在这里,我们描述了一个简单的方法,结合RNA荧光原位杂交(RNA-FISH)与免疫荧光可视化严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)RNA。该协议可以增加对SARS-CoV-2 RNA-主机在单细胞水平上的分子特征的理解。
方法文章
在这里,我们描述了一个简单的方法,结合RNA荧光原位杂交(RNA-FISH)与免疫荧光可视化严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)RNA。该协议可以增加对SARS-CoV-2 RNA-主机在单细胞水平上的分子特征的理解。
本手稿提供了原位杂交链反应 (HCR) 与免疫荧光的协议,可直观地将严重急性呼吸系统综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) RNA 在细胞系中和人类气道上皮的三维 (3D) 培养物中。该方法允许高度具体和敏感的病毒RNA可视化,依靠HCR启动的探针本地化。拆分启动器探头通过荧光标记的放大器帮助放大信号,导致共焦显微镜中可忽略不计的背景荧光。用不同的荧光染料标记放大器有助于同时识别各种目标。这反过来又使组织中的感染图谱能够更好地了解单细胞水平的病毒发病机能和复制。将这种方法与免疫荧光相结合,可以促进更好地了解宿主-病毒相互作用,包括宿主表观基因组和免疫反应通路的交替。由于敏感和特定的HCR技术,此协议也可以用作诊断工具。同样重要的是要记住,该技术可能很容易修改,以便能够检测任何RNA,包括将来可能出现的非编码RNA和RNA病毒。
SARS-CoV-2是一种新型的人类β可罗纳病毒,于2019年底出现,几个月后引发了前所未有的大流行。由于该病毒是科学的新生病毒,因此其大部分生物学及其对宿主细胞的影响仍不得而知。因此,如果要了解病毒细胞和组织在感染过程中的三胞头,其基本的生物学特征及其对宿主的影响就很重要。使用多种技术来检查病毒宿主之间的相互作用,包括生化、生物和物理检测。原位杂交是一种常用方法,它采用标记的互补DNA、RNA或改性核酸探针,该探针定位到细胞或组织中的特定DNA或RNA序列。
一种新的RNA荧光原位杂交(RNA-FISH)方法已经开发出来,它结合了修改,通过HCR1放大信号与噪声比来增加灵敏度。HCR 允许在单细胞级别上研究 RNA 本地化。由于其特异性、灵敏度和分辨率高,这种方法不仅对基础科学研究有用,而且对应用项目(如诊断)也很有用。最近,该方法的可行性被证明用于检测SARS-CoV-2RNA本地化为完全分化的3D人类气道上皮(HAE)培养物2中的附属细胞。HAE文化是用于研究"自然感染"微环境3、4背景下病毒感染的最先进工具之一。
包括SARS-CoV-2在内的几份关于人类冠状病毒(HCoV)的报告强调了表观遗传学对HCoV感染和病理生理学(在5中回顾)的重要性,例如编码血管紧张素转换酶2(ACE-2)受体6、7的基因的甲基化模式。有趣的是,质谱筛查发现了几个与SARS-CoV-2蛋白体8相互作用的表观遗传因素。更具体地说,非结构蛋白 5 (NSP5) 与表观遗传调节器、高石脱乙酰酶 2 结合,催化不活跃 NSP5 (C145A) 与 tRNA 甲基转移酶 1 (24) 相互作用。此外,NSP16甲基转移酶活性被甲基转移酶抑制剂西内芬金9阻断。然而,这些表观遗传因素在COVID-19中的确切作用尚不清楚。HCoV的复制发生在受感染细胞的细胞质中,并触发由表观遗传修饰调节的炎症反应10。
例如,HCoV-229E微调核因子-卡帕B信号,并通过在某些区域增加H3K36和H4K5的乙酰化,对宿主细胞色度图进行深刻重新编程。中东呼吸系统综合症相关冠状病毒感染增加了H3K27me3的水平,并耗尽了H3K4me3在特定干扰素敏感基因12子集的促进区域。此外,病毒RNA触发细胞免疫反应,如病毒13,逆转录病毒14,15和冠状病毒16证明。病毒RNA上的表观遗传标记可能起到细胞传感器识别的作用,如人类免疫缺陷病毒-1 RNA17的m7A甲基化所示。然而,问题依然存在:SARS-CoV-2RNA对免疫反应有何影响,是否涉及表观遗传标记?
