Name: 一种基于流式细胞仪的检测方法, 用于识别破坏荧光标记的 CXC 趋化因子配体12到 CXC 趋性因子受体4的化合物 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
Description: 学习基于流式细胞仪的活细胞竞争结合实验方法，用于筛选抑制CXCL12与CXCR4结合的化合物。该技术避免使用放射性标记，可为G蛋白偶联受体药物研发提供高效筛选工具。

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作者谨此感谢Eric Fonteyn提供的出色技术支持。本工作得到了鲁汶大学（KU Leuven，资助号：PF/10/018）、比利时弗拉芒科学基金会（Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek，FWO，资助号：G.485.08）以及瓦杜兹Dormeur基金会（Fondation Dormeur Vaduz）的资助。

1. 细胞培养的维持
注意：在1和2中所述的所有步骤均须在层流柜内的无菌条件下进行。
<ol>
	<li>在 T75 培养瓶中培养细胞 37 °C 和 5% CO2 在湿润的培养箱中。 
	注意：在此实验中，Jurkat 细胞（即， 内源性表达 CXCR4 的人白血病 T 淋巴细胞17应使用流式细胞术在整个细胞培养过程中评估细胞表面CXCR4的表达水平。然而，本方案不涵盖用于测定细胞表面受体表达水平的流式细胞术操作步骤及相关试剂的详细说明，相关内容此前已有报道。17.</li>
	<li>让Jurkat细胞在悬浮状态下生长至融合度达到80 - 85%。传代至新的培养瓶前，将所有试剂平衡至室温（RT）。</li>
	<li>向一个新的T75培养瓶中加入20 mL新鲜的完全生长培养基（RPMI-1640培养基，10%胎牛血清（FBS），2 mM谷氨酰胺）。</li>
	<li>从原T75培养瓶（含25 mL细胞悬液）中取5 mL Jurkat细胞悬液加入新的T75培养瓶中。置于37°C、5% CO₂培养箱中培养。 37 °C 和5% CO2 在湿润的培养箱中。</li>
</ol>
2. 竞争结合实验用CXCL12、检测缓冲液和Jurkat细胞的制备。
<ol>
	<li>通过将冻干试剂（储存于 -80 °C，避光）溶解于含有 0.01%（体积/体积）聚山梨酯 20 的超纯水中，制备 CXCL12AF647 储存液（20 µg/mL；参见材料与试剂表）。将该储存液分装成单次使用量，于 -80 °C 保存并避光。</li>
	<li>通过向 200 mL Hank's 平衡盐溶液（HBSS，10x，不含酚红且不含碳酸氢钠，终浓度为 1x）中加入 40 mL HEPES（1 M，终浓度为 20 mM）来制备检测缓冲液。加入超纯水至终体积为 2 L。加入 4 g（0.2% 质量/体积）牛血清白蛋白（BSA），并通过磁力搅拌使其溶解。最后，用 NaOH 调节 pH 至 7.4，并使用真空过滤装置经 0.2 µm 滤膜过滤溶液（参见材料与试剂表）。 
	注意：该检测缓冲液将在本方案的所有后续步骤中使用。</li>
	<li>计数细胞数量并评估细胞活力。为此，取一份细胞悬液样品，并用磷酸盐缓冲液（PBS）稀释。 
	注意：我们常规使用一种自动细胞活力分析仪（参见材料与试剂表），该仪器能够对不同浓度的细胞悬液进行计数。进行细胞计数时，将 0.5 mL 细胞悬液稀释于 1.5 mL PBS 中（其他稀释比例，例如，0.1 mL 细胞悬液加入 1.9 mL PBS，也可使用）。该方法基于台盼蓝染料排除法，其使用方法已有文献报道26。目前市场上还有多种其他可用于细胞数量和活力计数的设备，效果应同样良好。</li>
	<li>通过离心（参见材料与试剂表中所用离心机类型）在室温下以 400 × g 离心 5 分钟，将所需数量的细胞（即，进行一个完整的 96 孔板检测约需 24 × 106 个细胞）收集至无菌 50 mL 离心管中。</li>
	<li>小心倾去上清液，避免扰动细胞沉淀。加入新鲜检测缓冲液（例如，20 mL），并通过轻柔吹打重悬细胞。</li>
	<li>再次在室温下以 400 × g 离心 5 分钟。</li>
	<li>再次倾去上清液，并将细胞沉淀重悬于新鲜检测缓冲液中，调整细胞密度至 5 × 106 个细胞/mL。</li>
</ol>
3. 竞争性结合实验
注意：实际的竞争性结合实验在室温下进行，可在非无菌条件下操作。
<ol>
	<li>将待研究的化合物用检测缓冲液（见 2.2）稀释至所需浓度。可选择为初筛配制固定浓度的化合物溶液。例如， 10 µM 终浓度），或者 alternatively，为更详细地表征化合物，可采用一系列浓度梯度稀释例如， 1/3、1/4 或 1/5 的系列稀释，起始浓度为 1 µM，终浓度）。请注意，化合物溶液在检测中最终会被稀释2倍；因此，应配制2倍浓度的溶液。</li>
	<li>分配 100 µL 将2倍浓度的化合物溶液加入透明的96孔圆底板中（参见 材料与试剂表）按照预定义的实验布局（例如， 图1C). 
	注意：在此阶段，实验中需包含阴性对照和阳性对照样本。在 阴性对照样本, 100 µL 用缓冲液代替化合物加入96孔板的孔中。对于 阳性对照样本，此步骤中还需加入检测缓冲液。另见 图1C 用于测试多种化合物稀释系列的典型实验设计。</li>
	<li>添加 50 µL 细胞悬液（参见2.7；0.25 x 106 使用多通道移液器将试剂储液槽中的细胞加入96孔板中。在室温避光条件下孵育15分钟。</li>
