يوضح البروتوكول طريقة قائمة على قياس التدفق الخلوي باستخدام الكيمياء لدراسة استقلاب الطاقة في الخلايا.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يوضح البروتوكول طريقة قائمة على قياس التدفق الخلوي باستخدام الكيمياء لدراسة استقلاب الطاقة في الخلايا.
عند تحفيز المستضد ، تخضع الخلايا التائية الساذجة لتكاثر سريع وتوسع في الخلايا التائية المستجيبة. يلعب التمثيل الغذائي دورا مهما في توليد الكتلة الحيوية اللازمة لهذه الخلايا سريعة التكاثر ولتوليد الجزيئات اللازمة لتمايز الخلايا التائية المستجيبة ووظيفتها ، والتي تؤثر على نتيجة الاستجابة المناعية التكيفية في العدوى أو السرطانات. تعيد الخلايا التائية الساذجة برمجة عملية التمثيل الغذائي عند التحفيز المستضد لزيادة توليد ATP ، وهو أمر مطلوب لدعم نموها ، والتخليق الحيوي ، ووظائفها المستجيبة. يمكن إنشاء ATP في الخلية إما عن طريق مسار فسفرة الميتوكوندريا المؤكسدة (OXPHOS) أو عن طريق مسار تحلل السكر. نظرا لأن معظم ATP المتولدة في خلية متنامية مقسمة يتم استخدامها لتخليق البروتينات ، فقد تم استخدام تخليق البروتين كبديل لمستويات ATP. يمكن قياس تخليق البروتين عن طريق دمج بورومايسين ، الذي يحاكي الأدينوزين 3 ′ من الحمض النووي الريبي المشحون بالتيروزين المعدل ويؤدي إلى الإنهاء التلقائي لترجمة البروتين. يمكن استخدام مثبطات التمثيل الغذائي مثل 2-deoxyglucose (2DG) ، الذي يمنع مسار تحلل السكر ، و Oligomycin (O) ، الذي يمنع المركب 5 من سلسلة نقل الإلكترون (ETC) ، لدراسة تبعيات توليد ATP الخلوي على هذين المسارين جنبا إلى جنب مع تقييم تخليق البروتين بطريقة تسمى SCENITH. نصف هنا نوعا مختلفا من هذه الطريقة التي تكتشف دمج بورومايسين عن طريق قياس التدفق الخلوي باستخدام الكيمياء. هذه الطريقة لدراسة التمثيل الغذائي سهلة نسبيا ويمكن استخدامها لتقييم مجموعات الخلايا النادرة ، وكذلك عينات المرضى ، عن طريق قياس التدفق الخلوي.
في السنوات الأخيرة ، كان هناك تقدير متزايد للدور المهم لعملية التمثيل الغذائي في تنظيم الخلايا التائية. ينظم التمثيل الغذائي الخلوي العديد من الوظائف الهامة في الخلايا الليمفاوية ، بما في ذلك التمدد النسيلي للخلايا التائية الخاصة بممرض الأمراض وتمايزها إلى مجموعات فرعية من الخلايا المستجيبة ، والتي تصنع مجموعة متنوعة من جزيئات المستجيب ، بما في ذلك السيتوكينات الالتهابية والجرانزيم المحلل للخلايا اللازمة لقتل مسبباتالأمراض 1. لذلك فإن دراسة استقلاب الخلايا التائية مهمة لتقييم وظيفة الخلايا التائية الطبيعية ولتطوير العلاجات المحتملة.
