免疫荧光染色过程中使用酪胺信号放大技术,可灵敏地检测 HSV-1 感染后 ZBP1 介导的坏死性凋亡过程中磷酸化的 RIPK3 和 MLKL。
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免疫荧光染色过程中使用酪胺信号放大技术,可灵敏地检测 HSV-1 感染后 ZBP1 介导的坏死性凋亡过程中磷酸化的 RIPK3 和 MLKL。
受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3(RIPK3)及其底物混合谱系激酶结构域样蛋白(MLKL)是坏死性凋亡的关键调控因子,坏死性凋亡是一种具有重要抗病毒功能的炎症性细胞死亡形式。RIPK3的自磷酸化可诱导MLKL(坏死性凋亡的成孔效应蛋白)的磷酸化和活化。磷酸化的MLKL在细胞膜上转运并寡聚化,最终导致细胞裂解,这是坏死性凋亡的典型特征。核酸传感器ZBP1在感染RNA病毒和DNA病毒后,通过结合左旋Z型双链RNA(Z-RNA)而被激活。ZBP1的激活可通过诱导受感染宿主细胞发生程序性细胞死亡(包括坏死性凋亡)来限制病毒感染。免疫荧光显微镜技术可在单细胞水平上可视化ZBP1介导的坏死性凋亡下游的不同信号转导步骤。然而,使用目前市售的针对人RIPK3和MLKL的磷酸化特异性抗体进行常规荧光显微镜检测时,其灵敏度不足以实现这些标志物的可重复成像。本文中,我们描述了一种优化的染色方法,用于检测单纯疱疹病毒1型(HSV-1)感染的人HT-29细胞中丝氨酸(S)位点磷酸化的RIPK3(S227)和MLKL(S358)。在免疫荧光染色流程中引入酪胺信号放大(TSA)步骤,可实现对S227位点磷酸化RIPK3的特异性检测。此外,TSA显著提高了S358位点磷酸化MLKL的检测灵敏度。该方法整体上实现了对ZBP1诱导坏死性凋亡过程中这两个关键信号事件的可视化。
受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3(RIPK3)和混合谱系激酶结构域样蛋白(MLKL)是调控坏死性凋亡的关键分子1,2。坏死性凋亡是一种溶细胞性、促炎性的程序性细胞死亡方式,参与抗病毒免疫和自身炎症反应。病毒感染细胞发生坏死性凋亡可迅速终止病毒复制。坏死性凋亡引发的细胞裂解还会释放损伤相关分子模式(DAMPs),从而激活抗病毒免疫应答3,4。坏死性凋亡的启动依赖于RIPK3的活化,该过程由RIP同源相互作用基序(RHIM)介导,与三种上游激活分子之一结合:RIPK1(在肿瘤坏死因子受体1 [TNFR1] 激活时)、含TIR结构域的干扰素β诱导衔接蛋白(TRIF;在Toll样受体3和4激活时)或抗病毒核酸传感器Z-DNA结合蛋白1(ZBP1)1,2。坏死性凋亡信号通路通过一系列磷酸化事件传递,起始于RIPK3的自磷酸化。人RIPK3在其激酶结构域内丝氨酸(S)227位点的自磷酸化是其与MLKL相互作用的前提条件,也是人RIPK3活化及坏死性凋亡发生的常用生化标志1,5。RIPK3活化后,可磷酸化MLKL激活环上的苏氨酸(T)357和丝氨酸(S)358位点1。这一修饰导致MLKL构象改变,暴露出其N端的四螺旋束结构域。随后,MLKL发生寡聚化并转运至细胞膜,通过将暴露的四螺旋束插入脂双层形成跨膜孔道,最终导致细胞死亡2,6。
ZBP1 是一种抗病毒核酸感受器,可识别左旋 Z 构型的核酸,包括 Z 构型的双链 RNA(Z-RNA)。Z-RNA 的结合发生于 通过 位于ZBP1 N端的两个Zα结构域。在RNA和DNA病毒感染过程中积累的Z-RNA被认为可直接与ZBP1结合。7,8激活的ZBP1通过其中心的RHIM结构域招募RIPK3,并诱导包括坏死性凋亡在内的程序性细胞死亡9,10病毒已采用多种逃逸机制以对抗ZBP1诱导的宿主细胞坏死性凋亡11例如,单纯疱疹病毒1型(HSV-1)的核糖核苷酸还原酶亚基1,称为ICP6,由 UL39在其N端含有RHIM结构域,可干扰人类细胞中ZBP1介导的RIPK3激活12,13,14,15ZBP1 不仅能够限制病毒复制,小鼠研究还表明,ZBP1 的激活可导致炎症性疾病并促进抗癌免疫反应。16,17,18,19,20,21因此,检测人类细胞中ZBP1诱导的坏死性凋亡过程中信号事件的方案,对于评估ZBP1在这些过程中的作用具有重要价值。
