タンパク質凝集体の細胞間移動、またはプロテオパシーシードは、神経変性疾患の病理進行の根底にある可能性があります。ここでは、組換えサンプルまたは生物学的サンプルからの播種活性を特異的かつ高感度に検出することを可能にする新しいFRETフローサイトメトリーアッセイについて説明します。
方法論記事
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タンパク質凝集体の細胞間移動、またはプロテオパシーシードは、神経変性疾患の病理進行の根底にある可能性があります。ここでは、組換えサンプルまたは生物学的サンプルからの播種活性を特異的かつ高感度に検出することを可能にする新しいFRETフローサイトメトリーアッセイについて説明します。
アルツハイマー病や関連するタウオパチーを含むいくつかの神経変性疾患における病理の開始と進行のメカニズムとして、有毒なタンパク質凝集体、またはプロテオパシー種子の細胞内増殖を支持する証拠が増えています。疾患の進行におけるタウシードの潜在的に重要な役割は、生物学的サンプル中の播種活性を容易に検出する高感度アッセイの必要性を強く支持しています。
蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)の特異性、フローサイトメトリーの感度、モノクローナル細胞株の安定性を組み合わせることにより、超高感度の播種アッセイが考案され、ヒトやマウスの脳ホモジネートを含む組換えまたは生物学的サンプルからのシード検出に適合します。このアッセイでは、疾患に関連するP301S変異がCFPまたはYFPに融合したタウの凝集しやすいリピートドメイン(RD)を安定して発現するモノクローナルHEK 293T細胞を使用し、タンパク質の凝集時にFRETシグナルを産生します。プロテオパシータウシード(他のタンパク質ではない)のバイオセンサー細胞への取り込みは、RD-CFPおよびRD-YFPの凝集を刺激し、フローサイトメトリーはこの凝集誘導FRETを高感度かつ定量的にモニターします。このアッセイは、組換えタウシードのフェムトモル濃度(モノマー相当)を検出し、3桁のダイナミックレンジを持ち、タウオパチートランスジェニックマウスおよびヒトタウオパチー被験者の脳ホモジネートに適合します。わずかな変更を加えるだけで、このアッセイは、α-シヌクレインなどの他のプロテオパシー種子の播種活性も検出でき、初代ニューロン培養物とも適合します。FRETフローサイトメトリーの容易さ、感度、および幅広い適用性により、幅広いタンパク質凝集障害の研究に役立ちます。
細胞内のタウアミロイドの蓄積がアルツハイマー病などのタウオパチーを定義します。疾患の早期段階で、病理学は、一般的に脳の別々の領域に局在しているが、疾患の進行と、病理学は、常に明確なニューラルネットワーク1-5に沿って広がります。証拠の蓄積は毒性タンパク質凝集体の細胞間伝播が(6-10のレビュー)この病理学の根底を示唆しています。このモデルでは、proteopathic種子( 例えば 、タウ)は、テンプレートコンホメーション変化を経て11月15日ミスフォールド形式にネイティブタウタンパク質を変換する、ドナー細胞から放出され、隣接するセルを入力されています。ここに記載のアッセイは敏感にそのようなシーディング活性を検出するために開発されました。これは、組換えタンパク質および生物学的サンプルと互換性があり、proteopathic播種アクティビティ16の微小レベルの定量を可能にします。
安定タウ繰り返しdを表現するHEK 293T細胞CFPまたはYFPのいずれかに融合された疾患関連P301Sの突然変異を含むomain(RD)は、播種活性の安定したバイオセンサーとして機能する(以下、タウ-RD-CFP / YFP細胞と呼ばれます)。 proteopathic種子の非存在下では、細胞は、可溶性単量体としてタウを維持し、感知できるバックグラウンドFRETがありません。細胞への自発的な取り込みまたはタウ種のリポソーム媒介形質導入、しかし、フローサイトメトリーを介して、単一の細胞内で測定されるFRETシグナルを生成RD-CFPとRD-YFPの集約、で結果。
このアッセイの多数の構成要素は、感度を高め、ばらつきを低減するように設計されました。 1を有するモノクローナル細胞株:それは最適な信号を提供するよう1 RD-CFP / YFP発現率は、選択された:ノイズを。感度を高めるために、リン脂質は、直接細胞内に種子を導入するために使用された(取り込みの生物学的機構を研究するが、これを省略することができます)。最後に、フローサイトメトリーモニタは集団レベル、単一細胞にFRETレベル、他のタンパク質凝集アッセイとは異なり。最終アウトカム指標、統合されたFRET密度は、高度に定量的であり、両方の集合を有する細胞の数、及び凝集は、各セル内で発生した程度を占めます。これらの最適化されたパラメータのすべては、感度を向上させ、再現性を確保します。
