RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
תכולת הידרופרוקסיד שומנים מייצגת את האינדיקטור הנפוץ ביותר למוות של תאים פרופטוטיים. מאמר זה מדגים את ניתוח ציטומטריית הזרימה שלב אחר שלב של תכולת הידרופראוקסיד שומנים בתאים עם השראת פרופטוזיס.
האינטראקציה של ברזל וחמצן היא חלק בלתי נפרד מהתפתחות החיים על פני כדור הארץ. עם זאת, כימיה ייחודית זו ממשיכה לרתק ולתהות, ומובילה למיזמים ביולוגיים חדשים. בשנת 2012, קבוצה מאוניברסיטת קולומביה הכירה באינטראקציה זו כאירוע מרכזי המוביל לסוג חדש של מוות תאי מווסת בשם "פרופטוזיס". המאפיין העיקרי של פרופטוזיס הוא הצטברות של הידרופרוקסידים ליפידים עקב (1) הגנה נוגדת חמצון לא מתפקדת ו / או (2) עקה חמצונית מוחצת, אשר לרוב עולה בקנה אחד עם תוכן מוגבר של ברזל חופשי בתא. זה נמנע בדרך כלל על ידי הציר האנטי-פרופטוטי הקנוני הכולל את טרנספורטר הציסטין xCT, גלוטתיון (GSH) ו- GSH peroxidase 4 (GPx4). מכיוון שפרופטוזיס אינו סוג מתוכנת של מוות תאי, הוא אינו כרוך במסלולי איתות האופייניים לאפופטוזיס. הדרך הנפוצה ביותר להוכיח סוג זה של מוות תאי היא באמצעות נוגדי חמצון ליפופיליים (ויטמין E, ferrostatin-1, וכו ') כדי למנוע את זה. מולקולות אלה יכולות להתקרב ולסלק נזקי חמצון בקרום הפלזמה. היבט חשוב נוסף בחשיפת הפנוטיפ הפרופטוטי הוא זיהוי הצטברות קודמת של הידרופרוקסידים ליפידים, שעבורם משתמשים בצבע הספציפי BODIPY C11. כתב היד הנוכחי יראה כיצד ניתן לגרום לפרופטוזיס בתאי מדולובלסטומה מסוג בר באמצעות השראות שונות: ארסטין, RSL3 ותורם ברזל. באופן דומה, ייעשה שימוש בתאי xCT-KO שגדלים בנוכחות NAC, ועוברים פרופטוזיס לאחר הסרת NAC. הפנוטיפ ה"מבעבע" האופייני נראה תחת מיקרוסקופ האור תוך 12-16 שעות מרגע הפעלת הפרופטוזיס. יתר על כן, ייעשה שימוש בצביעת BODIPY C11 ואחריה ניתוח FACS כדי להראות הצטברות של הידרופרוקסידים ליפידים ומוות תאים כתוצאה מכך באמצעות שיטת צביעת PI. כדי להוכיח את האופי הפרופטוטי של מוות תאי, ferrostatin-1 ישמש כסוכן ספציפי המונע פרופטוזיס.