	<li>添加 50 µL 荧光标记的CXCL12（即， 100 ng/mL CXCL12AF647 在测定缓冲液中，4倍浓缩，终浓度为25 ng/mL，从类似的试剂储液槽加入至96孔板的各孔中。室温避光孵育30分钟。 
	注意：对于 阴性对照样品，改为加入检测缓冲液。因此，阴性对照样品中检测到的荧光信号将对应于自发荧光背景信号（图1A）。对于 阳性对照样本，添加 50 µL/well CXCL12的AF647阳性对照样品将产生可检测到的最大荧光信号，因为未包含与化合物预孵育可能引起的抑制作用（图1A).</li>
	<li>在室温下，以 400 x g 离心 96 孔板 5 分钟。通过翻转平板去除沉淀细胞中的上清液。将平板在纸巾上干燥。</li>
	<li>添加 200 µL 使用多通道移液器将新鲜的检测缓冲液从试剂储液槽加入孔板中。立即进行下一步操作。</li>
	<li>再次于室温下以400 × g离心板5分钟。通过翻转平板去除上清液，并在纸巾上再次干燥。</li>
	<li>轻轻重悬细胞沉淀 200 µL 含1%多聚甲醛的PBS溶液。此步骤用于固定细胞。</li>
	<li>立即继续进行流式细胞术荧光定量分析。</li>
</ol>
4. 通过流式细胞术分析样品
CXCL12AF647 染色并固定的细胞现已准备好使用流式细胞术进行分析。可使用多种类型的流式细胞仪，但必须配备正确的激光器（即， 红色激光（激发波长范围约630 nm）用于激发，并配备适用于荧光染料检测的滤光片（发射滤光片约660 nm）。设备需能够处理96孔板格式的样品。适用于本实验的流式细胞仪示例见下文 材料与试剂表.
<ol>
	<li>启动设备并打开相应的软件（参见 材料与试剂表）。</li>
	<li>选择以下细胞参数，以点图形式显示：前向散射光（FSC）、侧向散射光（SSC）以及荧光染料（CXCL12AF647）检测通道。 
	注意：通过FSC参数可根据细胞大小区分细胞，因为检测到的光吸收强度与细胞直径成正比。SSC参数测量的是90°角方向的光散射，可提供有关细胞颗粒度的信息。</li>
	<li>选择一个样本（例如，阴性对照样本），根据FSC和SSC参数对定义的均一细胞群体进行设门。
	<ol>
		<li>选择从此阴性对照样本中自动进样约100 µL固定后的细胞进入流式细胞仪。进样前选择“混匀”选项，并使用1.5 µL/s的样本流速。</li>
		<li>点击“采集数据”运行该样本。该样本的FSC和SSC参数将显示在屏幕上。</li>
		<li>选择软件中的设门工具。根据FSC和SSC点图显示，通过设门预定义一个均一且具有活力的细胞群体。具体操作为：使用软件设门工具绘制一个多边形区域，包含在这两个维度上均匀分布的单个细胞（“事件”）。 
		注意：设门的目的是确定一个均一且具有活力的细胞群体，用于后续分析。该步骤基于以下假设：大多数活细胞在FSC和SSC参数上会形成一个均一的细胞群体。通过此步骤可基本排除细胞碎片、死细胞和细胞聚集体进入后续分析。设门过程示意图见 图1B。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>选择每样本分析20,000个“事件”（即 单个细胞）。 
	注意：这意味着每个样本中，最终将分析20,000个位于预设门控区域内的细胞。每个样本的数据采集将持续进行，直至达到该事件数量。</li>
	<li>开始运行（选择“记录数据”）。流式细胞仪将逐个分析所有样本，并记录每个样本的平均荧光强度（MFI）。该MFI对应于位于预设门控区域内20,000个细胞的平均荧光信号。</li>
</ol>
5. 数据分析
使用每个样本获得的平均荧光强度（MFI）进行后续所有计算。流式细胞术数据的分析可通过多种 commercially available software packages（参见材料与试剂表）完成。
<ol>
	<li>为确定化合物预孵育对荧光结合信号抑制率的百分比，应用以下公式： 
	<img alt="流式细胞术结果方程用于中位荧光强度（MFI）分析的计算方法" src="/files/ftp_upload/57271/57271eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 1"> 
	其中： 
	平均荧光强度实验 = 实验组（=化合物处理）样品的MFI 
	MFIPC 阳性对照的平均荧光强度（MFI） 
	平均荧光强度NC = 阴性对照的MFI</li>
	<li>为了确定 IC50 化合物的值（即， 化合物使荧光结合信号降低50%时的浓度），应用以下公式： 
	<img alt="用于MFI分析的对数浓度公式；荧光测量示意图。" src="/files/ftp_upload/57271/57271eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 2"> 
	何处： 
	日志浓.2 = 导致阳性对照与阴性对照MFI值差异的抑制率低于50%的化合物浓度的对数值 
	日志浓.1 导致阳性对照（PC）与阴性对照（NC）的MFI值差异被抑制超过50%的化合物浓度的对数值 
	注意：或者，对于活性较高的化合物，可根据每种测试浓度对应的 MFI 值，绘制覆盖多个数量级的剂量-反应曲线。通过使用适当的软件进行非线性回归曲线拟合（参见 材料与试剂表），IC50 然后可以从生成的曲线中推导出相应数值。这种分析方法的示例如下所示。 图3.</li>
</ol>

