실험적 자가면역 뇌척수염(EAE)은 다발성 경화증의 동물 모델 역할을 합니다. 이 기사에서는 EAE에서 척수 염증, 탈수초화 및 축삭 손상을 채점하는 접근 방식을 설명합니다. 또한, 생쥐 혈청에서 용해성 신경 필라멘트 광 수준을 정량화하는 방법이 제시되어 살아있는 생쥐의 축삭 손상 평가를 용이하게 합니다.
실험적 자가면역 뇌척수염(EAE)은 다발성 경화증(MS)의 일반적인 면역 기반 모델입니다. 이 질병은 미엘린 수초의 단백질 성분과 완전한 프로인트 보조제(CFA)를 사용한 적극적인 면역에 의해 또는 미엘린 단백질/CFA를 프라이밍한 설치류에서 미엘린 특이적 T 효과기 세포를 순진한 설치류로 전달하여 설치류에서 유발될 수 있습니다. EAE의 중증도는 일반적으로 상행 마비의 정도를 측정하는 5점 임상 척도로 점수가 매겨지지만 이 척도는 EAE에서 회복 정도를 평가하는 데 최적이 아닙니다. 예를 들어, 일부 EAE 모델(예: EAE의 미엘린 희소돌기아교세포 당단백질[MOG] 펩타이드 유도 모델)에서 임상 점수는 높은 수준을 유지합니다. 따라서 중추 신경계(CNS)에서 세포 손상의 기본 메커니즘을 연구하는 수단을 제공하는 EAE의 조직학적 점수로 임상 점수를 보완하는 것이 중요합니다.
여기에서는 생쥐의 척수 및 뇌 절편을 준비하고 염색하고 척수의 염증, 탈수초화 및 축삭 손상을 점수화하기 위한 간단한 프로토콜이 제시됩니다. 척수에서 백혈구 침윤을 채점하는 방법은 EAE에서 뇌 염증을 채점하는 데에도 적용될 수 있습니다. SIMOA(Small Molecule Assay) 분석을 사용하여 마우스의 혈청에서 용해성 신경필라멘트 광(sNF-L)을 측정하기 위한 프로토콜도 설명되며, 이는 살아있는 마우스의 전체 CNS 손상 정도에 대한 피드백을 제공합니다.
실험적 자가면역 뇌척수염(EAE)은 인간 탈수초성 질환인 다발성 경화증(MS)1에 대한 가장 흔한 쥐 모델입니다. IFN-γ(감마) 및 IL-17 생성 T도우미 세포2의 침윤, 염증성 단핵구의 침윤3, 혈관 주위 및 수막하 염증성 탈수초성 병변4의형성, 중추신경계(CNS)의 축삭 손상4 발생을 포함한 전형적인 다발성경화증 염증 병리학도 EAE 5,6,7,8,9에서 관찰된다. EAE와 다발성경화증 사이 면역 기계장치에 있는 유사성은 EAE를 나탈리주맙, fingolimod, 디메틸 fumarate 및 glatiramer 아세테이트를 포함하여 다발성 경화증을 위한 다수 승인되는 면역 근거한 치료의 효험 그리고 작용의 기계장치 시험을 위한 적당한 전임상 모형 만들었습니다 (1,5에서 검토됨). 특정 EAE 식이요법은 뇌의 수막하 염증, 만성 탈수초화, 척수 위축, 시냅스 및 뉴런 손실의 발달을 포함하여 축삭 손상을 넘어 진행성 다발성경화증 병리학의 다른 측면을 모델링합니다 6,10,11,12. 따라서 EAE는 다발성경화증에 대한 신경 보호 요법의 효능을 선별하는 데 유용합니다.
EAE는 여러 가지 방법으로 설치류에서 유도됩니다. 능동 면역은 가장 일반적인 유도 방법이며, 열사멸 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)이 보충된 CFA에서 유화된 미엘린 항원(전체 단백질 또는 펩타이드)으로 설치류를 면역화하는 것을 포함한다 13. 마우스의 균주에 따라 백일해 독소(PTX)도 면역 0일차와 2일차에 투여하여 질병의 침투율을 높인다13. EAE는 또한 미엘린/CFA-프라임 마우스로부터 수득한 미엘린-특이적 T 세포를 건강한 마우스로 입양하여 전달함으로써 유도될 수 있거나, 14 또는 주요 미엘린 항원에 특이적인 T 세포 수용체를 과발현하는 마우스에서 자발적으로 발생할 수 있다5.
EAE 질병의 중증도 및 진행은 일반적으로 1 – 꼬리 절뚝거림, 2 – 뒷다리 또는 발 약화, 3 – 한쪽 또는 양쪽 뒷다리의 완전 마비, 4 – 앞다리 약화, 5 – 사망 또는 사망13. 이 임상 점수 시스템은 질병 발병 시 발생하는 상행 마비의 진행을 문서화하는 데는 건전하지만 중추신경계 염증 발작으로부터의 회복 정도를 포착하는 데는 덜 민감합니다. 예를 들어, 어렵게 보행하는 생쥐와 쉽게 보행하지만 발을 잡는 데 약점을 보이는 생쥐 모두 EAE 척도에서 2점이 할당됩니다. 염증 반응이 해결되었음에도 불구하고 영구적인 축삭 손상 또는 손실이 있기 때문에 EAE의 급성 후 단계에서 점수가 높게 유지될 수 있다9. EAE 9,16,17,18에서 임상적 결함의 차이를 더 잘 포착하기 위해 보다 정교한 채점 시스템, 행동 테스트, 뒷다리 및 악력 측정, 적외선 모니터링 시스템을 개발하기 위한 다양한 시도가 있었습니다. 그러나 이러한 더 복잡한 점수 측정은 근본적인 신경학적 결손에 대한 염증 대 조직 손상의 기여도를 구별하지 못합니다. 따라서 EAE의 중증도를 점수화하는 황금 표준 접근 방식은 임상 및 조직학적 점수를 모두 수행하는 것입니다.
