Le protocole présente le flux de travail d’imagerie et de calcul pour extraire et valider la chromatine et l’âge épigénétique (ImAge) basés sur l’imagerie.
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Le protocole présente le flux de travail d’imagerie et de calcul pour extraire et valider la chromatine et l’âge épigénétique (ImAge) basés sur l’imagerie.
Pour faire progresser des soins de santé personnalisés et évaluer les stratégies de rajeunissement potentielles, les biomarqueurs reflétant l’âge biologique sont essentiels. Nous avons introduit la chromatine et l’âge épigénétique (ImAge) basés sur l’imagerie, un biomarqueur basé sur l’imagerie dérivé de l’organisation spatiale de la chromatine et des marques épigénétiques au sein d’un seul noyau, capturant les changements intrinsèques liés à l’âge. ImAge capture et quantifie efficacement les effets des interventions modulant l’âge biologique, montrant une sensibilité par des diminutions significatives après des stratégies de rajeunissement (telles que la restriction calorique et la reprogrammation partielle via l’expression transitoire d’Oct4, Sox2, Klf4 et Myc (OSKM)) et des augmentations après des traitements comme la chimiothérapie. De plus, une ImAge plus faible est corrélée à une activité locomotrice plus élevée, suggérant qu’elle capture des améliorations fonctionnelles parallèlement à l’inversion biologique de l’âge, offrant un outil prometteur pour une seule cellule pour évaluer les interventions de longévité. Comme ImAge est une méthode intégrative nécessitant une imagerie de bonne qualité et une analyse computationnelle méticuleuse, nous visons à fournir des conseils approfondis pour l’extraire et la valider. Ce protocole complet détaillera le flux de travail pour les procédures de laboratoire humide (préparation et imagerie de l’échantillon) et l’utilisation appropriée de notre pipeline informatique open source (configuration de l’environnement et traitement des données d’imagerie) pour extraire et valider ImAge.
L’espérance de vie moyenne croissante et le vieillissement de la population mondiale soulignent le besoin crucial de biomarqueurs efficaces d’âge fonctionnelou biologique 1,2,3. Ces biomarqueurs sont essentiels pour prédire avec précision le risque de maladie et la durée de vie, ce qui peut considérablement améliorer les soins gériatriques et réduire les coûts associés. Bien que les horloges de méthylation de l’ADN (ADN) aient fait des avancées notables dans la quantification du vieillissement biologique 4,5,6, elles reposent souvent sur une régression linéaire et nécessitent de larges cohortes, pouvant négliger des composants biologiques nuancés et dépendants du contexte spécifiques auxindividus 7,8. De plus, ces techniques basées sur le séquençage nécessitent la lyse cellulaire, la préparation complexe des échantillons et des réactifs coûteux pour chaque cellule, ce qui les rend plus coûteuses et plus complexes pour les études à grande échelle, à grande échelle ou à grande échelle où la destruction de l’échantillon est un inconvénient9.
Pour surmonter ces limites, nous avons développé la chromatine et l’âge épigénétique (ImAge) basés sur l’imagerie, une technique novatrice conçue pour quantifier le vieillissement et le rajeunissement à résolution monocellulaire. Cette technique a été appliquée et validée dans le sang périphérique de la souris et dans divers organes solides, comme décrit par Alvarez-Kuglen et al.1. Cette publication décrit en détail les protocoles optimisés afin qu’ils puissent être adaptés et adoptés par d’autres chercheurs pour diverses applications.
Cette approche diffère fondamentalement des horloges ADN traditionnelles en capturant des trajectoires intrinsèques liées à l’âge en se basant sur l’organisation spatiale de la chromatine et des marques épigénétiques au sein d’un seulnoyau 1. Les méthodes basées sur l’imagerie offrent des avantages distincts : elles sont intrinsèquement non destructrices, ce qui signifie que les cellules ne sont pas détruites lors du traitement, contrairement aux méthodes basées sur le séquençage. Cette nature non destructive permet crucialement de préserver la structure spatiale de la chromatine et des marques épigénétiques au niveau de la cellule unique, en maintenant le contexte spatial des cellules au sein des tissus — une perspective souvent perdue dans les flux de travail de séquençage conventionnels. De plus, les techniques d’imagerie sont généralement plus économiques pour les études à grande échelle ou longitudinales, car elles ne nécessitent pas de réactifs coûteux ni de préparation complexe de bibliothèque par cellule, ce qui les rend adaptées à des observations répétées dans letemps 10,11.
Un avantage clé d’ImAge est sa capacité à révéler les trajectoires liées à l’âge comme caractéristiques principales intrinsèques des données elles-mêmes, sans nécessiter de régression sur l’âge chronologique. ImAge a démontré une forte corrélation avec l’âge chronologique dans les cellules mononucléaires du sang périphérique de la souris et divers organessolides 1. De manière cruciale, ImAge capture efficacement les perturbations attendues de l’âge biologique, montrant une augmentation après un traitement de chimiothérapie et une diminution avec restriction calorique et reprogrammation partielle par expression transitoire d’OSKM dans le foie et le muscle squelettique. De plus, les relevés ImAge ont été observés comme étant inversement corrélés à l’activité locomotrice chez des souris chronologiquement identiques, indiquant leur utilité pour mesurer des aspects de l’âge biologique et fonctionnel.