<ol><li>Fredriksson, R., Lagerstrom, M. C., Lundin, L. G., Schioth, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+G-protein-coupled+receptors+in+the+human+genome+form+five+main+families.+Phylogenetic+analysis%2C+paralogon+groups%2C+and+fingerprints%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">The G-protein-coupled receptors in the human genome form five main families. Phylogenetic analysis, paralogon groups, and fingerprints.</a> Mol Pharmacol. 63, 1256-1272 (2003).</li>
<li>Milligan, G., Kostenis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterotrimeric+G-proteins%3A+A+short+history%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Heterotrimeric G-proteins: A short history.</a> Br J Pharmacol. 147 Suppl 1, S46-S55 (2006).</li>
<li>Oldham, W. M., Hamm, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterotrimeric+G+protein+activation+by+G-protein-coupled+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Mol+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Heterotrimeric G protein activation by G-protein-coupled receptors.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 9, 60-71 (2008).</li>
<li>Tuteja, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Signaling+through+G+protein+coupled+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Signal+Behav%22%5BJournal%5D)">Signaling through G protein coupled receptors.</a> Plant Signal Behav. 4, 942-947 (2009).</li>
<li>Neves, S. R., Ram, P. T., Iyengar, R. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12040175">G protein pathways.</a> Science. 296, 1636-1639 (2002).</li>
<li>Gurevich, E. V., Tesmer, J. J., Mushegian, A., Gurevich, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((G+protein-coupled+receptor+kinases%3A+more+than+just+kinases+and+not+only+for+GPCRs%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol+Ther%22%5BJournal%5D)">G protein-coupled receptor kinases: more than just kinases and not only for GPCRs.</a> Pharmacol Ther. 133, 40-69 (2012).</li>
<li>Smith, J. S., Rajagopal, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+beta-arrestins%3A+Multifunctional+regulators+of+G+protein-coupled+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">The beta-arrestins: Multifunctional regulators of G protein-coupled receptors.</a> J Biol Chem. 291, 8969-8977 (2016).</li>
<li>Pierce, K. L., Premont, R. T., Lefkowitz, R. J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12209124">Seven-transmembrane receptors.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 3, 639-650 (2002).</li>
<li>Hopkins, A. L., Groom, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+druggable+genome%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Drug+Discov%22%5BJournal%5D)">The druggable genome.</a> Nat Rev Drug Discov. 1, 727-730 (2002).</li>
<li>Lappano, R., Maggiolini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((G+protein-coupled+receptors%3A+Novel+targets+for+drug+discovery+in+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Drug+Discov%22%5BJournal%5D)">G protein-coupled receptors: Novel targets for drug discovery in cancer.</a> Nat Rev Drug Discov. 10, 47-60 (2011).</li>
<li>Chatterjee, S., Behnam Azad,, Nimmagadda, B., S, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+intricate+role+of+CXCR4+in+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Cancer+Res%22%5BJournal%5D)">The intricate role of CXCR4 in cancer.</a> Adv Cancer Res. 124, 31-82 (2014).</li>
<li>Bleul, C. C., Farzan, M., Choe, H., Parolin, C., Clark-Lewis, I., Sodroski, J., Springer, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+lymphocyte+chemoattractant+SDF-1+is+a+ligand+for+LESTR%2Ffusin+and+blocks+HIV-1+entry%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The lymphocyte chemoattractant SDF-1 is a ligand for LESTR/fusin and blocks HIV-1 entry.</a> Nature. 382, 829-833 (1996).</li>
<li>Flomenberg, N., DiPersio, J., Calandra, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+CXCR4+chemokine+receptor+blockade+using+AMD3100+for+mobilization+of+autologous+hematopoietic+progenitor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Haematol%22%5BJournal%5D)">Role of CXCR4 chemokine receptor blockade using AMD3100 for mobilization of autologous hematopoietic progenitor cells.</a> Acta Haematol. 114, 198-205 (2005).</li>
<li>Domanska, U. M., Kruizinga, R. C., Nagengast, W. B., Timmer-Bosscha, H., Huls, G., de Vries, E. G., Walenkamp, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+CXCR4%2FCXCL12+axis+in+oncology%3A+No+place+to+hide%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Cancer%22%5BJournal%5D)">A review on CXCR4/CXCL12 axis in oncology: No place to hide.</a> Eur J Cancer. 49, 219-230 (2013).</li>
<li>Tsou, L. K., Huang, Y. H., Song, J. S., Ke, Y. Y., Huang, J. K., Shia, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harnessing+CXCR4+antagonists+in+stem+cell+mobilization%2C+HIV+infection%2C+ischemic+diseases%2C+and+oncology%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Res+Rev%22%5BJournal%5D)">Harnessing CXCR4 antagonists in stem cell mobilization, HIV infection, ischemic diseases, and oncology.</a> Med Res Rev. , (2017).</li>
<li>Schols, D., Struyf, S., Van Damme, J., Este, J. A., Henson, G., De Clercq, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhibition+of+T-tropic+HIV+strains+by+selective+antagonization+of+the+chemokine+receptor+CXCR4%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Med%22%5BJournal%5D)">Inhibition of T-tropic HIV strains by selective antagonization of the chemokine receptor CXCR4.</a> J Exp Med. 186, 1383-1388 (1997).</li>
<li>Van Hout, A., D'Huys, T., Oeyen, M., Schols, D., Van Loy, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+cell-based+assays+for+the+identification+and+evaluation+of+competitive+CXCR4+inhibitors%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Comparison of cell-based assays for the identification and evaluation of competitive CXCR4 inhibitors.</a> PLoS One. 12, e0176057(2017).</li>
