Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Мы описывают использование лазерных захвата microdissection для получения образцов различных клеточных популяций из мозга различных регионов для анализа генов и микроРНК. Эта техника позволяет исследования дифференциальных последствий черепно-мозговой травмы в конкретных регионах мозга крысы.
Способность изолировать конкретных мозга регионы интереса можно препятствует в ткани диссоциации методов, которые не сохраняют их пространственного распределения. Такие методы также потенциально наклон анализ выражения гена, потому что сам процесс может изменить шаблоны выражений в отдельных клетках. Здесь мы описываем microdissection (LCM) методом лазерной захвата выборочно собрать конкретные мозга регионов, пострадавших от черепно-мозговой травмы (ЧМТ) с помощью модифицированных Ниссль (количество кресил фиолетовый), окрашивание протокол и руководством Атлас мозга крысы. LCM обеспечивает доступ к области мозга в их собственные позиции и возможность использования анатомические ориентиры для идентификации каждого конкретного региона. С этой целью LCM ранее использовались для изучения мозга регионе конкретных генов выражение в TBI. Этот протокол позволяет изучение TBI-индуцированные изменения экспрессии генов и микроРНК в районах собственный мозг в то же самое животное. Принципы настоящего Протокола может быть поправки и применен к широкий спектр исследований, Изучение геномной выражения в других заболеваний и/или животных моделей.
У млекопитающих мозг удивительно сложные и неоднородных с сотнями тысяч клеток типа1. Действительно человеческие исследования показали, что в таких регионах, как лобной коры, структурные и функциональные различия в белых и серых вопроса, отражены в отдельных и различных транскрипционный анализ профиля2. Мозг гетерогенности был основным препятствием для интерпретации данных выражение гена и в области черепно-мозговой травмы. Впоследствии эта двусмысленность в доклинических исследованиях привело к сотни неудачных клинических испытаний лечения травмы мозга3.
Мы используем лазерные захвата microdissection (LCM) методы для изучения черепно-мозговой травмы (ЧМТ)-индуцированной регуляции генов в крыса мозга4, сосредоточив внимание на гиппокампе, области мозга, которая необходима для обучения и памяти5. Способность лазерные захвата и анализа экспрессии генов в умирающих и выжившие нейронов дает нам более глубокое понимание роли stochasticity в экспрессии генов в определении результата (выживаемость нейронов) после ЧМТ6. LCM методы также оказались полезными для изучения последствий TBI на Нейроны гиппокампа, при сравнении молодых и старение мышей7 или крысы8.
В недавних исследованиях мы рассмотрели другие регионы мозга крысы, негативно сказалось, TBI, с упором на районы, крыс и человека TBI пациентов, которые связаны с исполнительной функции (т.е. лобной коры9) и TBI сопутствующих заболеваний; Эти сопутствующих заболеваний включают в себя депрессию (т.е. nucleus accumbens10) и циркадного ритма (Супрахиазмальное ядро11). В предыдущих исследованиях, Huusko и Питканена12 и Drexel et al. 13 использовали LCM для изучения экспрессии генов в таламуса и гипоталамуса. Наше исследование опирается на эти предыдущие замечания и включает в себя четыре других регионов мозга. Для изучения конкретного региона молекулярные изменения, вызванные после ЧМТ, было необходимо получить опыт в поиске и получении типы клеток в этих регионах, используя систему LCM. УФ резки и инфракрасный (ИК) лазеры позволяют точное microdissection желаемого мозг регионов. Здесь мы описываем, как мы используем эту систему LCM, руководствуясь стереотаксического координаты в крыса мозга Атлас14, для выявления и лазерные захвата четыре крысы регионах мозга различной степени подверженных методом экспериментальная жидкость перкуссия мозга травмы 4.
Примечание: все эксперименты на животных по указанию национальных институтов здравоохранения руководство для ухода и использования утверждаются институциональный уход животных и использование комитета университета Техаса Медицинское отделение, Галвестон, штат Техас Лабораторных животных (8-е издание, Национальный исследовательский совет).
