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Die Korrelation der Genexpression mit den Zellzyklusstadien bleibt eine Herausforderung bei der Analyse von Tiermodellen hyperplastischer Krankheiten wie Krebs. Ein Teil dieser Herausforderung ist die Ko-Detektion von Proteinen von Interesse (POI) mit Markern der Proliferation. Proliferative Zellen können in verschiedenen Zellzyklusphasen einschließlich G1, S, G2 und M gefunden werden. Ki67 ist einer der am häufigsten verwendeten Marker der Proliferation und wird in allen Phasen des Zellzyklus exprimiert. Es wurde ausgiebig in der Analyse von menschlichen und Mausgewebe1,2,3verwendet. Jedoch, wie andere allgemeine Proliferation Marker, Ki67 erkennt nicht einzelne Zellzyklusphasen. Ein präziserer Ansatz nutzt die Einbeziehung von Thymidin-Nukleotid-Analogen wie Bromodeoxyuridin (BrdU) in Zellen, die ihr Genom aktiv replizieren (d.h. S-Phase)4,5. Ein Nachteil der Verwendung von Nukleotid-Analoga ist die Notwendigkeit, sie lebenden Tieren Stunden vor der Analyse zu verabreichen. Ki67 und BrdU werden häufig auf festen Gewebeabschnitten durch die Verwendung von Antikörpern nachgewiesen. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Position von POIs innerhalb der Gewebearchitektur (z. B. der Basalschicht der Hautepidermis) ermittelt werden kann. Dieser Ansatz erfordert auch keine Gewebedissoziation, die zu Veränderungen in der Genexpression führen kann. Ein Nachteil ist, dass die Gewebefixierung oder die Verarbeitung des Gewebes für OCT eingefroren oder Paraffin-Sektion kann Antikörper-Ziele (d. h. Antigene) okkludieren. Die Rückgewinnung von Antigenen erfordert in der Regel Wärme- oder Gewebeverdauung. Die Quantifizierung der Färbeintensitäten kann ebenfalls eine Herausforderung darstellen. Dies ist auf Variationen in Färbung, Schnittdicke, Signalerkennung und Experimentierverzerrung zurückzuführen. Darüber hinaus kann eine begrenzte Anzahl von Markern gleichzeitig in den meisten typischen Labor-Setups nachgewiesen werden. Doch neuere Multiplex-Färbungsansätze versprechen, diese Einschränkungen zu überwinden; Beispiele sind bildgebende Massenzytometrie und Tyramid-Signalverstärkung6,7.
Die Durchflusszytometrie ist eine weitere leistungsstarke Technologie zur Erkennung von sich ausbreitenden Zellen. Es ermöglicht die Multiplex-Erkennung von Markern in den gleichen Zellen, erfordert aber Gewebedissoziation für die meisten nicht-hämatopoetischen Zelltypen. Die Analyse von vermehrenden Zellen erfolgt routinemäßig durch die Verwendung von Farbstoffen, die DNA binden (z.B. Propidium Iodid (PI))8. Die Durchflusszytometrie ermöglicht auch eine genauere Bestimmung der Zellzyklusphasen in Verbindung mit dem Nachweis der BrdU-Inkorporation9. Obwohl ein leistungsstarker Ansatz, BrdU / PI Durchflusszytometrie hat seine Nachteile. Es ist nicht in der Lage, die G2/M- und G0/G1-Phasen ohne die Einbeziehung phasenspezifischer Antikörper zu lösen. Die Anzahl der Antikörper, die verwendet werden können, wird jedoch durch zelluläre Autofluoreszenz, spektrales Ausstrahlung von Fluorophoremissionen und die Verwendung von Kompensationskontrollen begrenzt. Diese Einschränkung markiert es schwieriger und mühsamer, die Expression von Zellzyklusmarkern mit POIs zu erkennen. Ein leichterer Ansatz ist die Verwendung von Massenzytometrie10,11. Diese Technologie verwendet metallkonjugierte Antikörper, die ein schmaleres Detektionsspektrum haben. Sobald Zellen mit metallgetaggten Antikörpern gefärbt sind, werden sie verdampft und die Metalle durch Cytometrie-Zeit-of-Flight (CyTOF)-Massenspektrometrie nachgewiesen. Aufgrund dieser Eigenschaften ermöglicht die Massenzytometrie die Multiplexerkennung von >40 verschiedenen Markern mit vorhandenen Plattformen10,11. Darüber hinaus ist es möglich, Barcode-Proben mit Metallen, die in der Einsparung von wertvollen Antikörpern führen, während Die Proben-zu-Probe-Färbungvariabilität reduziert wird. Auf der anderen Seite hat die Massenzytometrie mehrere Nachteile. Es gibt eine begrenzte Anzahl von handelsüblichen metallmarkierten Antikörpern für nicht blutbildende Zellen. Die Quantifizierung des DNA-Gehalts ist im Vergleich zur Verwendung fluoreszierender DNA-Farbstoffe weniger empfindlich, und die Massenzytometrie hat einen reduzierten Dynamikbereich der Signaldetektion im Vergleich zur Fluoreszenzflusszytometrie.
Das hier beschriebene Protokoll wurde entwickelt, um die Zellzyklusdynamik von neu isolierten Keratinozyten (KCs) aus der Maushaut zu analysieren und die zellzyklusspezifische Proteinexpression in diesen Zellen mittels Massenzytometrie zu charakterisieren. Dieses Protokoll kann auch mit kultivierten Zellen verwendet oder an andere Zelltypen angepasst werden.