<li>De Clercq, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+AMD3100+story%3A+the+path+to+the+discovery+of+a+stem+cell+mobilizer+%28Mozobil%29%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">The AMD3100 story: the path to the discovery of a stem cell mobilizer (Mozobil).</a> Biochem Pharmacol. 77, 1655-1664 (2009).</li>
<li>Debnath, B., Xu, S., Grande, F., Garofalo, A., Neamati, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+molecule+inhibitors+of+CXCR4%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Small molecule inhibitors of CXCR4.</a> Theranostics. 3, 47-75 (2013).</li>
<li>Woodard, L. E., Nimmagadda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CXCR4-based+imaging+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">CXCR4-based imaging agents.</a> J Nucl Med. 52, 1665-1669 (2011).</li>
<li>Wang, Y., Xie, Y., Oupicky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+of+CXCR4%2FCXCL12+Chemokine+Axis+in+Cancer+Drug+Delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Pharmacol+Rep%22%5BJournal%5D)">Potential of CXCR4/CXCL12 Chemokine Axis in Cancer Drug Delivery.</a> Curr Pharmacol Rep. 2, 1-10 (2016).</li>
<li>Nimmagadda, S., Pullambhatla, M., Stone, K., Green, G., Bhujwalla, Z. M., Pomper, M. G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20460522">Molecular imaging of CXCR4 receptor expression in human cancer xenografts with [64Cu]AMD3100 positron emission tomography.</a> Cancer Res. 70, 3935-3944 (2010).</li>
<li>De Silva, R. A., Peyre, K., Pullambhatla, M., Fox, J. J., Pomper, M. G., Nimmagadda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+CXCR4+expression+in+human+cancer+xenografts%3A+evaluation+of+monocyclam+64Cu-AMD3465%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Med%22%5BJournal%5D)">Imaging CXCR4 expression in human cancer xenografts: evaluation of monocyclam 64Cu-AMD3465.</a> J Nucl Med. 52, 986-993 (2011).</li>
<li>Hatse, S., Princen, K., Liekens, S., Vermeire, K., De Clercq, E., Schols, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+CXCL12AF647+as+a+novel+probe+for+nonradioactive+CXCL12%2FCXCR4+cellular+interaction+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Cytometry+A%22%5BJournal%5D)">Fluorescent CXCL12AF647 as a novel probe for nonradioactive CXCL12/CXCR4 cellular interaction studies.</a> Cytometry A. 61, 178-188 (2004).</li>
<li>Wootten, D., Christopoulos, A., Sexton, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+paradigms+in+GPCR+allostery%3A+implications+for+drug+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Drug+Discov%22%5BJournal%5D)">Emerging paradigms in GPCR allostery: implications for drug discovery.</a> Nat Rev Drug Discov. 12, 630-644 (2013).</li>
<li>Louis, K. S., Siegel, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+viability+analysis+using+trypan+blue%3A+manual+and+automated+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Cell viability analysis using trypan blue: manual and automated methods.</a> Methods Mol Biol. 740, 7-12 (2011).</li>
<li>Perry, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maraviroc%3A+a+review+of+its+use+in+the+management+of+CCR5-tropic+HIV-1+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Drugs%22%5BJournal%5D)">Maraviroc: a review of its use in the management of CCR5-tropic HIV-1 infection.</a> Drugs. 70, 1189-1213 (2010).</li>
<li>Moyle, G., DeJesus, E., Boffito, M., Wong, R. S., Gibney, C., Badel, K., MacFarland, R., Calandra, G., Bridger, G., Becker, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proof+of+activity+with+AMD11070%2C+an+orally+bioavailable+inhibitor+of+CXCR4-tropic+HIV+type+1%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Infect+Dis%22%5BJournal%5D)">Proof of activity with AMD11070, an orally bioavailable inhibitor of CXCR4-tropic HIV type 1.</a> Clin Infect Dis. 48, 798-805 (2009).</li>
<li>Balabanian, K., Lagane, B., Infantino, S., Chow, K. Y., Harriague, J., Moepps, B., Arenzana-Seisdedos, F., Thelen, M., Bachelerie, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+chemokine+SDF-1%2FCXCL12+binds+to+and+signals+through+the+orphan+receptor+RDC1+in+T+lymphocytes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">The chemokine SDF-1/CXCL12 binds to and signals through the orphan receptor RDC1 in T lymphocytes.</a> J Biol Chem. 280, 35760-35766 (2005).</li>
<li>Burns, J. M., Summers, B. C., Wang, Y., Melikian, A., Berahovich, R., Miao, Z., Penfold, M. E., Sunshine, M. J., Littman, D. R., Kuo, C. J., Wei, K., McMaster, B. E., Wright, K., Howard, M. C., Schall, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+chemokine+receptor+for+SDF-1+and+I-TAC+involved+in+cell+survival%2C+cell+adhesion%2C+and+tumor+development%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Med%22%5BJournal%5D)">A novel chemokine receptor for SDF-1 and I-TAC involved in cell survival, cell adhesion, and tumor development.</a> J Exp Med. 203, 2201-2213 (2006).</li>
<li>Stoddart, L. A., Kilpatrick, L. E., Briddon, S. J., Hill, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+pharmacology+of+G+protein-coupled+receptors+with+fluorescent+ligands%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropharmacology%22%5BJournal%5D)">Probing the pharmacology of G protein-coupled receptors with fluorescent ligands.</a> Neuropharmacology. 98, 48-57 (2015).</li>
<li>Vernall, A. J., Hill, S. J., Kellam, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+evolving+small-molecule+fluorescent-conjugate+toolbox+for+Class+A+GPCRs%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">The evolving small-molecule fluorescent-conjugate toolbox for Class A GPCRs.</a> Br J Pharmacol. 171, 1073-1084 (2014).</li>
<li>Stoddart, L. A., White, C. W., Nguyen, K., Hill, S. J., Pfleger, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence-+and+bioluminescence-based+approaches+to+study+GPCR+ligand+binding%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Fluorescence- and bioluminescence-based approaches to study GPCR ligand binding.</a> Br J Pharmacol. 173, 3028-3037 (2016).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

