神経細胞型の表面抗原および/または細胞内抗原のフローサイトメトリー分析のためのプロトコルの詳細な説明を提供します。実験計画の重要な側面、段階的な方法論的手順、およびフローサイトメトリーの基本原理が説明され、神経生物学者がこの強力な技術を活用できるようになります。
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神経細胞型の表面抗原および/または細胞内抗原のフローサイトメトリー分析のためのプロトコルの詳細な説明を提供します。実験計画の重要な側面、段階的な方法論的手順、およびフローサイトメトリーの基本原理が説明され、神経生物学者がこの強力な技術を活用できるようになります。
フローサイトメトリーは、免疫学、血液学、腫瘍学における細胞集団を定義するために広く使用されてきました。ここでは、神経細胞型における分化(CD)表面抗原および細胞内抗原のクラスターのフローサイトメトリー解析のためのプロトコルについて詳しく説明します。方法論的手順の段階的な説明には、神経in vitro培養物の回収、オプションのカルボキシフルオレセインスクシンイミジルエステル(CFSE)標識ステップ、その後の標識CD抗体(CD24、CD54など)による表面抗原染色、その後の一次/二次抗体または蛍光標識Fabフラグメントによる細胞内抗原検出(ゼノン標識)が含まれます。このビデオでは、最も重要な手順を示しています。さらに、実験計画の原則、重要なコントロールの包含、およびフローサイトメトリー解析の基本(ターゲット集団の特定とデブリの排除、ゲーティング戦略、スペクトルオーバーラップの補正)について簡単に説明し、フローサイトメトリーの予備知識が限られている神経生物学者がその有用性を評価し、この強力な方法論をより有効に活用できるようにします。
フローサイトメトリーを広範囲に固有の散乱特性、細胞表面抗原の発現、および他の蛍光パラメーター1-3を介して細胞集団を定義するために、免疫学、血液学および腫瘍学に おいて利用されてきた。血液系統の開発および疾患に私達の洞察は、その初期の実装4,5の後にこの方法論の連続洗練の有意な程度の結果である。フローサイトメトリーの定量的および全体的な分析的な潜在意識の高まりは、最近、幹細胞研究におけるそのより広範な使用を奨励している短い時間枠6と同様に深い進歩を可能にすることができる。しかし、特に神経集団を分析し、単離するためのフローサイトメトリーの適用は、長い挑戦として認識されている。当然、懸濁液中に存在する造血細胞とは対照的に、神経細胞型は、典型的には、グリアおよび様々Oを含んでいてもよい過度に複雑なソースから収穫するTHER周囲の細胞ならびにプロセス有利子ニューロンの複雑なネットワーク。したがって、神経生物学、毎日研究ルーチンでの完全な電位にフローサイトメトリーの多様性を実現するために至っていない。しかし、神経生物学における分析レパートリーの貴重な要素とみなすことができる限り、生存単一細胞懸濁液を生成することができる(およびプロトコルは、その目的の7のために考案し、最適化されている)として、フローサイトメトリーおよび蛍光活性化細胞選別(FACS) 8-11。

。流体工学、光学、エレクトロニクス: フローサイトメトリー分析フローサイトメーターの構成要素の、図1の原理フローサイトメーターは、3つの主要な系を含む。 (一次組織から、またはインビトロ培養中で調製)懸濁液中の細胞の層流をシースfluiによって達成される流体力学経由dは、その中心コアにサンプルを限定フォーカシング。光学部品は、適切な検出器に信号を導く細胞および光学フィルタのストリームを照らすレーザーで構成されている。検出された光信号は、電気信号に変換し、その後、コンピュータで処理し、データ分析とゲーティングのためのモニター上で可視化されている。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
