在这里,我们提出了一个协议,通过测量细胞裂解中的发光,快速、轻松地测量活性B细胞(NF-B)激活细胞系中激活的核因子kappa-光链增强剂::快星酶报告器结构。此外,基因表达通过从感染沙门氏菌的细胞中分离的RT-qPCR确定。
方法文章
在这里,我们提出了一个协议,通过测量细胞裂解中的发光,快速、轻松地测量活性B细胞(NF-B)激活细胞系中激活的核因子kappa-光链增强剂::快星酶报告器结构。此外,基因表达通过从感染沙门氏菌的细胞中分离的RT-qPCR确定。
二分体转录因子NF-βB调节许多细胞反应途径,包括通过诱导各种细胞因子和化学因子的表达来引起炎症通路。NF-βB是组织表达的,通过B细胞抑制剂α(I+B+)中的卡帕光多肽基因增强剂的抑制蛋白核因子在细胞溶质中固存。NF-βB的激活需要I+B+的降解,然后它暴露NF-βB上的核定位信号,并促进其向核的贩运。一旦进入细胞核,NF-βB与NF-βB靶基因的介子基因(如白细胞介素6(IL-6)和IL-23)的介动区域结合,以促进其表达。
NF-βB 的激活独立于转录或翻译而发生。因此,NF-βB的激活状态必须通过在核中具体量化NF-βB,或者通过量化NF-βB靶基因的表达来测量。在此协议中,使用NF-βB::乳酸酶报告器构造的细胞通过体外组织培养技术进行NF-βB激活。这些细胞感染了沙门氏菌,以激活NF-βB,它流到细胞核,并结合在荧光素酶的启动区βB位点,诱导其表达。细胞用荧光素酶测定系统进行分化和分析。细胞产生的荧光素酶量与发光信号的强度相关,发光信号由板读取器检测到。此过程生成的发光信号提供了一种快速且高度敏感的方法,用于评估 NF-+B 在一系列条件下的激活。该协议还利用定量逆转录PCR(RT-qPCR)来检测指示基因表达的相对mRNA水平。
核因子-βB(NF-B)系列蛋白质是调节各种生物途径中基因表达的重要转录活化剂。NF-βB的激活诱导靶基因的转录,其中许多基因对免疫和炎症反应、细胞增殖、应激反应和癌症进展1、2都很重要。NF-βB在调解早期炎症结果以清除病原体方面起着不可或缺的作用。鉴于由NF-β-B激活调节的许多生物过程,其信号中断可能会对健康和疾病产生严重后果。NF-βB信号的功能突变的丧失与几种免疫缺陷表型有关,而功能突变的增益与几种癌症有关,包括B细胞淋巴瘤和乳腺癌3。此外,许多病原体已被证明通过表达毒性因子4、5、6、7直接调节NF-βB的激活状态。
NF-βB的激活被认为是许多可变刺激的结果,包括细菌产物,如脂多糖(LPS)、鞭霉蛋白和称为病原体相关分子模式(PAMPs)的肽类。这些PAMP由模式识别受体(PRRs)检测,如收费受体(TPR)和点头样受体(NLRs),导致NF-βB的激活和NF-βB依赖性炎症基因8的后续表达。除了PPP的PRR活化外,其他细菌产物,如细菌效应蛋白,可以诱导NF-βB的活化。有趣的是,细菌还表达有效蛋白,主动衰减NF-βB通路,增强其致病性,强调NF-βB作为免疫9的重要中介的重要性。
有五个不同的子单位,形成NF-βB二聚体;p50,p52,RelA(p65),RelB 和 crel。两个主要的NF-+B杂物是p50:RelA和p52:RelB二聚苯醚。激活的NF-βB二聚体结合各种目标基因的启动子和增强剂区域的DNA位点,称为βB位点。在正常的静息条件下,NF-βB与一系列称为I+B蛋白的抑制剂蛋白相互作用,保持不活性。在刺激时,I+B由I+B基纳斯(IKK)磷酸化,允许其被靶向成泛化,并随后降解。I+B 的降解通过揭示核定位信号激活 NF-+B。NF-βB然后转移到细胞核,在目标基因的启动位区域结合βB位点,促进转录10。因此,NF-βB的激活调节了NF-βB靶基因的mRNA表达,这种变化可以通过RNA定量测定,如RT-qPCR11。
