The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Danish was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
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).
Humant immundefektvirus type 1 (HIV-1) infektion forekommer mest effektivt via celle til celle transmission 2,10,11. Denne celle til celle overdragelse mellem CD4 +-T-celler involverer dannelsen af en virologisk synapse (VS), som er en F-actin-afhængig celle-celle-forbindelsen dannet ved indgreb af HIV-1 hylster gp120 på den inficerede celle med CD4 og chemokinreceptor (CKR) CCR5 eller CXCR4 på målcellen 8. Ud over gp120 og dets receptorer, andre membranproteiner, især adhæsionsmolekyleaktiviteter LFA-1 og dets ligander, ICAM-familien spiller en vigtig rolle i VS dannelse og virusoverførsel som de er til stede på overfladen af virusinficerede donorceller og målceller samt på kappen af HIV-1 virioner 1,4,5,6,7,13. VS dannelse også ledsages af intracellulære signaleringsbegivenheder, der er transduceret som et resultat af gp120-indgreb af dets receptorer. Faktisk har vi for nylig viste, at CD4 <sup> + T-celle interaktion med gp120 inducerer rekruttering og phosphorylering af signaleringsmolekyler forbundet med TCR signalosome herunder Lck, CD3ζ, ZAP70, LAT, SLP-76, ITK, og PLCγ 15.
I denne artikel præsenterer vi en metode til at visualisere supramolekylære arrangement og membran-proksimale signal begivenheder, der finder sted i VS dannelse. Vi benytte glas-understøttede plane dobbeltlag system som reduktionistisk model til at repræsentere overfladen af HIV-inficerede celler, der bærer den virale kappe gp120 og det cellulære adhæsionsmolekyle ICAM-1. Protokollen beskriver generelle fremgangsmåder til overvågning af HIV-1 gp120-induceret VS samling og signalsekvenser aktivering begivenheder, der omfatter i) dobbeltlag fremstilling og samling i en strømningscelle, ii) injektion af celler og immunfluorescensfarvning at detektere intracellulære signalmolekyler på celler interagerende med HIV-1 gp120 og ICAM-1 på bi-lag, iii) billedoptagelse ved TIRF mikroskopi, ennd iv) dataanalyse. Dette system frembringer højopløsningsbilleder af VS grænseflade end den, der opnås med den konventionelle celle-celle-system, da den tillader påvisning af forskellige klynger af individuelle molekylære bestanddele af VS sammen med specifikke signalmolekyler rekrutteret til disse subdomæner.
1. Mærkning Gp120
Fluorescerende farvestoffer, der anvendes i denne protokol er effektive til at binde til proteiner, er tilstrækkeligt foto-stabil for mikroskopi billedbehandling, og matche excitationsbølgelængder af lasere til rådighed med vores mikroskop. Disse tre kriterier skal være opfyldt, når der vælges fluorescerende molekyler til kodning proteiner.
2. Flow Cell Montering og tolag Forberedelse
Den generelle procedure for flow-celle og dobbeltlaget fremstilling er blevet beskrevet i detaljer tidligere 14. Her skitserer vi specifikt protokollen til at forberede dobbeltlag som indeholder Hans 6-mærket gp120 DH12 på en Bioptech flow celle. Til undersøgelser med infektiøse virus eller inficerede celler, og når små volumener er nødvendigt på grund af begrænsede reagenser, en engangs Ibidi strømningskammer (klæbrig Slide I 0,2 Luer) kan anvendes, og følges med den samme dobbeltlag præparat procedure i trin 2.4-2.9. Information for Ibidi strømningskamre kan fås fra selskabets hjemmeside, http://www.ibidi.com/service/display_material/CA_8p_EN_150dpi.pdf
3. Kvalitetskontrol af dobbeltlag via FRAP
Proteiner i dobbeltlag være lateralt diffunderbar. Før tilsætning af celler på dobbeltlag, er det vigtigt at sikremobilitet af proteiner i den fremstillede dobbeltlaget. Her beskriver vi en fluorescerende Recovery Efter Fotoblegning (FRAP) metode 3, som kan udføres manuelt på de fleste objektive belyst TIRF, brede felt epifluorescens, eller laser konfokal mikroskoper. Målet er at afbilde fuldt ensartede områder fluorescens i lipiddobbeltlaget, blegemiddel en plet, og at overvåge tilbagevenden quenchede molekyler til den blegede området. Et krav om tilbagebetaling på 50% i 2 minutter kan være acceptabelt. Alle de store mikroskop producenter (Leica, Nikon, Olympus, Zeiss) sælge objektive oplyste TIRF systemer, der fungerer godt for denne ansøgning. Mens hver virksomhed giver variationer af TIRF belysning og andre operationelle karakteristika, billedkvaliteten er stort set den samme.
