The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Department of Pathology, New York University Langone School of Medicine, 2Program in Molecular Pathogenesis, Marty and Helen Kimmel Center for Biology and Medicine and Skirball Institute for Biomolecular Medicine, 3Laboratory of Molecular Immunogenetics, National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases, National Institutes of Health, 4Veteran Affairs New York Harbor Healthcare System
Prins, K. C., Vasiliver-Shamis, G., Cammer, M., Depoil, D., Dustin, M. L., Hioe, C. E. Imaging of HIV-1 Envelope-induced Virological Synapse and Signaling on Synthetic Lipid Bilayers. J. Vis. Exp. (61), e3757, doi:10.3791/3757 (2012).
인간 면역 결핍 바이러스 1 형 (HIV-1) 감염 셀 전송 2,10,11으로 세포를 통해 가장 효율적으로 발생합니다. CD4 사이의 셀 전송 + T 세포이 세포는 CD4와 함께 감염된 세포에서 HIV-1 봉투 gp120의 참여에 따라 형성된 F-actin에 의존 세포 - 세포 접합니다 virological 시냅스 (VS)의 형성과 관련된 대상 세포 8 케모카인 수용체 (CKR) CCR5 또는 CXCR4. 그들이 바이러스에 감염된 기증자의 세포 표면에 존재로서 gp120에 추가 및 그 수용체, 특히 다른 멤브레인 단백질, 유착 분자 LFA-1과 그 리간드에서 ICAM 제품군은, VS 형성 및 바이러스 전달에 중요한 역할을 및 대상 세포뿐만 아니라 HIV-1 virions 1,4,5,6,7,13의 봉투에. VS 형성은 또한 수용체의 gp120-포용의 결과로 transduced되는 세포내 신호 전달 이벤트를 동반한다. 실제로, 우리는 최근 그 CD4를 보여주했습니다 <> gp120과 + T 세포의 상호 작용은 TCR의 Lck 포함한 signalosome, CD3ζ, ZAP70, LAT, SLP-76, Itk 및 PLCγ 15과 관련된 신호 전달 분자의 모집 및 인산화을 유도 저녁을 먹다.
이 문서에서는 supramolecular 배치와 VS 형성 동안 이야기되었던 멤브레인 - 근위 신호 이벤트를 시각화하는 방법을 제시한다. 우리는 바이러스 봉투 gp120과 세포 접착 분자 ICAM-1을 간직한 HIV에 감염된 세포의 표면을 표현하기 위해 reductionist 모델과 같은 유리를 지원 평면 이중 레이어 시스템을 활용합니다. 프로토콜은 상호 작용하는 세포에서 세포 내 신호 전달 분자를 감지하는 HIV-1 gp120 유발 VS 조립 및 플로우 셀에 I) 이중 레이어 준비와 어셈블리를 포함한 신호 활성화 이벤트, II) 세포 immunofluorescence 염색법의 주입 모니터링을위한 일반 절차를 설명 TIRF 현미경에 의한 HIV-1 이중 레이어의 gp120과 ICAM-1, 3) 이미지 수집과차 IV) 데이터 분석. 그것이 하위 도메인에 모집 특정 신호 분자와 함께 VS의 개별 분자 구성 요소의 고유한 클러스터의 검출을 허용으로이 시스템은 종래의 셀 - 셀 시스템을 구현할 그 외의 VS 인터페이스의 고해상도 이미지를 생성합니다.
1. GP120에 레이블
이 프로토콜에서 사용되는 형광 염료가 단백질에 바인딩을위한 효과적인 현미경 이미징을위한 충분한 사진 안정이며, 우리의 현미경으로 가능한 레이저의 여기 파장이 동일합니다. 태그 단백질에 대한 형광 분자를 선택할 때이 세 기준은 충족해야합니다.
2. 흐름 전지 조립 및 이중층 준비
흐름 전지 및 이중층 준비를위한 일반적인 절차는 이전 14 자세히 설명되었습니다. 여기 Bioptech 흐름 셀에 그의 6 개의 태그가 gp120 DH12를 포함 bilayers를 준비하는 구체적 프로토콜을 설명합니다. 전염성 바이러 스나 감염된 세포와 관련된 연구 내용 및시기 작은 볼륨이 제한 시약, 일회용 Ibidi 흐름 챔버 (끈적 슬라이드 저는 0.2 Luer)에 의한 필요는 단계 2.4-2.9에서 동일한 이중 레이어 준비 절차와 함께 사용하고 따라야 수 있습니다. Ibidi 흐름 챔버에 대한 정보는 회사 웹사이트에서 구할 수 있습니다 http://www.ibidi.com/service/display_material/CA_8p_EN_150dpi.pdf >.