الخلايا التائية الساذجة هادئة من الناحية الأيضية وتعتمد على التمثيل الغذائي التقويضي والفسفرة المؤكسدة (OXPHOS) لتلبية احتياجاتها من الطاقة1،2. عند تنشيط مستقبلات الخلايا التائية (TCR) ، تخضع الخلايا التائية لإعادة برمجة التمثيل الغذائي السريع مدفوعة جزئيا بتنظيم ناقلات المغذيات على سطح الخلايا ، مما يزيد من امتصاص الجلوكوز والأحماض الأمينية المتعددة ، بما في ذلك الجلوتامين ، من البيئة. ثم يتم استخدام اللبنات الأساسية للمغذيات هذه في المسارات الابتنائية لصنع جزيئات كبيرة تساهم في النمو الخلوي وتدعم زيادة متطلبات الطاقة المرتبطة بزيادة نمو الخلايا وانقسامها1،2،3. إعادة برمجة التمثيل الغذائي في الخلايا التائية المنشطة تجعل الخلايا أكثر اعتمادا على تحلل السكر الهوائي وتحلل الجلوتامينول لتلبية احتياجاتها من الطاقة1،2،3. عند تحفيز TCR ، يلعب امتصاص العناصر الغذائية أيضا دورا مهما في تنشيط المسارات الجزيئية النهائية3. على سبيل المثال ، يؤدي امتصاص الأحماض الأمينية وزيادة تركيز الأحماض الأمينية المحلية إلى تنشيط إشارات mTORC14. على العكس من ذلك ، فإن تقليل توافر الأحماض الأمينية داخل الخلايا يقلل من مسار إشارات mTORC12،3،5،6،7. وبالتالي ، يرتبط التمثيل الغذائي والوظيفة الخلوية ارتباطا وثيقا في الخلية التائية المستجيبة.
تتطلب الزيادة الكبيرة في الكتلة الحيوية المطلوبة للخلايا التائية سريعة الانقسام تنظيم تخليق / ترجمة البروتين8. يمكن قياس تخليق البروتين في الخلية من خلال دراسة دمج بورومايسين9 ، وهو تقليد تيروزيل - الحمض النووي الريبي الريبي يمنع الترجمة عن طريق دمج سلاسل عديد الببتيد الممدودة ووضع علامات عليها وإطلاقها من ترجمة الريبوسومات9. ترجمة البروتين هي عملية تعتمد على الطاقة العالية. في الواقع ، يتم استخدام معظم ATP المتولدة في الخلايا المنقسمة والنامية لتخليق البروتينات. وبالتالي ، تم استخدام تخليق البروتين كقياس بديل ل ATPالخلوي 10. لتوليد ATP ، تعتمد الخلايا عادة على تحلل السكر و / أو مسار OXPHOS للميتوكوندريا11. يولد تحلل السكر جزيئين ATP لكل جزيء جلوكوز. يولد مسار OXPHOS 36 ATPs لكل جلوكوز12،13 ، لكن تحلل السكر يمكن أن يولد ATP بشكل أسرع14. وبالتالي ، فإن الخلايا التائية المنشطة سريعة الانقسام ، مثل الخلايا السرطانية ، تعتمد بشكل كبير على مسار تحلل السكر لتوليد ATP.
يمكن دراسة اعتماد الخلية على كل مسار استقلابي باستخدام مثبطات محددة. يعمل مثبط مسار تحلل السكر 2-Deoxyglucose (2-DG) ، وهو نظير للجلوكوز ، كمثبط تنافسي لإنزيم تحلل السكر hexokinase15. يتم فسفرة 2-DG إلى 2DG-phosphate (2DG-P) بواسطة hexokinase. لا يمكن استقلاب 2DG-P عن طريق إيزوميراز الفوسفوهكسوز ، والذي يحول عادة الجلوكوز -6-فوسفات (G-6-P) إلى الفركتوز -6-فوسفات16. وبالتالي ، فإن 2DG-P محاصر ويتراكم في الخلايا ، مما يؤدي إلى تثبيط تحلل السكر واستنفاد ATP الخلوي ، وبالتالي منع تخليق البروتين17. بطريقة مماثلة ، يمكن دراسة اعتماد الخلايا على مسار OXPHOS للميتوكوندريا باستخدام Oligomycin ، الذي يرتبط بقناة البروتون لسينسيز ATP لسلسلة نقل الإلكترون (ETC) 18 ، وبالتالي منع تخليق ATP للميتوكوندريا (الشكل 1). يمكن أن يوفر استخدام هذه المثبطات جنبا إلى جنب مع تقييم تخليق البروتين صورة عن حالة التمثيل الغذائي للخلايا وقد تم استخدامه في طريقة قوية أحادية الخلية تعرف باسم SCENITH والتي تقيم دمج