פרופטוזיס (Ferroptosis) הוא סוג חדש של חמצן תגובתי (ROS) התלוי במוות תאי1. מלבד ROS, ברזל ממלא תפקיד מכריע בסוג זה של מוות תאי, ומכאן השם2. השלב האחרון והביצועי של פרופטוזיס הוא הצטברות ברזל של נזק חמצוני של שומנים בקרום הפלזמה שבסופו של דבר מוביל לפגיעה בשלמות הממברנה וחדירות סלקטיבית, ולבסוף, מוות תאי על ידי בעבוע. אירוע הידרופרוקסידציה של שומנים הוא תופעה טבעית; עם זאת, התפשטותו ברחבי קרום התא נמנעת על ידי ההגנה נוגדת החמצון של התא. השחקן העיקרי בהקשר זה הוא חלבון Se גלוטתיון פרוקסידאז 4 (GPx4), שיכול להתקרב לממברנה ולהמיר הידרופרוקסידים ליפידים לנגזרות האלכוהול הפחות רעילות שלהם3. כוח ההפחתה של GPx4 מסופק בעיקר, אך לא רק, על ידי גלוטתיון (GSH), טריפפטיד המורכב מחומצות אמינו לא חיוניות: גליצין, גלוטמט וציסטאין. חומצת האמינו המגבילה את קצב הביוסינתזה של GSH היא ציסטאין4. למרות ציסטאין מסווג כחומצת אמינו לא חיונית, הדרישות שלה יכול בקלות לחרוג הייצור הפנימי שלה בתאים שגשוג מאוד (כגון תאים סרטניים). לפיכך הוא סווג מחדש בקבוצה של חומצות אמינו חיוניות למחצה. היבוא הדרוש של ציסטאין מתרחש בעיקר באמצעות מערכת Xc, המאפשרת יבוא של צורה מחומצנת (דומיננטית) של ציסטאין (aka ציסטין) על חשבון ייצוא גלוטמט5. מערכת Xc מורכבת מתת-יחידת תעבורה תלוית Cl-עצמאית Na+, המכונה xCT, ומתת-יחידה מלווה, המכונה CD98. עד לאחרונה, התכונות האנטי-פרופטוטיות של ציר xCT-GSH-GPx4 נתפסו כייחודיות ובלתי ניתנות לשכפול6. עם זאת, בשנת 2019תואר מסלול אנטי-פרופטוטי חלופי, המורכב מיוביקווינול (קואנזים Q10) והאנזים הרגנרטיבי שלו - חלבון מדכא פרופטוזיס 1 (FSP1), 7,8. זמן קצר לאחר מכן, דווח על מערכת ניקוי רעלים נוספת של הידרופראוקסיד שומנים הכוללת GTP cyclohydrolase-1/tetrahydrobiopterin (GCH1/BH4)9. עם זאת, נראה כי תפקידו המרכזי של ציר xCT-GSH-GPx4 במניעת פרופטוזיס אינו מאותגר.
במהלך העשור האחרון, ferroptosis נחקר בהרחבה במגוון סוגי גידולים, מראה פוטנציאל גדול כאסטרטגיה אנטי סרטנית (נסקר על ידי Lei et al.10). יתר על כן, דווח כי תאים סרטניים המפגינים עמידות גבוהה לכימותרפיה קונבנציונלית ו / או נטייה לשלוח גרורות רגישים באופן מפתיע להשראת פרופטוזיס, כגון מעכבי GPx4 11,12,13. עם זאת, בהקשר של גידולי מוח, הפוטנציאל של גורמים פרופטוטיים נותר במידה רבה לא נחקר. בעוד שסוג זה של מוות תאי נקשר קשר קשר הדוק עם פגיעה באיסכמיה מוחית14ומחלות נוירודגנרטיביות15, הפוטנציאל שלו בהקשר של גידולי מוח הוגבל בעיקר לגליובלסטומה, הגידול הממאיר הממאיר ביותר (נסקר על ידי Zhuo et al.16). מצד שני, הרגישות של מדולובלסטומה, הגידול הממאיר השכיח ביותר במוח בילדים וגורם מוביל לתמותה בילדות, לגורמים לפרופטוזיס עדיין לא נחקרה במידה רבה. למיטב ידיעתנו, קיימת ספרות מועטה שעוברת ביקורת עמיתים המקשרת בין פרופטוזיס למדולובלסטומה. עם זאת, כמה מחקרים גילו כי ברזל ממלא תפקיד מכריע בהישרדות, התפשטות ופוטנציאל גידולי של תאי גזע סרטניים מדולובלסטומה וגליובלסטומה (CSC)17,18, מה שעלול להפוך אותם לפגיעים יותר להשראת פרופטוזיס. זה משמעותי במיוחד מכיוון שמדולובלסטומה ידועה לשמצה בתת-האוכלוסייה שלה של CSCs, או תאים יוזמים/מתפשטים של גידולים, שנראה כי הם אחראים במידה רבה לעמידות לכימותרפיה, הפצה והישנות19.