3. FRAP 통해 Bilayers의 품질 관리
bilayers의 단백질은 laterally diffusible이어야합니다. bilayers에 세포를 추가하기 전에, 그것을 보장하는 것이 중요하다준비된 이중층에 단백질의 이동성. 여기 공촛점 현미경 스캐닝 TIRF, 넓은 필드 epifluorescence, 또는 레이저를 조명 대부분의 목적을 수동으로 수행할 수 있습니다 (FRAP) 메소드 3 Photobleaching 후 형광 복구에 대해 설명합니다. 목표는 지질 이중층, 표백제 장소 및 표백 지역 unquenched 분자의 반환을 모니터의 형광 이미지를 완벽하게 균일한 필드입니다. 이분에서 50 %의 복구가 허용있을 수 있습니다. 모든 주요 현미경 제조 업체 (Leica, 니콘, 올림푸스, 자이스 혈구)이 응용 프로그램을 위해 잘 작동 객관적으로 조명 TIRF 시스템을 판매하고 있습니다. 각 회사는 TIRF 조명 및 기타 운영 기능의 유사 콘텐츠를 제공하고 있지만, 이미지 품질은 본질적으로 동일합니다.
참고 : 현재 현미경에서는 4 분 미만에있는 전형적인 농도에서 형광 ICAM 표백제로 닦았을 240 μm의 2 면적 원형 지점에 641 nm의 광의 0.9 MW을 제공할 수 있습니다. 독자는 30 초 미만 번 반복 방식으로 이러한 분석을 수행하기에 충분 이상입니다 표백와 HG 또는 XE 램프의 중요한 정렬을 찾습니다. 또한 추가 det에 대해 3 참조 보이겠지만ails.
4. 셀 및 Immunofluorescence 염색법의 분사
5. TIRF 현미경에 의한 이미지 획득
TIRF 현미경은 250 nm의 또는 유리 기판과 셀 인터페이스에 얇은 평면에 국한 형광 신호 여기에 있습니다. 이것은 지질 이중층에서와 즉시 apposed 세포 세포막에서 불과 신호의 이미지 획득을 보장합니다. 따라서 시냅스에서 유일한 분자가 몇 군데있다. 세포의 하단에 TIRF 이미지에만 멤브레인 - 근위 영역 때문에, 지느러미 막에 internalized하거나 재배 포할되는 단백질이 발견되지 않습니다. 그런 다음 추가 표준 widefield이나 세포의 다른 볼륨에 비해 축적이나 시냅스 분야에서 단백질의 분포를 결정하는 공촛점 현미경으로 영상을 취득하는 것이 중요있을 수 있습니다.
모든 주요 현미경 제조 업체 (Leica, 니콘, 올림푸스, 자이스 혈구)이 아파트에 가서 잘 작동 객관적으로 조명 TIRF 시스템을 판매습곡. 각 회사는 TIRF 조명 및 기타 운영 기능의 유사 콘텐츠를 제공하고 있지만, 이미지 품질은 본질적으로 동일합니다. 각 TIRF 현미경은 작동을위한 자체 세부 사항을 가지고 있지만, 다음과 같은 일반적인 규칙은 고해상도 영상을 얻기 위해 적용합니다.
6. 데이터 분석
CD4 + VS에서 gp120와 T 세포 상호 작용의 결과로 활성화된 세포 신호를 공부하려면 TIRF 이미지의 정량 분석은 이러한 활성 및 시냅스 15 모집 Lck 및 핀 등의 여부 세포 내 신호 전달 분자를 결정하기 위해 수행된다. 여기는 대부분의 이미지 분석을 위해 적용 가능한 간단한 방법을 설명이러한 ImageJ와 Metamorph 같은 응용 프로그램 패키지. 우리는 여기서 우리의 방법 12를 위해 윈도우, 매킨토시, 리눅스에서 실행 ImageJ를, 사용했다.
분석> 세트 측정 탭에서 영역에 대한 확인란을 선택하고 회색 값을 뜻합니다. 당신은 다각형 또는 프리핸드 추적 폐쇄 모양 이미지에서 관심 영역을 만들고> 측정 분석 않는 경우, 소프트웨어는 결과 테이블에서이 측정에서 데이터를 넣어 것입니다. 면적은 픽셀의 수 또는 μm의 2 것입니다. 평균은 임의 단위의 평균 강도입니다. 그것에서 빼서 배경 강도를 가지고 있어야합니다. 지역에서 평균 마이너스 배경을 배가시키는 것은 임의의 단위로 단백질의 통합 강도를 반환합니다.