البيورومايسين باستخدام قياس التدفقالخلوي 10. ومع ذلك ، يمكن أن يكون توافر كواشف SCENITH محدودا. تشمل التقنيات الأخرى شائعة الاستخدام لتقييم تحلل السكر و OXPHOS تحليلات التدفق خارج الخلية لفرس البحر ، والتي تتطلب أعدادا أكبر للخلايا ، والتي قد لا تكون ممكنة تجريبيا. في هذه المقالة ، نصف طريقة بديلة لتقييم دمج البيرومايسين باستخدام كاشف كيمياء Click-it المتاح تجاريا. تسمح سهولة هذه الطريقة بالتقييم السريع للحالة الأيضية للخلايا الليمفاوية ، بما في ذلك مجموعات الخلايا النادرة وعينات المرضى.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم إجراء تربية والتجارب وفقا للبروتوكول المعتمد G98-3 من قبل لجنة استخدام ورعايتها التابعة للمعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري ، المعاهد الوطنية للصحة ، والبروتوكول المعتمد LISB 22E من قبل لجنة رعاية واستخدام في المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية ، المعاهد الوطنية للصحة. تم استخدام ذكور الفئران C57Bl / 6J التي تتراوح أعمارها بين 6-12 أسبوعا ، والتي تم تربيتها وإيوائها في ظروف محددة خالية من مسببات الأمراض (SPF) ، في هذه الدراسة. تم الحصول على نتائج مماثلة مع إناث الفئران. تم الحصول على الدم البشري الكامل من بنك الدم التابع للمعاهد الوطنية للصحة بموجب البروتوكول 99-CC-0168 المعتمد من المركز السريري للمعاهد الوطنية للصحة IRB لجمع وتوزيع مكونات الدم من المتبرعين الأصحاء للاستخدام في البحث في المختبر. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع الأشخاص وفقا لإعلان هلسنكي.
1. الفأر الساذج CD4 + عزل الخلايا التائية وثقافة
2. عزل وثقافة PBMCs البشرية
3. فحص التمثيل الغذائي
ملاحظة: من المهم الحفاظ على جميع الخلايا والمثبطات [Oligomycin (O) و 2-Deoxyglucose (2-DG) و DMSO (Co)] ، و O-propargyl-puromycin (OPP) كاشف قريب من 37 درجة مئوية قدر الإمكان. قم بإخراج الخلايا والمثبطات وكاشف OPP على 96 لوحة ذات قاع U واترك الألواح في حاضنة 37 درجة مئوية قدر الإمكان. مثبطات Aliquot 2-DG و O في أحجام أصغر لتجنب الذوبان المتعدد بالتجميد.
4. تحليل الفحص الأيضي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم عزل الخلايا التائية الساذجة CD4 + من الطحال والغدد الليمفاوية للفئران وتمايزها إلى سلالات Th0 أو غير المستقطبة (NP) لمدة 72 ساعة. تم حصاد الخلايا بعد 0 ساعة و 48 ساعة و 72 ساعة من الثقافة ، وتم قياس دمج OPP من خلال النظر إلى MFI ل OPP. كانت خلايا CD4 + T الساذجة أقل اصطناعية من الخلايا التائية المنشطة ، كما يتضح من MFI ل OPP (الشكل 3). كانت الخلايا الساذجة تعتمد جزئيا على تحلل السكر ولكن أكثر من ذلك على مسار OXPHOS كما تم تقييمه بواسطة MFI وتغيير الطية لدمج OPP. إذا ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
توفر هذه الورقة طريقة لدراسة التمثيل الغذائي في الخلايا اللمفاوية عن طريق قياس التدفق الخلوي ، بناء على تقنية SCENITH ، ولكن باستخدام الملصقات الكيميائية للبورومايسين المدمج. على الرغم من أننا ركزنا على الخلايا الليمفاوية ، إلا أنه يمكن تعديل هذا البروتوكول لدراسة التمثيل الغذائي في أي نوع من الخلايا. هذه الطريقة مفيدة أيضا لدراسة التمثيل الغذائي في مجموعات نادرة من الخلايا وعينات المرضى ، حيث تتطلب التقنيات الأخرى ، مثل فرس البحر ، أعدادا أكبر من الخلايا.