Bemærk: I vores nuværende mikroskop, kan vi levere 0,9 mW 641 nm lys til en cirkulær plet med et areal på 240 um 2, som bleger fluorescerende ICAM ved typiske koncentrationer på mindre end 4 sekunder. Læserne skulle finde, at kritiske tilpasning af en Hg eller Xe lampe med blegning gange mindre end 30 sekunder er mere end tilstrækkeligt til at udføre denne analyse på en gentagelig måde. Vi vil også henvise dig til Reference 3 for yderligere itfattes.
4. Injektion af celler og immunfluorescensfarvning
5. Billede overtagelse af TIRF mikroskopi
TIRF mikroskopi tillader excitation af fluorescerende signaler begrænset til en 250 nm eller tyndere plane på glassubstratet og celle-grænsefladen. Dette sikrer billedoptagelse af kun signaler fra lipiddobbeltlaget og fra de umiddelbart apposed cellemembraner. Derfor er kun molekyler ved synapsen afbildes. Fordi TIRF billeder kun membran-proksimale område i bunden af cellen, vil proteiner, der er internaliseret eller omfordeles i den dorsale membranen ikke blive detekteret. Det kan derefter være vigtigt at yderligere erhverve billeder ved standard widefield eller konfokal mikroskopi for at bestemme akkumulering eller distribution af proteinerne ved den synaptiske områder i forhold til de andre mængder af cellen.
Alle de store mikroskop producenter (Leica, Nikon, Olympus, Zeiss) sælge objektive oplyste TIRF systemer, der fungerer godt for dette APdelsen. Mens hver virksomhed giver variationer af TIRF belysning og andre operationelle karakteristika, billedkvaliteten er stort set den samme. Hver TIRF mikroskop har sine egne oplysninger om drift, men følgende generelle regler for at opnå høj-opløsning billeddannelse.
6. Dataanalyse
At studere de intracellulære signaler aktiveret som et resultat af CD4 +-T-celle interaktion med gp120 ved VS er kvantitative analyser af TIRF billeder udført for at bestemme, hvorvidt intracellulære signalmolekyler, såsom Lck og Fyn aktiveres og rekrutteres til synapsen 15. Her beskriver vi en simpel metode anvendelig til de fleste billedanalyseprogrampakker som ImageJ og Metamorph. Vi har brugt ImageJ, der kører på Windows, Macintosh og Linux, for vores metode her 12.
I Analyser> Set Målinger fanen, skal du markere afkrydsningsfelterne for området og betyder, grå værdi. Når du laver et område af interesse på det billede, er en polygon eller frihånd spores lukket form og har Analyze> Mål, vil softwaren lægge data fra denne måling i resultat tabellen. Området vil være i antallet af pixels eller i um 2. Gennemsnittet er den gennemsnitlige intensitet i arbitrære enheder. Det skal have baggrund intensitet subtraheret fra det. Multiplicere middelværdien minus baggrund af området returnerer den integrerede intensitet af proteinet i arbitrære enheder.
7. Repræsentative resultater
At måle aktivering og rekruttering af de oprindelige membran-proksimale signalmolekyler Lck og Fyn som et resultat af interaktion med gp120 ved VS blev primære humane CD4 + T-celler indføres på dobbeltlag forsynet gp120 og ICAM-1 15. Celler, der indføres i dobbeltlag med kun ICAM-1 tjente som en kontrol for at fastlægge de basale niveauer af signalering. Specifikke fluorescensintensiteten blev målt i gp120 kontaktområde for celler på gp120 og ICAM-1 indeholdende dobbeltlag og i hele kontaktområdet for celler interagerer med ICAM-1 dobbeltlag. En stigning i gennemsnitlig fluorescensintensitet er et tegn på augmented rekruttering og aktivering af signalmolekyle til VS. Dette vil blive yderligere demonstreret ved en tilsvarende forøgelse i den integrerede fluorescensintensitet. Hvis der imidlertid ingen ændring i den integrerede fluorescensintensitet, indikerer dette en omfordeling af signalmolekyle.