여기에서는 EAE에서 발생하는 병변 형성의 확률적 과정을 포착하는 방식으로 생쥐 척수 및 뇌 표본을 파라핀에 해부하고 삽입하는 방법에 대한 프로토콜을 설명합니다. 또한 중추신경계에서 미엘린을 검출하는 Kluver와 Barrera19가 처음 만든 Luxol fast blue(LFB)로 절편을 염색하는 방법에 대한 프로토콜도 제시됩니다. 절편은 LFB만으로 염색하거나(탈수초화 분석용) 헤마톡실린 및 에오신(H&E)으로 역염색하여 염증성 병변을 시각화하고 점수를 매기는 데 도움이 됩니다. 또한 상업적으로 이용 가능한 항체, 면역조직화학(IHC) 기술 및 공개적으로 액세스할 수 있는 소프트웨어를 사용하여 척수에서 총 백혈구(CD45)의 존재, 미엘린 손실 및 손상된 축삭(SMI-32)의 수를 정량화하기 위한 프로토콜도 제공됩니다. 척수의 백혈구를 정량화하는 데 사용되는 프로토콜은 뇌의 백혈구를 정량화하는 데에도 적용할 수 있습니다.
뇌의 축삭돌기 손실과 손상에 대한 조직학적 평가는 뇌 백질관이 서로 평행하게 흐르지 않기 때문에 척수보다 상대적으로 어렵습니다. 혈청 신경 필라멘트 빛(sNF-L)의 측정은 MS20,21에서 신경 손상에 대한 유망한 바이오마커로 부상했습니다. 최근 연구에서는 이 기술을 EAE 22,23,24로 확장했습니다. 여기에서는 SIMOA(Small Molecule Assay) 분석을 사용하여 살아있는 마우스에서 혈청 신경필라멘트 광(sNF-L)을 측정하는 방법을 제시합니다. 이 방법은 소량의 혈청만 필요하며 살아있는 쥐에서 단 반나절 만에 수행할 수 있어 테스트된 치료법이 전체 CNS 손상에 어떤 영향을 미치는지에 대한 신속한 피드백을 제공합니다. 여기에 설명된 모든 방법은 모든 성별 또는 균주의 마우스에 적용할 수 있습니다.
생쥐를 대상으로 실시한 모든 실험은 캐나다 동물 관리 위원회(Canadian Council on Animal Care)에서 정한 지침에 따라 Unity Health Toronto Animal Care Committee에서 승인한 동물 사용 프로토콜에 따라 수행되었습니다. 실험실 절차 전반에 걸쳐 실험실 가운, 보호 장갑 및 안경을 착용하십시오.
1. 뇌와 척수를 적출하고 고정합니다.
2. 척수와 뇌의 총체적 및 처리
알림: 다음 단계는 흄 후드에서 수행됩니다. 시작하기 전에 2 x 10cm의 깨끗한 페트리 접시, 여과지가 늘어선 깔때기가 장착된 삼각 플라스크, 메스 2개(뼈 절단용 1개, 중추신경계 조직 절단용 1개), 렌즈 종이, 연필, 임베딩 카세트, 10% 포르말린으로 미리 채워진 표본 병을 준비합니다.
3. 뇌와 척수 절편을 삽입하고 절단합니다
4. 염색을 준비하기 위한 절편의 탈파라핀화 및 재수화
알림: 단계는 흄 후드에서 수행됩니다. 시작하기 전에 용제 수조를 준비하십시오. 모든 세척 단계에 대해 0.05% Tween-20(PBS-T)으로 5L의 1x PBS(1L ddH2O, 8g NaCl, 0.2g KCl, 1.44g Na2HPO4, 0.24g KH2PO4, pH = 7.4)를 준비합니다.
5. H&E를 가진 미엘린을 위한 LFB
6. H&E 없는 미엘린을 위한 LFB
7. 면역조직화학(IHC) 염색을 위한 항원 회수 및 과산화효소 담금질
알림: 시작하기 전에 메탄올에 과산화수소 100mL를 준비합니다(흄 후드에 있는 9부 100% 메탄올에 1부 30% 과산화수소 용액 1부). Tween-20(시트르산 삼나트륨 2.94g, ddH20 1L에 1L에 용해됨)과 함께 10mM 구연산염 완충액 1L를 준비하고, pH를 6.0으로 낮추고, Tween-20 500μl를 추가합니다. PBS-T를 준비합니다(4단계 참조). 모든 세척은 달리 명시되지 않는 한 PBS-T 욕조에서 부드러운 교반(셰이커에서)으로 수행됩니다.
8. CD45 면역조직화학
참고: 이 IHC 방법은 침윤 백혈구를 시각화하는 데 사용됩니다. 아비딘/비오틴 차단 단계는 차단 및 1차 항체 배양 단계와 결합됩니다.
9. 축삭 손상에 대한 SMI-32 IHC
참고: 이 프로토콜은 마우스 SMI-32 항체를 사용하며, 이는 손상된 축삭돌기25에 축적될 수 있는 비인산화된 신경필라멘트에 대해 반응합니다. 이 항체는 마우스에서 키워져 마우스 항원을 검출하기 때문에 MOM(Mouse on Mouse) 키트를 사용하는 것이 좋습니다. 이 절차에서 아비딘/비오틴 차단 단계는 1차 항체 배양과 별도의 단계로 수행됩니다. 이 프로토콜을 시작하기 전에 4단계 및 7단계에 설명된 대로 탈파라핀화, 재수화, 내인성 과산화효소 활성을 소멸시키고 항원 회수를 수행합니다.
