本文介绍了一种用于在细胞水平上进行中至高通量蛋白质磷酸化事件分析的实验方案。磷酸化流式细胞术是一种强大的方法,可用于表征信号转导异常、鉴定和验证生物标志物,以及评估药物效应动力学。
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本文介绍了一种用于在细胞水平上进行中至高通量蛋白质磷酸化事件分析的实验方案。磷酸化流式细胞术是一种强大的方法,可用于表征信号转导异常、鉴定和验证生物标志物,以及评估药物效应动力学。
异常的细胞信号转导在癌症的发生和发展中起着核心作用。大多数新型靶向治疗确实以蛋白质及其功能为靶点,因此细胞信号转导的异常可作为生物标志物,用于提示个体化治疗方案的选择。与DNA和RNA分析相比,蛋白质活性的变化能更有效地评估药物敏感性和耐药性的潜在机制。磷酸化流式细胞术是一种强大的技术,可在细胞水平上检测蛋白质的磷酸化事件,这一重要特征使其区别于其他基于抗体的方法。该方法能够同时分析多种信号蛋白。结合荧光细胞条形码技术,可在短时间内利用标准流式细胞仪硬件获取中到高通量的大规模数据集。磷酸化流式细胞术既可用于基础生物学研究,也广泛应用于临床研究,包括信号通路分析、生物标志物发现以及药效动力学评估。本文提供了一项详细的实验方案,以慢性淋巴细胞白血病细胞为例,对纯化的外周血单个核细胞进行磷酸化流式分析。
磷酸化流式细胞术用于在单细胞水平上分析蛋白质磷酸化水平。该方法的总体目标是在特定条件下绘制细胞信号传导模式。通过利用流式细胞术的多参数能力,可以在外周血等异质细胞群体的不同亚群中同时分析多条信号通路。这些特性使该方法相较于其他基于抗体的技术(如免疫组织化学、酶联免疫吸附测定(ELISA)、蛋白质芯片和反相蛋白质芯片(RPPA))具有优势1。磷酸化流式细胞术可与荧光细胞条形码技术(FCB)结合使用,即用独特的荧光染料组合对单个细胞样本进行标记,使其能够混合后作为单一样本进行染色和分析2。这种方法可减少抗体消耗,通过将对照样本与处理样本合并提高数据的稳健性,并加快检测速度。合并后的FCB细胞群体可进一步分为多个小样本,并根据起始材料的量使用多达35种不同的磷酸化特异性抗体进行染色。因此,利用标准流式细胞仪硬件即可完成大规模的信号谱型分析实验。磷酸化流式细胞术已被应用于分析多种血液系统恶性肿瘤患者样本中的信号通路,包括慢性淋巴细胞白血病(CLL)3,4,5、急性髓系白血病(AML)6和非霍奇金淋巴瘤7。因此,磷酸化流式细胞术是一种强大的方法,可用于表征信号转导异常、识别和验证生物标志物以及评估药物效应动力学。
本文提供了采用磷酸流式细胞术分析慢性淋巴细胞白血病(CLL)患者样本的优化实验方案(图1A)。内容包括基础信号通路表征、抗IgM/B细胞受体刺激以及药物干预的示例。文中详细描述了荧光细胞条形码(FCB)矩阵的构建方法。该方案可轻松适用于其他悬浮细胞类型。
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所有供体在签署知情同意书后提供血液样本。本研究已获挪威东南地区医学与健康研究伦理委员会批准,涉及人类血液的研究均按照《赫尔辛基宣言》进行8。
注意:步骤 1-3 应在组织培养罩内的无菌条件下进行。
1. 从慢性淋巴细胞白血病患者血液样本中分离外周血单个核细胞(PBMCs)
注意:人类血液应按照生物安全二级标准的规定进行操作。
2. 细胞解冻
3. 细胞的制备
4. 细胞的刺激与固定
注意:步骤 4-8 请在实验台(i.e., 非无菌条件下)进行。
注意:固定缓冲液 I 的主要成分为多聚甲醛,具有毒性(可经吸入和皮肤接触),请小心操作。
5. 荧光细胞条形码(FCB)
注意: 条形码试剂列表见表1。
6. 细胞通透化以进行细胞内抗原染色
注意:固定缓冲液 III 的主要成分为甲醇,具有毒性(可通过吸入和皮肤接触),且易燃。请小心操作。
7. 抗体染色
注意:有关已报道的磷酸化特异性抗体列表,请参见材料表。
8. 补偿对照的制备
9. 流式细胞术分析
注意:本实验可在配备高通量进样器(HTS)的流式细胞仪上进行。
10. 门控策略与数据分析
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磷酸流式细胞术实验方案的主要步骤如图所示 图1A在本示例中,CLL细胞使用Pacific Blue标记试剂在四个不同稀释浓度下进行染色。如图所示,通过组合三种条形码染料可实现三维条形码编码。 图1B随后通过依次对每个条形码试剂进行设门,对单个样本进行解卷积。 与 SSC-A(图1C)。条形码试剂的详细信息列于 表1.
