L'amplificazione del segnale della tiramido durante la colorazione immunofluorescente consente la rilevazione sensibile di RIPK3 e MLKL fosforilati durante la necroptosi indotta da ZBP1 dopo infezione da HSV-1.
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Articolo metodologico
L'amplificazione del segnale della tiramido durante la colorazione immunofluorescente consente la rilevazione sensibile di RIPK3 e MLKL fosforilati durante la necroptosi indotta da ZBP1 dopo infezione da HSV-1.
La proteina chinasi 3 (RIPK3) e la sua linea mista di substrato (MLKL) sono regolatori critici della necroptosi, una forma infiammatoria di morte cellulare con importanti funzioni antivirali. L'autofosforilazione di RIPK3 induce fosforilazione e attivazione della proteina boia che forma i pori della necroptosi MLKL. Il traffico e l'oligomerizzazione di MLKL fosforilato sulla membrana cellulare provocano la lisi cellulare, caratteristica della morte cellulare necroptotica. Il sensore di acido nucleico ZBP1 viene attivato legandosi all'RNA a doppio filamento sinistrorso a forma Z (Z-RNA) dopo l'infezione da virus a RNA e DNA. L'attivazione di ZBP1 limita l'infezione virale inducendo la morte cellulare regolata, compresa la necroptosi, delle cellule ospiti infette. La microscopia a immunofluorescenza consente la visualizzazione di diverse fasi di segnalazione a valle della necroptosi mediata da ZBP1 su base cellulare. Tuttavia, la sensibilità della microscopia a fluorescenza standard, che utilizza gli attuali anticorpi fosfo-specifici disponibili in commercio contro RIPK3 e MLKL umani, preclude l'imaging riproducibile di questi marcatori. Qui, descriviamo una procedura di colorazione ottimizzata per la serina (S) fosforilata RIPK3 (S227) e MLKL (S358) in cellule umane HT-29 infettate da herpes simplex virus 1 (HSV-1). L'inclusione di una fase di amplificazione del segnale di tiramide (TSA) nel protocollo di colorazione immunofluorescente consente la rilevazione specifica di RIPK3 fosforilato S227. Inoltre, TSA aumenta notevolmente la sensibilità del rilevamento di MLKL fosforilato S358. Insieme, questo metodo consente la visualizzazione di questi due eventi di segnalazione critici durante l'induzione della necroptosi indotta da ZBP1.
La proteina chinasi 3 serina/treonina interagente con recettore (RIPK3) e la chinasi mista (MLKL) sono regolatori centrali della morte cellulare necroptotica 1,2. La necroptosi è una forma litica e infiammatoria di morte cellulare regolata coinvolta nell'immunità antivirale e nell'autoinfiammazione. La necroptosi delle cellule infette da virus interrompe immediatamente la replicazione del virus. La lisi cellulare dopo induzione necroptosi rilascia anche modelli molecolari associati al danno, che stimolano l'immunità antivirale 3,4. La necroptosi è iniziata dall'attivazione di RIPK3 a seguito di interazioni mediate dal motivo di interazione omotipica (RHIM) RIP con una delle tre molecole attivanti a monte: RIPK1 (su coinvolgimento del recettore TNF 1 [TNFR1]), interferone-β che induce adattatori del dominio TIR (TRIF; su coinvolgimento dei recettori Toll-like 3 e 4) o la proteina legante il DNA 1 del sensore di acido nucleico antivirale (ZBP1)1,2 . La segnalazione della necroptosi procede attraverso una serie di eventi di fosforilazione a partire dall'autofosforilazione di RIPK3. L'autofosforilazione di RIPK3 umano alla serina (S)227 all'interno del suo dominio chinasico è un prerequisito per la necroptosi consentendo l'interazione con MLKL ed è comunemente usato come marcatore biochimico per l'attivazione di RIPK3 umano e la morte delle cellule necroptotiche 1,5. Una volta attivato, RIPK3 fosforila il ciclo di attivazione di MLKL a livello di treonina (T)357 e S3581. Ciò provoca un cambiamento nella conformazione MLKL, con conseguente esposizione del dominio del fascio a quattro eliche N-terminale. MLKL quindi oligomerizza e traffica verso la membrana cellulare dove forma un poro attraverso l'inserimento dei quattro fasci di eliche esposti nel doppio strato lipidico, portando infine alla morte cellulare 2,6.
