细胞内活性氧(ROS)已被证明在细胞衰老的诱导过程中发挥重要作用。本文介绍了一种用于定量细胞衰老过程中ROS水平的高灵敏度检测方法。同时,我们还提供了检测衰老相关分泌表型的实验方案,该表型据称与多种与年龄相关的功能障碍有关。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
* These authors contributed equally
细胞内活性氧(ROS)已被证明在细胞衰老的诱导过程中发挥重要作用。本文介绍了一种用于定量细胞衰老过程中ROS水平的高灵敏度检测方法。同时,我们还提供了检测衰老相关分泌表型的实验方案,该表型据称与多种与年龄相关的功能障碍有关。
细胞衰老被认为是在增殖能力耗尽或暴露于各种应激因素后出现的一种不可逆的生长停滞状态。近年来的研究已将细胞衰老的作用扩展到多种生理过程,包括发育、伤口愈合、免疫监视以及与年龄相关的组织功能障碍。尽管细胞周期阻滞是细胞衰老的关键特征之一,但已有研究表明细胞内活性氧(ROS)生成增加在细胞衰老的诱导过程中也发挥着重要作用。此外,最近的研究发现,衰老细胞可通过一种称为衰老相关分泌表型(SASP)的机制,对邻近细胞和组织产生强烈的旁分泌作用。目前对针对细胞衰老的治疗策略兴趣迅速增长,这凸显了精确理解衰老机制(包括细胞内ROS和SASP)的必要性。本文中,我们描述了利用ROS敏感性荧光染料结合流式细胞术,定量检测H-Ras诱导的细胞衰老过程中细胞内ROS水平的实验方案。此外,我们还介绍了用于分析SASP因子mRNA表达诱导及其分泌的高灵敏度技术。这些方案可应用于多种细胞衰老模型。
50 多年前,Hayflick 和 Moorhead 发现,正常细胞在经过一定次数的分裂后,当其增殖潜能耗尽时,会进入不可逆的生长停滞状态1。这一现象如今被称为复制性衰老,被认为与机体衰老密切相关2。尽管端粒的进行性缩短被认为是导致复制性衰老的主要原因,但已有研究报道,多种细胞应激(如 DNA 损伤、癌基因激活和氧化应激)可诱导另一种类型的细胞衰老,称为"早熟性衰老"或"应激诱导的衰老"。有趣的是,在 H-Ras 和 BRAF 等癌基因激活时,早熟性衰老表现出强大的抑瘤作用。对小鼠模型和人类组织的研究提供了有力证据,表明细胞衰老的生物标志物主要存在于癌前病变中,这些病变中癌基因 Ras 和 BRAF 被激活,但在由这些病变发展而来的恶性肿瘤中则显著减少3,4,5。除了在衰老和抑瘤中的作用外,先前的研究还表明,细胞衰老在多种生理过程中发挥作用,包括伤口愈合、组织修复、免疫监视以及胚胎发育6。
尽管生长停滞已被广泛研究并作为细胞衰老的一个标志性特征7,但大量证据表明,细胞内活性氧(ROS)也参与了细胞衰老过程8。在多种类型的细胞衰老过程中,包括复制性衰老和癌基因诱导的衰老(OIS),ROS水平升高现象早在数十年前已有报道9,10。更直接的证据显示,使用亚致死剂量的外源性H2O2处理可诱导细胞发生衰老11,12。抑制ROS清除酶(如SOD1)的活性同样会导致早衰13。相反,在低氧环境中培养细胞或增强ROS清除能力可延缓衰老的发生10,14,15。这些结果明确表明,ROS是诱导细胞衰老的重要介质或决定因素。然而,ROS如何促进细胞衰老的启动,以及在细胞衰老过程中ROS水平升高的机制,仍有待进一步研究。
近期研究表明,衰老细胞可通过衰老相关分泌表型(SASP)对邻近细胞和组织产生强烈的旁分泌作用。16,17在衰老组织中,衰老细胞促进与年龄相关的组织功能障碍 通过 除了增殖细胞的自主性耗竭外,SASP 还可通过多种途径发挥作用。衰老细胞分泌的多种促炎因子(如 IL-6、IL-8、TGFβ 和基质金属蛋白酶(MMPs))可通过破坏组织稳态、损伤组织结构、诱导邻近细胞衰老以及引发无菌性炎症,导致与年龄相关的组织功能障碍。18,19然而,SASPs 的作用可能因生物学背景的不同而具有有益效应。此外,SASPs 的异质性取决于衰老细胞的类型及其所处的细胞阶段,这凸显了进一步研究的必要性。19.
