ve PCA yapıldı. Her yöntem için en az bir örnekte geçerli bir değer tespit edilmişse proteinler analize dahil edildi. Protein bolluğu ve sayı karşılaştırmaları veri analiz yazılımı kullanılarak görselleştirilmiştir ( bkz. Malzeme Tablosu). Protein karşılaştırmaları için yanlış keşif oranının (FDR) permütasyona dayalı kontrolü (FDR 0,05 olarak ayarlanmıştır, 250 randomizasyon) kullanıldı. 2D ek açıklama zenginleştirme testleri36 için, görüntülenen GO terimleri önemli ölçüde zenginleştirilmiştir (FDR, Benjamini-Hochberg FDR kontrol yöntemi kullanılarak 0,02 olarak ayarlanmıştır).

Şekil 1: Kriyo-Kesit-Diseksiyon yöntemi. (A) İlgi alanına genel bakış: nörojenik SEZ ve nörojenik olmayan MEZ ile lateral ventrikül. Nöroblastlar Dcx ile immünositlendi. (B) Ob, ön kutup, korteks ve korpus callosumun ventriküllerin ve koroid pleksus üzerindeki adım adım çıkarılması: 1. diseksiyon ortamına yerleştirme, 2. OB'nin çıkarılması, 3. korteksin ön direğinin çıkarılması, 4. ventrikül üst kısmının sagittal kesileri, 5. ventrikül üst kısmının çıkarılması, 6. ventrikül duvarlarının yayılması. (C) Taze donmuş fare beyninin 100 μm koronal dilimi, (1.) öncesi ve (2.) ventrikül duvarlarının buz gibi bir neşterle çıkarılmasından sonra. Ölçek çubukları = 4 mm (D) Lateral ventrikül koronal bir bölümün boyanma (GFAP: yeşil; DAPI: mavi), CSD ile parçalanmış SEZ ve MEZ'i gösterir. Ölçek çubukları = 300 μm (A), 200 μm (D). Kısaltmalar: CSD = kriyo kesit diseksiyonu; SEZ = subependymal bölge; MEZ = medial ependymal bölge; Dcx = Çiftcortin; OB = koku ampulü; GFAP = glial fibril asidik protein; DAPI = 4′,6-diamidino-2-fenylindole. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Bütün diseksiyona kıyasla kriyo-kesit diseksiyonu ile üstün diseksiyon-hassasiyet. (A) Wholemount diseksiyonu ile elde edilen bir SEZ örneğinin immünohistokimyasal görüntüsü (solda). Miyelin bakımından zengin striatal dokunun dahil edilmesi MAG (yeşil) karşısında lekelenerek görselleştirilir. CSD ile parçalanmış bir SEZ'nin boyanma (sağda). CSD'de, hemen hemen tüm striatal miyelin (MAG'a karşı boyama, yeşil) örnek şeritten çıkarılır. Çekirdekler DAPI (mavi) kullanılarak görselleştirildi. (B) SEZ ve Cx'teki miyelin işaretleyici zenginleştirmesinin wholemount'tan karşılaştırılması (MBP: p = 0.0074; MAG: p = 0.0016; Plp1: p = 0.0011; CNP: p = 0.0029) ve CSD (MBP: p = 0.0667; MAG: p = 0.0236; Plp1: p = 0.3420; CNP: p = 0.1842). (C) Wholemount-SEZ ile CSD-SEZ örneklerini karşılaştıran 2D ek açıklama zenginleştirme testi. HÜCRE DIŞI alan ve Matrisome ile ilişkili GO terimleri, CSD verilerinde tüm biniş verilerinden daha zenginleştirilmiştir. (D) NSC regülatörü Tgm225'in protein bolluğu, tam diseksiyon ve CSD için çizilmiştir. Tgm2, CSD'deki Cx ile karşılaştırıldığında SEZ'de önemli ölçüde zenginleştirilmiştir (CSD: p = 0.0029; Kepenk: p = 0.1775). B ve D için: Referans olarak, Sharma ve ark.33'ten gelen proteom verileri, tümmount ve CSD örneklerinde görüntülenen karşılık gelen proteinler için çizilmiş striatum ve korteks ölçümleri ile. Ölçek çubukları = 200 μm (A). Kısaltmalar: CSD = kriyo kesit diseksiyonu; SEZ = subependymal bölge; MAG = miyelin ilişkili glikoprotein; Cx = somatosensör korteks; MBP = miyelin temel proteini; Plp1 = proteolipid-protein 1; CNP = 2',3'-siklik-nükleotid 3'-fosfodiesteraz; GO = gen ontolojisi; NSC = nöral kök hücre; Tgm2 = tranglutaminaz 2; DAPI = 4′,6-diamidino-2-fenylindole; LFQ = etiketsiz miktar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: LCM'ye kıyasla kriyo kesit diseksiyonu ile hücre dışı protein nicelemesi geliştirilmiştir. (A) SEZ ve MEZ'in lazerle yakalanmasından önce ve sonra bir lateral ventrikülün cresyl mor boyanması (solda). Karşılaştırma için, SEZ ve MEZ'in CSD kesiği (sağda). Ölçek çubukları = 150 μm. (B) CSD ve LCM'den alınan SEZ ve MEZ örneklerinde tespit edilen protein sayısının karşılaştırılması. Veriler, CSD ve LCM'yi karşılaştıran SEZ ve MEZ örneklerinin ortalama ± SD. (C) Ana bileşen analizi olarak sunulur (bileşen 2: farkın% 8,5'i; bileşen 3: % 6,4). (D) Kriyo-kesit ve lazerle parçalanmış MEZ (Üst) ve SEZ'nin (Alt) 2D ek açıklama zenginleştirilmesi. GO terimleri hücre dışı organel ve hücre dışı bölge kısmı önemli ölçüde zenginleştirilmiştir (kırmızı noktalar). (E) LCM için SEZ ve MEZ'de hücre dışı SEZ ilişkili marker proteinlerinin bolluğu (Tnc: p = 0.3789) ve CSD örnekleri (Tgm2: p = 0.2940); S100a6: p = 0,0218; THBS4: p = 0.3941; Tnc: p = 0.0004). Kısaltmalar: CSD = kriyo kesit diseksiyonu; LCM = lazer yakalama-mikro disseksiyon; SEZ = subependymal bölge; MEZ = medial ependymal bölge; GO = gen ontolojisi; Tnc = Tenacin-C; Tgm2 = transglutaminaz 2; S100a6 = S100 kalsiyum bağlayıcı protein A6; THBS4 = trombospondin-4; LFQ = etiketsiz miktar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.