在这里,介绍了一种优化的RNA-FISH方法,以及细胞系和3D组织(完全分化HAE)的免疫荧光分析。虽然细胞学方法,如FISH和免疫荧光,被广泛使用,这种基于HCR的新一代原位杂交方法从未用于病毒检测(除了在最近的出版物)2。一般来说,免疫染色和鱼氧化物需要以下步骤:渗透,使探针或抗体穿透:固定其中细胞材料固定和保存;检测其中应用抗体或核酸探针;最后,安装样品进行可视化。
虽然现有协议具有这些通用功能,但它们在所涉及的参数方面存在显著差异。在这里,一个优化的,简单的,免疫-RNA-FISH协议已经描述检测SARS-CoV-2RNA在HAE培养和维罗细胞。该技术包括以下步骤:(1) 用甲醛固定细胞:(2) 用洗涤剂或甲醇(MeOH) 渗透:(3) 通过一系列分级的 MeOH 解决方案(仅限 HAE 文化)进行补液:(4) 检测:(五)利用HCR技术检测SARS-CoV-2RNA的放大:(六)免疫学:和(7)在共焦显微镜下成像。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 缓冲区准备
2. 目标定义、探头和放大器
3. 细胞培养和感染SARS-CoV-2
4. 在盖片培养的维罗细胞中的 SARS-CoV-2 RNA-FISH
第 1 天
5. HAE 文化中的 SARS-CoV-2 RNA-鱼
第 1 天
第2天
6. 维罗细胞和HAE培养物的免疫荧光分析
注意:在第3天对细胞系进行免疫荧光检测,或对HAE培养物进行第4天免疫荧光检测。对每个模型使用不同的方法。所有差异都清楚表明。
7. 聚焦显微镜
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本手稿中描述的免疫-RNA-FISH协议使用两个蜂窝系统执行:维罗细胞系和3D HAE培养物。两个蜂窝模型的主要步骤都显示在 表 2 中。RNA-FISH 在 HAE 培养中可视化 SARS-CoV-2 的协议包括组织样本的典型步骤,即通过一系列 MeOH-PBS 和 0.1% Tween 解决方案,以 100% MeOH 渗透和补液。免疫荧光是在RNA-FISH完成之后进行的。获取和处理了 Zstack 图像。
图1 显示免疫RNA FISH在模拟接种控制维罗细胞或感染SARS-CoV-2的细胞。 图2 显示免疫RNA FISH在模拟接种控制HAE文化或感染SARS-CoV-2的文化。 图3 显示Vero细胞渗透协议的优化:70%乙醇在-2...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
免疫-RNA-FISH是RNA和细胞蛋白双重染色的可靠方法。在这里,描述了一个经过修改的免疫-RNA-FISH协议,允许检测SARS-CoV-2RNA和细胞蛋白的细胞系和HAE培养物。此协议可适用于不同的细胞模型,包括细胞单层或特定组织。该方法依赖于由适当的探头本地化启动的HCR的概念。接下来,使用分发启动器探头开始放大荧光标记放大器的信号,当使用共聚焦显微镜观察时,可产生极小到无背景荧光。放大器可以标有不同的荧光染料,并与不同的探头兼容,旨在识别不同的目标:因此,它们可以同时使用。本协议中描述的程序简单,但耗时(3-4 天)。然而,与使用直接标记荧光探头的其他协议不同,结果的特点是噪声与信号比较低。
这里使用了维罗细胞和HAE培养物。覆盖唇上的细胞和组织培养中的细胞需要不同的协议。在处理细胞(无论是盖滑还是膜)和所用材料量时,会遇到大多数差异。一般RNA-FISH协议要求使用乙醇或甲醇溶液进行渗透,以及在-20°C的夜间孵化。 重要的是,使用洗涤剂进行渗透更有利于免疫荧光,将程序缩短1天,并允许更有效地规划实验。主要做法是遵循涉及酒精或洗涤剂渗透的一般协议,看看是否有任何不良影响...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者没有利益冲突可以申报。
这项工作得到了科学和高等教育部对SARS-CoV-2研究的支持,并得到了国家科学中心的赠款(向K.P.和UMO-2018/30/E/NZ1/00874赠款给A.K.-P.)。