1. ткани коллекции, регионе идентификация и Sectioning
2. Пятнать протокол
3. Стереотаксическая Атлас руководствуясь лазерная захватить Microdissection с системой LCM
Схема представлена на рисунке 1 иллюстрирует общий рабочий LCM Атлас руководствоваться конкретными мозга и потенциальных течению анализ приложений. Это исследование сосредоточено на четырех областях мозга, отношение к TBI патофизиологии и развития сопутствующих заболеваний: ОЛР, AcbC, СКС и Hp. Ограничение в LCM конкретных мозга является, что анатомических местах часто скрывается отсутствие определенных границ, как можно увидеть в рисунке 2 (A, D, G, J). Использование мозга Атлас секционирование и лазерные захвата конкретных регионов уменьшает вероятность загрязнения образца с регионов мозга, помимо цели. Когда осторожность следовать ткани достопримечательности, как при резании, так и после окрашивания Ниссль, LCM технология может обеспечить весьма последовательной средством приобретения отдельных популяций клеток, ядер или регионам15. Долгосрочные цели этих исследований являются для идентификации генов и микроРНК, который потенциально может служить в качестве суррогата, неинвазивная биомаркеров конкретных ушиба мозга регионе. Первый шаг в этот трубопровод биомаркер развития является характеристика тканей специфичных transcriptional изменений после экспериментальной TBI. Эти данные затем могут быть связаны с травмы индуцированные изменения в распространении biofluids.
Представленные процедуры были оптимизированы для смягчения риска деградации РНК для того, чтобы позволить РНК анализа через обратная транскрипция всего LCM РНК до количественной ПЦР в реальном времени (RT-ПЦР). Общая РНК (в том числе мелких и крупных видов РНК) был изолирован с помощью метода изоляции на основе столбца на ткани, который был захвачен лазера от индивидуальных мозга. Для оценки целостности РНК, качества и количества после процедуры изоляции, РНК образцы были кратко денатурированный при 70 ° C и запустить на РНК анализатора. Качественные измерения включают анализ пик амплитуд 18s и 28s рРНК полос ()Рисунок 3), который может быть представитель общей деградации и с помощью «РНК целостности номер» (Рин). Если с помощью тщательного бесплатно РНКазы техники, РНК изолированы от LCM образцов обычно результаты в промывки, которые варьируются от 6-8. Нижняя Рин может означать низкое качество РНК и потенциально может уменьшить точность анализа выражения гена и микроРНК. И наоборот выше RIN можно улучшить уверенность в достоверности результатов, созданные из РНК анализа.
RT-ПЦР была выполнена с использованием наборов праймер/зонд для отдельных генов и микроРНК (рис. 4). Примерно 1 нг всего РНК была обратной транскрипции в cDNA и предварительно усиленный перед ПЦР была выполнена согласно протоколу от производителя. Травмы связанных генов, оценены в этом исследовании были X связанный BCL2, регулятор апоптоза (Bax), B-клеточной лимфомы/CLL 2 (Bcl-2), Caspase-3, пептидаза хвоща Apoptosis-Related (Casp3) , Мозг производные нейротрофических факторов (Bdnf) и лагерь реагировать элемент привязки протеин 1 (Creb). Мир 15b был выбран потому, что было показано, быть изменены после экспериментальной TBI в умирающего индивидуальных нейронов. Он также экспериментально проверен и bioinformatically предсказал цели гена с функциями про выживание (неопубликованные данные). Нормализованное фолд изменения соотношения были рассчитаны методом ΔΔCt, сравнение уровней выражение гена и микроРНК в TBI животных и наивно контроль, с нормализацией эндогенного гена (Gapdh) или малые РНК (U6), соответственно. Фолд изменения выше 1 указывает общую upregulation в этом ген или микроРНК, и наоборот, раз меньше, чем 1 указывает Даунрегуляция изменить. Статистический анализ показал значительные изменения в экспрессии генов между ЧМТ и наивно управления (p ≤ 0,05), зависят от области мозга. Никаких существенных изменений в выражении мир 15b были обнаружены между управления ЧМТ и наивно, но там были тенденции к выше и ниже выражение в мозг региона зависит от моды. Эти данные указывают на то, что дальнейшая оптимизация необходимо оценить изменения в выражении микроРНК. Это также возможно, размер выборки был слишком мал, чтобы получить статистической значимости, отчасти из-за присущих изменчивости в выражении. Будущие исследования будет включать в себя Шам эксплуатируемых животных, чтобы обеспечить этот ген и микроРНК выражение изменения связаны с ЧМТ и не из-за хирургической подготовки.