与其他类型的结合实验相比（即， 饱和结合与动力学结合实验），竞争&#160;结合实验最适合用于筛选目的。此类实验可通过检测大量未标记化合物（例如小分子）干扰固定量标记受体配体结合的能力，从而评估其活性。然而，若化合物结合于标记配体以外的受体位点，则可能在实验中无法被检测到。尽管本文所述的竞争性结合实验特别针对趋化因子受体CXCR4，但其亦可作为其他G蛋白偶联受体（GPCR）竞争性结合实验设计的参考模板。例如，CXC趋化因子受体7（CXCR7）已被报道为CXCL12的另一种受体，能够以高亲和力结合CXCL12。29,30因此，同一种标记的趋化因子（CXCL12）AF647) 可用于建立CXCR7结合实验。由于CXCR4和CXCR7共享CXCL12作为共同配体，因此有必要使用仅在细胞表面表达其中一种受体的细胞模型，以评估特异性受体结合。我们先前的研究已证明，Jurkat细胞不表达内源性CXCR717因此，在本实验所述的CXCR4检测中，排...

G蛋白偶联受体（GPCRs）是一类细胞表面蛋白，可被细胞外配体（例如肽类、蛋白质激素、胺类）激活，从而调控多种生理和发育过程1。当激动剂占据GPCR的结合口袋时，受体蛋白发生构象改变，促进与细胞内受体相关的异源三聚体G蛋白（由Gα-GDP和Gβγ亚基组成）的结合。随后Gα亚基上的GDP被GTP取代，导致G蛋白亚基解离为Gα-GTP和Gβγ，进而启动下游信号通路2,3。当Gα-GTP被水解后，Gα-GDP与Gβγ亚基重新结合，使G蛋白恢复至静息状态3,4。根据Gα亚基的序列相似性，可将G蛋白分为不同类型（Gs、Gi/o、Gq、G12/13）5。这些G蛋白各自诱导特定的细胞内信号通路，介导受体激活后的生物学反应。受体激活后，GPCR激酶（GRKs）会磷酸化GPCR的胞内尾部，促进其与β-阻遏蛋白（β-arrestins）的相互作用。该过程导致G蛋白信号终止、受体脱敏和内化6。β-阻遏蛋白还可参与形成多分子复合物，触发独立于G蛋白信号的级联反应7。
G蛋白偶联受体（GPCR）是治疗干预中最受认可的分子靶点之一，因为由受体基因功能获得性突变或受体过表达等原因导致的GPCR介导信号通路失调，参与了多种人类疾病的发病机制8。因此，GPCR是制药行业研究的最重要的一类药物靶点之一8,9,10。一个具有重要临床意义的GPCR典型例子是CXC趋化因子受体4（CXCR4），它仅由一种天然配体CXC趋化因子配体12（CXCL12）激活11。由于CXCR4在人免疫缺陷病毒1型（HIV-1）进入并感染分化簇4（CD4）阳性T淋巴细胞过程中作为主要共受体的明确作用12，最初被作为抗病毒药物靶点进行研究。CXCL12与CXCR4在骨髓中的相互作用进一步调控干细胞和祖细胞的滞留与归巢13。此外，鉴于其在癌症生物学多个方面（例如，肿瘤细胞存活、转移、肿瘤相关血管生成）14 以及多种其他人类疾病（例如，炎症性疾病）15 中的参与，CXCR4作为有前景的药物发现靶点引起了广泛关注。AMD3100是一种特异性靶向CXCR4的小分子，最初被发现为抗HIV候选药物16，至今仍是已报道的最有效的CXCR4拮抗剂之一17。然而，其作为抗病毒药物的开发已被终止18。目前，该分子被用于多发性骨髓瘤和淋巴瘤患者治疗过程中的干细胞动员剂18。此外，已有多种化学结构不同且效力各异的小分子和生物制剂被报道可抑制CXCR4功能19。
受体结合方法是药理学中有价值的工具，可用于鉴定直接与目标G蛋白偶联受体（GPCR）相互作用的化合物（例如小分子）。进行结合研究时，无需事先了解特定GPCR的细胞内信号传导特性或功能状态。尽管这可被视为一种优势，但也意味着能够证明其受体结合能力的化合物仍需进一步表征，以评估其潜在的激动或拮抗活性。该活性可通过与所研究GPCR相关的药理学或生物学检测方法进行评估。根据其活性特征，这些受体结合分子有可能进一步发展为可用于临床前和临床研究的新型先导化合物。能够以高亲和力特异性结合受体的分子还可作为构建治疗或诊断工具的骨架，例如通过放射性标记用于肿瘤细胞的无创体内成像20，或作为靶向递送治疗药物的潜在载体21。对于CXCR4而言，已有研究在小鼠模型中利用标记的靶向CXCR4分子实现了人源肿瘤异种移植灶的可视化，从而证实了其在体内成像肿瘤细胞中的应用20,22,23。
在本报告中，我们描述了一种竞争性结合实验的详细方案，该方案可用于鉴定能够直接干扰激动剂（CXCL12）与CXCR4结合的小分子和生物制剂。该实验的基本原理是：固定量的荧光标记配体（CXCL12）与待测化合物在CXCR4受体上发生竞争性结合。通过检测荧光信号的变化，可评估待测分子对CXCL12结合的抑制能力，从而筛选出靶向CXCR4配体结合位点的潜在拮抗剂。该方法具有高灵敏度和可重复性，适用于药物发现早期阶段的高通量筛选。 

