Il protocollo presenta il flusso di lavoro di imaging e computazionale per estrarre e validare la cromatina basata sull'imaging e l'età epigenetica (ImAge).
Articolo metodologico
* These authors contributed equally
Il protocollo presenta il flusso di lavoro di imaging e computazionale per estrarre e validare la cromatina basata sull'imaging e l'età epigenetica (ImAge).
Per promuovere una cura sanitaria personalizzata e valutare potenziali strategie di ringiovanimento, sono fondamentali biomarcatori che riflettono l'età biologica. Abbiamo introdotto la cromatina e l'età epigenetica basate sull'imaging (ImAge), un biomarcatore basato sull'imaging derivato dall'organizzazione spaziale della cromatina e dei segni epigenetici all'interno di nuclei singoli, catturando i cambiamenti intrinseci legati all'età. ImAge cattura e quantifica efficacemente gli effetti degli interventi che modulano l'età biologica, mostrando sensibilità attraverso diminuzioni significative dopo strategie di ringiovanimento (come la restrizione calorica e la riprogrammazione parziale tramite espressione transitoria di Oct4, Sox2, Klf4 e Myc (OSKM)) e aumenti dopo trattamenti come la chemioterapia. Inoltre, una minore ImAge è correlata a un'attività locomotoria più elevata, suggerendo che cattura miglioramenti funzionali insieme all'inversione biologica dell'età, offrendo uno strumento promettente per una singola cellula per valutare gli interventi di longevità. Poiché ImAge è un metodo integrativo che richiede imaging di buona qualità e un'analisi computazionale meticolosa, miriamo a fornire una guida approfondita per estrarlo e validarlo. Questo protocollo completo dettaglierà il flusso di lavoro sia per le procedure di laboratorio umido (preparazione e imaging) sia per il corretto utilizzo della nostra pipeline computazionale open-source (configurazione dell'ambiente e elaborazione dei dati di imaging) per estrarre e validare ImAge.
L'aumento della durata media della vita e l'invecchiamento della popolazione globale sottolineano la necessità critica di biomarcatori efficaci di età funzionale o biologica 1,2,3. Questi biomarcatori sono essenziali per prevedere con precisione il rischio e la durata della malattia, il che può migliorare significativamente l'assistenza geriatrica e ridurre i costi associati. Sebbene gli orologi di metilazione del DNA (DNAm) abbiano fatto notevoli progressi nella quantificazione dell'invecchiamento biologico 4,5,6, spesso si basano su una regressione lineare e richiedono ampie coorti, potendo trascurare componenti biologici sfumati e dipendenti dal contesto specifici degliindividui 7,8. Inoltre, queste tecniche basate sul sequenziamento richiedono la lisi cellulare, la preparazione complessa del campione e reagenti costosi per ogni cellula, rendendole più costose e impegnative per studi ad alta produzione, su larga scala o longitudinali in cui la distruzione del campione è unosvantaggio 9.
Per superare queste limitazioni, abbiamo sviluppato cromatina e età epigenetica basate sull'imaging (ImAge), una tecnica innovativa progettata per quantificare l'invecchiamento e il ringiovanimento a risoluzione monocellulare. Questa tecnica è stata applicata e validata nel sangue periferico del topo e in vari organi solidi come descritto da Alvarez-Kuglen et al.1. Questa pubblicazione descrive in dettaglio i protocolli ottimizzati in modo che possano essere adattati e adottati da altri ricercatori per varie applicazioni.
Questo approccio differisce fondamentalmente dagli orologi tradizionali del DNAm catturando traiettorie intrinseche legate all'età basandosi sull'organizzazione spaziale della cromatina e dei segni epigenetici all'interno di singolinuclei 1. I metodi basati sull'imaging offrono vantaggi distinti: sono intrinsecamente non distruttivi, il che significa che le celle non vengono distrutte durante la lavorazione, a differenza dei metodi basati sul sequenziamento. Questa natura non distruttiva permette in modo cruciale la conservazione della struttura spaziale della cromatina e dei segni epigenetici a livello di singola cellula, mantenendo il contesto spaziale delle cellule all'interno dei tessuti — una prospettiva spesso perduta nei flussi di lavoro convenzionali di sequenziamento. Inoltre, le tecniche di imaging sono generalmente più convenienti per studi su larga scala o longitudinali, poiché non richiedono reagenti costosi o preparazione complessa di librerie per cellula, rendendole adatte a osservazioni ripetute neltempo 10,11.
Un vantaggio chiave di ImAge è la sua capacità di rivelare traiettorie legate all'età come caratteristiche principali intrinseche dei dati stessi, senza richiedere una regressione sull'età cronologica. ImAge ha dimostrato una forte correlazione con l'età cronologica nel topo, nelle cellule mononucleari del sangue periferico e in vari organisolidi. Fondamentale, ImAge cattura efficacemente le perturbazioni attese dell'età biologica, mostrando un aumento dopo il trattamento chemioterapico e una diminuzione della restrizione calorica e della parziale riprogrammazione tramite espressione transitoria di OSKM nel fegato e nel muscolo scheletrico. Inoltre, è stato osservato che i lettori ImAge sono correlati inversamente con l'attività locomotoria in topi cronologicamente identici, indicando la loro utilità nella misurazione di aspetti dell'età biologica e funzionale.