サイトメーターのビルディングブロックを含む根本的なファンダメンタルズの少なくとも基本的な理解から、フローサイトメトリー法利益のユーザーは、(レビューのために12,13を参照してください。また、 図1を参照)。レーザビームは、次に、「単一のファイル」次々レーザビームを通過懸濁液中の細胞を含み、流体力学的に集束流体の流れと交差する。 interceptiこの呼掛け点からの光の散乱レーザ結果と細胞(またはそのことについては、他の粒子)の上。散乱光は、レーザー方向(粒の大きさに関連付けられた前方散乱)、ならびにその方向に垂直な(;粒子/細胞のgranulosityを反映する側方散乱)を連続して検出することができる。これらの前述の散乱特性は、(またまたは細胞破片、空気の泡、 など )、非標識試料は、一般的に最初のゲーティングのために使用される側方散乱プロット変量前方散乱の信号(イベント)が生成されますなぜ特異的標識を必要としない。適切なレーザ及び対応する励起および発光スペクトルのために特定のフィルタを使用することにより、細胞は、その陽性、強度のレベル、または蛍光マーカーの非存在について分析することができる。フローサイトメトリー用途の大部分は、細胞表面抗原を介して特性評価に焦点を当てている。造血lineagとは異なり、eは、神経系統は、表面エピトープの発現パターン5によれば以下広く定義されて残っている。表面抗原を利用することの利点の一つは、生きている細胞は、FACSなどのパラダイムを選別細胞を施すことができることである。これとは対照的に、細胞内抗原の染色は、生細胞を必要とする下流の適用を排除する、エピトープ - 抗体相互作用を媒介するために固定および透過手順が必要です。注目すべきは、このようなアプローチは、まだ数多くの定量的アッセイ14だけでなく、RNAとタンパク質発現の15のための下流の分析を可能にします。血液学、免疫学および腫瘍学は、多くの場合、特定の部分集団16を定義するために連携してダース以上のマーカーを使用してきた。さらに、質量フローサイトメトリーまたはCyTOFは現在30のパラメータを同時に17,18まで分析することができる。
神経幹細胞の用途、ならびに初代培養物における細胞の不均一性のために14,19,20体外は一般的な現象で21-23です。興味のある標的集団を代表していない細胞は、実験的な読み出し24,25のための潜在的交絡因子を具現化。好都合には、不均一な細胞懸濁液中に存在する異なる細胞のサブセットは、これらの様々な集団を定義するために利用することができる抗原の発現プロファイル、(既知の、またはまだ解読する)別個に耐える。したがって、細胞の不均一性を解決する際に重要な役割を果たし、それによって、(in vitroアッセイ 、細胞療法における )生物医学的適用を容易にし、最も関連性のサブセット24,26に着目して定量的な読み出しを最適化することができるフローサイトメトリー。種々の表面抗原の組み合わせは、特定の神経細胞型の定量および単離を可能にするために、過去数年にわたって確認されている。これは、神経幹細胞27、NSCの単離のためのCD15 / CD24 / CD29表面抗原の組み合わせの濃縮にCD133を含み、差異他の署名29,30の中で、神経およびグリアサブセット25を分離するためのテッドニューロンと神経堤細胞28またはCD15 / CD24 / CD44 / CD184 / CD271。ニューロンを超えて、グリアマーカーは、A2B5 31、CD44 25、NG2 32とGLAST 33が含まれています。最近の出版物は、パーキンソン細胞移植におけるドーパミン作動性前駆体を濃縮するために、中脳底板前駆体マーカーコリン34,35を36パラダイムに利用している。 CD分子は、マーカーが、細胞-細胞相互作用および細胞外マトリックス分子および成長因子37からの合図に応答する細胞の能力の機能的に関連するメディエーターだけではない。さらに、神経系統の発達を特徴づけるために、コンビナトリアルCD抗原の武器を強化する一つの戦略は、目的の特定の細胞型のためのCD抗原の組み合わせをスクリーニングし、定義することが知られている細胞内マーカーを使用することである。我々は最近、このようなアプローチを悪用し、CD4を特定した9F - / CD200神経に分化誘導された多能性幹細胞培養系38からのニューロンのサブセットを豊かにするための新しいアプローチとして高い組合せ発現パターン。ここでは、表面染色および細胞内染色は、フローサイトメトリーにより神経細胞の亜集団を定義するために同時に使用することができる後者のプロトコル(およびその任意の変形)を議論する。