רגישות להשראת פרופטוזיס נחקרת בדרך כלל על ידי מדידת תכולת/הצטברות שומנים הידרופרוקסידים, אשר עשויה להוביל למוות תאי או לא. הגורמים הנפוצים ביותר להשראת פרופטוזיס הם (1) ארסטין, מעכב של טרנספורטר xCT20,(2) RSL3, מעכב של האנזים GPx42, ו/או (3) תורמי ברזל, כגון פרו-אמוניום ציטראט (FAC)21. תכולת הידרופרוקסיד שומנים מוערכת באמצעות הבדיקה הסלקטיבית BODIPY 581/591 C1122, שיש לה עירור ופליטה מקסימלית ב 581/591 ננומטר במצבו המופחת. עם אינטראקציה וחמצון על ידי הידרופרוקסידים ליפידים, הגשושית מעבירה את העירור והפליטה המקסימלית שלה ל 488/510 ננומטר. בדרך כלל, עלייה משמעותית בתכולת הידרופרוקסיד שומנים קודמת למוות של תאים פרופטוטיים. מכיוון שפרופטוזיס אינו מוות תאי מתוכנת, אין מפל איתות מולקולרי המוביל לביצועו. לכן, הדרך היחידה לאשר את זה היא לפקח על תוכן hydroperoxide שומנים ולהשתמש מעכבים ספציפיים עבור סוג זה של מוות התא, כגון ferrostatin 123. Ferrostatin 1 הוא נוגד חמצון ליפופילי שיכול לחדור את תא השומנים של התא ולסלק hydroperoxides שומנים, ובכך למנוע אירועים ferroptotic.
המחקר הנוכחי נערך באמצעות קווי תאים מסוג DAOY wild-type (WT) medulloblastoma, אשר גודלו בתרבית ב 37 ° C עם 5% CO2 בתווך DMEM בתוספת 8% FBS. קו התאים שנמחק xCT נשמר באותם תנאים, עם ניסויים שבוצעו במדיה בתוספת 1 mM N-אצטיל-ציסטאין (NAC). התאים נבדקו באופן קבוע למיקופלסמה באמצעות ערכה מסחרית לזיהוי מיקופלסמה (ראו טבלת חומרים) וגודלו בתרבית עד המעברהעשירי .
1. קציר וזריעת התאים
הערה: כל השלבים מבוצעים בטכניקות אספטיות סטריליות במכסה מנוע זרימה למינרית של תרבית רקמה. תאי DAOY medulloblastoma הם דבקים, כלומר ניתן להשליך את כל התאים שאינם מחוברים על ידי שטיפה עם מלוחים חוצצי פוספט (PBS) ללא Ca2+ ו- Mg2+.
2. טיפול בתאים
הערה: הבקרה והטיפולים מתבצעים בשיטת טריפליקט. הקבוצות הן כדלקמן: בקרה (DMSO), 1 מיקרומטר של ארסטין, 0.3 מיקרומטר של RSL3, 250 מיקרומטר של FAC, 2 מיקרומטר של Ferrostatin 1, 1 מיקרומטר של ארסטין + 2 מיקרומטר של Ferrostatin 1, 0.3 של μM RSL3 + 2 μM של Ferrostatin 1, 250 μM של FAC + 2 μM של Ferrostatin 1. לצורך הניסוי דרושות ארבע לוחיות בנות 6 בארות, כפי שמצוין בטבלה 1). הפרטים המסחריים של כל הריאגנטים הדרושים מפורטים בטבלת החומרים.
3. צביעת הידרופרוקסידים ליפידים של התאים המטופלים עם בדיקת BODIPY 581/591 C11
הערה: תמיסת המניות של הבדיקה הספציפית להידרופראוקסיד שומנים מוכנה ב- DMSO בריכוז של 1 mM. Aliquots של פתרון המניות מאוחסנים ב -20 °C בצינורות לא שקופים. עבור צביעה, להכין פתרון עבודה 2 מיקרומטר של הבדיקה במדיה DMEM בתוספת 8% FBS.