Рисунок 1. Рабочий процесс Атлас руководствуясь LCM течению геномного анализа. (A-F) Процедуры из животных подготовки к течению ПЦР анализ: (A) взрослых, мужской Sprague-Dawley крыс (~ 6 недель возраста и весом 300 г) под наркозом, подвергаются жидкости перкуссия TBI и гуманно euthanized 24 ч после травмы. (B) последовательных секций (30 мкм) свежие замороженных мозгов основаны на координаты регионов конкретных мозга (ОЛР, AcbC, Hp, SCN) от Paxinos и Уотсон Атлас мозга крысы. (C) секции фиксированной, окрашенных Ниссль (1% количество кресил фиолетовый), обезвоженная и воздушная сушка. (D). LCM осуществляется на определенных областях мозга с LCM системой. (E) LCM макрос шапки переносится на свободных РНКазы 0,5 мл трубки с 100 мкл буфера lysis клетки и хранятся при температуре-80 ° до РНК изоляции ниже по течению геномного анализа. РНК могут затем быть обратной транскрипции гена или микроРНК RT-ПЦР анализа для изучения дифференциального проявление молекулярных ориентация после ЧМТ и/или между регионами мозга (F). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. LCM TBI пострадавших регионах мозга. Представитель образы разделов ткани собранных со стороны ипсилатеральные травмы сайта с ИК и УФ лазерной функций в системе LCM (A-я). Ткань была секционного на криостата (30 мкм) и собранные на перо мембраны слайды. Разделы затем фиксировали, окрашенных Ниссль с количество кресил фиолетовый (1%) и обезвоженной для выявления конкретных мозга регионов на основе анатомических ориентиров, ссылка в Paxinos и Уотсон Атлас мозга крысы. (A-C) Площадь фронтальной ассоциативной коры (FrA) (D-F) компоненты СА1, CA2 и CA3 пирамидных слоев гиппокампа (Hp) расположен рядом с полностью сформированные рога слое гранул зубчатой извилины (GrDG). (G-I) Площадь nucleus accumbens coRe (AcbC) проксимальный и Ростральные передней спайки (aca). (J-K) Супрахиазмальное ядро (SCN) ростральной supraoptic нервов (оч). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3. Представитель проверок качества РНК. Представитель electropherograms и изображений связанных гель РНК, производный от LCM собраны ткани (A-D). Electropherograms и связанных гель изображения показывают нетронутыми РНК, основанный на появление 18s и 28s рРНК пиков и гель полос. Эта РНК подходит для всех нисходящие приложения, в том числе геномная и протеомных анализов. (A) фронтальной ассоциативной коры (FrA) РНК. РИН 6.1. (B) гиппокампа (Hp) РНК. РИН 4.4. (C) прилежащем основных РНК (AcbC). РИН 7.3. (D) Супрахиазмальное ядро (SCN) РНК. РИН 7,6. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4. Вниз по течению анализ мозга конкретного региона гена и микроРНК выражение через RT-ПЦР. Индивидуальные RT-ПЦР для генов интерес (Bax, Bcl-2, Bdnf, Casp3, Creb) и микроРНК интерес (мир 15b) была выполнена на лазерной захватили регионах мозга после ЧМТ (Hp и AcbC n = 5, ОЛР n = 4) и по сравнению с ранен наивно животных (n = 4). Был проведен анализ генов, связанных с TBI патогенеза для Hp, AcbC, FCx. данные представлены в виде нормализованного раз изменения соотношения по сравнению с наивными управления мозга регионов (неспаренный t-тест с Уэлча коррекции ± SEM; * p ≤ 0,05) (A). Дифференциальный выражение мир 15b в различных мозга представлена как нормализованное раз изменения по сравнению с наивными управления (± SEM) (B). Данные из SCN (n = 2) не включены. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Для молекулярных исследований млекопитающих мозга LCM стал важным технику. Эта статья демонстрирует, что использование комбинации ИК и УФ лазеров резки в системе LCM может захватить геномных изменений в любом регионе млекопитающих мозга. Эти регионы включают идентифицируемых с обычными LCM-совместимых пятна, такие как количество кресил фиолетовый или гематоксилином и эозином. Скорость процесса лазер захвата и способности выполнять LCM толще 30 мкм разделов на слайдах мембраны пера позволяет не только получить достаточного количества образцов клеток, но и изолировать РНК из образцов LCM соответствующего качества для всех типов вниз по течению Геномный анализ; Эти анализы включают microarrays16, ПЦР массивы17и количественных реальном масштабе времени PCR18.