存在几种方法,通常用于NF-βB活化的测量,包括电泳移动转移测定(EMSA)、核易位和基因报告器测定。EMSA用于检测核酸的蛋白质复合物。刺激细胞被分馏以分离核蛋白,包括转移的NF-βB,然后用含有NF-βB结合域的放射性标记核苷酸孵育。样品在凝胶上运行,并通过32个P标记核酸的自成像成像。如果NF-βB存在于蛋白质馏分中,它将结合核苷酸,核苷酸在凝胶中迁移较慢,并作为离散带出现。缺乏活性NF-βB(例如,未刺激控制细胞)的细胞的核部分不会产生带状,因为核苷酸会更快地迁移到凝胶的末端。此方法的一个主要缺点是,它在很大程度上是定量的二进制意义上的(即打开或关闭),并且不能充分捕获 NF-+B 绑定容量中有意义的差异。此外,这种方法不考虑对NF-βB靶基因12、13具有功能重要性的染色质结构。
与前一种方法类似,存在一种"非移位"测定法,其中多孔板涂有含有NF-βB结合序列的核苷酸。在对含有核蛋白质成分的细胞进行处理后,NF-βB将与结合在井上的核苷酸结合。然后加入抗NF-βB抗体,与结合的NF-βB相互作用,产生与NF-βB量成比例的色度信号,指示NF-βB的激活程度。这种方法优于EMSA,因为它不需要放射性标记的核酸,是定量的,相比之下。然而,这种方法的一个警告是,它再次不区分NF-βB靶基因14的染色质状态。
另一种可以检测NF-βB活化的方法是通过染色质免疫沉淀(ChIP),即DNA和相互作用的蛋白质与甲醛交联,免疫沉淀与特定的抗NF-β-B抗体。然后,通过PCR扩增或直接高通量测序,对特定的核苷酸片段进行纯化和识别。该方法产生的结果是NF-βB结合活性与靶基因的半定量结果。然而,结果高度依赖于每个步骤15的固定条件和纯化过程。
在核易位测定中,细胞被刺激诱导NF-βB激活,然后固定。抗p65抗体被添加到固定细胞。或者,p65 亚单位本身可以使用荧光肽(如绿色荧光绿色 (GFP))标记。在这两种情况下,免疫荧光将允许对p65的定位进行成像,以确定细胞分布。通过测量细胞和核局部蛋白的比例,研究者可以确定NF-βB的相对激活状态。这种方法的缺点是免疫荧光相对耗时,需要昂贵的抗体,并且需要相对更高的技术专长16。
报告基因是研究感兴趣的基因的调控和表达模式的常用工具。通常,报告基因是由一个感兴趣的基因的启动子序列构建的,该基因与一种易于检测的蛋白质的基因编码有关。具有酶活性、荧光或发光特性的蛋白质通常被选择用于测定和量化。因此,读出(例如,发光、荧光)作为检测基因表达的信号。然后,这些报告器构造可以引入到不同的细胞类型中,如上皮细胞或巨噬细胞。
该协议中描述的是使用克隆的HeLa细胞系(HeLa 57A),该细胞系通过含有免疫球蛋白β链促进器区域17的三个βB共识的荧光酶报告器进行稳稳的转染。荧光素酶的表达取决于NF-βB的激活,在细胞刺激后发生。使用荧光素酶测定试剂盒中提供的细胞乳液酶缓冲液,可轻松对刺激细胞进行分莱。然后,细胞莱沙的一部分与含有荧光素的荧光素酶测定缓冲液混合。路西法林是荧光素酶的基质,在荧光素酶存在的情况下生成光是必需的。将测定缓冲液与解液结合后,溶液将在称为发光的工艺中发出光。以流明表示的发光量与流沙中存在的荧光素酶量成正比,并用作 NF-βB 活化的量度。与未刺激的标准相比,对流明读数进行解释,以考虑基线 NF-+B 活性,信号本身稳定几分钟,以便进行可靠的测量。此外,HeLa 57A 细胞系通过 NF-βB 独立 β-乳糖酶报告器进行稳稳的转染。β-乳糖酶报告器是构成性的表达,β-乳糖酶活性可以测量,以控制细胞的存活性或细胞数17的变化。然后,可调整荧光酶值,以调整到β-乳糖酶值,并报告为在未刺激的控制细胞上增加的褶皱。
由于NF-βB是负责NF-βB依赖性靶基因表达增加的转录因子,因此控制NF-βB依赖性增加基因表达的后续实验是定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)。RT-qPCR是一种高度敏感的方法,通过这种方法,基因表达的变化可以量化在几个数量级。通过苯酚氯仿提取为RNA采集刺激和控制细胞。相分离后,RNA作为水层的主要成分被提取。然后,RNA被沉淀和洗涤,产生纯颗粒。然后,通过DNase处理,再重组并进一步清除污染物DNA。然后反向转录纯RNA,以创建互补DNA(cDNA)。然后,可以通过定量PCR技术分析该cDNA,其中对特定mRNA序列的丰度进行量化以确定基因表达。此技术不能阐明翻译控制、翻译后修饰、蛋白质丰度或蛋白质活性。然而,许多基因,尤其是那些参与亲炎过程的基因,通过NF-βB进行调控,其mRNA丰度表示其表达。