10. 탈수초성 병변의 존재에 대한 LFB 및 H&E 점수 매기기
참고: 다음은 염증성 탈수초화의 중증도에 대한 신속한 통찰력을 얻기 위해 적용할 수 있는 분석 접근 방식입니다. 이 분석은 다양한 수준(경추, 흉부 및 요추, 수준당 최소 3개 섹션)에서 샘플링된 탯줄의 섹션에서 수행됩니다. Allen Brain Atlas for Mouse spinal cord26 을 참조하면 척수의 해부학적 수준을 식별하는 데 도움이 됩니다. 이 분석에는 TIFF 파일이 필요합니다. 스캔한 이미지가 .czi 형식인 경우 보충 표 4 의 지침에 따라 czi 파일을 TIFF 파일로 변환합니다.
11. 척수 백질에서 LFB 염색의 면적 분율 계산
참고: 이 분석은 LFB로 염색된 척수 백질의 면적 비율을 측정합니다.
12. CD45+ 세포 및 SMI-32+ 축삭 난형의 수 분석
13. SIMOA assay를 이용한 sNF-L 측정
그림 3은 급성(왼쪽) 및 오래된 EAE 병변(오른쪽)의 예와 함께 대표적인 IHC 및 조직화학적 염색을 보여줍니다. 헤마톡실린 대조염색을 사용한 대표적인 CD45 염색은 그림 3A,B에 나와 있습니다. 그림 3C–F는 H&E 대조염색을 사용하거나(그림 3C,D) 사용하지 않거나(그림 3E,F) LFB 염색의 예를 보여줍니다. 헤마톡실린은 면역 세포에 특이적이지는 않지만 면역 세포의 핵은 더 어둡게 염색되며 중추신경계 상주 세포와 구별할 수 있습니다. 그림 3G,H는 헤마톡실린으로 대조염색된 SMI-32+ 축삭의 대표적인 염색을 보여줍니다. 오래된 EAE 병변에서 이 얼룩이 증가한 것을 알 수 있습니다.
수초화 된 트랙의 손상은 활동성 쥐 EAE의 척수에서 가장 널리 퍼져 있으며 이것이이 질병의 마비의 주요 동인입니다 7,9. 따라서 척수의 염증 및 조직 손상 존재에 대한 점수는 조직학적 분석에서 우선시됩니다. EAE 병변은 척수의 다른 부위(전방, 외측 또는 등)(그림 2A,B)와 다른 수준(천골, 요추, 흉추, 경추)에서 산발적으로 발생합니다. 설명된 임베딩 방법은 탯줄 전체의 병변을 잘 샘플링할 수 있도록 합니다. 일부 섹션은 처리 또는 섹션화 프로세스에서 손상될 수 있으므로 분석된 것보다 더 많은 섹션이 포함됩니다. 대표 샘플링을 보장하기 위해 각 마우스에 대한 척수의 경추, 흉부 및 요추 수준에서 최소 3개의 대표 절편을 분석합니다. 분석을 수행하는 사람이 분석을 위해 대표 섹션을 선택할 때 편향되지 않도록 각 표본의 신원을 블라인드합니다.
EAE의 조직학적 중증도의 차이에 대한 빠른 통찰력을 얻기 위해 선택한 섹션의 척수 사분면에 있는 수막하 탈수초 병변의 존재에 대해 점수를 매길 수 있습니다(그림 2A, B). 이것은 스캔한 이미지나 광학 현미경을 사용하여 수행할 수 있는 빠른 방법입니다. 이 분석은 EAE가 한 그룹에서 심각하고 다른 그룹에서 경증일 때 그룹 간 조직학적 EAE 중증도의 차이를 감지할 수 있을 만큼 민감합니다. 예를 들어, 도 4의 실험에서, EAE는 MOG p35-55/CFA와 PTX를 사용하여 OGR1(OGR1 KO)에서 결실이 있는 암컷 야생형(WT) 및 마우스에서 유도되었다. WT 그룹의 마우스는 완전한 마비를 동반한 중증 EAE를 보인 반면, OGR1 녹아웃 그룹은 경미한 질병을 앓았습니다. 이러한 임상 점수의 차이는 수막하 병변이 있는 사분면의 비율 차이와 일치했습니다(그림 4C).
자가면역 공격 중 미엘린 및/또는 수초화 축삭의 손실 정도를 포착하기 위해 미엘린 염색의 백분율 면적 분율로 탈수초성 병변의 점수를 보완하는 것이 중요합니다. 그림 4의 예에서, 미엘린 분율 비율은 OGR1 마우스와 WT 마우스 간에 현저하게 달랐습니다(그림 4D). 퍼센트 미엘린 분율은 또한 EAE를 가진 쥐에 있는 누적 EAE 점수와 두드러지게 상관관계가 있습니다 (그림 4E) 그러므로 이 질병에 있는 전반적인 조직 손상의 좋은 측정으로 봉사합니다. 이 프로토콜은 미엘린 염색의 강도를 구분하지 않습니다. 이것이 원하는 결과인 경우 단백질지질 단백질 또는 미엘린 염기성 단백질과 같은 미엘린 단백질에 대해 면역형광 염색을 수행하고 이 염색의 강도를 측정해야 합니다.
EAE가 두 비교군 모두에서 심한 경우, 척수 사분면의 더 높은 비율은 염증성/탈수초성 병변을 포함합니다. 이 경우 염증을 점수화하는 보다 민감한 접근법은mm2 백질당 CD45+ 백혈구 수를 계산하는 것입니다(그림 3A의 대표 염색 참조). 여기에 설명된 CD45 항체 클론은 모든 침윤 백혈구를 검출하고, EAE에서 CD45 발현을 상향 조절하는 간헐적인 미세아교세포만 염색하므로(그림 3B의 열린 화살표 참조) 말초 면역 세포 침투를 포착하는 데 유용합니다.