実験プロトコルオプションの図2のフロー図は図は、プロトコルに関与する主要な工程の概略図を示している。任意の工程(CFSE色素または細胞内抗原の標識は)ライトグレーのボックスで示されます。収穫後、細胞表面染色の前に、神経細胞懸濁液の生存度および細胞数を評価することが不可欠である。陽性と同様にネガティブコントロールは、対象のサンプルに加えて、含まれる必要がある。サンプルは、フローサイトメトリー分析によって分析および/ または細胞ソーティングパラダイムで使用することができる。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
我々は以前に細胞内染色38二次抗体と組み合わせて一次抗体を使用しているが、我々は今、それによって細胞操作39のステップを減らす、わずかな変化などの蛍光Fab断片(Zenon標識)を介して一次抗体の非共有結合標識を導入する。また、プロトコルの汎用性のさらなる例としては、抗原染色表面の前スクシンイミジルエステル(CFSE)のカルボキシフルオレセインずつの実験のサブセットの任意の標識を使用する。このようなCFSEプレ標識は(2つの細胞株または実験条件の即時の直接比較を可能にする対 CFSE標識。分散またはインキュベーション時間の微妙な違いを削減し、抗体を保存する、単一のサンプルチューブ内で)標識されていない。 CFSEは、一般的に増殖41,42及びバーコード実験43,44において、細胞追跡40のために使用される確立された蛍光色素である。最後に、ここで説明収穫とラベル付けの手順は実行し、実際のソート·ステップ(FACS、免疫磁気細胞分離またはイムノ)は原則的に、このプロトコルの一部ではありませんが、降伏抗原表面受けることができるサンプルまたは細胞内のラベルベースの並べ替えのアプリケーション15 25,28。
この記事では、我々はを目指し:として細胞内のCFSE色素標識工程41,45を提示し 、細胞内の標的の検出のためのプロトコルとしてだけでなく、組み合わせた表面と細胞内の抗原解析38をまとめ、実行可能な表面抗原染色プロトコル25,28をまとめるcomのための実験的なオプションparativeは、神経細胞集団の解析、およびサイトメトリー分析を(適切なコントロール13,46、戦略およびデータプレゼンテーション47をゲート制御)流れるようにアプローチをまとめる。
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1.神経細胞の回収
CFSEを使用して2細胞内の色素の標識(図3)

CFSE色素標識を介して2つの細胞株の間の差動CD表面抗原発現の図3の検出。SH-SY5Y神経芽腫細胞を非標識BJ線維芽細胞と比較して、後続の識別のためCFSEで予め標識されている。表面マーカーCD24またはCD54(APCへの結合の両方)との混合試料(右パネル)の共染色は、細胞株によりCFSE染色(;矢頭= BJ線維芽細胞の矢印= SH-SY5Y)に容易に識別可能であることを示している。 SH-SY5Y細胞の大多数は、CD24ではないCD54(ICAM-1)を発現する。これとは対照的に、BJ線維芽細胞(CFSE陰性)は、CD54陽性であるが、CD24のための大部分はネガティブ。「https://www.jove.com/files/ftp_upload/52241/52241fig3highres.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
3.細胞表面染色
| チューブなし。 | サンプル名 | 抗原フォア | 希釈 |
| 1 | 非染色細胞 | - | |
| 2 | シングルステンド | CD24-APC | 午前1時50分 |
| 3 | シングルステンド | TUJ1-アレクサフルオロ488 | 1:2000 |
| 4 | ステンドダブル | CD24-APC | 午前1時50分 |
| TUJ1-アレクサフルオロ488 | 1:2000 | ||
| 5 | シングルステンド | セカンダリのみ:アレクサフルオロ488 | 1:2000 |
典型的なフローサイトメトリー実験に含まれるチューブの表1. Lイスト。表には、このビデオの記事で説明した共染色実験に必要なサンプル管の最小セットを示しています。理想的な実験は、得られた結果の正確な解釈のために必要なすべての(正、負、ならびに補償制御)の制御を含む必要がある。
| 抗原 | 細胞型 | リファレンス |