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 |
|---|---|---|---|
| 设备 | |||
| 共聚焦显微镜 LSM 880 | 蔡司 | ||
| Grant Bio,迷你摇床 | Fisher Scientific | 12965501 | |
| 培养箱 Galaxy170R | New Brunswick | CO170R-230-1000 | |
| Thermomixer Comfort | Eppendorf | 5355 000 011 | |
| 材料 | |||
| 15 mm x 15 mm NO. 1 盖玻片 | LabSolute | 7695022 | |
| 1.5 mL 管 | FL-MEDICAL | 5.350.023.053 | |
| 12 孔板 | TTP | 92412 | |
| 锥形离心管 | Sarstedt | 5.332.547.254 | |
| 封口膜 | Sigma | P7793-1EA | |
| 血清移液管 | VWR 系列 | 612-5523P、612-5827P | |
| 载玻片 | PTH CHEMLAND | 04-296.202.03 | |
| Transwell ThinCerts | Grainer bio-one | 665641 | |
| 试剂 | |||
| Alexa 荧光基团 488 偶联的二抗 | Invitrogen | ||
| β5-微管蛋白 | Santa Cruz Biotechnology | sc-134234 | |
| DAPI | Thermo Scientific | D1306 | |
| 磷酸二钠 | Sigma | S51136-500G | |
| EGTA | BioShop | EGT101.25 | |
| HCR 扩增缓冲液 | Molecular Instruments, Inc. | 也可制备BAM01522缓冲液 doi:10.1242/dev.165753: 补充信息 | |
| HCR 放大器 B1-h1 Alexa Fluor 647 | Molecular Instruments, Inc. | ||
| HCR 放大器 B1-h2 Alexa Fluor 647 | Molecular Instruments, Inc. | ||
| HCR 探针杂交缓冲液 | Molecular Instruments, Inc. | 也可制备BPH03821缓冲液 doi:10.1242/dev.165753:补充信息 | |
| SARS-CoV-2 Ncapsid | Molecular Instruments, Inc. | PRE134 | |
| HCR 探针洗涤缓冲液 | Molecular Instruments, Inc. | BPW01522 | 也可制备 doi:10.1242/dev.165753: 补充信息 |
| HEPES | BioShop | HEP001.100 | |
| 硫酸镁七水合 | Sigma | 63138-250G | |
| 甲醇 | Sigma | 32213-1L-M | |
| 磷酸二氢钾 | Sigma | P5655-100G | |
| 多聚甲醛 | Sigma | P6148-1KG | |
| PIPES | BioShop | PIP666.100 | |
| 氯化钾 | Sigma | P5405-250G | |
| 延长金刚石抗淬灭封固剂 | Invitrogen | P36970 | |
| 氯化钠 | BioShop | SOD001.5 | |
| 柠檬酸三钠 2-水合 | POCH | 6132-04-3 | |
| 吐温-20 | BioShop | TWN580.500 | |
| 软件 | |||
| 荧光光谱查看器 | 建模光谱参数 | ||
| ImageJ 斐济 | 采集和处理 z 堆栈图像 |
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