Das hier beschriebene Protokoll ermöglicht die intrazelluläre Färbung von Proteintargets, für die keine kommerziell erhältlichen, für die Durchflusszytometrie validierten Antikörper verfügbar sind. Als repräsentatives Beispiel wurde die Färbung des Spleißfaktors 3a, Untereinheit 1 (SF3A1), eines ubiquitär exprimierten Spleißproteins, das im Zellkern lokalisiert ist, mithilfe eines gegen ein Peptid entsprechend den Aminosäuren 18–37 von SF3A1 (SF3A118–37; EPKQPTEEEASSKEDSAPSK) gerichteten kaninchenspezifischen polyklonalen Antikörpers untersucht18,19.
Um den Färbungsablauf zu bewerten, wurden Zellen entweder vor oder nach der Behandlung mit Paraformaldehyd (PFA) allein oder einer sequenziellen PFA + EtOH-Behandlung mit dem nicht konjugierten primären polyklonalen Antikörper gegen SF3A118–37 gefärbt (Abbildungen 1 und 2). Wie erwartet wurde in Proben, die vor der PFA-Behandlung (Pre-PFA) oder vor der sequenziellen PFA- und EtOH-Behandlung (Pre-EtOH) gefärbt wurden, keine SF3A1-positive Population nachgewiesen (Abbildung 2A). Die Färbung nach alleiniger PFA-Behandlung (Post-PFA) zeigte eine kleine SF3A1-positive Population (Abbildung 2B). Im Gegensatz dazu wurde eine deutliche SF3A1-positive Population nur beobachtet, wenn die Färbung nach EtOH-Permeabilisierung durchgeführt wurde (Post-EtOH) (Abbildung 2B). Diese Ergebnisse zeigen, dass der Arbeitsablauf deutlich stärkere SF3A1-Färbung nach EtOH-Permeabilisierung im Vergleich zur alleinigen PFA-Behandlung erfasst.

Abbildung 2. Bewertung der SF3A1-Färbung nach Paraformaldehyd-Fixierung und Ethanol-Permeabilisierung. Repräsentative Durchflusszytometrie-Diagramme lebender, lebensfähiger Farbstoff-negativer K562-Zellen mit Darstellung der DyLight 488 (DL488)-Fluoreszenz im Vergleich zur Seitenstreufläche (SSC-A). Der markierte Bereich zeigt die SF3A1-positive (SF3A1⁺) Population. SF3A1, Spleißfaktor 3a-Untereinheit 1; PFA, Paraformaldehyd; EtOH, Ethanol. (A) SF3A1-Antikörperfärbung vor PFA-Fixierung (vor PFA; links) oder vor sequenzieller PFA-Fixierung und EtOH-Permeabilisierung (vor EtOH; rechts). (B) SF3A1-Antikörperfärbung nach PFA-Fixierung (nach PFA; links) oder nach sequenzieller PFA-Fixierung und EtOH-Permeabilisierung (nach EtOH; rechts). (C) Vergleich der SF3A1-Färbung nach 2-stündiger oder über Nacht durchgeführter EtOH-Permeabilisierung. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
Um zu bestimmen, ob die Dauer der EtOH-Behandlung die Färbung oder Zellintegrität beeinflusst, wurden die Zellen entweder 2 h oder über Nacht mit EtOH behandelt. Die Durchflusszytometrie zeigte keine nennenswerten Unterschiede in der Färbungsintensität oder der sichtbaren Zellintegrität zwischen den beiden Bedingungen (Abbildung 2C). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine 2-stündige EtOH-Permeabilisierung unter den getesteten Bedingungen eine vergleichbare Färbung wie eine Übernacht-Inkubation erzeugt.
Nachdem bestätigt wurde, dass die EtOH-Permeabilisierung nachweisbare SF3A1-Färbungen erzeugt (Abbildung 2B) und die Baseline-SF3A1-Färbung in Abwesenheit eines konkurrierenden Peptids etabliert war (Abbildung 3A), wurde die Antikörperspezifität mittels Peptidkonkurrenz bewertet. Die Zellen wurden entweder mit SF3A118–37 oder einem unspezifischen Kontrollpeptid inkubiert, das den Aminosäuren 778–793 von SF3A1 entspricht (SF3A1778–793; GAVIHLALKERGGRKK). Die Peptide wurden zusammen mit dem primären Antikörper hinzugegeben (Protokoll, Schritt 7). Die Inkubation mit einem Überschuss des spezifischen Peptids SF3A118–37 verringerte den Prozentsatz SF3A1-positiver Zellen auf ein Niveau vergleichbar mit der unbehandelten Kontrolle, während das unspezifische Peptid SF3A1778–793 das Färbungsmuster nicht merklich veränderte (Abbildung 3B,C). Titrationsexperimente mit Peptiden zeigten eine dosisabhängige Hemmung der Antikörperbindung durch das korrespondierende Peptid SF3A118–37 (IC50 = 21,6 nM), während keine Hemmung bei bis zu 50-fach molarem Überschuss des unspezifischen Peptids SF3A1778–793 beobachtet wurde (Abbildung 3D). Diese Ergebnisse zeigen, dass der Peptidkonkurrenztest zur Bewertung der Hemmung der Antikörperbindung per Durchflusszytometrie verwendet werden kann.