La mise en œuvre de la méthodologie ImAge nécessite une expertise à la fois dans les procédures expérimentales en laboratoirehumide 12 et les analysescomputationnelles 1 (Figure 1) ; Par conséquent, cet article propose des protocoles complets, étape par étape, pour les deux aspects. Ce protocole optimisé vise à faciliter l’adoption généralisée d’ImAge, permettant aux chercheurs d’étudier les changements liés à l’âge dans la chromatine et l’organisation épigénétique à résolution unicellulaire à travers divers types cellulaires et tissus. Dans ce protocole, H3K27ac et H3K27me3, deux marqueurs fournissant un contraste et une résolution suffisants pour déterminer l’ImAge, ont été sélectionnés comme marques représentatives. Les chercheurs peuvent reproduire ce protocole pour quantifier le vieillissement biologique, évaluer l’impact des interventions de longévité et explorer l’hétérogénéité inhérente aux processus de vieillissement et de rajeunissement au niveau de l’organisme individuel.
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Toutes les expériences animales sont menées selon des directives et protocoles approuvés par le Comité Institutionnel de Soins et d’Utilisation des Animaux (IACUC) de l’Institut de Recherche Scripps (Protocole 09-0004-6). Les données présentées dans ce manuscrit ont été obtenues à partir de souris mâles i4F, âgés de 2 à 14 mois. Des organes d’intérêt (foie et muscle squelettique) ont été prélevés sur des souris i4F de 13,8 mois et des souris témoins de portée traitées pendant 1 semaine avec une faible dose de doxycycline (0,2 mg/ml)14. Les noyaux ont été isolés à partir d’échantillons de jeunes (3,2 mois), âgés (13,8 mois) et âgés traités avec de la doxycycline afin de surexprimer des facteurs OSKM (aged-OSKM).
1. Imagerie des échantillons
2. Analyse computationnelle des données d’imagerie
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Les images représentatives doivent être bien peuplées pour obtenir des cellules uniques, mais les noyaux individuels ne doivent pas se toucher, car cela dégrade la qualité de la segmentation des noyaux cellulaires. La figure 3 montre l’imagerie représentative pour obtenir des résultats d’analyse computationnelle robustes.
Les résultats présentés dans ce manuscrit de méthode sont adaptés du manuscrit ImAge d’Alvarez-Kuglen et
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Préparation de l’échantillon
Pour la préparation de l’échantillon, prélevez rapidement les tissus d’intérêt et congelez-les immédiatement dans de l’azote liquide. Lors du broyage du tissu avec un mortier et pilon, un couvercle en silicone peut être utilisé pour éviter la perte d’échantillons. Ajoutez plus d’azote liquide si le tissu est difficile à pulvériser. Pour les tissus plus fragiles, les échantillons peuvent également être traités frais (plutôt que congelés) af...
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Les auteurs déclarent ne pas exister de conflit d’intérêts.
Nous remercions tous les membres actuels et anciens du laboratoire Terskikh pour leur aide dans l’établissement des protocoles et du cadre informatique. Ce travail a été soutenu par des subventions des National Institutes of Health R21 AG068913, R21 AG075483, R21 AG083782, ainsi que par le Future Health Research and Innovation Fund du Département de la Santé de WA, BU/PG : 01760/47004300 à A.V.T.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Albumine sérique bovine | Sigma-Aldrich & nbsp ; | A9647 | |
| Anti-Ogg anti-souris Donkey (H+L) anticorps secondaire fortement adsorbé croisé, Alexa 488 ; | Invitrogen | A-21202 | |
| Anti-Rabbit IgG (H+L) Anticorps secondaire fortement adsorbé croisé, Alexa 555 | Invitrogen | A-31572 | |
| Glycine | Bio-Rad | 161-0718 | |
| Anticorps Histones H3K27ac (mAb) ; | Motif actif | 39685 | |
| Anticorps Histones H3K27me3 (pAb) ; | Motif actif | 39155 | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H3570 | |
| Kit d’isolation des noyaux : Nuclei EZ Prep | Sigma-Aldrich | NUC101 | |
| Opéretta CLS High Content Imager | Revvity | https://www.revvity.com/au-en/product/operetta-cls-system-hh16000020 | |
| Paraformaldéhyde 16 % de Solution aqueuse de qualité EM | Sciences de la microscopie électronique | 15710-S | |
| PBS | Thermo Fisher | AM9624 | |
| Microplate PhenoPlate à 384 puits | Revvity | 6057302 | |
| Triton-X | Sigma | T8787 | |
| Solution Trypan Blue, 0,4 % ; | Gibco & nbsp ; | 15250061 ; |
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