장기 EAE 연구 (>20 일)에서는, 사람이 또한 축삭 손상의 분석을 실행한ᄂ다는 것을 추천됩니다. 척수 절편의 SMI-32 염색은 손상된 축삭돌기를 검출하는 민감한 방법입니다. 척수의 염증은 시간이 지남에 따라 가라앉고 보존된 축삭돌기는 다시 수초화될 수 있지만, 살아남은 축삭돌기는 잔류 손상의 정도가 다르다9 (그림 3G,H). 예를 들어, C57BL6/J 마우스에서 EAE의 MOG p35-55 유도 모델에서, 축삭 손상 및 손실의 정도는 염증 과정이 가라앉은 후 임상 점수의 동인이다9. 도 5는 수컷 및 암컷 마우스, WT 마우스, 그리고 골수성 구획(LysMCre: Ppardfl/fl)에서 과산화소체 증식제 활성화 수용체-델타(PPAR-delta)라고 불리는 유전자가 결핍된 마우스에 대한 EAE 실험에서 이의 예를 나타낸다. 수컷에서 WT 마우스는 뒷다리 기능을 회복했지만 수컷 LysMCre: Ppardfl/fl 그룹에서 임상 점수는 높게 유지되었습니다. 대조적으로, 여성을 대상으로 한 실험에서는 두 실험 그룹 모두 전체적으로 높은 점수를 받았습니다. 언뜻 보기에 이 결과는 PPAR-델타가 EAE에서 성별 특이적 효과를 가졌음을 시사했습니다. 그러나 척수의 병리학적 스코어링은 LysMCre: Ppardfl/fl 그룹의 남녀 마우스가 WT 마우스에 비해 축삭 손상이 증가한 것으로 나타났습니다(그림 5B). 임상 점수에 대한 유전자형 효과는 암컷에서 관찰되지 않았을 가능성이 높은데, 이는 WT 암컷 마우스가 만성 신경학적 결손으로 나타나는 축삭 손상이 증가하는 경향이 있었기 때문입니다.
이 동일한 실험에서 암컷 LysMCre: Ppardfl/fl 암컷 마우스는 소뇌에서 더 광범위한 T 세포 침투가 있는 것으로 밝혀져 뇌 염증을 채점하는 것이 EAE에서 유용할 수 있는 방법의 예를 제공했습니다. EAE에서 뇌의 염증은 주로 소뇌와 뇌간(그림 6A, D, G)에서 발견되지만 뇌막( 그림 6C의 해마 아래에서 볼 수 있음), 심실 근처(그림 6F) 및 시신경 및 뇌 콜로섬(그림 6B, E)을 포함한 기타 백질 요로에서도 발견될 수 있습니다. 뇌 염증 점수는 척수 프로토콜에 대해 설명된 것과 동일한 방법론을 사용하여mm2 조직 영역당 CD45 세포 수를 계산하여 특정 뇌 영역(예: 소뇌 백질)에서 수행됩니다. 여기에 설명된 그로스 방법에서 절단은 소뇌 중간에 있으며, 이는 그림 6A와 같이 소뇌와 뇌간의 관점을 제공합니다.
SIMOA 분석을 사용하여 sNF-L을 측정하는 것은 재발-완화 MS20,21,27,28에서 진행중인 축삭 손상 및 치료에 대한 반응을 평가하는 데 유용한 바이오마커가 되었습니다. sNF-L 인간을 측정하는 데 사용되는 동일한 SIMOA 분석 키트를 마우스 sNFL 22,23,24를 측정하는 데 적용할 수 있습니다. 이 분석법이 EAE에 있는 축삭 손상을 검출하는 얼마나 잘 실행하는지 탐구하기 위하여는, sNF-L는 EAE 실험의 끝점에 암컷 C57BL6/J 쥐에서 측정되고 수준은 EAE가 없는 성 일치한 건강한 대조군 쥐에 있는 그들과 비교되었습니다. EAE를 가진 쥐는 건강한 쥐에서 보다는 sNF-L의 매우 더 높은 수준이 있었다는 것을 발견하였으며(그림 7A) 이 수준은 척수에 있는 SMI-32+ 축삭의 조밀도와 상관관계가 있었습니다 (그림 7B). 축삭 손상의 조직학적 점수에 비해 SIMOA 분석은 더 빠르고(출혈 마우스에서 결과에 이르기까지 반나절 이상 달성될 수 있음) 따라서 치료가 살아있는 마우스에서 어떻게 작동하는지에 대한 신속한 피드백을 제공합니다. 이 분석법은 또한 척수와 뇌 모두의 축삭 손상을 반영한다는 장점이 있습니다.