Abbildung 3. Dosisabhängige kompetitive Hemmung der SF3A1-Antikörper-Färbung durch ein kognates Peptid. Repräsentative Durchflusszytometrie-Diagramme von lebenden, vitalitätsfarbstoff-negativen K562-Zellen mit Darstellung der DyLight 488 (DL488)-Fluoreszenz im Vergleich zur Seitenstreufläche (SSC-A). Der markierte Bereich zeigt die SF3A1-positive (SF3A1⁺) Zellpopulation. SF3A1, Spleißfaktor 3a-Untereinheit 1. (A) Ungefärbte Kontrolle und Färbung mit Anti-SF3A1-Antikörper. (B) SF3A1-Färbung nach dosisabhängiger Zugabe des kognaten SF3A1(18–37)-Peptids. (C) SF3A1-Färbung nach dosisabhängiger Zugabe des unspezifischen SF3A1(778–793)-Peptids. Die Peptidkonzentrationen betrugen 216, 43,3, 21,7, 10,8, 5,4 und 2,7 nM; die im Bild angegebenen molaren Peptid-zu-Antikörper-Verhältnisse wurden relativ zu einer SF3A1-Antikörperkonzentration von 4,33 nM berechnet. (D) Kompetitive Hemmkurve, die den Prozentsatz der SF3A1-positiven Zellen in Abhängigkeit von der Peptidkonzentration zeigt. Das kognitive SF3A1(18–37)-Peptid hemmte die Antikörperbindung dosisabhängig, während das SF3A1(778–793)-Peptid keine Hemmung zeigte. Die halbmaximale Hemmkonzentration (IC₅₀) für das kognitive Peptid betrug 21,6 nM und wurde mithilfe eines nichtlinearen, optimal angepassten Inhibitor-zu-normalisierter-Reaktions-Modells mit variabler Steigung ermittelt. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
Abschließend wurde das Protokoll hinsichtlich des Nachweises des Erythropoietin-Rezeptors (EpoR) evaluiert, eines Zelloberflächenrezeptors, der auch intrazellulär während der Rezeptor-Biosynthese und nach ligandeninduzierter Internalisierung vorhanden ist20,21. EpoR ist ein 508 Aminosäuren langes Protein, das aus einer extrazellulären N-terminale Domäne, einer einzelnen transmembranen Region, die die Aminosäuren 251–273 umfasst, und einer intrazellulären C-terminale Domäne besteht. Ein nicht konjugiertes, kaninchenpolyklonales Anti-EpoR-Antikörper (BS-1424R), der zuvor für die Westernblot-Analyse, Immunhistochemie und Immunfluoreszenz, jedoch nicht für die Durchflusszytometrie validiert wurde22,23,24,25,26, wurde gemäß dem oben beschriebenen Färbeprotokoll angewendet. Laut Herstellerangaben wurde BS-1424R gegen die Aminosäuren 330–365 innerhalb der intrazellulären Domäne von EpoR hergestellt.
Wenn die Zellen vor der PFA-Behandlung gefärbt wurden (Prä-PFA), waren <10 % der K562-Zellen positiv für die EpoR-Färbung (Abbildung 4A). Im Gegensatz dazu waren etwa 77 % bzw. 84 % der K562-Zellen nach alleiniger PFA-Behandlung (Post-PFA) bzw. nach sequenzieller PFA- und EtOH-Behandlung (Post-EtOH) positiv (Abbildung 4B–D). Im Gegensatz zur SF3A1-Färbung wurde eine erhöhte EpoR-Färbung sowohl nach den Post-PFA- als auch nach den Post-EtOH-Arbeitsabläufen beobachtet (vergleiche Abbildungen 2B und 4D). Diese Befunde stimmen mit der Lokalisation des BS-1424R-Epitops innerhalb der intrazellulären Domäne von EpoR überein. Der Nachweis von EpoR-Immunreaktivität unter beiden Färbebedingungen zeigt, dass die PFA-Behandlung die Plasmamembran der K562-Zellen ausreichend permeabilisiert, um die Bindung von Antikörpern an das intrazelluläre Epitop zu ermöglichen. In diesem Arbeitsablauf ist zur Beurteilung der Oberflächen- und intrazellulären EpoR-Pools die Verwendung separat behandelter und gefärbter Proben mit einem einzelnen sekundären Antikörper erforderlich. Diese Einschränkung kann durch den Einsatz primärer Antikörper, die in verschiedenen Wirtsarten hergestellt wurden, überwunden werden, um eine multiplexe Detektion mit spezies-spezifischen sekundären Antikörpern zu ermöglichen.

Abbildung 4. Nachweis des Erythropoietinrezeptors (EpoR) in K562-Zellen nach verschiedenen Fixierungs- und Permeabilisierungsbedingungen. Repräsentative Durchflusszytometrie-Diagramme von lebenden, lebensfähigen Farbstoff-negativen K562-Zellen, die die DyLight 488 (DL488)-Fluoreszenz im Vergleich zur Seitenstreufläche (SSC-A) zeigen. Der markierte Bereich kennzeichnet die EpoR-positive (EpoR⁺) Population. Die EpoR-Färbung wurde mit dem gegen die Aminosäuren 330–365 innerhalb der intrazellulären Domäne von EpoR gerichteten polyklonalen Antikörper BS-1424R durchgeführt. (A) EpoR-Färbung vor PFA-Fixierung (vor PFA). (B) EpoR-Färbung nach PFA-Fixierung (nach PFA). (C) EpoR-Färbung nach sequenzieller PFA-Fixierung und EtOH-Permeabilisierung (nach EtOH). (D) Quantifizierung der EpoR-positiven Zellen unter den jeweiligen Färbebedingungen. Die Daten sind als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Die statistische Signifikanz wurde mittels Students t-Test bestimmt. P < 0,01 wird durch ** angegeben. Die dargestellten Vergleiche sind vor PFA im Vergleich zu nach PFA und vor PFA im Vergleich zu nach EtOH. Ab, Antikörper; EpoR, Erythropoietinrezeptor; PFA, Paraformaldehyd; EtOH, Ethanol. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.