这里提出的方法采用一种快速、简单的方法,通过细胞莱沙的发光检测可以检测NF-βB的活化。NF-βB靶基因表达的RT-qPCR可用于量化特定基因的表达,以及验证NF-βB活化的功能活性。这种系统的主要优点是其简单性和速度,允许对调节 NF-+B 激活的一系列条件进行高吞吐量筛选。该协议适用于表达NF-βB::乳酸酶报告器的其他细胞系,并已在稳稳转染RAW264.7细胞18中得到证明。处理样品所需的时间(从细胞溶解到产生发光信号)非常少,大约需要一个小时。NF-+B 的测量只需要基本的实验室设备,如不透明板、能够测量发光的板式读取器以及简单的数据分析软件(如电子表格程序)。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 细胞传种和播种
2. 细菌的制备
3. 细胞感染
注:此时,细胞应处于约90%的汇合度。对于 48 孔板中的 HeLa 57A 细胞,每孔大约 1 x 105个细胞。细胞将感染10的多重感染(MOI),或106 cfu/well。
4. 路西酶分析
5. RNA分离
6. RNA的DN酶处理
7. mRNA逆转录到cDNA
| 试剂 | 体积 (μL) | 最终浓度 |
| MgCl2 (25mM) | 3.5 | 1.75 mM |
| 反向转录缓冲液 (10x) | 5 | 1x |
| dNTP 组合(10 μM,每个) | 2.5 | 500 纳米 |
| 随机六甲机 (100 μM) | 1.25 | 2.5 μM |
| 多片逆转录酶 (50 U/μL) | 1 | 1 U/μL |
| RN酶抑制剂 (20 U/μL) | 1.25 | 1.25 U/μL |
| RNA (1 μg) | 20 纳克/uL | |
| H2O | 最多 50 个 |
表1:逆转录主组合的组件和配方。
8. RT-qPCR 分析的准备和装载板
| 试剂 | 体积 (μL) |
| 10 μM F 底漆 | 1 |
| 10 μM R 引漆 | 1 |
| 超纯 H2O | 4 |
| 2x SYBR 绿色 | 10 |
表 2:qPCR 主组合的组件和配方。
9. 运行用于 qPCR 分析的热循环器
| 保持阶段 | PCR 级 | 熔融曲线级 | |||||
| 步骤 1 | 步骤 2 | 步骤 1 | 步骤 2 | 步骤 1 | 步骤 2 | 步骤 3 | |
| 临时 | 50 °C | 95 °C | 95 °C | 60 °C | 95 °C | 60 °C | 95 °C |
| 时间 | 2:00 | 10:00 | 0:15 | 1:00 | 0:15 | 1:00 | 0:15 |
| 数据采集 | 是的 | 是的 | |||||
| 循环数 | 1x | 40 倍 | 1x | ||||
表3:热循环器的循环参数。
10. 使用增量-增量 Ct 方法分析 qPCR 结果 (2-+Ct)
| 家政基因 (GAPDH) | 感兴趣的基因 (IL6) | ||||||||||
| Ct1 | Ct2 | 阿韦Ct | Ct1 | Ct2 | 阿韦Ct | *Ct | Ave _Ct ctrls | •Ct | 2°-(°Ct) | 地理美恩 | |
| 控制 1 | 15.33 | 15.37 | 15.35 | 26.81 | 26.91 | 26.86 | 11.51 | 10.51 | 1.00 | 0.50 | 1.00 |
| 控制 2 | 16.83 | 16.77 | 16.80 | 26.89 | 26.92 | 26.91 | 10.11 | 10.51 | -0.41 | 1.33 | |
| 控制 3 | 17.56 | 17.53 | 17.54 | 27.38 | 27.56 | 27.47 | 9.93 | 10.51 | -0.59 | 1.50 | |
| Sl1344 1 | 15.50 | 15.41 | 15.45 | 22.15 | 22.13 | 22.14 | 6.69 | 10.51 | -3.83 | 14.21 | 13.23 |