تتم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
نشكر الدكتور تشين شو والدكتور أفيك دوتا على تقديم عينات PBMC واقتراحات تجريبية قيمة. تم دعم هذا البحث جزئيا من قبل قسم البحوث الداخلية في NIAID ، المعاهد الوطنية للصحة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 2-Mercaptoethanol | Thermo Fisher | 21985-023 | |
| Alexa Fluor 488 الأجسام المضادة للبوروميسين | Biolegend | 381506 | التخفيف المستخدم: 1/100 |
| Alexa Fluor 647 المضاد للإنسان CD4 الأجسام المضادة | Biolegend | 357422 | التخفيف المستخدمة: 1/50 |
| دينار بحريني هورايزون BUV737 الفئران المضادة للفأر CD4 | BD Biosciences | 612761 | التخفيف المستخدمة: 1/200 |
| Click-iT Plus OPP Alexa Fluor 488 مجموعة فحص تخليق البروتين | Thermo Fisher | C10456 | |
| HEPES (1 م) | Thermo Fisher | 15630080 | |
| مصل بشري | Millipore Sigma | H4522 | |
| IMDM ، مكمل GlutaMAX ، 500 مل | Thermo Fisher | 31980030 | |
| InVivoMAb مضاد للفأر CD28 ، استنساخ: ؛ 37.51 | BioXcell | BE0015-1 | |
| InVivoMAb مضاد للفأر CD3 &epsilon ؛ ، استنساخ: 145-2C11 | BioXcell | BE0001-1 | |
| InVivoMAb مضاد للفأر IFNγ, استنساخ: XMG1.2 | BioXcell | BE0055 | |
| InVivoMAb مضاد للفأر IL-12 p40 ، استنساخ: C17.8 | BioXcell | BE0051 | |
| InVivoMAb مضاد للفأر IL-4 ، استنساخ: 11B11 | BioXcell | BE0045 | |
| L-Glutamine (200 ملم) Thermo | Fisher | 25030081 | |
| LIVE / DEAD Fixable Aqua Dead Cell Stain Kit ، لإثارة 405 نانومتر | Thermo Fisher | L34966 | التخفيف المستخدم: ؛ 1/600 |
| LSM فصل الخلايا الليمفاوية متوسط | MP Biomedicals | 50494X | |
| MEM محلول الأحماض الأمينية غير الأساسية (100X) | Thermo Fisher | 11140050 | |
| Mitomycin C من Streptomyces caespitosus | Sigma | M0503-10X2MG | |
| Naive CD4 Isolation Kit ، فأر | Miltenyi Biotec | 130-104-453 | |
| Paraformaldehyde 16٪ محلول مائي | علوم المجهر الإلكتروني | EM 15710 | |
| PBS (1X) ، درجة الحموضة 7.4 ، 500 مل | جودة بيولوجيات | 114-058-101 | |
| البنسلين الستربتومايسين (10،000 وحدة / مل). 100 مل | ثيرمو | فيشر 15140122 | |
| فيتوهيماجلوتينين-إل (PHA-L) ميليبور | سيجما | 11249738001 | |
| مصل بقري الجنين عالي الجودة (FBS) أفانتور | 97068-085 | ||
| RPMI 1640 متوسط ، بدون جلوتامين | ثيرمو فيشر | 21870076 | |
| سابونين | ثيرمو فيشر | A18820.22 | |
| بيروفات الصوديوم (100 ملم) | ثيرمو | فيشر 11360070 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