根据此处描述的实验步骤,分析了慢性淋巴细胞白血病(CLL)患者和正常对照组B细胞在不同条件下的磷酸化蛋白水平3。检测了B细胞受体(BCR)信号通路下游20种信号分子的基础磷酸化水平及刺激诱导后的磷酸化水平(所用磷酸化特异性抗体列表见材料表
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磷酸流式细胞术是一种用于检测单个细胞中蛋白质磷酸化水平的强大技术。由于该方法依赖于抗体染色,其应用受限于抗体的可获得性。此外,为了获得可靠的结果,所有抗体在使用前均需进行滴定和验证。有关磷酸化特异性抗体滴定的详细实验方案已在其他文献中描述。12在面板设计过程中,信噪比的考量至关重要。在本示例中,所有磷酸化抗体均偶联至 Alexa Fluor 647。该荧光染料通常可在低信号样本与高信号样本之间提供最佳分辨效果 与 高水平的磷酸化蛋白。此外,通过仅使用一种荧光颜色标记磷酸化蛋白,可留出其他通道用于荧光细胞条形码(FCB)和表面标志物染色。该面板设计可减少信号溢出至磷酸化蛋白检测通道。所有磷酸化抗体均偶联至同一荧光素,亦可简化数据分析。
在本方案中,所有抗体染色均在细胞固定和透化后进行。然而,需要注意的是,固定和透化步骤可能导致表面抗原变性或非特异性染色增加,从而对表面标志物的染色产生不利影响13。因此,使用者应针对具体情况逐一测试抗体的反应性。有关兼容克隆的信息资源也可能...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作在 Kjetil Taskén 教授的实验室完成,由挪威癌症协会和Kristian Gerhard Jebsen基金会资助。感谢Johannes Landskron和Marianne Enger对稿件的审阅。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| RPMI 1640 GlutaMAX | ThermoFisher Scientific | 61870-010 | 细胞培养基 |
| 胎牛血清 | ThermoFisher Scientific | 10270169 | 细胞培养基添加剂 |
| 丙酮酸钠 | ThermoFisher Scientific | 11360-039 | 细胞培养基添加剂 |
| MEM非必需氨基酸 | ThermoFisher Scientific | 11140-035 | 细胞培养基添加剂 |
| Lymphoprep | Alere Technologies AS | 1114547 | 密度梯度介质 |
| 抗IgM | Southern Biotech | 2022-01 | 用于B细胞受体刺激 |
| BD Phosflow 固定缓冲液 I | BD | 557870 | 固定缓冲液 |
| BD Phosflow 穿膜缓冲液 III | BD | 558050 | 穿膜缓冲液 |
| Alexa Fluor 488 5-TFP | ThermoFisher Scientific | A30005 | 条形码试剂 |
| Pacific Blue 琥珀酰亚胺酯 | ThermoFisher Scientific | P10163 | 条形码试剂 |
| Pacific Orange 琥珀酰亚胺酯,三乙基铵盐 | ThermoFisher Scientific | P30253 | 条形码试剂 |
| 补偿微珠 | 由用户定义 | 正确的种属反应性 | |
| Falcon管 | 由用户定义 | ||
| Eppendorf管 | 由用户定义 | ||
| 96孔V型底板 | 由用户定义 | 与流式细胞仪兼容 | |
| 离心机 | 由用户定义 | 适用于Eppendorf管、Falcon管和板 | |
| 水浴锅 | 由用户定义 | 温度可控 | |
| 流式细胞仪 | 由用户定义 | 配备高通量采样器(HTS) | |
| 名称 | 公司 | 货号 | 备注 |
| 抗原 | |||
| AKT (pS473) | Cell Signaling Technologies | 4075 | 克隆号: D9E 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Parente-Ribes 等, 2016, 脾酪氨酸激酶抑制剂减少…, Haematologica, 101(2):e59-62 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 |
| ATF-2 (pT71) | Santa Cruz Biotechnology | sc-8398 | 克隆号: F-1 参考文献: Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| BLNK (pY84) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558443 | 克隆号: J117-1278 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Parente-Ribes 等, 2016, 脾酪氨酸激酶抑制剂减少…, Haematologica, 101(2):e59-62 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| Btk (pY223)/Itk (pY180) | Beckton Dickinson Pharmingen | 564846 | 克隆号: N35-86 参考文献: Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| Btk (pY551) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558129 | 克隆号: 24a/BTK (Y551) 参考文献: Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 |
| Btk (pY551)/Itk (pY511) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558134 | 克隆号: 24a/BTK (Y551) 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Parente-Ribes 等, 2016, 脾酪氨酸激酶抑制剂减少…, Haematologica, 101(2):e59-62 |
| CD3ζ (pY142) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558489 | 克隆号: K25-407.69 参考文献: Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 |
| Histone H3 (pS10) | Cell Signaling Technologies | 9716 | 克隆号: D2C8 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 |
| IκBα | Cell Signaling Technologies | 5743 | 克隆号: L35A5 参考文献: Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| LAT (pY171) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558518 | 克隆号: I58-1169 参考文献: Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 |