그림 1: 뇌와 척수 절편의 대표적인 파라핀 블록. 5개의 관상동맥 뇌절편과 척수 단면(두께 1.5-2mm)은 한 절편으로 절단할 수 있도록 동일한 블록에 내장되어 있습니다. 최소 15개의 척수 절편을 삽입하여 분석을 위한 절편을 적절하게 선택할 수 있도록 해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 흉부 척수 수준에서 수막 염증 및 미엘린 면적 비율 점수. (A,B)는 LFB/H&E로 염색된 MOG p35-55 유도 EAE가 있는 암컷 C57BL6/J 마우스의 흉부 척수 이미지를 보여줍니다. 사분면과 탈수초성 병변의 예(점선으로 추적)를 시각화하는 데 사용되는 접근 방식이 표시됩니다. A의 마우스는 4개의 사분면 중 4개의 사분면 중 4개의 사분면에 합류하는 탈수초성 병변이 있는 반면, B의 마우스는 4개의 사분면 중 1개가 영향을 받습니다. B의 마우스는 다른 사분면에 약간의 염증이 있지만 이는 합류 병변으로 나타나지 않았으므로 점수가 매겨지지 않습니다. (씨–E) LFB 이미지의 예, imageJ의 그레이스케일 및 임계값 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: CD45, LFB H&E, LFB 및 SMI-32로 염색된 척수 절편. CD45 항체 (A,B), LFB/H&E (C,D), LFB 단독(E,F) 및 SMI-32 항체 (G,H)로 염색된 척수의 초기(A,C,E,G) 및 후기(B,D,F,H) 수막하 병변의 예. 검은색 화살표는 각각의 항체로 염색된 세포의 예를 보여줍니다. 흰색 화살표는 CD45+로 염색된 것으로 추정되는 미세아교세포를 나타냅니다. 눈금 막대 = 50μm. 이 그림은 EAE 중 암컷 C57BL6/J 마우스의 척수 병변의 대표적인 염색을 보여주고 병리학이 다른 척수 절편에 따라 어떻게 다를 수 있는지 강조합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: EAE에서 병변 및 탈수초화 비율에 대한 점수 적용. C57BL6/J 배경에 난소암 G-단백질 결합 수용체 1(OGR1) 유전자가 결핍된 암컷 마우스가 야생형(WT) 암컷 C57BL6/J 마우스보다 덜 심각한 임상적 EAE를 개발한 EAE 실험의 예가 나타낸 것이다. EAE는 MOG p35-55/CFA와 PTX를 병용한 예방접종에 의해 유도되었고, 마우스는 다음 임상 척도에 따라 점수를 매겼다: 1 = 꼬리 마비. 2 = 뒷다리 및 발 약화, 3 = 뒷다리 마비, 4 = 앞다리 약화, 5 = 사지. (A) 시간 경과에 따른 마우스의 평균 + SEM 임상 점수. (B) 사진은 복부 척수에서 LFB/H&E 염색의 예입니다. 척도 막대 = 50 μm. (C) 탈수초성 병변을 포함하는 평균 + SEM 백분율 사분면. (D) 각 그룹의 평균 + SEM 탈수초화 비율. (E)는 C57BL6/J 마우스에서 MOG p35-55-유도 EAE에 대한 또 다른 실험의 결과를 보여주는데, 여기서 개별 마우스의 EAE 점수는 관찰 30일 동안 합산되고 척수의 탈수초화 비율과 상관관계가 있었습니다. 상관 관계는 Spearman 검정을 사용하여 수행되었습니다. (A-D)의 패널은 Souza C et al.29에서 채택되었습니다. (E)의 데이터는 원본 데이터입니다. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 유전자형이 임상 EAE 표현형에 미치는 영향을 이해하기 위한 SMI-32 염색 적용. 이 그림은 C57BL6/J 배경의 수컷 및 암컷 야생형( Ppard의 플록스드 대립유전자 운반) 및 골수성 특이적 Ppard 돌연변이 마우스(LysMCre: Ppardfl/fl)를 MOG p35-55/CFA 및 PTX로 면역하고 45일 동안 추적한 EAE 실험의 예를 보여줍니다. (A)는 마우스의 평균 + SEM 임상 점수를 나타낸다. (B)는 척수의 SMI-32+ 축삭돌기 수, 수막하 병변이 있는 %사분면, 혈관 주위 커프가 있는 백분율 사분면,mm2 조직당 소뇌의 #CD3 병변의 조직학적 스코어링의 평균 + SEM 결과를 보여줍니다. 이 실험은 SMI-32 염색에 대한 유전자형 효과를 보여주었습니다. 이 그림은 Drohomyrecky에서 각색되었습니다. 외.15. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 암컷 C57BL6/J 마우스의 MOG p35-55 유도 EAE에서 뇌 관상 절편의 CD45+/헤마톡실린 염색의 예. CD45+ 병변은 갈색으로 나타난다. (A) 관상동맥 절편의 뇌간에 있는 CD45+ 병변. 눈금 막대 = 150μm. (비-지) 시신경(B), 해마 아래의 수막 확장(C), 뇌간(D), 뇌구(E), 심실 근처의 내측 하베눌라(F) 및 소뇌(G)의 CD45+ 병변의 예. 척도 막대: (B–G) = 50 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: MOG p35-55 유도 EAE의 혈청 내 sNF-L 수준. (A) 한 실험의 종점에서 여성 대조군과 EAE 마우스에서 수집된 혈청 NFL 수준. 데이터는 양측 Mann Whitney 검정을 사용하여 분석되었습니다. (****p 값 < 0.0001). (B) 척수 절편을 말단점에서 채취하고 SMI-32로 염색하였다. 백질 조직 영역당 양성 세포의 수는 Spearman 테스트를 사용하여 종점에서 혈청 NF-L과 결정되고 상관 관계가 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 1: 조직 가공에 사용되는 수조에 대한 설명. 카세트는 자동 프로세서를 사용하여 이러한 일련의 항온조를 통해 자동으로 이동합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 2: Luxol Fast Blue 및 Hematoxylin 및 Eosin 염색 단계. 이 표는 Luxol Fast Blue와 Hematoxylin 및 Eosin 염색 프로토콜의 단계 순서를 간략하게 설명합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충표 3: 면역조직화학적 염색에 사용되는 항체. 이 프로토콜에 사용되는 항체와 염증, 미세아교증 및 성상교증을 추가로 탐색하는 데 사용할 수 있는 항체가 설명되어 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 표 4: .czi를 TIFF 파일로 변환하는 방법. 고해상도 이미지를 사용하는 것이 가장 좋지만 컴퓨터의 작업 메모리가 제한되는 경우 중간 해상도 이미지를 대신 저장할 수 있습니다. 분석 전반에 걸쳐 동일한 해상도의 이미지를 사용해야 합니다. 또한 시리즈의 마지막 이미지는 슬라이드 레이블입니다. 분석이 블라인드 처리되었는지 확인하기 위해 레이블을 읽지 마십시오. 30,31 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
척수의 조직학적 염색은 EAE 질병의 중증도를 평가하는 데 중요한 도구이며, 특히 질병의 급성기 후 단계에서 질병 회복 정도에 치료 그룹 간에 차이가 있는 경우에 유용합니다. 면역 세포 침윤(CD45), 미엘린(LFB) 및 축삭 손상(SMI-32)에 대한 염색은 마우스에서 변경된 임상 점수의 근본적인 원인을 특성화하는 데 도움이 됩니다. 여기에 설명된 조직학적 염색 프로토콜은 염증의 관점과 미엘린 및 축삭 손상의 정도를 제공합니다. 또한, 표시된 결과는 EAE의 전체 신경 손상 정도를 평가하는 방법으로 sNF-L 측정을 검증합니다.