ZBP1 è un sensore di acido nucleico antivirale che riconosce gli acidi nucleici sinistrorsi a forma Z, incluso l'RNA a doppio filamento nella conformazione Z (Z-RNA). Il legame Z-RNA avviene tramite due domini Zα posizionati al N-terminale di ZBP1. Si ritiene che lo Z-RNA che si accumula durante l'infezione da virus dell'RNA e del DNA coinvolga direttamente ZBP1 7,8. ZBP1 attivato recluta RIPK3 attraverso i suoi RHIM centrali e induce la morte cellulare regolata, inclusa la necroptosi 9,10. I virus hanno adottato numerosi meccanismi di fuga per contrastare la necroptosi delle cellule ospiti indotta da ZBP111. Ad esempio, la subunità 1 della ribonucleotide reduttasi del virus dell'herpes simplex 1 (HSV-1), nota come ICP6 e codificata da UL39, ospita RHIM al suo N-terminale che interferisce con l'attivazione di RIPK3 mediata da ZBP1 nelle cellule umane12,13,14,15. ZBP1 non solo limita la replicazione virale, ma studi sui topi hanno dimostrato che l'attivazione di ZBP1 causa malattie infiammatorie e stimola l'immunità al cancro 16,17,18,19,20,21. I protocolli che rilevano gli eventi di segnalazione che si verificano durante la necroptosi indotta da ZBP1 nelle cellule umane sono, quindi, preziosi per valutare il ruolo di ZBP1 in questi processi.
L'amplificazione del segnale di tiramido (TSA), nota anche come CARD (Catalyzed Reporter Deposition), è stata sviluppata per migliorare il limite di rilevazione e il rapporto segnale-rumore nei saggi immunologici basati su anticorpi. Durante la TSA, qualsiasi anticorpo primario può essere utilizzato per rilevare l'antigene di interesse. La perossidasi del rafano (HRP), accoppiata ad un anticorpo secondario, catalizza l'accumulo locale di radicali tiramidici biotinilati in presenza di perossido di idrogeno. Questi radicali biotina-tiramide attivati reagiscono quindi con residui di tirosina prossimale per formare legami covalenti. I potenziali substrati di tiramide-biotina includono l'antigene stesso, gli anticorpi primari e secondari e le proteine vicine. Pertanto, mentre la TSA migliora significativamente la sensibilità del test, parte della sua risoluzione spaziale viene persa. In una fase finale, le molecole di biotina vengono rilevate utilizzando streptavidina marcata con fluorescenza. La reazione HRP deposita molte molecole di tiramide-biotina sopra o vicino all'antigene di interesse. Ciò aumenta notevolmente il numero di siti di legame streptavidina-fluorocromo, amplificando così notevolmente la sensibilità del saggio (Figura 1). In alternativa, la tiramide può essere accoppiata direttamente a un fluorocromo, eliminando la necessità di fluorofori accoppiati a streptavidina. L'immunoistochimica delle proteine e l'ibridazione DNA/RNA in situ sono stati tra i primi metodi con cui la TSA è stata impiegata per migliorare l'intensità del segnale22,23. Più recentemente, la TSA è stata combinata con citometria a flusso intracellulare24 e spettrometria di massa25.
Qui, presentiamo un protocollo per rilevare la serina 227 fosforilata umana RIPK3 (p-RIPK3 [S227]) e la MLKL umana fosforilata (p-MLKL [S358]) dopo l'attivazione di ZBP1 da infezione da HSV-1 utilizzando la microscopia a immunofluorescenza. Utilizziamo una linea cellulare di adenocarcinoma colorettale umano HT-29 sensibile alla necroptosi che è stata trasdotta per esprimere stabilmente ZBP1 umano. Queste cellule sono state infettate con un ceppo HSV-1 che esprime una proteina ICP6 mutante (HSV-1 ICP6mutRHIM) in cui quattro aminoacidi core all'interno del RHIM virale (VQCG) sono stati sostituiti da alanine (AAAA), rendendo così l'ICP6 incapace di bloccare la necroptosi 13,14,15 mediata da ZBP1. Per superare il problema del basso rapporto segnale-rumore degli anticorpi attualmente disponibili in commercio diretti contro p-RIPK3 e p-MLKL nell'immunocolorazione26, eseguiamo una fase di amplificazione del segnale del tiramide (TSA) (Figura 1), che si traduce nella robusta rilevazione di p-RIPK3 umano (S227) e migliora la sensibilità di rilevamento del p-MLKL umano (S358) di un ordine di grandezza.