关键词：竞争性结合实验，CXCR4，CXCL12，荧光配体，小分子抑制剂，生物制剂，受体-配体相互作用，高通量筛选AF647，参见 材料与试剂表）以及未标记化合物与受体蛋白的结合17,24通过流式细胞术分析标记配体与表达CXCR4的单个细胞结合后产生的特异性荧光信号。当未标记的小分子干扰CXCL12与CXCR4之间的相互作用时，该荧光信号将减弱。AF647 和CXCR4。该检测使用未经修饰且内源性表达CXCR4的活细胞（即， Jurkat细胞），因此无需进行细胞膜制备，使得该检测方法简便、快速，并适用于高通量分析。由于使用了荧光标记的配体，避免了放射性物质的使用。
由于CXCL12是CXCR4的天然激动剂，因此在本实验中干扰CXCL12AF647结合的小分子化合物很可能作用于正构受体结合位点（即天然激动剂所占据的结合位点）。若分子作用于与正构结合位点在拓扑结构上不同的受体结合位点，则在不影响CXCL12结合的情况下，这些分子将无法被检测到&#160;。例如，正向和负向变构调节剂是一类作用于变构结合位点的重要且新兴的GPCR靶向分子25，但本实验可能无法检出此类分子。此外，无法通过本结合实验判断所鉴定出的化合物是受体拮抗剂还是激动剂。因此，需要进一步在其他药理学或功能性受体相关实验中对所鉴定的化合物进行研究。这些实验可能包括基于细胞的荧光或发光检测第二信使（例如，Ca2+、环磷酸腺苷（cAMP））的实验、表型或生物学功能实验以及β-阻遏蛋白募集实验，具体选择取决于所研究GPCR的特定信号传导特性。因此，本文所述的竞争性结合实验主要作为初步筛选实验，需结合其他基于细胞的实验，以实现对具有受体结合活性的化合物进行深入表征。