| CD15 | 神経幹細胞 | [28、67] |
| CD24 | 神経細胞 | [28、68] |
| CD29 | 神経幹細胞 | [28、69、70] |
| CD44 | グリア細胞 | [25] |
| たCD49f | 神経幹細胞 | [38] |
| CD56(NCAM) | 神経細胞 | [71] |
| CD133 | 神経幹細胞 | [27] |
| CD184 | 神経幹細胞およびグリア細胞 | [25] |
| CD200 | 神経細胞 | [38] |
| CD271 | 神経堤幹細胞 | |
| A2B5 | グリア細胞 | [31] |
| コリン | ドーパミン作動性前駆体 | [35、36] |
| FORSE1 | 神経幹細胞(NSC) | [72] |
| GLAST | グリア細胞 | [33] |
| NG2 | グリア細胞 | [32] |
神経表面抗原の表2の選択。この表は、神経系統を特徴づけるために使用される表面抗原の増加パネルを例示するために、様々な神経細胞タイプによって発現されることが見出され、表面エピトープのリストを提供する。この選択が完了し、これらのマーカーのほとんどは、他の神経および非神経細胞の範囲で表現されていることをほど遠いであることに注意してください。したがって、いくつかのマーカーの組み合わせは、より良い示さ神経サブセットを定義し、単離するために必要とされる。
4.固定および透過38
5.細胞内抗原染色38(図4)

表面および細胞内タンパク質の、図4の共染色。フローサイトメトリーのデータの一次+二次抗体ベースの表面染色と組み合わせたゼノンフルオレセインベースの細胞内染色の対の間の比較を例示する。 y軸(左上象限)及びx軸(右下象限)の排他的陽性はそれぞれ、MAP2およびCD24について染色した細胞を示す。共染色した後、共有MAP2及びCD24の発現は、右上象限(右パネル)に見ることができる。使用しての比較アレクサフルオロ488。MAP2標識利回り同様の結果のためのゼノンフルオレセイン(下)対(上AF488) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
6.フローサイトメトリー分析
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ここで紹介するプロトコルは、汎用性の実験的アプローチ( 図2)を可能にします。その短いバージョン(1、3、6ステップ )においては、表面抗原の単純な染色のためのガイドと考えることができる。そのより複雑な形態において、細胞内抗原の範囲で共標識パラダイムの数は(2および/ または4〜5の任意の工程 )を追求することができる。また、CFSE標識工程は、細胞-細胞相互作用の研究またはフローサイトメトリーバーコード実験( ステップ2)における集団の細胞標識/追跡のための有用性を例示する。 ( ステップ2及び/又は3から得られた)、生存細胞集団は、細胞選別パラダイム(FACS)およびポストソート細胞培養を含む下流の分析に適している。一方、組み合わせた細胞表面抗原染色(3〜5ステップ )独自の権利で、分析読み出しの機会を提供します。例えば、( <...
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ここに提示されたプロトコルがよくヒト幹細胞由来の神経細胞培養のために確立されているが、同様の一次組織または神経細胞株を含む他の神経細胞供給源に適用することができる。胚のソースに加えて、神経幹細胞または前駆細胞は、成人の脳27の神経原性領域から抽出することができる。また、フローサイトメトリーおよびFACSが成熟ニューロン54、アストロ33、ミクログリア55、オリゴデンドロサイト56、または出生後の脳組織からの内皮細胞57を含む様々な細胞集団を定量分析し、単離するために利用することができる。
手順のいずれかの過剰なフローサイトメトリーの読み出しに影響を与える散乱特性の大規模な変化につながる可能性に関係なく、ソースの、固定および透過化のための最適条件は、実験的に各細胞型について決定される必要がある。プロトコルの効率もSTABILに依存表面分子のityが透過処理を投稿。これは、異なる表面エピトープは、種々の程度の手順の一部として細胞操作によって影響され得ること...