L'implementazione della metodologia ImAge richiede competenze sia nelle procedure sperimentali di laboratorioumido 12 sia nelle analisi computazionali1 (Figura 1); Pertanto, questo articolo fornisce protocolli completi, passo dopo passo, per entrambi gli aspetti. Questo protocollo ottimizzato mira a facilitare l'adozione diffusa di ImAge, permettendo ai ricercatori di indagare i cambiamenti associati all'età nell'organizzazione della cromatina e dell'epigenetica a risoluzione cellulare singola su vari tipi cellulari e tessuti. In questo protocollo, H3K27ac e H3K27me3, due marcatori che forniscono contrasto e risoluzione sufficienti per determinare ImAge, sono stati selezionati come segni rappresentativi. I ricercatori possono replicare questo protocollo per quantificare l'invecchiamento biologico, valutare l'impatto degli interventi di longevità ed esplorare l'eterogeneità intrinseca nei processi di invecchiamento e rigenerazione a livello individuale dell'organismo.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Tutti gli esperimenti sugli animali sono condotti secondo linee guida e protocolli approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) del Scripps Research Institute (Protocollo 09-0004-6). I dati presentati in questo manoscritto sono stati ottenuti utilizzando maschi i4F, con età compresa tra 2 e 14 mesi. Gli organi di interesse (fegato e muscolo scheletrico) sono stati prelevati da topi i4F di 13,8 mesi e da topi di controllo di cucciolate, trattati per 1 settimana con una bassa dose di doxiciclina (0,2 mg/ml)14. I nuclei sono stati isolati da campioni di giovani (3,2 mesi), di età (13,8 mesi) e anziani trattati con doxiciclina per sovraesprimere fattori OSKM (OSKM anziani).
1. Imaging dei campioni
2. Analisi computazionale dei dati di imaging
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Le immagini rappresentative dovrebbero essere ben popolate per ottenere singole cellule, ma i singoli nuclei non dovrebbero toccarsi, poiché ciò degraderebbe la qualità della segmentazione dei nuclei cellulari. La Figura 3 mostra l'imaging rappresentativo per ottenere risultati robusti dell'analisi computazionale.
I risultati delineati nel manoscritto di questo metodo sono adattati dal manoscritto ImAge di Alvarez-Kuglen et
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Preparazione del campione
Per la preparazione del campione, preleva prontamente i tessuti di interesse e congelali immediatamente in azoto liquido. Quando si macina il tessuto con un mortaio e un pestello, si può utilizzare una copertura in silicone per evitare la perdita del campione. Aggiungi più azoto liquido se il tessuto è difficile da polverizzare. Per tessuti più fragili, i campioni possono anche essere processati freschi (anziché congelati) per ridurre le inte...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Gli autori dichiarano di non esserci conflitti di interesse.
Ringraziamo tutti i membri attuali ed ex del laboratorio Terskikh per il loro aiuto nell'istituzione dei protocolli e del framework computazionale. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dei National Institutes of Health R21 AG068913, R21 AG075483, R21 AG083782 e dal Future Health Research and Innovation Fund del Dipartimento della Salute dell'Australia Occidentale, BU/PG: 01760/47004300 ad A.V.T.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Albumina Sirica Bovina | Sigma-Aldrich | A9647 | |
| Anti-IgG Anti-Topo Donkey (H+L) Anticorpo Secondario Altamente Adsorbito Incrociatato, Alexa 488 | Invitrogen | A-21202 | |
| Anti-Coniglio IgG (H+L) Anticorpo Secondario Altamente Adsorbito Incrociato Donkey, Alexa 555 | Invitrogen | A-31572 | |
| Glicina | Bio-Rad | 161-0718 | |
| Anticorpi Histone H3K27ac (mAb) | Motivo attivo | 39685 | |
| Anticorpi Histone H3K27me3 (pAb) | Motivo attivo | 39155 | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H3570 | |
| Nuclei Isolation Kit: Nuclei EZ Prep | Sigma-Aldrich | NUC101 | |
| Operetta CLS High Content Imager | Revvity | https://www.revvity.com/au-en/product/operetta-cls-system-hh16000020 | |
| Paraformaldeide 16% Soluzione Acquosa di Grado EM | Scienze della microscopia elettronica | 15710-S | |
| PBS | Thermo Fisher | AM9624 | |
| Micropiastra a 384 pozzi PhenoPlate | Revvity | 6057302 | |
| Triton-X | Sigma | T8787 | |
| Soluzione Trippan Blue, 0,4% | Gibco & nbsp; | 15250061 |
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi permesso