Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Резец мыши содержит ценные клетки, удерживающие метки, в нише стволовых клеток. У нас есть новый способ объективного обнаружения и количественной оценки клеток, удерживающих метки; в нашем исследовании использовалась маркировка EdU и подход к 3D-реконструкции после очистки ткани нижней челюсти PEGASOS.
Резец мыши — это орган, который непрерывно растет на протяжении всей жизни мыши. Эпителиальные и мезенхимальные стволовые клетки, находящиеся в проксимальных тканях резцов, дают начало потомству, которое дифференцируется в амелобласты, одонтобласты и фибробласты пульпы. Эти клетки имеют решающее значение для поддержания устойчивого оборота тканей резцов, что делает резец мыши отличной моделью для изучения гомеостаза взрослых стволовых клеток. Считается, что стволовые клетки содержат долгоживущие спокойные клетки, которые могут быть помечены нуклеотидными аналогами, такими как 5-этинил-2'-дезоксиуридин (EdU). Клетки сохраняют эту метку с течением времени и, соответственно, называются клетками, удерживающими метки (LRC). Подходы к визуализации LRC in vivo обеспечивают надежный инструмент для мониторинга гомеостаза стволовых клеток. В этом исследовании мы описали метод визуализации и анализа ЦУР. Наш инновационный подход включает LRC в резцах мыши после очистки тканей и окрашивания EdU с последующим конфокальной микроскопией и 3-мерной (3D) реконструкцией с помощью программного обеспечения для визуализации. Этот метод позволяет получать 3D-изображения и несмещенное количественное определение по сравнению с традиционным анализом LRC на секционных слайдах.
Непрерывно растущий резец мыши является отличной моделью для изучения взрослых стволовых клеток1. Эпителиальные (губная и язычная шейная петля) и мезенхимальные стволовые клетки (между лабиальной и язычной шейной петлей), которые находятся на проксимальной стороне резца, дифференцируются в амелобласты, одонтобласты и клетки пульпы зуба. Этот уникальный процесс обеспечивает источник клеток для компенсации потери и обновления тканей2. Хотя несколько маркеров стволовых клеток, таких как Sox2, Gli1, Thy1 / CD90, Bmi1 и т. Д. были идентифицированы in vivo для подмножеств взрослых стволовых клеток в резцах мышей, они неадекватны в представлении популяций стволовых клеток при использовании только 1,3,4,5. Визуализация долгоживущих спокойных клеток с помощью нуклеотидной аналоговой маркировки и удержания ДНК может обеспечить объективное обнаружение для большинства подмножеств взрослых стволовых клеток6. Кроме того, этот подход полезен среди многих методов идентификации стволовых клеток7 для понимания поведения клеток и гомеостаза популяций стволовых клетокзубов 3,8. В то время как делящиеся стволовые клетки теряют свою маркировку ДНК после значительной погони, предполагаемые спокойные стволовые клетки сохраняют свою метку ДНК, считая их клетками, сохраняющими метки (LRC)6. Маркировка и удержание ДНК неделящимися стволовыми клетками пометит и обнаружит предполагаемые взрослые стволовые клетки в их нишах.
За последние годы маркировка аналогом тимидина 5-бром-2'-дезоксиуридина (BrdU) заменила громоздкий, трудоемкий и несовместимый с микроскопией высокого разрешения метод маркировки ДНК 3H-тимидина для анализов пролиферации клеток 6,9. В последние годы метод маркировки 5-этинил-2'-дезоксиуридина (EdU) все чаще используется в BrdU. Такая закономерность возникла по нескольким причинам. Во-первых, метод BrdU медленный и трудоемкий. Условия использования варьируются, и он не может сохранить ультраструктуру в образцах (из-за денатурации ДНК). Аналогичным образом, метод BrdU теряет антигенность клеток, что делает его неэффективным для последующих функциональных анализов и анализов, таких как эксперименты по совместной локализации и трансплантация стволовых клеток in vivo 3,7,9,10,11,12. BrdU также является тератогеном, который не подходит для маркировки LRC в эмбриональном развитии6. Кроме того, метод BrdU неэффективен при использовании в образцах с цельным креплением. Недостатками являются низкое проникновение антител в глубокую часть образцов или требование длительного инкубационного периода антител для глубокого проникновения13. Маркировка EdU избегает этапов денатурации образцов, тем самым сохраняя ультраструктуру. Эта особенность выгодна для последующих функциональных анализов, таких как эксперименты по совместной локализации и трансплантация стволовых клеток11,12. Кроме того, маркировка EdU очень чувствительна и быстра; Проникновение образцов является высоким из-за использования быстро поглощаемых и меньших по размеру флуоресцентных азидов для детектирования меток EdU через катализируемую Cu (I) [3 + 2] реакцию циклоприсоединения («клик»)14.