| Lck (pY505) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558577 | 克隆号: 4/LCK-Y505 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 |
| MEK1 (pS298) | Beckton Dickinson Pharmingen | 560043 | 克隆号: J114-64 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 |
| NF-κB p65 (pS529) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558422 | 克隆号: K10-895.12.50 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| NF-κB p65 (pS536) | Cell Signaling Technologies | 4887 | 克隆号: 93H1 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 |
| p38 MAPK (pT180/Y182) | Cell Signaling Technologies | 4552 | 克隆号: 28B10 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| p44/42 MAPK (pT202/Y204) | Cell Signaling Technologies | 4375 | 克隆号: E10 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Parente-Ribes 等, 2016, 脾酪氨酸激酶抑制剂减少…, Haematologica, 101(2):e59-62 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| p53 (pS15) | Cell Signaling Technologies | NN | 克隆号: 16G8 参考文献: Irish 等, 2007, Flt3 Y591重复与Bcl-2过表达…, Blood, 109(6):2589-96 |
| p53 (pS20) | Cell Signaling Technologies | NN | 克隆号: 多克隆 参考文献: Irish 等, 2007, Flt3 Y591重复与Bcl-2过表达…, Blood, 109(6):2589-96 |
| p53 (pS37) | Cell Signaling Technologies | NN | 克隆号: 多克隆 参考文献: Irish 等, 2007, Flt3 Y591重复与Bcl-2过表达…, Blood, 109(6):2589-96 |
| p53 (pS46) | Cell Signaling Technologies | NN | 克隆号: 多克隆 参考文献: Irish 等, 2007, Flt3 Y591重复与Bcl-2过表达…, Blood, 109(6):2589-96 |
| p53 (pS392) | Cell Signaling Technologies | NN | 克隆号: 多克隆 参考文献: Irish 等, 2007, Flt3 Y591重复与Bcl-2过表达…, Blood, 109(6):2589-96 |
| PLCγ2 (pY759) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558498 | 克隆号: K86-689.37 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| Rb (pS807/pS811) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558590 | 克隆号: J112-906 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| S6核糖体蛋白 (pS235/236) | Cell Signaling Technologies | 4851 | 克隆号: D57.2.2E 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 |
| SAPK/JNK (pT183/Y185) | Cell Signaling Technologies | 9257 | 克隆号: G9 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Pollheimer 等, 2013, 白细胞介素-33驱动促炎性内皮细胞…, Arterioscler Thromb Vasc Biol, 33(2):e47-55 |
| SLP76 (pY128) | Beckton Dickinson Pharmingen | 558438 | 克隆号: J141-668.36.58 参考文献: Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 |
| STAT1 (pY701) | Beckton Dickinson Pharmingen | 612597 | 克隆号: 4a 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| STAT3 (pY705) | Beckton Dickinson Pharmingen | 557815 | 克隆号: 4/P-STAT3 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 |
| STAT4 (pY693) | Zymed/ThermoFisher Scientific | 71-7900 | 克隆号: 多克隆 参考文献: Uzel 等, 2001, 通过流式细胞术检测细胞内磷酸化STAT-4, Clin Immunol, 100(3): 270-6 |
| STAT5 (pY694) | Beckton Dickinson Pharmingen | 612599 | 克隆号: 47/Stat5(pY694) 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
| STAT6 (pY641) | Beckton Dickinson Pharmingen | 612601 | 克隆号: 18/P-Stat6 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 |
| SYK (pY525/Y526) | Cell Signaling Technologies | 12081 | 克隆号: C87C1 参考文献: Myhrvold 等, 2018, 单细胞磷酸化蛋白水平分析.., Oncotarget, 9(10):9273-9284 Parente-Ribes 等, 2016, 脾酪氨酸激酶抑制剂减少…, Haematologica, 101(2):e59-62 |
| ZAP70/SYK (pY319/Y352) | Beckton Dickinson Pharmingen | 557817 | 克隆号: 17A/P-ZAP70 参考文献: Skånland 等, 2014, T细胞通过CD2和CD28共刺激…, Biochem J, 460(3):399-410 Kalland 等, 2012, 正常与转化细胞中近端信号通路的调控…, Exp Cell Res, 318(14):1611-9 Myklebust 等, 2017, B细胞受体信号传导的不同模式…, Blood, 129(6): 759-770 |
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