<table><tbody><tr><td>BD FACSCanto II</td><td>Becton Dickinson</td><td>不适用</td><td>流式细胞仪设备</td></tr><tr><td>BD FACSDIVA 软件</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>BD FACSArray</td><td>Becton Dickinson</td><td>不适用</td><td>流式细胞仪设备</td></tr><tr><td>BD FACSArray 系统软件</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Graphpad Prism</td><td>Graphpad</td><td></td><td>用于图2和图3中非线性回归分析的软件包</td></tr><tr><td>FlowJo</td><td>FlowJo 现为 BD 全资子公司。</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vi-CELL</td><td>Beckman Coulter</td><td>不适用</td><td>细胞活力分析仪</td></tr><tr><td>Sigma 3-18 KS</td><td>Sigma</td><td>不适用</td><td>离心机</td></tr><tr><td>AMD3100</td><td>Sigma</td><td>A5602-5mg</td><td>特异性 CXCR4 拮抗剂</td></tr><tr><td>马拉维若</td><td>Pfizer</td><td></td><td>抗逆转录病毒药物，CCR5 拮抗剂，可于 Selleckchem（货号 S2003）和 Sigma（货号 PZ0002）用于研究</td></tr><tr><td>h-SDF1a (AF647)</td><td>ALMAC</td><td>CAF-11-B-01</td><td>荧光标记的 CXCL12，CXCL12AF647</td></tr><tr><td>胎牛血清 (FBS)</td><td>Gibco (Life Technologies)</td><td>10270-106</td><td></td></tr><tr><td>牛血清白蛋白 (BSA)</td><td>Sigma</td><td>A1933-25G</td><td></td></tr><tr><td>HBSS (10x)，含钙、镁，不含酚红</td><td>Gibco (Life Technologies)</td><td>14065-049</td><td></td></tr><tr><td>HEPES (1M)</td><td>Gibco (Life Technologies)</td><td>15630-056</td><td></td></tr><tr><td>杜氏磷酸盐缓冲液 (DPBS)</td><td>Gibco (Life Technologies)</td><td>14190-094</td><td></td></tr><tr><td>Jurkat 细胞</td><td>ATCC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PP 材质试剂储液槽</td><td>Sigma</td><td>BR703411</td><td></td></tr><tr><td>快速流过滤器：0.2 &amp;micro;m aPES</td><td>Thermo Scientific</td><td>566-0020</td><td></td></tr><tr><td>Sterilin 微孔板，96 孔，U 型底，透明</td><td>Thermo Scientific</td><td>611U96</td><td></td></tr><tr><td>Falcon 管，50 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>227 261</td><td></td></tr><tr><td>组织培养瓶 (T75)</td><td>Corning</td><td>353024</td><td></td></tr></tbody></table>

一种基于流式细胞术的检测方法，用于鉴定可破坏荧光标记的cxc趋化因子配体12与cxc趋化因子受体4结合的化合物

A Flow Cytometry-based Assay to Identify Compounds That Disrupt Binding of Fluorescently-labeled CXC Chemokine Ligand 12 to CXC Chemokine Receptor 4

G蛋白偶联受体（GPCR）的药物靶向在人类健康中具有重要意义，因为GPCR介导的信号传导功能障碍与多种疾病的进展相关。配体/受体对CXC趋化因子配体12（CXCL12）/CXC趋化因子受体4（CXCR4）已引起显著的临床关注，例如作为治疗癌症和炎症性疾病的潜在靶点。因此，能够特异性靶向CXCR4并抑制其功能的小分子以及治疗性抗体被视为重要的药理学工具。本文描述了一种基于流式细胞术的细胞检测方法，可用于鉴定阻断CXCL12与CXCR4结合的化合物（例如，小分子）。该方法的核心原理是：固定量的荧光标记CXCL12（CXCR4的天然趋化因子激动剂）与未标记化合物之间竞争受体结合位点。因此，该检测避免了放射性标记探针的使用。此外，检测使用活细胞作为受体（CXCR4）来源，而非细胞膜制备物，从而便于将该方法轻松适配于微孔板格式，提高通量。该检测已被证明是一种有效的通用药物发现方法，可用于筛选靶向CXCR4的化合物。该实验方案可能适用于其他GPCR，至少在存在或可制备荧光标记配体的情况下可行。实施本方法无需预先了解这些GPCR激活后所诱导的细胞内信号通路。

