Method Article

Profilatura cellulare Redox usando la microscopia ad alto contenuto

DOI:

10.3791/55449

May 14th, 2017

In This Article

Summary

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Questo documento presenta un flusso di lavoro di microscopia ad alto contenuto per la quantificazione simultanea dei livelli ROS intracellulari, nonché il potenziale e la morfologia della membrana mitocondriale - definiti congiuntamente come morfofunzione mitocondriale - nelle cellule adesive viventi utilizzando le molecole reporter fluorescenti per cellule permeanti 5- 6) clorometil-2 ', 7'-diclorodidro-fluoresceina diacetato, acetil estere (CM-H 2 DCFDA) e tetrametilrodamina metilestere (TMRM).

Abstract

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Le specie reattive di ossigeno (ROS) regolano i processi cellulari essenziali, inclusi l'espressione genica, la migrazione, la differenziazione e la proliferazione. Tuttavia, livelli eccessivi di ROS inducono uno stato di stress ossidativo, accompagnato da danni ossidativi irreversibili al DNA, ai lipidi e alle proteine. Quindi, la quantificazione di ROS fornisce un proxy diretto per la condizione di salute cellulare. Poiché i mitocondri sono tra le principali fonti cellulari e gli obiettivi della ROS, l'analisi congiunta della funzione mitocondriale e della produzione ROS nelle stesse cellule è fondamentale per una migliore comprensione dell'interconnessione in condizioni fisiopatologiche. Pertanto, è stata sviluppata una strategia basata su microscopia ad alto contenuto per la quantificazione simultanea dei livelli ROS intracellulari, del potenziale della membrana mitocondriale (ΔΨ m ) e della morfologia mitocondriale. Si basa su microscopia automatizzata a fluorescenza a larga scala e analisi delle immagini di cellule adesive viventi, coltivate in piastre a più pozzetti e staineD con le cellule-permeabili fluorescenti reporter molecole CM-H 2 DCFDA (ROS) e TMRM (ΔΨ m e morfologia mitocondriale). In contrasto con la fluorimetria o la cytometria a flusso, questa strategia consente di quantificare i parametri subcellulari a livello della singola cellula con elevata risoluzione spaziale, sia prima che dopo la stimolazione sperimentale. Importante, la natura basata sull'immagine del metodo consente di estrarre parametri morfologici oltre alle intensità del segnale. Il set di funzioni combinato viene utilizzato per l'analisi dei dati multivariata esplorativa e statistica per rilevare le differenze tra sottopopolazioni, tipi di cellule e / o trattamenti. Qui viene fornita una descrizione dettagliata del dosaggio, insieme ad un esperimento di esempio che dimostra il suo potenziale per una discriminazione inequivocabile tra stati cellulari dopo la perturbazione chimica.

Introduction

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La concentrazione di ROS intracellulare è regolata minuziosamente attraverso una interazione dinamica tra i sistemi ROS e ROS. Lo squilibrio tra i due provoca uno stato di stress ossidativo. Tra le principali fonti di ROS sono i mitocondri 1 . Considerato il loro ruolo nella respirazione cellulare, sono responsabili della maggior parte delle molecole di superossido intracellulare (O 2 - - ) 2 . Ciò è dovuto principalmente alla perdita di elettroni a O 2 al complesso 1 della catena di trasporto di elettroni in condizioni di forte potenziale di membrana mitocondriale negativo (Δψ

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Protocol

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Il protocollo sottostante è descritto come eseguito per le cellule NHDF e con l'uso delle piastre multivibranti specificate nel file dei materiali. Vedere la Figura 1 per una panoramica generale del flusso di lavoro.

1. Preparazione dei reagenti

  1. Preparare il mezzo completo integrando Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) con 10% v / v Fetal Bovine Serum (FBS) e 100 IU / mL penicillina e 100 UI / mL streptomicina (PS). Per 500 ml di media completa, aggiungere 50 ml di FBS e 5 ml di PS a 445 ml di DMEM.
  2. Preparare il buffer di imaging HBSS-HEPES (HH) completando la soluzione salina....