4. ניתוח ציטומטריית זרימה של תכולת הידרופרוקסיד שומנים בתאים המטופלים
הערה: כל השלבים הבאים מבוצעים בחושך (אין אורות במכסה המנוע של הזרימה הלמינרית).
5. צביעת פרופידיום יודיד (PI) של התאים המתים בעת הטיפול
הערה: תכנון הניסוי זהה לחלוטין לזה של מדידת הידרופראוקסיד שומנים (ראה שלב 1 ושלב 2).
6. ניתוח ציטומטריית זרימה של תאים מתים 24 שעות לאחר הטיפול
הערה: ההגדרות והכיול של התקן FACS מתבצעים כפי שצוין קודם לכן (ראה שלב 4).
7. ניתוח ציטומטריית זרימה של תכולת הידרופרוקסיד שומנים בתאי DAOY xCT-/-
הערה: תאי xCT-/- נוצרו כפי שתואר קודם לכן24.
8. ניתוח תוצאות ציטומטר הזרימה
קו תאי המדולובלסטומה DAOY תורבית בתווך DMEM סטנדרטי בתוספת 8% FBS עד שהגיע לכ-60% מפגש. ביום הניסוי נקצרו תאים, ו-1,00,000 תאים לבאר צופו בצלחות בנות 6 בארות, לפי טבלה 1. למחרת, תאים (בטריפליקט) טופלו ב-1 מיקרומטר של ארסטין, 0.3 מיקרומטר של RSL3, או 250 מיקרומטר של FAC. לאחר מכן הונחו הלוחות באינקובטור בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס ו-5% CO2. לאחר 6 שעות, תאים נצפו תחת המיקרוסקופ כדי לזהות תאים מבעבעים, כפי שמצוין על-ידי החיצים באיור 1. זה שימש אינדיקטור לכך שהתרופה הייתה יעילה בגרימת פרופטוזיס לפני שהתאים הוכנו לצביעת הידרופראוקסיד שומנים וניתוח FACS לאחר מכן.
לזיהוי תכולת הידרופרוקסיד שומנים, נעשה שימוש בצבע הספציפי BODIPY 581/591 C11 בריכוז סופי של 2 מיקרומטר למשך 30 דקות. מכיוון שצבע זה רגיש לחמצון-חיזור, היה צורך להסיר כל טיפול מהתאים ולשטוף אותם עם PBS שחומם מראש. לאחר חצי שעה של צביעה, התאים נשטפו פעמיים עם PBS, נותקו באמצעות תמיסת ניתוק התא, והוכנו לניתוח FACS. נתונים שהתקבלו בשלב זה הראו פלואורסצנטיות ירוקה מוגברת של הצבע בדגימות שטופלו בכל שלוש התרופות (איור 2). אולם ההשפעה החזקה ביותר נצפתה עם 0.3 מיקרומטר של RSL3 (איור 2B), בעוד ש-1 מיקרומטר של ארסטין (איור 2A) ו-250 מיקרומטר של FAC (איור 2C) הראו השפעה מעט פחותה לאחר 6 שעות של טיפול.
כדי לקבוע שהצטברות השומנים ההידרופרוקסידים שזוהתה מובילה למוות תאי, במיוחד פרופטוזיס, אותם טיפולים המתוארים בטבלה 1 יושמו במשך 24 שעות. לצורך ניתוח תאים מתים על ידי ציטומטריית זרימה, הן התאים והן הסופרנטנט נקצרו. התאים החיים והמתים נפלטו על ידי צנטריפוגה ולאחר מכן הושעו מחדש במאגר FACS לצורך ניתוח ציטומטריית זרימה עוקבת. הנתונים המוצגים באיור 3 הראו כי כל שלושת הטיפולים גרמו למוות תאי מסיבי, אשר נמנע לחלוטין על ידי שימוש במעכב הספציפי לפרופטוזיס, פרוסטטין-1. זה תומך בבירור בהתרחשות של מוות תאי פרופטוטי על עיכוב xCT, עיכוב GPx4, או עומס ברזל בתאי מדולובלסטומה.