Efter at cellerne interagerede med dobbeltlag indeholdende gp120 og ICAM-1, total Lck og pLck (Y394) blev rekrutteret til VS grænseflade og colocalized med gp120 (fig. 1 og 2). Den gennemsnitlige intensitet af det samlede Lck (fig. 1) var højere i dobbeltlaget indeholdende både gp120 og ICAM-1 end med ICAM-1 alene, men den integrerede intensitet niveauer (fig. 1) var ens, hvilket antyder at Lck redistribueres tilen central klynge på CD4 +-T-celle-binding til gp120. Imidlertid kvantificering af pLck (Y394) (fig. 2) viste, at den gennemsnitlige intensitet på gp120 og ICAM-1 indeholdende dobbeltlag var højere end for ICAM-1 alene dobbeltlag, og den integrerede intensitet var højere i dobbeltlagene med både gp120 og ICAM -1 end ICAM-1 alene dobbeltlag. Dette indikerer, at mens niveauerne af total Lck ved grænsefladen er ens i celler klæbe på gp120 og ICAM-1 og ICAM-1 alene dobbeltlag, gp120 binding øget phosphorylering af rest Y394 i Lck aktiveringssløjfen. I modsætning hertil var Fyn ikke rekrutteret til VS (fig. 3), som mere Fyn var til stede i kontaktområdet af celler på ICAM-1 alene dobbeltlag end på dobbeltlag indeholdende både gp120 og ICAM-1. Følgelig, konkluderer vi, at Lck, Fyn ikke er aktiv kinase i HIV-1 gp120-induceret VS.
Figurerne: Membran-proksimale signal ved HIV-1 gp120-induceret VS. Billeder af repræsentative celler pågp120 + ICAM-1 dobbeltlag (toppanelerne) og ICAM-1 dobbeltlag (nederste paneler) er vist. Fluorescensintensiteterne af de individuelle celler blev kvantificeret under manuelt føres områder af cellen fodspor, som illustreret ved det område markeret med den gule linie i figur 1. Kvantificering af de gennemsnitlige og integrerede intensiteter påvist ved TIRF mikroskopi er præsenteret i de venstre og højre grafer, hhv. I alt 30 til 350 celler blev kvantificeret for hver tilstand. Barer = 5 um. Data fra en af tre gentagne forsøg er vist.

Figur 1. CD4 + T-celler blev indført på dobbeltlag indeholdende gp120 og ICAM-1 eller ICAM-1 alene i 45 min og derefter fikseret og farvet for total Lck.

Figur 2. CD4 + T-celler blev indført på dobbeltlags indeholdende gp120 og ICAM-1 eller ICAM-1 alene i 45 min og derefter fikseret og farvet for pLck (Y394).

Figur 3. CD4 + T-celler blev indført på dobbeltlag indeholdende gp120 og ICAM-1 eller ICAM-1 alene i 45 min og derefter fikseret og farvet for total Fyn.
Tidligere undersøgelser har visualiseret VS i celle-celle-konjugat systemet, men disse forsøg har ikke tilvejebringe billeder af høj nok opløsning for at visualisere supramolekylære strukturer synapsen. I vores laboratorium, anvendes vi glas-støttede plane tolagssystem at repræsentere overfladen af inficerede celler, der udtrykker viruskappen gp120 og det cellulære adhæsionsmolekyle ICAM-1. I forbindelse med TIRF mikroskopi, som detekterer fluorescens-signaler inden for 100-200 nm fra dobbeltlaget overflade med et højt signal-støjforhold, var vi i stand til at detektere supramolekylære adskillelse af gp120 fra ICAM-1 på VS. Endvidere kan standard immunfarvning metode påføres dobbeltlaget, og blev anvendt her til at detektere og kvantificere den specifikke rekruttering af aktiv Lck, men ikke Fyn, at gp120-kontaktområdet på VS 15. Derfor er den plane dobbeltlaget giver et eksperimentelt system til høj opløsning billeddannelse af synapsen grænseflade i en 2D plan ved TIRF mikroorganismerscopy, såvel som med bredt synsfelt eller konfokal belysning metoder. Imidlertid, at systemet også begrænsninger, idet justering ligand mobilitet ud af planet bøjning, og svingninger i biologiske membraner er ikke gengivet i plane dobbeltlag. Desuden er dette en in vitro-system, og derfor har andre begrænsninger, såsom mangel på andre membranproteiner Molekyler, som ville være til stede på en inficeret celle, og cytoskelettet maskiner, der regulerer molekylær mobilitet og cellulære motilitet. Desuden kan dynamik og distribution af de molekyler, såsom trimerer versus monomerer af gp120, ikke er repræsenteret fysiologisk på dobbeltlaget. Selv med disse begrænsninger, er dette system stadig meget værdifuldt for at studere virus-celle eller celle-celle interaktioner, og disse metoder kan tjene som en nyttig vejledning til forskere, der søger billeder med høj opløsning til at registrere supramolekylær organisation, som ikke er synlig på konventionel celle-celle-konjugat system.
Forfatterne erklærer nogen interessekonflikt.
Dette arbejde blev støttet af NIH tilskud AI071815 (CEH) og køreplanen Nanomedicin Development Center Prisen PN2EY016586 (MLD).
| 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/ |