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Results

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Il dosaggio è stato valutato utilizzando diversi esperimenti di controllo, i cui risultati sono descritti in Sieprath et al. 1 . In breve, la risposta di fluorescenza di CM-H 2 DCFDA e TMRM a variazioni indotte in modo estraneo nei ROS intracellulari e in ψ m, è stata quantificata per determinare la gamma dinamica. Per CM-H 2 DCFDA, NHDF ha mostrato un aumento lineare nel segnale di fluorescenza quando trattato con concent.......

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Discussion

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Questo documento descrive un metodo di microscopia ad alto contenuto per la quantificazione simultanea dei livelli ROS intracellulari e morfofunzione mitocondriale in NHDF. La sua performance è stata dimostrata con un caso di studio sul NHDF trattato con SQV. I risultati supportano evidenze precedenti dalla letteratura in cui sono stati osservati livelli aumentati di ROS o disfunzione mitocondriale dopo il trattamento con inibitori della proteasi HIV di tipo 1, anche se in esperimenti separati 19.......

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Disclosures

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Gli autori affermano che non esistono interessi finanziari concorrenti o altri conflitti di interesse. L'autore corrispondente assicura anche che tutti gli autori siano stati invitati a rivelare qualsiasi conflitto d'interesse.

Acknowledgements

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Questa ricerca è stata supportata dall'Università di Anversa (TTBOF/29267, TTBOF/30112), dal Fondo Speciale per la Ricerca dell'Università di Gand (progetto BOF/11267/09), da NB-Photonics (Codice progetto 01-MR0110) e dall'iniziativa CSBR (Centers for Systems Biology Research) dell'Organizzazione Olandese per la Ricerca Scientifica (NWO; No: CSBR09/013V). Parti di questo manoscritto sono state adattate da un'altra pubblicazione1, con il permesso di Springer. Gli autori ringraziano Geert Meesen per il suo aiuto con il microscopio a campo largo.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Reagenti
Tetrametilrodamina, estere metilico, perclorato (TMRM)ThermoFisher ScientificT668
CM-H2DCFDA (Indicatore generale di stress ossidativo)ThermoFisher ScientificC6827
Dimetil solfossidoSigma)AldrichD8418
MatriPlate 96-Well Fondo in vetro Piastra MicroWell 630 &; L-Nero 0,17 mm Vetro basso con coperchioSistemi per scienze della vita BrooksMGB096-1-2-LG-L
HBSS senza fenolo rosso 500 mLLonzaBE10-527F
DMEM alto glucosio con L-glutamminaLonzaBE12-604F
Fosfato Bufered Saline (PBS) senza Ca e MgLonzaBE17-516F
HEPES 1 M 500 mLLonza17-737F
Soluzione di tripsina-versene (EDTA)LonzaBE17-161E
Cy3 AffiniPure F(ab')2 Frammento Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)Jackson711-166-152Anticorpo utilizzato per l'acquisizione di immagini a campo piatto
Alexa Fluor 488 AffiniPure F(ab')2 Frammento Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)Jackson711-546-152Anticorpo utilizzato per l'acquisizione di immagini a campo piatto
NameAziendaNumero di catalogoComments
Equipment
Nikon Ti eclipse widefield microscopeNikon
basato su hardware sistema di messa a fuoco automatica
CFI Plan Apo Lambda 20X obiettivoNikon
NameAziendaNumero di catalogoComments
Software
NIS Elelements Advanced Research 4.5 con modulo JOBSNikonQuesto software viene utilizzato per guidare il microscopio e programmare/eseguire il protocollo di acquisizione automatica delle immagini
ImageJ (FIJI) Versione 2.0.0-rc-43/1.50g
RStudio Versione 1.0.44Rstudio
R versione 3.3.2
Perfect Focus System (PFS)Nikon

References

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  1. Sieprath, T., Corne, T. D. J., Willems, P. H. G. M., Koopman, W. J. H., De Vos, W. H. Integrated High-Content Quantification of Intracellular ROS Levels and Mitochondrial Morphofunction. AAEC. 219, 149-177 (2016).
  2. Marchi, S., et al. Mitochondr....

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High content MicroscopyReactive Oxygen SpeciesMitochondrial Membrane PotentialMitochondrial MorphologyCellular Redox ProfilingFluorescence MicroscopyImage AnalysisCM H2DCFDA StainingTMRM StainingPrincipal Component Analysis

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