이 분석의 중요한 매개변수는 조사관이 절편의 정체를 눈멀게 하고 서로 다른 마우스에 걸쳐 척수의 각 수준에서 동일한 샘플링이 있는지 확인하는 것입니다. 이는 탯줄의 낮은 수준에서 염증의 심각성이 더 클 수 있기 때문입니다. 또 다른 중요한 매개변수는 실험 그룹의 크기입니다. 척수와 뇌는 일반적으로 종점에서 그룹당 6-8마리의 마우스에서 수집하여 치료 또는 유전자형이 적당한 효과 크기를 가진 그룹 간에 상당한 차이를 확인합니다. 또한 선택된 마우스의 평균을 구할 때 전체 그룹의 대표 평균 점수를 갖도록 하는 것도 중요합니다. 문제 해결과 관련하여 프로토콜에 익숙하지 않은 사람들이 직면하는 일반적인 문제는 척수가 불충분한 시간 동안 고정되어 있고 척추에서 쉽게 압출되지 않는다는 것입니다. 이 경우 가는 가위를 사용하여 가시 돌기를 따라 자르고 기둥을 열어 척수를 드러내는 방식으로 척수를 수동으로 절개할 수 있습니다. 또는 항체 염색의 성공을 방해하지 않고 며칠 동안 조직을 고정할 수 있습니다. 여기에 기술된 항체 클론은 포르말린에서 최대 2주까지 고정된 조직에서 작용합니다.
척수 조각을 삽입하려면 기술과 연습이 필요합니다. 아이 루프를 착용하고 램프를 임베딩 스테이션 위로 향하게 하여 단면이 단면으로 떨어지는지 세로 단면으로 떨어지는지 더 잘 시각화하는 것이 좋습니다. 그로스잉 시 척수 조각의 길이를 2mm 미만으로 유지하면 단면이 떨어지는 데 도움이 됩니다. 경험이 부족한 사용자에게 발생하는 또 다른 일반적인 문제는 하룻밤 배양 중에 LFB가 증발하여 슬라이드의 절반은 얼룩지고 절반은 염색되지 않은 상태로 남는다는 것입니다. 증발을 방지하려면 유리 염색 접시를 열가소성 필름으로 밀봉한 다음 플라스틱 랩으로 밀봉해야 합니다. 증발이 발생하고 단면이 고르지 않게 염색되면 탄산리튬으로 슬라이드를 완전히 탈청색하고 밤새 LFB에서 다시 염색하는 것이 좋습니다. 또 다른 일반적인 문제는 사용자가 LFB 후 회백질을 완전히 탈청색하지 않는다는 것입니다. 프로토콜의 다른 단계를 진행하기 전에 현미경으로 개별 섹션을 검사하여 충분한 양의 청색 제거에 도달했는지 확인하는 것이 중요합니다. 또한 CD45 및 SMI-32 IHC 염색은 강력한 성능을 보이지만 새로운 항체 로트를 받을 때마다 예비 실험에서 항체 농도를 문제 해결하는 것이 여전히 중요합니다. 이는 양성 대조군(EAE 척수)에서 다양한 농도의 항체를 검사하여 수행할 수 있습니다. 1차 염색에는 1차 항체를 첨가하지 않고 2차 항체만 사용하는 음성 대조군도 포함되어야 합니다. 마지막으로, 슬라이드나 섹션에서 얼룩이 고르지 않을 수 있으므로 이미지 분석에서 개별 이미지를 임계값으로 설정하는 것이 중요합니다.
이 프로토콜은 무료로 사용할 수 있는 소프트웨어를 사용합니다. 프로세서, 임베더 또는 마이크로톰에 액세스할 수 없는 경우 이러한 단계를 이러한 서비스를 제공하는 병원 기반 병리학 코어에 제공할 수 있습니다. 또한 슬라이드 스캐너를 사용할 수 없는 경우 비디오 카메라가 장착된 광학 현미경을 사용하여 척수 또는 뇌 영역의 TIFF 이미지를 저장할 수 있습니다. 현미경 기반 워크플로우의 경우 LFB 또는 LFB/H&E 절편을 저배율(40x 배율)로 캡처하고 CD45 및 SMI-32 염색의 경우 척수의 복부, 등쪽 및 측면 부분의 중앙에 있는 최소 4개의 창을 이미징합니다(CD45의 경우 200배 확대, SMI-32의 경우 400배 확대). 이러한 이미지에 대해 이미지 분석을 수행하여 설명된 것과 유사한 방식으로 염색을 정량화할 수 있습니다.
EAE를 점수화하기 위해 어떤 조직학적 접근 방식을 취해야 하는지에 대한 결정은 임상 점수가 그룹 간에 얼마나 다른지에 따라 달라집니다. 예를 들어, EAE 임상 점수에 급격한 차이가 있는 경우(한 그룹은 EAE를 얻었고 다른 그룹은 그렇지 않음), 이는 일반적으로 말초 매개 염증의 차이와 관련이 있습니다. 이 경우 LFB/H&E 염색 절편에 탈수초성 병변의 존재에 대한 점수는 충분하며 그룹 간의 차이를 드러낼 것입니다. 발병 시 임상 점수가 더 유사하고 임상적 회복 정도에 차이가 있는 경우(예: 그림 5A의 실험), 뇌간과 소뇌의 뇌 염증 점수를 포함하여 여기에 설명된 전체 조직학적 워크플로우를 적용하여 질병 만성의 차이가 염증 또는 조직 손상의 차이와 관련이 있는지 여부를 구별하는 것이 가장 좋습니다. CD45 계수로 평가한 바와 같이 염증의 차이가 발견되면 T 세포(항-CD3), 침윤성 단핵구/대식세포(Mac3) 및 미세아교세포(Iba-1/TMEM119)에 대한 염색을 위해 추가 IHC 연구를 수행할 수 있습니다(권장 항체 클론은 보충 표 3 참조). 미세아교세포 활성화는 이중 표지된 Iba-1+TMEM-19+ 미세아교세포에 대한 Iba-1 염색 강도의 증가와 섹션32에 대한 Sholl 분석으로 평가할 수 있는 미세아교세포 과정의 수축 증가에 의해 반영됩니다. 또한 유세포 분석 또는 단일 세포 RNA 염기서열 분석과 같은 기술을 적용하여 뇌와 척수에서 면역 집단의 빈도와 표현형을 보다 심층적으로 특성화할 수 있습니다.
