El protocolo presenta el flujo de trabajo de imagen y computacional para extraer y validar la cromatina y la edad epigenética (ImAge) basadas en imágenes.
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El protocolo presenta el flujo de trabajo de imagen y computacional para extraer y validar la cromatina y la edad epigenética (ImAge) basadas en imágenes.
Para avanzar en la atención sanitaria personalizada y evaluar posibles estrategias de rejuvenecimiento, los biomarcadores que reflejen la edad biológica son fundamentales. Hemos introducido la cromatina basada en imagen y la edad epigenética (ImAge), un biomarcador basado en imagen derivado de la organización espacial de la cromatina y las marcas epigenéticas dentro de núcleos individuales, capturando cambios intrínsecos relacionados con la edad. ImAge captura y cuantifica eficazmente los efectos de intervenciones que modulan la edad biológica, mostrando sensibilidad a través de disminuciones significativas tras estrategias de rejuvenecimiento (como la restricción calórica y la reprogramación parcial mediante expresión transitoria de Oct4, Sox2, Klf4 y Myc (OSKM)) y aumentos tras tratamientos como la quimioterapia. Además, una menor ImAge se correlacionó con una mayor actividad locomotora, lo que sugiere que captura mejoras funcionales junto con la reversión biológica de la edad, ofreciendo una prometedora herramienta unicelular para evaluar intervenciones de longevidad. Como ImAge es un método integrador que requiere imágenes de buena calidad y un análisis computacional meticuloso, nuestro objetivo es proporcionar una orientación exhaustiva para extraerlo y validarlo. Este protocolo completo detallará el flujo de trabajo tanto para los procedimientos de laboratorio húmedo (preparación e imagen de la muestra) como para la correcta utilización de nuestra pipeline computacional de código abierto (configuración del entorno y procesamiento de los datos de imagen) para extraer y validar ImAge.
El aumento de la esperanza de vida media y el envejecimiento de la población mundial subrayan la necesidad crítica de biomarcadores efectivos de edad funcionalo biológica 1,2,3. Estos biomarcadores son esenciales para predecir con precisión el riesgo y la esperanza de vida de la enfermedad, lo que puede mejorar significativamente la atención geriátrica y reducir los costes asociados. Aunque los relojes de metilación del ADN (DNAm) han logrado avances notables en la cuantificación del envejecimientobiológico 4,5,6, a menudo dependen de la regresión lineal y requieren grandes cohortes, pasando por alto componentes biológicos matizados y dependientes del contexto específicos delos individuos 7,8. Además, estas técnicas basadas en secuenciación requieren lisis celular, preparación compleja de muestras y reactivos costosos para cada célula, lo que las hace más costosas y desafiantes para estudios de alto rendimiento, a gran escala o longitudinales donde la destrucción de muestras es una desventaja9.
Para superar estas limitaciones, desarrollamos la cromatina y la edad epigenética basadas en imágenes (ImAge), una técnica novedosa diseñada para cuantificar el envejecimiento y el rejuvenecimiento a resolución de célula única. Esta técnica se aplicó y validó en sangre periférica de ratón y en varios órganos sólidos, tal como describieron Alvarez-Kuglen et al.1. Esta publicación describe los protocolos optimizados en detalle para que puedan ser adaptados y adoptados por otros investigadores para diversas aplicaciones.
Este enfoque difiere fundamentalmente de los relojes tradicionales de ADN al capturar trayectorias intrínsecas relacionadas con la edad basándose en la organización espacial de la cromatina y las marcas epigenéticas dentro de núcleosindividuales 1. Los métodos basados en imagen ofrecen ventajas claras: son inherentemente no destructivos, lo que significa que las células no se destruyen durante el procesamiento, a diferencia de los métodos basados en secuenciación. Esta naturaleza no destructiva permite crucialmente la preservación de la estructura espacial de la cromatina y las marcas epigenéticas a nivel de célula única, manteniendo el contexto espacial de las células dentro de los tejidos, una perspectiva que a menudo se pierde en los flujos de trabajo convencionales de secuenciación. Además, las técnicas de imagen suelen ser más rentables para estudios a gran escala o longitudinales, ya que no requieren reactivos costosos ni preparación compleja de bibliotecas por célula, lo que las hace adecuadas para observaciones repetidas a lo largo deltiempo 10,11.
Una ventaja clave de ImAge es su capacidad para revelar trayectorias relacionadas con la edad como características principales intrínsecas de los propios datos, sin requerir regresión en edad cronológica. ImAge ha demostrado una fuerte correlación con la edad cronológica en células mononucleares de la sangre periférica de ratón, y varios órganossólidos 1. De forma crucial, ImAge captura eficazmente las perturbaciones esperadas de la edad biológica, mostrando un aumento tras el tratamiento de quimioterapia y una disminución con la restricción calórica y la reprogramación parcial mediante expresión transitoria de OSKM en el hígado y el músculo esquelético. Además, se ha observado que las lecturas ImAge se correlacionan inversamente con la actividad locomotora en ratones cronológicamente idénticos, lo que indica su utilidad para medir aspectos de la edad biológica y funcional.