酪胺信号放大(TSA),也称为催化报告分子沉积(CARD),是一种用于提高基于抗体的免疫检测方法检测限和信噪比的技术。在TSA过程中,可使用任何一抗来检测目标抗原。与二抗偶联的辣根过氧化物酶(HRP)在过氧化氢存在下催化生物素化酪胺自由基的局部积累。这些活化的生物素-酪胺自由基随后与邻近的酪氨酸残基反应,形成共价键。可能的酪胺-生物素底物包括目标抗原本身、一抗和二抗以及周围的蛋白质。因此,尽管TSA显著提高了检测灵敏度,但会部分损失空间分辨率。在最后一步中,使用荧光标记的链霉亲和素检测生物素分子。HRP反应在目标抗原上或其附近沉积大量酪胺-生物素分子,从而显著增加链霉亲和素-荧光染料的结合位点,极大地增强检测的灵敏度。图1)。或者,可将酪胺直接与荧光染料偶联,从而无需使用链霉亲和素偶联的荧光染料。蛋白质免疫组织化学以及DNA/RNA 原位 杂交是最早采用TSA来增强信号强度的方法之一22,23最近,TSA 已与细胞内流式细胞术结合使用。24 和质谱法25.
本文介绍一种利用免疫荧光显微镜检测HSV-1感染激活ZBP1后人源RIPK3在丝氨酸227位点的磷酸化(p-RIPK3 [S227])以及人源MLKL磷酸化(p-MLKL [S358])的实验方案。我们采用一种对坏死性凋亡敏感的HT-29人结肠直肠腺癌细胞系,该细胞经转导后可稳定表达人源ZBP1。这些细胞被感染表达突变型ICP6蛋白的HSV-1毒株(HSV-1 ICP6mutRHIM),其中病毒RHIM结构域内的四个核心氨基酸(VQCG)被丙氨酸(AAAA)取代,从而使ICP6丧失抑制ZBP1介导的坏死性凋亡的能力13,14,15。为克服目前 commercially available 抗p-RIPK3和抗p-MLKL抗体在免疫染色中信噪比较低的问题26,我们引入了酪胺信号放大(tyramide signal amplification, TSA)步骤(图1),该方法可显著增强人源p-RIPK3(S227)的检测信号,并将人源p-MLKL(S358)的检测灵敏度提高一个数量级。
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1. 生物素化酪胺的制备
2. 培养 HT-29 细胞的维持
注意:表达 ZBP1 的 HT-29 细胞系通过携带编码人源 ZBP1 基因的慢病毒载体转导而获得27。
3. 启动实验、细胞接种与细胞刺激
4. 细胞固定
5. 透化与一抗染色
6. 酪胺信号放大(TSA)
7. 荧光染料
注意:由于一抗的信号被转化为生物素基团,因此使用与荧光染料偶联的链霉亲和素(荧光染料568,稀释比例:1:500)来检测p-MLKL(S358)和p-RIPK3(S227)。此外,细胞核使用DAPI(5 µg/mL)进行染色。如果染色方案中包含病毒蛋白,请加入针对一抗宿主物种的合适荧光标记二抗。在代表性结果中,使用了小鼠抗ICP0抗体,二抗为与荧光染料633偶联的山羊抗小鼠抗体(稀释比例:1:1,000)。
8. 使用共聚焦显微镜进行成像
| 通道 | 激光 | 分束器 | 滤光片 |
| pRIPK3 (S227) /pMLKL (S358) | 561 | MBS -405 + | BP 570-620 + LP645 |
| MBS 488/561/633 + SBS SP615 | |||
| 病毒基因:ICP0 | 633 | MBS -405 + | BP 420-480 + LP605 |
| MBS 488/561/633 + SBS LP570 | |||
| 细胞核:DAPI | 405 | MBS -405 + | BP 420-480 + BP 495-550 |
| MBS 488/561/633 |
表1:用于细胞可视化的成像通道。
9. 数据分析与定量