בהתחשב בכך ששלוש התרופות הראו השפעות שונות במקצת על הצטברות שומנים הידרופרוקסידים, ככל הנראה בשל הבדלים בעוצמה, נעשה שימוש בגישה גנטית כדי לחקור את מלוא העוצמה של הגורמים הפרופטוטיים. תאי DAOY xCT-/- שהתקבלו בעבר (איור משלים 1A) גודלו בתרבית באותה מדיה כמו עמיתיהם ב-WT, אולם עם תוספת NAC. ברירה חיובית זו אפשרה לתאי xCT-/- לגדול בתרבית. אולם 6 שעות לאחר ש-NAC הוסר מתרבית, תאים החלו לצבור הידרופרוקסידים ליפידים באותה רמה כמו תאי WT שטופלו ב-RSL3 (איור 4). בדומה לעיכוב פרמקולוגי, סילוק NAC מהמדיה גרם לבעבוע אופייני של תאי xCT-/- לאחר 6 שעות (איור משלים 1B).

איור 1: פנוטיפ פרופטוטי של תאי מדולובלסטומה. מיקרוגרפים מייצגים של תאי DAOY WT שטופלו (או לא) במשך 6 שעות עם 1 מיקרומטר של ארסטין (ERA), 0.3 מיקרומטר של RSL3 או 250 מיקרומטר של פרואמוניום ציטראט (FAC) בנוכחות או לא של 2 מיקרומטר מעכב פרופטוזיס Ferrostatin-1 (Ferro-1). חיצים לבנים מציינים תאים עגולים, "מבעבעים", המציינים פנוטיפ פרופטוטי הנראה במיקרוסקופ אור. הגדלה: פי 20, תוספות: פי 40. פסי קנה מידה: 50 מיקרומטר, כניסה: 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הידרופראוקסיד ליפידי כסמן העיקרי של פרופטוזיס בתאי מדולובלסטומה. נתונים מייצגים של צביעת הידרופראוקסיד שומנים על ידי ציטומטריית זרימה בתאים שטופלו במשך 6 שעות עם (A,B) 1 מיקרומטר של ארסטין (ERA), (C,D) 0.3 מיקרומטר של RSL3, או (E,F) 250 מיקרומטר של פרואמוניום ציטראט (FAC), בנוכחות או לא של 2 מיקרומטר מעכב פרופטוזיס Ferrostatin-1 (Ferro-1). (א,ג,ה) עלילות נקודה של האירועים המתועדים; (ב,ד,ו) ייצוג היסטוגרמה של תכולת הידרופרוקסיד השומנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: השראת מוות של תאים פרופטוטיים בגישה פרמקולוגית. תרשים נקודות ציטומטריה של זרימה מייצגת של תאים מוכתמים ביודיד פרופידיום לאחר 6 שעות של טיפול עם 1 מיקרומטר של ארסטין (ERA), 0.3 מיקרומטר של RSL3, או 250 מיקרומטר של פרואמוניום ציטראט (FAC), בנוכחות או לא של 2 מיקרומטר מעכב פרופטוזיס Ferrostatin-1 (Ferro-1). גאטינג מפריד בין אוכלוסיות חיות (Q4) ומתות (Q3) של התאים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: השראת פרופטוזיס בגישה גנטית. נתונים מייצגים של צביעת הידרופראוקסיד שומנים על ידי ציטומטריית זרימה בתאי DAOY WT ו- xCT-/- לאחר 6 שעות בנוכחות או לא של מעכב פרופטוזיס 2 מיקרומטר Ferrostatin-1 (Ferro-1). משמאל ייצוג ההיסטוגרמה של תכולת הידרופרוקסיד השומנים. מימין נמצאות חלקות הנקודות של האירועים המתועדים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| צלחת I | CTL I | CTL II | CTL III |