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1. Preparazione di tiramide biotinilata
2. Mantenimento delle cellule HT-29 in coltura
NOTA: Gli HT-29 che esprimono ZBP1 sono stati generati per trasduzione con un lentivettore27 che codifica ZBP1 umano.
3. Avvio dell'esperimento, semina e stimolazione delle cellule
4. Fissaggio delle celle
5. Permeabilizzazione e colorazione primaria
6. Amplificazione del segnale della tiramido (TSA)
7. Fluorofori
NOTA: Poiché il segnale dell'anticorpo primario viene convertito in un gruppo biotina, p-MLKL (S358) e p-RIPK3 (S227) vengono visualizzati utilizzando streptavidina accoppiata a un fluoroforo (fluoroforo 568, diluizione: 1:500). Inoltre, i nuclei sono colorati con DAPI (5 μg/mL). Se una proteina virale è inclusa nel protocollo di colorazione, includere un anticorpo secondario adatto marcato con fluorescenza contro la specie ospite dell'anticorpo primario. Nei risultati rappresentativi, è stato utilizzato un mouse anti-ICP0. Come anticorpo secondario è stato incluso un antitopo di capra accoppiato al fluoroforo 633 (diluizione: 1:1.000).
8. Imaging con un microscopio confocale
| Pista | Laser | Divisore di fascio | Filtro |
| pRIPK3 (S227) /pMLKL (S358) | 561 | MBS -405 + | BP 570-620 + LP645 |
| MBS 488/561/633 + SBS SP615 | |||
| Gene virale: ICP0 | 633 | MBS -405 + | BP 420-480 + LP605 |
| MBS 488/561/633 + SBS LP570 | |||
| Nucleo: DAPI | 405 | MBS -405 + | BP 420-480 + BP 495-550 |
| MBS 488/561/633 |
Tabella 1: Tracce di imaging per la visualizzazione cellulare.
9. Analisi e quantificazione dei dati
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La rilevazione immunofluorescente della fosforilazione di MLKL e in particolare della fosforilazione di RIPK3 nelle cellule umane è tecnicamente impegnativa26. Presentiamo qui un protocollo di colorazione migliorato per p-RIPK3 (S227) e p-MLKL (S358) umani dopo l'attivazione di ZBP1. Il protocollo include una fase TSA per migliorare il limite di rilevamento e la sensibilità dei segnali fluorescenti. Per convalidare il metodo, è stato eseguito un confronto fianco a fianco dell'immunofluorescenza me...
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Questo protocollo di colorazione immunofluorescente descrive l'uso dell'amplificazione del segnale della tiramido (TSA) per aumentare la sensibilità agli eventi di segnalazione della via di segnalazione necroptotica umana che sono difficili da rilevare, compresa la fosforilazione di RIPK3 e MLKL26. L'inclusione di un gradino TSA migliora significativamente la soglia di rilevamento di p-RIPK3 (S227) e p-MLKL (S358) e aumenta la sensibilità dello sforzo p-MLKL (S358). TSA ha rivelato un segnale p-RI...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Vorremmo ringraziare il VIB Bioimaging Core per la formazione, il supporto e l'accesso al parco strumenti. J.N. è supportato da una borsa di dottorato della Research Foundation Flanders (FWO). La ricerca nel gruppo J.M. è stata sostenuta da un Odysseus II Grant (G0H8618N), EOS INFLADIS (40007512), un junior research grant (G031022N) dalla Research Foundation Flanders (FWO), un CRIG young investigator proof-of-concept grant e dall'Università di Gand. La ricerca nel gruppo P.V. è stata sostenuta da EOS MODEL-IDI (30826052), EOS INFLADIS (40007512), FWO senior research grants (G.0C76.18N, G.0B71.18N, G.0B96.20N, G.0A9322N), Methusalem (BOF16/MET_V/007), iBOF20/IBF/039 ATLANTIS, Foundation against Cancer (F/2016/865, F/2020/1505), CRIG e GIGG consortia e VIB.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Antibodies | |||