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在人类细胞中,MLKL 磷酸化以及特别是 RIPK3 磷酸化的免疫荧光检测在技术上具有挑战性26。本文介绍了一种在 ZBP1 激活后检测人源 p-RIPK3 (S227) 和 p-MLKL (S358) 的改进染色方案。该方案包含一个 TSA 步骤,以提高荧光信号的检测限和灵敏度。为验证该方法,我们对 TSA 介导的免疫荧光染色与标准的间接荧光染色法在 p-RIPK3 (S227) 和 p-MLKL (S358) 检测中的效果进行了平行对照比较。
表达人源 ZBP1 的 HT-29 细胞感染 ICP6 RHIM 突变型 HSV-1 毒株(HSV-1 ICP6mutRHIM) 以诱导ZBP1介导的坏死性凋亡及RIPK3磷酸化。HSV-1 ICP6mutRHIM 该毒株在 ICP6 RHIM 区域内携带 VQCG 至 AAAA 的突变,无法阻断 ZBP1 下游的坏死性凋亡信号传导14,15<...
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本免疫荧光染色方案描述了使用酪胺信号放大(tyramide signal amplification, TSA)技术来提高对人坏死性凋亡信号通路中难以检测的信号事件的灵敏度,包括RIPK3和MLKL的磷酸化26。引入TSA步骤显著改善了p-RIPK3(S227)和p-MLKL(S358)的检测阈值,并提高了p-MLKL(S358)染色的灵敏度。TSA揭示出在模拟处理(mock-treated)样本中已存在p-RIPK3(S227)信号。在人细胞中,RIPK3在S227位点的自磷酸化是坏死性凋亡激活的前提,因其可促进与MLKL形成稳定的相互作用。该过程在基础状态下即已发生,并在坏死性凋亡诱导前导致稳定的非活性p-RIPK3(S227)/MLKL二聚体的形成2,5,31。类似地,本研究中使用的抗p-RIPK3抗体亦可通过Western印迹在未处理细胞中检测到p-RIPK3(S227)
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢VIB生物成像中心 提供的培训、支持以及仪器平台的使用权限。J.N. 获得了佛兰德研究基金会(FWO)博士奖学金的资助。J.M. 课题组的研究得到了奥德修斯II项目(G0H8618N)、EOS INFLADIS(40007512)、佛兰德研究基金会(FWO)青年研究基金(G031022N)、CRIG青年研究者概念验证基金以及根特大学的资助。P.V. 课题组的研究得到了EOS MODEL-IDI(30826052)、EOS INFLADIS(40007512)、FWO高级研究基金(G.0C76.18N、G.0B71.18N、G.0B96.20N、G.0A9322N)、梅瑟瑟姆计划(BOF16/MET_V/007)、iBOF20/IBF/039 ATLANTIS、抗癌基金会(F/2016/865、F/2020/1505)、CRIG和GIGG合作项目以及VIB的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗体 | |||
| 抗兔 HRP | Agilent Technologies Belgium | K4002 | Envision+ System-HRP 标记聚合物抗兔抗体 |
| 山羊抗小鼠 DyLight 633 | Thermofisher | 35513 | 二抗 |
| HSV-1 ICP0 | Santa Cruz | sc-53070 | 小鼠抗 ICP0(HSV-1)抗体 |
| IAV-PR8 小鼠血清 | 实验室自制 | xx | 小鼠抗 IAV-PR8 多克隆抗体 |
| pMLKL | Abcam | ab187091 | 兔抗 MLKL-磷酸化 S358 抗体 |
| pRIPK3 | Abcam | ab209384 | 兔抗 RIPK3-磷酸化 S227 抗体 |
| 荧光染料 | |||
| DAPI | Thermofisher | D21490 | 用于显示细胞核 |
| 与 Alexa Fluor 568 偶联的链霉亲和素 | Thermofisher | S11226 | 用于显示生物素分子 |
| 化合物 | |||
| 30% H2O2 | Sigma | H1009 | 氧化底物,HRP 活性所必需 |
| 4% PFA | SANBIO | AR1068 | 用于固定/交联细胞 |
| 生物素化酪胺 | R&D Systems | 6241 | 用于信号放大,HRP 底物 |
| BV-6 | Selleckchem | S7597 | BV6 IAP 抑制剂 |
| 用于细胞培养:使细胞脱离 | |||
| 8.0 g/L NaCl | |||
| 0.4 g/L EDTA 二钠盐 | |||
| EDTA 0.04% | 实验室配制 | 1.1 g/L Na2HPO4 | |
| 0.2 g/L NaH2PO4 | |||
| 0.2 g/L KCl | |||
| 0.2 g/L 葡萄糖 | |||
| 胎牛血清 | TICO | FBS EU XXX | 用于细胞培养,维持细胞生长;批号:90439 |
| GSK'840 | Aobious | AOB0917 | RIPK3 激酶抑制剂 |
| L-谷氨酰胺 | Sigma-Aldrich | G7513 | 用于细胞培养,维持细胞生长 |
| MAXblock | Active Motif | 15252 | 封闭液 |
| PBS | Gibco | 10444402 | |
| 丙酮酸钠 | Sigma-Aldrich | S8636 | 用于细胞培养,维持细胞生长 |
| TNF-α | 实验室自制 | - | 信号分子,可与 BV6 和 zVAD 联合触发细胞死亡 |
| 吐温 X-100 | Sigma Aldrich | T8787-50ML | 用于细胞透化 |
| 台盼蓝 | Merck | 11732 | 用于细胞计数,作为活/死细胞标记物,使用浓度为 0.1% |
| 胰蛋白酶 | Sigma-Aldrich | T4424 | 用于细胞培养:使细胞脱离 |
| zVAD | Bachem | BACE4026865.0005 | Z-Val-Ala-DL-Asp-氟甲基酮 |
| 材料 | |||
| µ-载玻片 8 孔高玻璃底 | iBidi | 80807 | 用于细胞培养 |
| 棉签球-中号 | Electron Microscopy Sciences | 71001-10 | 用于清洁物镜 |
| Immersol 518 F / 30 °C | ZEISS | 444970-9000-000 | 用于高倍镜下观察样本 |
| 镜头清洁剂 | ZEISS | 000000-0105-200 | 用于清洁物镜 |
| LSM880 Fast Airyscan 共聚焦显微镜 | 用于观察样本 | ||
| 软件 | |||
| Excel | Office | xx | 用于数据处理 |
| Prism 9 | Graphpad | xx | 用于数据分析——统计检验与图表生成 |
| Volocity 6.3 | Volocity | xx | 用于定量分析 |
| Zen black | ZEISS | xx | 用于图像采集与处理 |
| Zen blue | ZEISS | xx | 用于图像观察 |
| 病毒 | |||
| HSV-1(mutRHIM)F 株 | 由 Dr. Jiahuai Han 制备 | 实验室扩增 | HSV-1 作为坏死性凋亡的诱导剂;UL39/ICP6 的 RHIM 核心结构域发生突变(VQCG>AAAA) |
| HSV-1(WT)F 株 | 由 Dr. Jiahuai Han 制备 | 实验室扩增 | HSV-1(野生型)作为坏死性凋亡诱导的阴性对照(ICP6 抑制) |
| IAV PR8 | 实验室库存 | 实验室扩增 | IAV 作为坏死性凋亡的诱导剂 |
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