| SL1344 2 | 16.02 | 15.98 | 16.00 | 23.01 | 22.96 | 22.98 | 6.98 | 10.51 | -3.53 | 11.57 | |
| SL1344 3 | 17.27 | 17.30 | 17.28 | 23.99 | 23.98 | 23.98 | 6.70 | 10.51 | -3.82 | 14.09 | |
| sipA sopB sopE2 1 | 15.38 | 15.41 | 15.39 | 23.31 | 23.09 | 23.20 | 7.80 | 10.51 | -2.71 | 6.56 | 7.29 |
| sipA sopB sopE2 2 | 16.01 | 16.05 | 16.03 | 23.89 | 23.92 | 23.91 | 7.88 | 10.51 | -2.64 | 6.23 | |
| sipA sopB sopE2 3 | 16.78 | 16.78 | 16.78 | 24.02 | 24.06 | 24.04 | 7.27 | 10.51 | -3.25 | 9.49 | |
| sipA sopB sopE2 sopE 1 | 15.52 | 15.60 | 15.56 | 27.04 | 27.03 | 27.03 | 11.47 | 10.51 | 0.96 | 0.51 | 0.79 |
| sipA sopB sopE2 sopE 2 | 15.56 | 15.59 | 15.57 | 26.37 | 26.42 | 26.39 | 10.82 | 10.51 | 0.31 | 0.81 | |
| sipA sopB sopE2 sopE 3 | 15.91 | 15.92 | 15.91 | 26.24 | 26.12 | 26.18 | 10.27 | 10.51 | -0.25 | 1.19 | |
表 4:用于分析 qPCR 数据的格式。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
此处描述的测定侧重于使用NF-βB依赖性荧光酶报告器激活转录因子NF-βB,该重感酶可稳稳地转染成HeLa细胞系。激活的NF-βB转位到细胞核,其中结合目标基因的βB结合位点,包括亲炎细胞因子IL6和IL23。图1描述了NF-+B激活的概述。本研究使用革兰氏阴性细菌肠杆菌血清分型,作为NF-βB的活化剂和随后表达IL6(图2)。发病机制所需的主要毒性因子之一是允许S的III型分泌系统-1(T3SS-1)。Typhimurium 感染细胞并诱导 NF-βB 激活。T3SS-1的功能是将细菌蛋白(称为效应器)输送到宿主细胞中。在这里,效应蛋白针对许多细胞信号通路,以调解宿主上皮细胞的入侵。由 S诱导的 NF-+B 激活。Typhimurium主要依赖于T3SS-1效应蛋白SopE,SipA,SopB和SopE218。...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
所述协议的主要贡献是,它提供了一种快速和简单的方法来检测细胞中的NF-βB激活,从而能够对影响NF-βB活化的多种刺激条件或药物进行高通量分析。在这里,我们描述了在沙门氏菌感染的HeLa细胞中NF-βB激活的协议。这些细胞可用于感染其他病原体,以及研究细菌感染对NF-βB活化的影响。此外,在HeLa 57A细胞中NF-βB依赖性荧光酶活化可用于筛选信号通路的活化剂或抑制剂,导致NF-βB激活。在这里,我们在48孔板中播种HeLa 57A细胞,但这些实验可以扩展到96孔甚至384孔的板,以便每个实验有更多的样本。HeLa 57A 细胞构成表达 LacZ,可作为使用 β-gal 测定法对细胞数和生存能力的内部控制进行测量。此处描述的协议适用于使用 NF-βB::luciferase 报告器构造的稳态或瞬态转染的细胞系。RAW264.7巨噬细胞系已经用于这样的目的18。重要的是,此方法不区分五个不同的 NF-+B 子单位的不同同源/异构体的激活。不同的NF-β-B同质异构体复合物对启动子序列有不同的亲和力,以及不同的转录结果21。...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者没有什么可透露的。