| Anti-coniglio HRP | Agilent Technologies Belgio | K4002 | Envision+ System-HRP Marcato Polimero anti-coniglio |
| Capra anti-topo DyLight 633 | Thermofisher | 35513 | Anticorpo secondario |
| HSV-1 ICP0 Santa | Cruz | sc-53070 | Anticorpo |
| anti-ICP0 (HSV-1) di topoSiero di topo IAV-PR8 | Produzione interna | xx | Anticorpo policlonale anti-IAV-PR8 di topo |
| pMLKL | Abcam | ab187091 | Anticorpo anti-fosfo S358 di coniglio |
| pRIPK3 | Abcam | ab209384 | Anticorpo anti-RIPK3-fosfo S227 di coniglio |
| Fluorofori | |||
| DAPI | Thermofisher | D21490 | Per visualizzare il nucleo delle cellule |
| Streptavidina accoppiata ad Alexa Fluor 568 | Thermofisher | S11226 | Per visulalizzare molecole di biotina |
| Composti | |||
| 30% H2O2 | Sigma | H1009 | Substrato ossidante, necessario per l'attività HRP |
| 4% PFA | SANBIO | AR1068 | Per fissare/reticolare le cellule |
| Biotinil-tiramide | R& D Systems | 6241 | Per amplificare il segnale, substrato HRP |
| BV-6 | Selleckchem | S7597 | BV6 IAP Inhibitor |
| Per la coltura cellulare: per staccare le cellule | |||
| 8,0 g/L di NaCl | |||
| 0,4 g/L di sale disodico di EDTA | |||
| EDTA 0,04% | Formulazione | 1,1 g/L Na2HPO4 | |
| 0,2 g/L di NaH2PO4 | |||
| 0,2 g/L KCl | |||
| 0,2 g/L di glucosio | |||
| Siero fetale bovino | TICO | FBS EU XXX | Per colture cellulari, mantenimento di colture cellulari; numero di lotto: 90439 |
| GSK'840 | Aobious | AOB0917 | RIPK3 inibitore della chinasi |
| L-Glutammina | Sigma-Aldrich | G7513 | Per colture cellulari, mantenimento di colture cellulari |
| MAXblock | Active Motif | 15252 | Soluzione bloccante |
| PBS | Gibco | ||
| Piruvato di sodio | Sigma-Aldrich | S8636 | Per colture cellulari, mantenimento di colture cellulari |
| TNF-&alfa; | Produzione | interna-Molecola di segnalazione, in grado di innescare la morte cellulare in combinazione con BV6 e zVAD | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787-50ML | Per permeabilizzare le cellule |
| Blu di tripano | Merck | 11732 | Per la conta cellulare, utilizzato come marcatore vivo/morto allo 0,1% |
| Tripsina | Sigma-Aldrich | T4424 | Per la coltura cellulare: per staccare le cellule |
| zVAD | Bachem | BACE4026865.0005 | Z-Val-Ala-DL-Asp-fluoromethylketone |
| Material | |||
| µ-Slide 8 well high glass bottom | iBidi | 80807 | Per coltivare le cellule |
| Cotton Preping Balls-size medium | Microscopia elettronica | Scienze 71001-10 | Per pulire gli obiettivi |
| Immersol 518 F / 30 ° C | ZEISS | 444970-9000-000 | Per visualizzare il campione ad alti ingrandimenti |
| Detergente per lenti | ZEISS | 000000-0105-200 | Per pulire gli obiettivi |
| LSM880 Microscopio | Per visualizzare il campione | ||
| Software | |||
| Excel | Office | xx | Per elaborare i dati |
| Prism 9 | Graphpad | xx | Per analizzare i dati, i test statistici e la generazione di grafici |
| Volocity 6.3 | Volocity | xx | Per eseguire quantificazioni |
| Zen black | ZEISS | xx | Per acquisire ed elaborare immagini |
| Zen blue | ZEISS | xx | Per visualizzare immagini |
| Viruses | |||
| HSV-1 (mutRHIM) ceppo F | prodotto dal Dr. Jiahuai Han | nella replica domestica | HSV-1 come innesco per la necroptosi; Il dominio centrale RHIM di UL39/ICP6 è mutato (VQCG>AAAA) |
| HSV-1 (WT) ceppo F | Prodotto dal Dr. Jiahuai Han | nella replicazione domestica | HSV-1 (WT) come controllo negativo per l'induzione della necroptosi (inibizione di ICP6) |
| IAV PR8 | nel repertorio domestico | nella replicazione | domestica IAV come innesco per la necroptosi |
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