Другим все более применяемым методом маркировки ДНК является использование сконструированных трансгенных мышей. Эти мыши экспрессируют зеленый флуоресцентный белок гистона 2B (H2B-GFP), контролируемый чувствительным к тетрациклину регуляторным элементом 5,14. После кормления мышей тетрациклиновым кормом / водой в течение периода преследования от 4 недель до 4 месяцев флуоресценция GFP будет уменьшаться в циклических клетках, и только LRC сохранят флуоресценцию6. Преимущество этого метода заключается в том, что меченые LRC могут быть выделены и остаются жизнеспособными для культивирования клеток или последующего функционального анализа 6,7. В некоторых исследованиях сообщалось о неточной маркировке стволовых клеток, находящихся в состоянии покоя, при длительном использовании. Этот результат был обусловлен негерметичной фоновой экспрессией штамма H2B-GFP, а не соответствующим тетрациклин-регулируемым ответом15.
Более того, в большинстве литературы в прошлом детектирование ЦУР использовалось в основном на секционных слайдах, которые являются двумерными и часто ошибочно предвзятыми в показе точного местоположения и количества ЦУР. Подход показал неправильные углы для срезов сложных тканевых структур16. Другой метод заключался в получении 3D-изображений из серийных срезов и выполнении реконструкций после изображения. Эти шаги были неточными из-за искажения изображения из-за вариаций в каждой последовательной секции из-за сжатых или растянутых секций, что привело к отсутствию информации16,17,18. Метод также был трудоемким и длительным.
Чтобы облегчить визуализацию LRC во всей монтировке, образцы должны быть четкими, а флуоресценция должна поддерживаться в хорошем состоянии. Современные методы очистки тканей можно разделить на три основные категории: методы очистки тканей на основе органических растворителей, методы очистки тканей на основе водных реагентов и методы очистки тканей на основе гидрогеля17,19. Недавно была разработана система растворителей, связанная с полиэтиленгликолем (ПЭГ) (PEGASOS). Этот подход делает почти все типы тканей прозрачными и сохраняет эндогенную флуоресценцию, включая твердые ткани, такие как кости и зубы20. Метод PEGASOS имеет преимущества перед другими методами очистки тканей, особенно при очистке зубных и костных материалов. Большинство других методов могут лишь частично очищать твердые ткани, иметь длительное время обработки или требовать дорогостоящих реагентов21. Кроме того, метод PEGASOS может эффективно сохранять эндогенную флуоресценцию по сравнению с другими методами.
Эта литература привела нас к созданию нового метода исследования клеток. Мы объединили преимущества маркировки EdU для обнаружения LRC с наиболее превосходной 3D-визуализацией образцов, очищенных от ткани; образцы обрабатывали с использованием усовершенствованной технологии очистки тканей с помощью системы растворителей, связанной с полиэтиленгликолем (ПЭГ) (PEGASOS)15. Прозрачность твердых тканей позволила нам реконструировать 3D-сигнал флуоресценции LRC in vivo без разрушения зубов или нижней челюсти, создав более точный способ визуализации и количественной оценки LRC.
В этом исследовании мы представляем инновационное руководство по визуализации LRC в резце мыши. Мы использовали 3D-визуальный подход для определения местоположения и количества LRC в нише стволовых клеток резцов мыши. В этом проекте использовалась маркировка EdU, методы очистки тканей PEGASOS и конфокальная микроскопия. Наш метод маркировки EdU LRC на цельной ткани и использование очищенного и прозрачного образца преодолевает как ограничения традиционных секционных слайдов, так и другие невыгодные методы маркировки ДНК. Таким образом, наша методика будет пригодна для исследований гомеостаза стволовых клеток, требующих обнаружения ЛРК, особенно на твердых тканях. Протокол может быть одинаково полезен для тех, кто фокусируется на гомеостазе стволовых клеток в других тканях и органах.