La implementación de la metodología ImAge requiere experiencia tanto en procedimientos experimentales de laboratoriohúmedo 12 como en análisiscomputacionales 1 (Figura 1); Por ello, este artículo ofrece protocolos integrales y paso a paso para ambos aspectos. Este protocolo optimizado pretende facilitar la adopción generalizada de ImAge, permitiendo a los investigadores investigar los cambios asociados a la edad en la cromatina y la organización epigenética a resolución unicelular en diversos tipos celulares y tejidos. En este protocolo, H3K27ac y H3K27me3, dos marcadores que proporcionan suficiente contraste y resolución para determinar ImAge, fueron seleccionados como marcas representativas. Los investigadores pueden replicar este protocolo para cuantificar el envejecimiento biológico, evaluar el impacto de las intervenciones de longevidad y explorar la heterogeneidad inherente dentro de los procesos de envejecimiento y rejuvenecimiento a nivel individual del organismo.
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Todos los experimentos con animales se llevan a cabo según directrices y protocolos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso Animal (IACUC) del Instituto de Investigación Scripps (Protocolo 09-0004-6). Los datos presentados en este manuscrito se obtuvieron con ratones machos i4F, de edades comprendidas entre los 2 y los 14 meses. Se extrajeron órganos de interés (hígado y músculo esquelético) de ratones i4F de 13,8 meses y ratones de control de camada tratados durante 1 semana con una dosis baja de doxiciclina (0,2 mg/ml)14. Los núcleos se aislaron de muestras de jóvenes (3,2 meses), de edad (13,8 meses) y de edad tratadas con doxiciclina para sobreexpresar factores OSKM (OSKM de edad avanzada).
1. Imagen de muestras
2. Análisis computacional de datos de imagen
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Las imágenes representativas deben estar bien pobladas para obtener células individuales, pero los núcleos individuales no deben estar en contacto entre sí, ya que eso degradaría la calidad de la segmentación de núcleos celulares. La Figura 3 muestra la imagen representativa para obtener resultados robustos de análisis computacional.
Los resultados presentados en este manuscrito de métodos están adaptados del manuscrito ImAge de Á...
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Preparación de muestras
Para la preparación de la muestra, recolecta rápidamente los tejidos de interés y congela inmediatamente en nitrógeno líquido. Al moler tejido con un mortero y un mortero, se puede usar una cubierta de silicona para evitar la pérdida de muestras. Añade más nitrógeno líquido si el tejido es difícil de pulverizar. Para tejidos más frágiles, las muestras también pueden procesarse frescas (en lugar de congeladas) para reducir la interrupción mecáni...
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Los autores no declaran conflictos de interés.
Agradecemos a todos los miembros actuales y antiguos del laboratorio Terskikh su ayuda en el establecimiento de los protocolos y el marco computacional. Este trabajo fue apoyado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud R21 AG068913, R21 AG075483, R21 AG083782 y el Fondo de Investigación e Innovación en Salud del Futuro Salud del Departamento de Salud de WA, BU/PG: 01760/47004300 a A.V.T.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Albúmina sérica bovina | Sigma-Aldrich & nbsp; | A9647 | |
| Anti-IgG Anti-Ratón Donkey (H+L) Anticuerpo Secundario Altamente Adsorbido Cruzado, Alexa 488 | Invitrogen | A-21202 | |
| Anti-Conejo IgG (H+L) Anticuerpo Secundario Altamente Adsorbido Cruzado, Alexa 555 | Invitrogen | A-31572 | |
| Glicina | Bio-Rad | 161-0718 | |
| Histona H3K27ac anticuerpo (mAb) | Motivo activo | 39685 | |
| Anticuerpo histona H3K27me3 (pAb) | Motivo activo | 39155 | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H3570 | |
| Kit de aislamiento de núcleos: Preparación EZ de núcleos | Sigma-Aldrich | NUC101 | |
| Opereta CLS High Content Imager | Revvity | https://www.revvity.com/au-en/product/operetta-cls-system-hh16000020 | |
| Paraformaldehído 16% de solución acuosa de grado EM | Ciencias de la Microscopía Electrónica | 15710-S | |
| PBS | Thermo Fisher | AM9624 | |
| Microplaca de 384 pozos de Fenoplaca | Revvity | 6057302 | |
| Triton-X | Sigma | T8787 | |
| Solución Trippan Blue, 0,4% | Gibco y nbsp; | 15250061 |
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