7. 대표 결과
VS에서 gp120과 상호 작용의 결과로 초기 멤브레인 - 근위 신호 Lck 분자와 핀의 활성화 및 채용을 측정하기 위하여, 기본 인간의 CD4 + T 세포는 gp120과 ICAM-1 15 베어링 bilayers에 도입되었습니다. 오직 ICAM-1과 bilayers을 소개 세포는 신호의 기저 레벨을 정의하는 컨트롤을 역임했습니다. Specific 형광 강도는 ICAM-1 이중층와 상호 작용하는 세포에 대한 gp120과 ICAM-1을 포함하는 bilayers에서 그리고 전체 접촉 면적 내에서 세포에 대한 gp120 연락처 지역 내에서 측정되었다. 평균 형광 강도의 증가는 확대 수술의 흔적 모집 및 VS에 대한 신호 전달 분자의 활성화입니다. 이것은 더욱 통합 형광 강도의 비교 증가에 의해 입증됩니다. 그러나 통합 형광 강도에는 변화가 없다면,이 신호 전달 분자의 재배포를 나타냅니다.
세포가 gp120과 ICAM-1, Lck 총과 줏으라고 (Y394)를 포함하는 bilayers와의 교류 후 VS 인터페이스 채용 및 gp120 (Figs. 1 & 2)로 colocalized되었다. Lck 전체의 평균 강도 (그림 1) 혼자 ICAM-1보다 gp120과 ICAM-1을 모두 포함하는 이중층 높은했지만 통합 강도 레벨 (그림 1)과 유사했다, Lck가로 재배포되는 제안CD4 + T 세포 gp120에 대한 바인딩시 중앙 클러스터. 그러나 줏으라고 (Y394) (그림 2)의 부량은 gp120과 ICAM-1을 함유 bilayers의 평균 농도는 ICAM-1 혼자 bilayers에 그 이상의 것을 보여주었다, 그리고 통합 강도가 gp120과 ICAM 모두와 bilayers에서 더 높았다는 -1 ICAM-1 혼자 bilayers보다. 인터페이스에서 Lck 전체의 수치가 gp120과 ICAM-1과 ICAM-1 혼자 bilayers, 활성화 루프 Lck에서 잔류물 Y394의 gp120 구속력을 증가 인산화에 준수 세포에 유사하면서 이것은 나타냅니다. 반대로, 퓐 더 핀은 gp120과 ICAM-1을 모두 포함하는 bilayers보다 ICAM-1 혼자 bilayers에 세포의 접촉 영역에 존재했는데, (그림 3) VS으로 채용되지 않았습니다. 따라서, 우리는 퓐 아닌 Lck, HIV-1 gp120-유도 VS의 적극적인 키나제는 것을 결론.
그림 :시 분리막-근위 신호 HIV-1 gp120-유도 VS. 의 대표적인 세포의 이미지gp120 + ICAM-1 이중층 (상단 패널)과 ICAM-1 이중층 (하단 패널)가 표시됩니다. 그림 1의 노란 선으로 표시된 지역별로 그림과 같이 각 세포의 형광 강도는 세포 발자국 수동으로 추적 분야 내에서 계량되었다. TIRF 현미경에 의해 감지 평균 및 통합 농도의 부량는 각각 왼쪽과 오른쪽 그래프로 표시됩니다. 30-350 세포의 합계는 각 상태에 대한 계량했다. 바 = 5 μm의. 셋 반복 실험 중 하나에서 데이터가 표시됩니다.

그림 1. CD4 + T 세포는 45 분 동안 혼자 gp120과 ICAM-1 또는 ICAM-1을 포함하는 bilayers에 도입 후 고정 및 Lck 총 물들어 있었다.

그림 2. CD4 + T 세포는 이중층에 소개되었습니다s은 45 분 동안 혼자 gp120과 ICAM-1 또는 ICAM-1을 포함하고 줏으라고 (Y394)에 고정하고 묻다.

그림 3. CD4 + T 세포는 45 분 동안 혼자 gp120과 ICAM-1 또는 ICAM-1을 포함하는 bilayers에 도입 후 고정 및 총 퓐 위해 물들어 있었다.