Все методы, описанные здесь, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) для Стоматологического колледжа Техасского университета A&M.
1. Приготовление коктейля с маркировкой EdU
2. Приготовление мышей и раствора EdU
3. Подготовка образцов методом транскардиальной перфузии (постнатальные 53-дневные мыши после 6-недельного периода погони)
ПРИМЕЧАНИЕ: Печень мыши должна побледнеть после успешной транссердечной перфузии.
4. Очистка тканей нижней челюсти по методике PEGASOS
ПРИМЕЧАНИЕ: Коническая пробирка объемом 15 мл или 50 мл в зависимости от объема тканей может использоваться для поддержания образцов готовыми к обработке на каждом этапе. Образцы обрабатываются при шейкерах при 37 °C (~100 об/мин) с этапов 4.2 по 4.7. Используйте пластиковые контейнеры на основе полипропилена, устойчивые к органическим растворителям, чтобы избежать плавления пластика. В качестве альтернативы можно использовать стеклянную посуду.
ВНИМАНИЕ: В методе очистки тканей PEGASOS используются токсичные растворы, такие как квадрол, полиэтиленгликоль (ПЭГ), бензилбензоат (BB), MMA500 и т. Д. Во избежание потенциального воздействия требуются соответствующие СИЗ.
5. Конфокальная визуализация очищенной ткани нижней челюсти
6. Обработка изображений, реконструкция 3D-изображений и количественная оценка ячеек, удерживающих метки, путем создания поверхности, сегментации интересующей области (ROI), маскировки ROI и создания пятен
ПРИМЕЧАНИЕ: Мы использовали Imaris (Bitplane 9.0.1) для обработки изображений и 3D-реконструкции, но аналогичные этапы обработки изображений могут быть выполнены с использованием других программных пакетов (например, ImageJ/Fiji, 3D slicer, Avizo, Arivis, Amira и т.д.).
После маркировки EdU и процесса очистки тканей PEGASOS (рис. 2) была получена прозрачная нижняя челюсть, как показано на нашем изображении (рис. 3B). Мы сравнили модифицированный образец с нормальной нижней челюстью без процесса очистки тканей (рис. 3А...
Многократные дозы инъекций (BrdU, EdU) обычно используются на растущих новорожденных мышах, чтобы максимально маркировать пролиферирующие клетки 1,6,13. Период погони считается критическим шагом в отношении скорости обновления тканей
Авторам раскрывать нечего.
Мы благодарим Меган К. Холт за редактирование рукописи. Это исследование было поддержано грантами NIH / NIDCR DE026461 и DE028345 и финансированием стартапа от Техасской школы стоматологии A&M доктору Сяофан Вану.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.5 M EDTA | Sigma Aldrcih | E9884 | |
20 × Objective/NA 0.9 | Leica | 507702 | |
50 mL Falcon Centrifuge Tubes | Falcon | 352070 | |
BD PrecisionGlide Needle | BD | REF 305111 | |
Bezyl benzoate (BB) | Sigma Aldrcih | 409529 | |
Bitplane 9.0.1 | Imaris | ||
BRAND cavity slides | Millipore Sigma | BR475505 | |
C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | Strain #:000664 | |
Circulation Pump | VWR | 23609-170 | |
CuSO4 | Sigma Aldrcih | 451657 | |
DMSO | Sigma Aldrcih | D8418 | |
EdU | Carboynth | NE08701 | |
Heparin | Miiilipore Sigma | H3149 | |
Imaging System | Olympus | DP27 | |
LAS X Software | Leica | ||
Olympus Stereo Microscope | Olympus | SZX16 | |
Paraformaldehye | Sigma Aldrich | P6148 | |
PBS | Sigma Aldrich | P4417 | |
PEGMMA500 | Sigma Aldrich | 447943 | |
Quadrol | Sigma Aldrich | 122262 | |
Sodium Ascorbate | Sigma Aldrich | 11140 | |
Sulfa-Cyanine 3 Azide | Lumiprobe | D1330 | |
TBS-10X | Cell Signaling Technology | 12498 | |
TCS SP8 Confocal Microscope | Leica | ||
tert-butanol (tB) | Sigma Aldrich | 360538 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 |
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