结合实验的总体工作流程如图1A所示。在标准实验中，针对不同类型样本（即阴性对照、阳性对照和实验样本）所获得的流式细胞术数据示例见图1B，而进行该实验时在96孔板中的可能板式布局见图1C。将内源性表达趋化因子受体CXCR4（即本实验中关注的G蛋白偶联受体）的Jurkat细胞与浓度递增的荧光标记CXCL12（即CXCL12AF647）共同孵育后，观察到荧光水平升高（图2），反映了CXCR4上配体结合水平的增加。为证明CXCL12AF647结合的受体特异性，使用了一种已被广泛验证且具有受体特异性的CXCR4拮抗剂（小分子AMD3100）。首先将Jurkat细胞与一系列1/5梯度稀释的AMD3100（浓度范围为0.064 ng/mL至1,000 n...

本文描述了一种基于流式细胞术的细胞结合实验，主要用作筛选工具，用于鉴定能够抑制荧光标记的CXC趋化因子配体12（CXCL12）与CXC趋化因子受体4（CXCR4）结合的化合物。

一种基于流式细胞术的检测方法，用于鉴定可破坏荧光标记的CXC趋化因子配体12与CXC趋化因子受体4结合的化合物

靶向G蛋白偶联受体（GPCRs）的药物干预对人类健康具有重要意义，因为GPCR介导的信号转导功能异常……

基于细胞的检测方法的总体目标是鉴定能够与G蛋白偶联受体结合的分子，其原理是检测这些分子是否能够与荧光标记的配体竞争结合该受体。竞争性结合实验可支持G蛋白偶联受体相关的药物发现研究。正如我们将通过本趋化因子受体CXCR4的实验方案所展示的那样，该方法的主要优势在于使用活细胞来分析受体结合，而非使用固定细胞样本，同时避免了放射性标记探针的使用。尽管该方法最初是为研究与趋化因子受体 CXCR4 的结合而建立的，但也可开发用于其他已有荧光标记配体的 GPCR。首先，根据预设的实验设计，将 100 微升化合物溶液加入透明的 96 孔圆底板中。然后使用多通道移液器，从试剂储液槽中向 96 孔板加入 50 微升细胞悬液。将培养板在避光条件下于室温孵育15分钟。孵育结束后，从同一试剂储液槽中向96孔板的各孔加入50微升荧光标记的CXCL12（浓度为100纳克/毫升）。在避光条件下于室温继续孵育30分钟。接下来，在室温下将96孔板以400 × g离心5分钟。通过翻转孔板去除沉淀细胞中的上清液。将孔板在纸巾上干燥。使用多通道移液器，从试剂储液槽中向各孔加入 200 微升新鲜的 SA 缓冲液。立即再次将酶标板以 400 × g 离心 5 分钟，温度为室温。再次通过翻转酶标板并在纸巾上干燥的方式去除上清液。最后，将细胞沉淀轻轻重悬于200 µL含1%多聚甲醛的PBS溶液中。此步骤可固定细胞。若需通过流式细胞术分析样品，需启动仪器并打开相应的软件。选择以点阵图形式显示的细胞参数，如前向散射面积、侧向散射面积，以及以直方图形式显示的荧光四通道检测信号。选择一个样本，例如阴性对照样本，根据前向散射和侧向散射参数对特定的均一细胞群体进行设门。调整将细胞上样至流式细胞仪的设置。在进样前选择三次混匀。选择自动进样100微升固定后的细胞，样品流速设为1.5微升每秒。通过选择“采集数据”来运行样本。该样本的前向散射和侧向散射参数，以及荧光四通道检测结果将显示在屏幕上。现在，选择软件设门工具。根据前向散射和侧向散射点图的可视化结果，通过设门预定义一个均一且具有活力的细胞群体。选择每样本分析 20,000 个事件。这意味着对于每个样本，最终将分析位于预设门控范围内的 20,000 个细胞。数据采集将持续进行，直到达到此事件数量为止。首先选择要分析的孔，然后点击运行孔开始实验。流式细胞仪将逐个分析这些样本，记录每个样本的平均荧光强度，该强度对应于位于预设门控范围内的20,000个细胞所产生的平均荧光信号。最后，按照实验方案中所述进行数据分析。在用高浓度AMD3100（一种尚未明确且特异性的CXCR4拮抗剂）预孵育Jurkat细胞后，反映标记CXCL12结合水平的平均荧光强度几乎完全降低至背景水平。这表明CXCL12与Jurkat细胞表面表达的CXCR4之间具有高度特异性结合。无法与标记的 CXCL12 在 CXCR4 受体上竞争结合的化合物（如 CCR5 拮抗剂马拉维若）不会影响平均荧光强度。相反，高活性化合物则会以剂量依赖的方式产生影响。观看视频后，您应能充分理解如何利用活细胞和流式细胞术进行竞争性受体结合实验。

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