이전 연구는 세포 - 세포 켤레축 시스템의 시각 VS을 가지고 있지만 이러한 연구는 시냅스에서 supramolecular 구조를 시각화하는만큼 충분히 높은 해상도의 이미지를 제공하지 않았다. 우리 실험실에서는 바이러스 봉투 gp120과 세포 접착 분자 ICAM-1을 표현 감염된 세포의 표면을 표현하기 위해 유리를 지원 평면 이중층 시스템을 활용. 높은 신호 대 노이즈 비율과 이중층 표면 100-200 nm의 안에 형광 신호를 감지 TIRF 현미경,와 함께, 우리는 VS에서 ICAM-1에서 gp120의 supramolecular 분리를 감지할 수 있었다. VS 15 gp120 - 연락처 영역으로, 퓐 또한, 표준 immunostaining 방법은 이중층 시스템에 적용할 수 있으며 Lck 활성의 구체적인 채용을 감지하고 계량 여기에 사용되었지만, 아닙니다. 따라서 평면 이중층은 TIRF 마이크로에 의한 2 차원 평면에서의 시냅스 인터페이스의 고해상도 이미징을위한 실험 시스템을 제공합니다scopy 물론 넓은 필드 또는 공촛점 조명 방법 등. 그러나 시스템은 또한 밖에서 비행기 벤딩, 리간드 이동성을 조정으로 한계를 가지고 있으며, 생물 학적 세포막의 변동은 평면 bilayers으로 복제되지 않습니다. 또한 이것은 인 - 체외 시스템이므로 이러한 분자 이동성과 휴대 운동성을 조절 감염된 세포와 cytoskeleton 기계에 존재 것입 다른 멤브레인 분자의 부족 등 다른 제한 사항을 가지고 있습니다. 또, trimers 대 gp120의 단량체로서 분자의 역학 및 배포는 이중층에 생리학적으로 표시되지 않을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고보고 알 수있는 아니다 그것은 심지어 이러한 제한 사항으로,이 시스템은 바이러스 셀 또는 셀 - 세포 상호 작용을 공부에 대해 여전히 매우 유용하며, 이러한 방법 supramolecular 조직을 감지하는 고해상도 이미지를 추구하고 연구자에게 유용한 가이드가 될 수있다 종래의 셀 - 셀 켤레축 시스템 인치
저자는 이익의 갈등을 선언 없습니다.
이 작품은 NIH 교부금 AI071815 (CEH) 및 로드맵의 Nanomedicine 개발 센터 수상 PN2EY016586 (MLD)에 의해 지원되었다.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| His tagged HIV gp120 | Gift from Dr. Cho | DH12 | |
| His tagged HIV gp120 | Immune Technology | Various X4 or R5 tropic | |
| HSA | Williams Medical Company | 521302 | Human Serum Albumin 25% |
| Amicon Ultra Centrifugal Filters | EMD Millipore | UFC803024 | Ultracel-30K |
| Lck Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 2787 | |
| p-Lck Rabbit pAb | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | Sc-101728 | Tyr 394 |
| Fyn Rabbit mAb | EMD Millipore | 04-353 | |
| Alexa Fluor 568 2° Ab | Molecular Probes, Life Technologies | A11034 | Goat anti-Rabbit IgG (H+L) |
| Alexa Fluor 488 | Molecular Probes, Life Technologies | A-20000 | carboxylic acid succinimidyl ester |
| FCS2 Chamber | Bioptechs | 060319-2-03 | |
| Microaqueduct Slide | Bioptechs | 130119-5 | |
| 30mm Round w/holes | Bioptechs | 1907-08-750 | 0.75mm thick |
| Rectangle Gasket | Bioptechs | 1907-1422-250 | 14x24 0.25mm thick |
| Tygon Tubing | Bioptechs | 20202275 | 1/16" (25ft) |
| Three-way Stopcock | Bio-Rad | 7328103 | |
| Two-way Stopcock | Bio-Rad | 7328102 | |
| Sticky Slide I 0.2 Luer | Ibidi | 80168 | |
| Cover glasses | Ibidi | 10812 | |
| 1ml syringe | BD Biosciences | 309659 | |
| DOGS-NTA | Avanti Polar Lipid, Inc | 790404C | |
| DOPC | Avanti Polar Lipid, Inc | 850375C | |
| Glass coverslip | Bioptechs | 40-1313-0319 | 40mm |
| TIRF microscope | Nikon Instruments | ||
| ImageJ | National Institutes of Health | http://rsbweb.nih.gov/ij/ |