SMI-32+ 축삭돌기의 계수는 EAE 32,33 및 MS34에서 축삭돌기 손상을 감지하는 민감한 방법입니다. SMI-32는 transected 뉴런의 end-bulbs에 축적된 neurofilament heavy 또는 medium의 non-phosphorylated 형태를 검출합니다. 손상된 축삭돌기를 검출하는 대안은 방해된 축삭 수송의 결과로 축삭에 축적될 수 있는 아밀로이드 전구체 단백질(APP)로 염색하는 것이다33. SMI-32 및 APP에 대한 염색 패턴은 둘 다 축삭 손상을 반영하지만, 일반적으로 겹치지 않으며, 이는 서로 다른 병리학을 검출하고 있음을 나타낸다33. 또한 척수와 뇌 모두에서 진행 중인 축삭 손상의 빠르고 민감한 측정인 sNF-L을 측정하여 축삭 손상의 조직학적 측정을 보완할 수 있습니다. 살아있는 쥐에서 반나절 만에 할 수 있다는 장점이 있습니다. 이 방법의 단점은 키트가 비싸고 기계가 고도로 전문화되어 있다는 것입니다. sNF-L 키트를 판매하는 회사는 SIMOA 기계에 액세스 할 수없는 사람들을 위해 서비스 요금을 제공합니다. 축삭 손상을 평가하는 대안은 척수12의 톨루이딘 청색 염색 부분에서 축삭을 계산하거나 척수 백질32 영역에서 SMI-31에 의해 검출된 신경 필라멘트 다발을 계산하여 축삭 손실에 대한 점수를 매기는 것입니다. 이 두 가지 모두 SMI-32 또는 sNF-L 측정보다 더 힘든 접근 방식입니다.
EAE 임상 점수가 그룹 간에 다르지만 염증, 탈수초화 및 축삭 손상에 대한 점수가 그룹 간의 차이를 나타내지 않는 경우 GFAP를 사용하여 성상세포 활성화를 위해 염색하는 것이 유용할 수 있습니다(권장 항체 클론에 대한 보충 표 3 참조). 성상세포(astrocyte) 활성화는 GFAP 염색의 증가와 연관되어 있으며, 이는 DA 랫트(35)의 만성 EAE를 포함한 일부 EAE 모델에서 EAE 진행과 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
결론적으로, 이 프로토콜은 방법을 설명하고 EAE의 조직학적 스코어링을 수행하기 위한 분석 워크플로우를 제공합니다.
Shannon Dunn은 FSD Lucid Psycheceuticals의 컨설팅을 담당합니다.
Raymond Sobel 박사(Stanford University)가 뇌와 척수 절편을 고치는 방법을 알려주셔서 감사합니다. 토론토 현상유전체학 센터(Toronto Centre for Phenogenomics)의 카일 로버턴(Kyle Roberton)과 밀란 강굴리(Milan Ganguly)에게 임베딩 방법을 배우고 뇌와 척수 절편을 많이 잘라낸 것에 대해 감사를 표합니다. 척수의 뇌수막하 및 혈관 주위 염증을 평가하기 위한 프로토콜을 공유해 주신 Matthew Cussick 박사와 Robert Fujinami 박사(유타 대학교)에게 감사드립니다. CD45 항체 클론을 공유해 주신 Shalina Ousman에게 감사드립니다. St. Michael's Hospital의 Keenan Research Centre of Biomedical Research에서 조직 처리기 및 조직 삽입 스테이션에 대한 교육을 제공하고 이 장비를 유지 관리해 주신 Xiofang Lu에게 감사드립니다. 이 연구는 MS Canada(SED)의 생물의학 보조금으로 지원되었습니다. 카르멘 우치페리(Carmen Ucciferri)는 캐나다 정부의 지원을 받고 있습니다. Nuria Alvarez-Sanchez는 Keenan의 박사후 연구원의 지원을 받고 있습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10% Neutral Buffered Formalin | Sigma Aldrich | HT501128-4L | Used to fix spinal cord and brain specimens |
1000 mL Glass Beaker | Pyrex | 1000 | |
15 mL Falcon Tube | Starstedt | 62.554.100 | Fixing and storing spinal cord and brain |
250 mL Erlenmeyer Flask | Pyrex | 4980 | |
500 mL Glass Beaker | Pyrex | 1003 | |
92 mm x 16 mm Petri Dishes | Starstedt | 82-1473-001 | Used in the tissue grossing procedure |
95% Ethyl Alcohol | Commercial Alcohols | P016EA95 | Dehydration and rehydration steps |
ABC Elite Kit | Vector Labratories | PK6100 | Used for immunohistochemistry labeling |
Aqua Hold 2 PAP Pen | Cole Parmer | UZ-75955-53 | Used for drawing around tissue sections in Immunohistochemical Staining |
Avidin/Biotin Blocking Kit | Vector Labratories | SP-2001 | |
Biosafety Cabinet | Any | ||
Biotinylated rabbit anti-rat IgG | Vector Labratories | BA-4000 | Used for CD45 staining |
C57BL6/J Mice | Jackson Laboratory | Stock # 664 | These mice were used in experiments shown in paper. |
Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | Sorvall ST Plus | |
CitriSolv | Fisher Scientific | 04-355-121 | Used for de-waxing. Is an alternative to xylene |
DAB Kit | Vector Labratories | SK-4100 | Used for developing in immunohistochemistry |
ddH2O | - | - | |
Disposable Scalpel | Magna | M92-10 | Used for grossing spinal cord and brain |
DWK Life Sciences (Wheaton) glass staining dish | Cole Parmer | UZ-48585-60 | Used for histochemical staining and washes |
DWK Life Sciences (Wheaton) glass staining rack | Cole Parmer | 10061392 | Used for immunohistochemistry and histochemistry |
Eosin Y | Bioshop | 173772-87-1 | Stains cytoplasm |
Feather Microtome Blades | Fisher Scientific | 12-634-1C | Used for sectioning paraffin |
Filter Paper | Whatman | 1001110 | Used to filter the formalin (during grossing) and the luxol fast blue |
Fine Surgical Scissors | Fine Science Tools | 14160-10 | Used to snip brain and the skull |
Fumehood | Any | ||
Gibco DPBS | Fisher Scientific | 14190944 | |
Glacial Acetic Acid | BioShop | ACE333.4 | Used in the luxol fast blue staining procedure |
Histoplex Histology Containers | Starplex Scientific | 565-060-26 | Fixing spinal cord and brain |
Hydrogen Peroxide | Fisher Chemicals | H325-500 | Used to remove endogenous peroxidase in the tissue |
ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | |
Kimtech Science Kimwipes | Kimberly Clark Professional | 34155 | Used for immunohistochemistry |
Lens paper | VWR | 52846-001 | Used for trapping spinal cord species in cassette during processing |
Light microscope | Any | ||
Lithium carbonate | Sigma Aldrich | 554-13-3 | De-blueing after luxol fast blue staining |
Luxol blue | Sigma Aldrich | 1328-51-4 | Stains CNS myelin |
M.O.M Immunodetection Kit | Vector Labratories | BMK-2202 | Used to stain SMI-32 |
Methanol | Fisher Chemicals | A454.2 | Used for fixation |
Mayer's Hematoxylin | Electron Microscopy Sciences | 26381-02 | Stains nuclei |
Micro-Adson Forceps with Teeth | Fine Science Tools | 11027-12 | Used for reflecting the skull during dissections |
Microcentrifuge | Eppendorf | Model 5417R | |
Microvette Capillary Tubes CB 300 Z | Starstedt | 16.440.100 | Used for blood collection |
Micrscope Cover Glass | Fisher Scientific | 12545A | Used for coverslipping |
Mini Shaker | VWR | 12620-938 | Used for making buffers |
NF light kit | Quanterix | 103186 | This kit can be used for detection of mouse or human soluble neurofilament in serum |
Nitrile Gloves | VWR | 76307-462 | Safety |
Normal Goat Serum | Vector Labratories | S-1000 | Blocking reagent |
Normal Rabbit Serum | Vector Labratories | S-5000 | Blocking reagent |
OmniSette Tissue Cassettes | Fisher Scientific | M4935FS | Used for embedding spinal cord and brain |
p1000 Pipette and Tips | various | ||
p200 Pipette and Tips | various | ||
Paraffin Embedding station | Leica Biosystems | Model EG1160 | |
Paraplast Tissue Infiltration/Embedding Medium | Leica Biosystems | 39601006 | Used for embedding spinal cord and brain |
Permount Mounting Medium | Fisher Chemicals | SP15-100 | Used for mounting coverslips on slides |
pH meter | Fisher Scientific | 13636AB315B | Used for pHing buffers |
Plastic Transfer Pipettes | Fisher Scientific | 13-711-20 | Used for pHing buffers |
Potassium Chloride | BioShop | 7447-40-7 | Used for making PBS |
Potassium Phosphate Monobasic | BioShop | 7778-77-0 | Used for making PBS |
Pressure Cooker | Nordic Ware | Tender Cooker | |
Purified rat anti-mouse CD45 | Vector Labratories | 553076 | Detects leukocytes |
Reagent grade alcohol 100% | VWR | 89370-084 | Dehydration and rehydration steps |
Reagent grade alcohol 70% | VWR | 64-17-5 | Dehydration and rehydration steps |
Rotary Microtome | Leica Biosystems | Model RM2235 | |
Simoa Machine | Quanterix | HD-X | |
Slide Scanner | Zeiss | AxioScan.Z1 | |
SMI-32 mouse IgG1 antibody | Biolegend | 801701 | Detects damaged axons |
Sodium Chloride | BioShop | 7647-14-5 | Used for making PBS |
Sodium Phosphate Dibasic | Bioshop | 7558-79-4 | Used for making PBS |
Standard Adson Forceps | Fine Science Tools | 11150-10 | Used for dissection steps |
Superfrost Plus Microscope slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | Used to collect sections |
Surgical Tough Cuts | Fine Science Tools | 14110-15 | Used to cut through the spine, body wall, and skin |
Tissue Processor | Leica Biosystems | Model TP1020 | |
Tri-soldium citrate | Thermo Fisher Scientific | 03-04-6132 | Used for antigen retrieval |
Tween-20 | BioBasic | 9005-64-5 | Used for washing sections |
X-P Pierce XP-100 plate seal | Excel Scientific | 12-140 | Used for the sNF-L Assay |
Xylene | Fisher Chemicals | 1330-20-7 | Used for de-waxing and clearing sections |
Funnel | Cole Parmer | RK-63100-64 | Used to filter formalin before grossing tissue |
Stir Plate | Any | Used to make solutions | |
Oven | Any | Used to bake tissue sections after cutting | |
Parafilm | Bemis | 13-374-10 | Used to seal LFB staining dish |
Microwave | Any | Timing may vary depending on the microwave model | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma Aldrich | 9048-46-8 | Used to make blocking buffer |
1.5 mL Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 05-408--129 | Used to store mouse serum samples |
Vortex | Any | Used to prepare samples for sNF-L assay | |
Waterbath | Any | Used to warm enzyme substrate for sNF-L assay |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기더 많은 기사 탐색
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유