本文介绍了基于细胞术的快速且灵敏的技术,用于检测OIS过程中细胞内活性氧(ROS)水平。此外,还引入了利用实时定量聚合酶链式反应(qPCR)和酶联免疫吸附测定(ELISA)分析SASP因子的方法。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 诱导癌基因诱导的衰老
2. 监测衰老 通过 衰老相关β-半乳糖苷酶染色
3. 定量分析H-Ras诱导衰老过程中活性氧物种的产生
4. 使用实时聚合酶链式反应分析衰老相关分泌表型中IL-6和IL-8 mRNA表达量的定量
5. 使用ELISA定量分析衰老相关分泌表型中分泌的IL-6和IL-8蛋白水平
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
H-Ras 诱导的衰老示例如图1所示。用 H-RasV12 逆转录病毒感染正常人成纤维细胞 WI-38 后,细胞出现显著的形态学改变(图1B)。此外,如图1C所示,SA β-半乳糖苷酶染色活性在表达 H-RasV12 后显著增强。在 H-RasV12 逆转录病毒感染 6 天后,超过 70% 的细胞呈现 SA β-半乳糖苷酶染色阳性,表明 H-RasV12 的表达可有效诱导 WI-38 细胞发生细胞衰老,这与我们及其他研究团队此前的报道一致21,22。
图2展示了利用DCF-DA染色分析监测H-Ras诱...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文介绍了在H-Ras诱导的WI-38正常人成纤维细胞衰老过程中监测细胞内活性氧(ROS)水平的方法。利用细胞可渗透性试剂DCF-DA结合流式细胞术,可对活细胞内的ROS水平进行定量测定。DCF-DA进入细胞后,被细胞内酯酶去乙酰化,随后被ROS氧化,生成高度荧光的2',7'-二氯荧光素(DCF)。DCF的荧光信号可通过流式细胞仪的FL1检测器(绿色荧光)进行检测。采用DCF-DA染色法,我们成功检测到H-Ras诱导WI-38正常人成纤维细胞衰老过程中ROS水平的升高。该方法可用于多种细胞衰老模型,以监测ROS水平的变化。除DCF-DA染色外,其他已用于检测ROS诱导的方法还包括检测氧化蛋白的水平23以及利用ROS依赖性荧光染料进行共聚焦显微镜分析24。因此,建议结合其他方法进一步验证ROS水平的变化。
最近,我们已证明在p53诱导的衰老以及H-Ras诱导的衰老过程中,癌细胞内的活性氧(ROS)水平均升高21。细胞内ROS水平的升高早于SA...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由韩国国家研究基金会资助(2015R1D1A1A01060839)(资助对象:Young Yeon Kim)以及由韩国政府(MSIT)资助的韩国国家研究基金会(NRF)项目(编号:2016R1A2B2008887,编号:2016R1A5A2007009)(资助对象:Jeanho Yun)。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| poly-L-lysine | Sigma-Aldrich | P2636 | |
| BOSC 23 | ATCC | CRL-11269 | |
| FBS | GIBCO | 16000-044 | |
| 青霉素/链霉素 | wellgene | LS202-02 | |
| PBS | Hyclone | SH30013.02 | |
| DMEM | GIBCO | 12800-082 | |
| OPTI-MEM | GIBCO | 31985-070 | |
| pBabe puro-H-RasV12 | Addgene | 1768 | |
| pGAG/pol | Addgene | 14887 | |
| pVSVG | Addgene | 1733 | |
| Turbofect | Thermo Fisher Scientific | R0531 | |
| polybrene | Sigma-Aldrich | H9268 | 8 mg/mL |
| 嘌呤霉素 | Sigma-Aldrich | P8833 | 2 mg/mL |
| 甲醛 | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| 5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-D-半乳糖吡喃糖苷(X-gal) | Sigma-Aldrich | B4252 | |
| 亚铁氰化钾 | Sigma-Aldrich | B4252 | |
| 铁氰化钾 | Sigma-Aldrich | P9387 | |
| 胰蛋白酶-EDTA | wellgene | LS015-01 | |
| DCF-DA | Thermo Fisher Scientific | D6883 | 10 mM |
| Trizol | Thermo Fisher Scientific | 15596026 | |
| MMLV 逆转录酶 | Promega | M1701 | |
| SYBR Green PCR 2x 混合液 | Takara | PR820A | |
| 随机引物 | Promega | C118A | |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P9416 | |
| 超纯蒸馏水 | Invitrogen | 10977015 | |
| 人 IL-6 ELISA 检测试剂盒 | PeproTech | #900-TM16 | |
| 人 IL-8 ELISA 检测试剂盒 | PeproTech | #900_TM18 | |
| 仪器 | |||
| 0.45 μm 注射器滤器 | sartorius | 16555 | |
| 封口膜 | BEMIS | PM-996 | |
| 显微镜 | NIKON | TS100 | |
| 流式细胞仪 | BD Bioscience | LSR Fortessa | |
| Amicon Ultra-4ml | Merk Millipore | UFC800324 | |
| NanoDrop 分光光度计 | BioDrop | 80-3006-61 | |
| 实时荧光定量 PCR 系统 | Applied Biosystems | ABI Prism 7500 | |
| ELISA 酶标仪 | Molecular Devices | EMax microplate reader |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。