| 1 מיקרומטר ארסטין I | 1 מיקרומטר ארסטין II | 1 מיקרומטר ארסטין III | |
| צלחת II | 0.3 מיקרומטר RSL3 I | 0.3 מיקרומטר RSL3 II | 0.3 מיקרומטר RSL3 III |
| 250 מיקרומטר FAC I | 250 מיקרומטר FAC II | 250 מיקרומטר FAC III | |
| צלחת III | 2 מיקרומטר Ferro-1 I | 2 מיקרומטר Ferro-1 II | 2 מיקרומטר Ferro-1 III |
| 1 מטר ארסטין + 2 מטר Ferro-1 I | 1 מטר ארסטין + 2 מטר Ferro-1 II | 1 מטר ארסטין + 2 מטר Ferro-1 III | |
| צלחת IV | 0.3 מטר RSL3 + 2 מטר Ferro-1 I | 0.3 מטר RSL3 + 2 מטר Ferro-1 II | 0.3 מטר RSL3 + 2 מטר Ferro-1 III |
| 250 מטר FAC + 2 מטר Ferro-1 I | 250 מטר FAC + 2 מטר Ferro-1 II | 250 מטר FAC + 2 מטר Ferro-1 III |
טבלה 1: פרטי הטיפול של תאי הבקרה והניסוי.
איור משלים 1: מוות של תאים פרופטוטיים של תאי DAOY xCT-/- . (A) ניתוח כתם מערבי של רמת xCT בתאי DAOY WT ו-xCT-/- במדיית DMEM בתוספת או לא עם 2 מיקרומטר של Ferrostatin-1. (B) מיקרוגרפים מייצגים של תאי DAOY xCT-/- בנוכחות (משמאל) ובהיעדר (מימין) של 1mM N-אצטיל-ציסטאין למשך 6 שעות. חיצים לבנים מציינים תאים עגולים, "מבעבעים", המציינים פנוטיפ פרופטוטי הנראה במיקרוסקופ אור. הגדלה: פי 40. פסי קנה מידה: 10 מיקרומטר. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.
אנו מצהירים כי אין ניגוד עניינים במחקר המוצג בזאת.
תכולת הידרופרוקסיד שומנים מייצגת את האינדיקטור הנפוץ ביותר למוות של תאים פרופטוטיים. מאמר זה מדגים את ניתוח ציטומטריית הזרימה שלב אחר שלב של תכולת הידרופראוקסיד שומנים בתאים עם השראת פרופטוזיס.
עבודה זו נתמכה על ידי ממשלת נסיכות מונקו, כמו גם על ידי "Le Groupement des Entreprises Monégasques dans la Lutte contre le cancer" (GEMLUC) וקרן פלביאן, שסיפקה את האמצעים לרכישת BD FACS Melody.
| BODIPY 581/591 C11 | תרמו פישר | D3861 | |
| מונה תאים | בקמן | קולטר Z1 | |
| DMEM בינוני | Gibco | 10569010 | |
| Erastin | Sigma-Aldrich | E7781-5MG | |
| Ferroamminium ציטראט | Acros Organics | 211842500 | |
| Ferrostatin-1 | Sigma-Aldrich | SML0583-25MG | |
| סרום בובין עוברי (FBS) | דומיניק דאצ'ר | 500105N1N | |
| ציטומטר זרימה | BD Biosciences | מנגינה | FACS |
| Gibco StemPro Accutase מגיב דיסוציאציה של תאים | תרמו פישר | 11599686 | |
| N-אצטיל-ציסטאין | סיגמא-אולדריץ' | A7250 | |
| ערכת זיהוי מיקופלזמה PlasmoTest | InvivoGen | rep-PT1 | |
| פרופידיום יודיד | Invitrogen | P3566 | |
| RSL3 | סיגמא-אולדריץ' | SML2234-25MG | |
| טריפסין - EDTA 10X - 100 מ"ל | דומיניק דאצ'ר | X0930-100 |