Keestra-Gounder 实验室的研究由 NIH NIAID 提供编号为 R21AI122092 的资助,美国糖尿病协会获得第 1-18-JDF-035 奖的资助。
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 |
|---|---|---|---|
| 胶膜 | VWR International | 60941-070 | |
| 氯仿 | Fisher 生物试剂 | C298-500 | |
| DMEM | Thermo Fisher | 11665092 | |
| DNAse 处理试剂盒 | Qiagen | 79254 | |
| dNTPs | Promega | U1511 | |
| 乙醇 | Fisher 生物试剂 | BP2818100 | 分子级 |
| FBS | Sigma-Aldrich | F0926 | |
| HeLa 57A 细胞 | Ref # 15 | ||
| 高容量 cDNA 逆转录试剂盒 | Applied Biosystems | 4368814 | |
| 异丙醇 | Fisher 生物试剂 | BP26181 | |
| 卡那霉素 | Fisher 生物试剂 | BP906-5 | |
| LB 琼脂 | Fisher生物试剂 | BP1425-500 | |
| 溶原肉汤 | Fisher 生物试剂 | BP1426-500 | |
| MgCl2 | Fisher 化学 | ||
| NanoDrop ND-1000 | Thermo Scientific | 分光光度计 | |
| Promega 荧光素酶检测系统 | Promega | E1501 | 细胞裂解缓冲液和荧光素底物 |
| 随机 Hexamers | Thermo Scientific | SO142 | |
| 实时 GAPDH 正向引物 | 5'-CCAGGAAATGAGCTTGAC AAAGT-3' | ||
| 实时 GAPDH 反向引物 | 5-'CCCACTCCTCCACCT TTGAC-3' | ||
| 实时 IL-23 正向引物 | 5-'GAGCCTTCTCTGCTCCC TGAT-3' | ||
| 实时IL-23 反向引物 | 5'-AGTTGGCTGAGGCCCAGTAG-3' | ||
| 实时 IL-6 正向引物 | 5'-GTAGCCGCCCCACACAGA-3' | ||
| 实时 IL-6 反向引物 | 5'-CATGTCTCCTTTCAGG GCTG-3' | ||
| 逆转录酶 | Applied Biosystems | 4308228 | |
| RNAse 抑制剂 | ThermoScientific | EO0381 | |
| RT缓冲液 | Promega | A3561 | |
| SL1344 | Ref # 17 | ||
| SL1344 ΔsipA sopB::MudJ sopE2::p SB1039 | Ref # 18 | ||
| SL1344 ΔsopE 和 Delta;sipA sopB::MudJ sopE2::p SB1039 | Ref # 18 | ||
| SYBR green | Applied Biosystems | 4309155 | 2x 预混液 |
| 三试剂 | 分子研究中心 | TR 118 | 硫氰酸胍 |
| 胰蛋白酶-EDTA | Thermo Fisher | 25300054 | 0.05% 胰蛋白酶-EDTA |
| 超纯水 | Fisher Bio试剂 | ||
| 用于 PCR 的 BP248450 孔板 | VWR International | 89218-294 | 384 孔板 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可