Наши данные предоставлять обоснование для исследований, которые используют LCM ткани. Мы находим, что мир 15b upregulated в гиппокампе и коры (рис. 4), но downregulated в прилежащем и может быть биологически отношение к пониманию дифференциального воздействия TBI в головном мозге. Предыдущее исследование показало, что увеличение корковых нейронов уязвимость травмы в результате гиперэкспрессия несколько адаптивной, которые отрицательно регулирования про выживания генов, например, Bcl-219. Целевые проверки анализ показывает Bcl-2 регулируется также мир 15b; Таким образом, наши данные позволяют предположить механистическое объяснение почему конкретных областей мозга (т.е., FCx) могут быть выборочно подвержены TBI. Важно помнить, большинство генов, регулируются несколькими адаптивной и корреляция изменения в любой одной miRNA к гену конкретных целевых трудно. Кроме того эти данные показывают, что определенные изменения экспрессии генов и микроРНК может использоваться в качестве биомаркеров повреждения мозга конкретного региона. Действительно, мы в настоящее время используют эти данные в исследованиях как новые нейропротекторной наркотиков соединений с антидепрессант свойства можно дифференциально влияет на выражение гена и микроРНК в областях мозга, связанных с нервно-психиатрическими расстройствами. Одно ограничение нашего исследования является, что на нескольких этапах процессов подготовки слайдов для LCM, может стать угрозой целостности РНК. Этот протокол описывает необходимые шаги для смягчения риска деградации РНК. Еще одним ограничением является относительно небольшой выборки размер, используемый для статистических расчетов. В будущем исследования, увеличивая размер выборки должен уменьшить последствия колебаний выражение гена и Мирна среди отдельных животных.
В интересах LCM реализуется в трансляционной геномных исследований с использованием животных моделей болезней человека и больной ткани20,21,22,23. Без возможности захвата определенных клеточных популяций транскрипционный анализ профиля различных мозга будет непостижим и неразборчивый смесь многих типов клеток. Использование LCM методов исследования мозга травмы привело к текущие усилия для разграничения мозга регионе конкретных биомаркеров и понять, как они соотносятся с циркулирующим биомаркеров TBI.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Мы хотели бы признать Элизабет Sumner за ее помощь, редактирование этой рукописи. Финансирование этого проекта была оказана в части Moody проектом для трансляционного травматических повреждений исследования мозга и RO1NS052532 HLH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Arcturus Laser Capture Microdissection System | Applied Biosystems (Life Technologies) | ||
Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | G2939AA | |
Agilent 6000 Pico Kit | Agilent Technologies | 5067-1513 | |
Arcturus PEN Membrane Glass Slides | Applied Biosystems (Life Technologies) | LCM0522 | |
Capsure LCM caps | Applied Biosystems (Life Technologies) | LCM0211/LCM0214 | |
Cresyl Violet Acetate | Sigma-Aldrich | C5042-10G | |
Xylene (Histological grade) | Fisher Scientific | X3P-1GAL | |
Ethanol 200 proof (Histological grade) | UTMB Pharmacy | ||
RNAqueous Micro- Kit | Life Technologies (Ambion) | AM1931 | |
Taqman Gene Expression Primer/Probes | Applied Biosystems (Life Technologies) | 4331182 | |
Taqman microRNA Expression Primer/Probes | Applied Biosystems (Life Technologies) | A25576 | |
Lightcycler 96 System | Roche |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены