Zrozumienie, w jaki sposób geny są aktywowane lub tłumione w różnych komórkach w warunkach fizjologicznych lub patologicznych mózgu jest niezbędne do badania zaburzeń mózgu i funkcjonowania mózgu. Zespół naukowców pod przewodnictwem dr Xiaokuang MA, dr Zhiyu Dai i dr Shenfeng Qiu z University of Arizona College of Medicine-Phoenix i Washington University School of Medicine opracował nową metodę poprawy sposobu, w jaki naukowcy badają aktywność genów, która odnosi się do mapowania wysokiej rozdzielczości ekspresji genów w określonych rodzajach komórek, w mózgu. Ich praca, opublikowana w Protokoły gwiazdprzedstawia wyrafinowane podejście w ustalonych zamrożonych próbkach mózgu, które zwiększa dokładność i wydajność transkryptomiki przestrzennej – mapowanie gdzie i jak geny są wyrażane w mózgu na poziomie komórkowym.
Dr Ma, dr Dai i profesor Qiu opracowali metodę przygotowywania i montażu stałej zamrożonej tkanki mózgowej na slajdach Xenium, wyspecjalizowanym narzędziem do badania aktywności genów w precyzyjnych lokalizacjach. Proces ten obejmuje zachowanie mózgu w typowy sposób, w jaki większość neuronaukowców stosuje do immunofluorescencji, kriosekowanie go w cienkie plastry (grubość 10 μm) i ostrożne umieszczanie ich na szkiełkach do obrazowania, co oznacza przechwytywanie zdjęć tkanki w celu analizy obfitości genów. Według dr MA „ustalone zamrożone sekcje z pływającym montażem pozwalają na lepsze przygotowanie próbki i użycie obszaru obrazowania”, co oznacza, że ich podejście zachowuje integralność mRNA, jednocześnie najlepiej wykorzystując dostępną przestrzeń obrazowania. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod, które wykorzystują świeże tkanki mrożone lub utrwalone w formalinie (FFPE), ta nowa technika pomaga utrzymać integralność mRNA, która zawiera instrukcje dotyczące funkcji organizmu, jednocześnie poprawiając jakość obrazowania.
Korzystając z tej zoptymalizowanej metody, naukowcy osiągnęli bardzo szczegółowe obrazy, które dokładnie wykazują ekspresję genów w różnych regionach mózgu. Stosując precyzyjne techniki krojenia i swobodne montażu, zespół osiągnął jasne i niezawodne obrazy aktywności genów na poziomie poszczególnych komórek, podstawowych elementów budulcowych ciała. Ta poprawa jest szczególnie przydatna w badaniach mózgu, ponieważ zrozumienie, gdzie aktywne są geny, może pomóc naukowcom w badaniu chorób mózgu i rozwoju mózgu. Zdolność do analizy aktywności genów w określonych obszarach mózgu może zapewnić krytyczne wgląd w zaburzenia neurorozwojowe, choroby neurodegeneracyjne i mechanizmy uszkodzenia mózgu.
Dr Ma, dr Dai i profesor Qiu również wskazali kilka zalet swojej techniki w porównaniu ze starszymi metodami. Ich podejście zmniejsza problemy, takie jak składanie tkanki, które może zniekształcać obrazy, zapobiega uszkodzeniu materiału genetycznego i sprawia, że obrazowanie jest bardziej wydajne. „Ta metoda zapewnia optymalne gromadzenie danych, jednocześnie zmniejszając koszty i poprawę odtwarzalności” – wyjaśnił profesor Qiu. Odtwarzalność oznacza, że wyniki mogą być konsekwentnie powtarzane przez innych badaczy, dzięki czemu wyniki są bardziej wiarygodne. Poprawiając transkryptomikę przestrzenną, ich praca może prowadzić do bardziej wiarygodnych badań nad aktywnością genów w różnych obszarach mózgu, pomagając naukowcom dokonać nowych odkryć na temat stanów neurologicznych, które są zaburzeniami wpływającymi na mózg i układ nerwowy.
Ta ulepszona metoda jest znaczącym krokiem naprzód dla naukowców badających ekspresję genów w mózgu. Utrzymanie integralności mRNA i poprawa obrazowania sprawia, że jest to cenne narzędzie neuronauki, badanie układu nerwowego i innych obszarów badań biomedycznych. Gdy naukowcy nadal udoskonalają te techniki, takie metody będą niezbędne do rozwoju naszego zrozumienia misternych funkcji mózgu.
Referencje dziennika
Ma X., Chen P., Wei J., Zhang J., Chen C., Zhao H., Ferguson D., McGee AW, Dai Z., Qiu S. „Protokół badań transkryptomiki przestrzennej Xenium z wykorzystaniem ustalonych mysich skrawków mózgu myszy”. Protokoły Star, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.xpro.2024.103420
O autorach
Dr Xiaokuang Ma, Ph.D.jest badaczem/naukowcem III na University of Arizona College of Medicine-Phoenix. Uzyskał stopień doktora medycyny w dziedzinie farmakologii ze wspólnego programu szkolenia doktoranckiego między Shantou University Medical College i University of Arizona College of Medicine-Phoenix w 2020 r. Jego badania koncentrują się na roli mikrogleju w procesach rozwoju synapsy korowej, ocinacji, dojrzewania, łączności funkcjonalnej i plastyczności krytycznej okresu. Ma na celu zrozumienie, w jaki sposób MED sygnalizacja wpływa na rozwój łączności synaptycznej i plastyczności, które są istotnymi funkcjami obwodów przodomózgowia z implikacjami dla patofizjologii mózgu związanego z autyzmem. Jego przyszłe badania obejmują, w jaki sposób obwody rozwojowe mózgu i mózg wpływają na zaburzenia neurorozwojowe i zaburzenia neuropsychiatryczne, takie jak zaburzenia spektrum autyzmu i choroba Alzheimera.
Dr. Ph.D. Zhiuyijest profesorem medycyny w Washington University School of Medicine w St Louis. Otrzymał BS na Uniwersytecie Shandong i doktora. W biochemii i biologii molekularnej z Zhongshan School of Medicine, Sun Yat-Sen University, Chiny w 2013 r. Dr Dai ukończył szkolenie doktorowe w dziedzinie biologii naczyniowej płuc na University of Illinois w Chicago. Laboratorium dr Dai ma na celu zrozumienie homeostazy naczyniowej płuc i patogenezy chorób płuc przy użyciu nowych modeli zwierzęcych, zintegrowanych podejść farmakologicznych, edycji genomu i sekwencjonowania RNA jednokomórkowej oraz transkryptomiki przestrzennej. Ponadto bada wyznaczenie mechanizmów molekularnych i komórkowych prawej niewydolności serca u pacjentów z nadciśnieniem płucnym i identyfikacją celów terapeutycznych w leczeniu pacjentów z chorobą naczyniową płuc.
Dr Shenfeng Qiu, MD Ph.D.jest profesorem kadencji na University of Arizona College of Medicine-Phoenix. W 1994 r. Zdobył MD na Nanjing Medical University i doktorat. W toksykologii środowiskowej i neuronauki z University of California w 2004 r. Ogólnym zainteresowaniem laboratorium dr Shenfenga Qiu jest zrozumienie rozwoju pochodzenia zaburzeń neurorozwojowych i neuropsychiatrycznych, zwłaszcza zaburzeń spektrum autyzmu. Jeden trwający projekt koncentruje się na roli kinazy tyrozynowej, zidentyfikowanej jako główny czynnik ryzyka ASD w badaniach genetycznych na ludziach. Jego laboratorium ma na celu zidentyfikowanie mechanizmów, w których sygnalizacja MET wpływa na wzrost neuronów, dojrzewanie i funkcję obwodu mózgu. Jego laboratorium jest również zainteresowane rolą białka UBE3A w zespole Angelmana oraz odrębnymi mechanizmami obwodu mózgu pośredniczących w lęku i depresji.