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著者らは、潜在的な利益相反はないと宣言している。
私たちの研究プログラムは、ドイツ研究財団(DFG)のエミー・ネータープログラム、助成金PR1132/3-1を通じて資金提供を受けています。フライブルク大学のミュラー・ファーネンベルク財団によるさらなる支援に感謝します。この研究は、ドイツ研究財団(GSC-4、シュペーマン大学院)のエクセレンスイニシアチブによって部分的に支援されました。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| DMEM/F12 (1:1) (ダルベッコの改変イーグル培地/栄養混合物 F-12) | Life Technologies | 11330057 | |
| Ca2+ Mg2+ | Life Technologies | ||
| ウシ胎児血清、適格、EU承認、南アメリカ原産(FBS) | Life Technologies | 10270-106 | |
| MEM 非必須アミノ酸(100x) | Life Technologies | 11140035 | |
| TrypLE Express | Life Technologies | 12604013 | |
| Trypan blue solution, 0.4% | Life Technologies | 15250061 | |
| パラホルムアルデヒド | Carl Roth | 335.3 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA) フラクション V | PAA Laboratories, Coelbe | K41-001 | |
| Tween-20 Detergent | Calbiochem | 655205 | |
| Carboxyフルオレセインスクシンイミジルエステル (CFSE) | eBioscience | 65-0850-84 | |
| DMSO | AppliChem | A1584 | |
| ボトルトップフィルター express plus 0.22 & micro;m, 250 ml | ミリポア | SCGPU02RE | |
| 培養処理フラスコ (T 25) | NUNC | 156367 | |
| 細胞培養処理フラスコ (T 75) | NUNC | ||
| コニカルチューブ (15 ml) | Greiner Bio-One | 188271 | |
| コニカルチューブ (50 ml) | Greiner Bio-One | 227261 | |
| パスツールピペット、ガラス (150 mm) | STEIN Labortechnik, レムヒンゲン | ||
| S03710150ピペットチップ(0.1-10 & micro;l) | Corning | 4125 | |
| ピペットチップ (1-200 µl) | Corning | 4126 | |
| ピペットチップ (100-1000 µl) | Corning | 4129 | |
| Serological pipets, 5 ml | Corning | 4051 | |
| Serological pipets, 10 ml | Corning | 4101 | |
| 血清ピペット、25 ml | Corning | 4251 | |
| 微量遠心チューブ(0.5 ml) | Sarstedt | 72,699 | |
| 遠心チューブ(1.5 ml) | Greiner Bio-One | 616201 | |
| 微量遠心チューブ (2.0 ml) | Sarstedt | 72,695,500 | |
| Anti-Human CD24 APC monoclonal antibody | eBioscience | 17-0247-42 | 作業希釈率 1:50 |
| 抗ヒト CD54 PE モノクローナル抗体 | eBioscience | 12-0549-42 | ワーキング希釈率 1:50 |
| ニューロン クラス III β-チューブリン (Tuj1) ポリクローナル抗体 | コーヴァンス | PRB-435P | ワーキング希釈率 1:2,000 |
| Alexa Fluor 488ロバ反ウサギ | Life Technologies | A21206 | 作業希釈率 1:2,000 |
| ゼノン®フルオレセインウサギIgGラベリングキット | Life Technologies | Z-25342 | |
| Neubauer-Improved counting chamber | Marienfeld | 0640010 | |
| Vortex | サイエンティフィック・インダストリーズ | G560E | |
| Thermomixer comfort | Eppendorf | 5355 000.001 | |
| Accuri C6 flow cytometer | Becton Dickinson (BD) | 653118 | |
| Microcentrifuge冷蔵、PerfectSpin 24R | Peqlab | 91-PSPIN-24R | |
| オービタルシェーカー、ユニマックス 1010 | ハイドルフ | 543-12310-00 | |
| 遠心分離機冷蔵、ロタンタ 96 RC | ヘティッチ | 4480-50 | |
| Class II Biological Safety Cabinet Safe 2020 | Thermo Scientific | 51026640 | |
| CO2インキュベーター、Heracell 240i | Thermo Scientific | 51026331 | |
| 真空システム、Vacusafe comfort | <" img src="/img/new_window.png" /> Integra Biosciences | 158320 | |
| 顕微鏡、Axiovert 40 CFL | Zeiss | 451212 | |
| Pipet controller, accu-jet pro | ブランド | 26303 | |
| マイクロピペット、Pipetman neo P20N(2-20µl) | Gilson | F144563 | |
| Micropipet, Pipetman neo P200N (20-200 µl) | Gilson | F144565 | |
| Micropipet, Pipetman neo P1000N (100-1000 µl) | ギルソンF144566 |
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