このシステムは、最近、他の一般的に使用されるタウ病理学的マーカー (例えば、MC1、AT8、PG5、およびチオフラビンS)にタウ播種活動の相対的な時間的な発症と進行を評価するトランスジェニックマウスP301Sタウオパチー17に包括的な研究で用いました。シーディング活性は、少なくとも6週間の組織学的検出の前に、これまでで評価しタウ病理の初期の、最も堅牢なマーカーです。種まき活動が発症および/ または神経変性16の進行におけるproteopathic種子の因果的役割を示唆し、年齢とともに徐々に1.5ヶ月と増加に表示されます。
e_content ">生物学的サンプルからのシード材料の微細なレベルの正確な定量化は、初期の疾患の進行をモニターする研究を容易にすることができる試験の期間を短縮し、より若い動物の使用を可能にすることで、これは前臨床動物試験の効率及び精度を高めることができる。例えば、でP301Sマウス先に述べた、鉛化合物は、初期の4〜6週間ほどお届けすることができ、2〜4週間後に有効性について監視。アッセイが正確に播種内の任意の削減を定量化する必要があります(または播種活動の開始時の直前に)アクティビティ。フローサイトメトリーFRETは、同様にインビトロスクリーニングの用途を有する。例えば、抗タウ試薬( 例えば、抗体 、小分子など )、組換えタウを使用して、培養物中に直接播種誘導をブロックする能力について迅速に試験することができますシード源( 図5)。このセットアップでは、シード材料を準備したら、元のような凝集体または脳由来の溶解物perimentは、データ分析など、完了するまでにわずか3日かかります。 proteopathic播種活動の急速な定量化は、このように神経変性の多くの研究を容易にすることができます。アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
注:このプロトコルは、マウスの生体サンプルから播種活性を検出するためのFRETフローサイトメトリーの使用を強調しています。それはまた、組換え原線維と人間の生物学的サンプルと互換性があります。マウスを安楽死させ、脳を収穫はIACUC承認手順に従って実施しました。
1.脳抽出
生物種材料の作製
3.再播種バイオセンサー細胞
注意:このアッセイのための4つの細胞株を使用してください:HEK 293T(細胞株#1)、RD-P301S-CFP(細胞株#2)、RD-P301S-YFP(細胞株#3)、およびRD-P301S-CFP / YFP(細胞株#4)。アッセイの各細胞株の寄与については、表1を参照してください。
4.細胞を処理します
注:次の日、タウバイオセンサー細胞は、次のようにシード伝達複合体を準備する60〜65%コンフルエントのとおりです。
FRETフローサイトメトリー用5細胞を収集します
注:細胞 - 一般の収穫前に24〜48時間の後処理 - それは標準の倒立蛍光顕微鏡上のGFPフィルターを使用して、播種活動の予備読み出しを得ることが可能です。シード物質で処理した細胞は激しい点状や網状細胞内封入体( - B図1A)が表示されます一方、シード材料なしで処理した細胞( すなわち 、空のリポソーム)は、びまん性蛍光が表示されます。6. FRETフローサイトメトリー
注:レーザーラインとフィルターセット( 表2)FRET互換が装備されてMACSQuant VYB、このようなフローサイトメーターを使用してください。このセクション内の各ステップについては、ソフトウェアの96ウェルテンプレートを使用して、関心の井戸をクリックし、[OK]をクリックします「再生」のサンプルの取り込み、フローを開始します。 「新しい分析ウィンドウ」アイコンをクリックしてプロットまたは統計表を作成します。 X軸またはY軸のいずれかのタイトルをクリックし、適切なフィルタを選択することで、個々の二変量プロットの軸のパラメータを変更します。適切なフィルタに関連した電圧を、細胞集団または蛍光シグナルをシフトが増減します。この楽器では、正確な単一セルの監視を確実にするために、<千のイベント/秒を実行します。
7.データ解析
注:XまたはY軸のいずれかのタイトルをクリックし、適切なフィルタを選択することにより、個々の二変量プロットの変更軸パラメータ。
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FRETフローサイトメトリー敏感、定量、および組換えまたは生物学的サンプルからの播種活動の迅速な検出を可能にします。アッセイセットアップが容易である:タウ- RD-CFP / YFPを発現しているモノクローナル由来の安定な細胞株は、24〜48時間インキュベートし、シード材料を用いて形質導入し、分析( 図1A)、フローサイトメトリーに供しています。種子の不在下では、バイオセンサセルは、可溶性、モノマー形態( 図1B)でタウを維持します。シードの存在下で、しかしながら、バイオセンサ細胞はフローサイトメトリーを用いてセル単位で検出されたFRET応答を生成し、凝集状態( 図1C)にτを変えます。定量的評価は、バイオセンサセルは、シード材料のフェムトモル濃度に応答し、そのシード活動が効果的に3桁の大きさ( 図1D)にわたって測定することができることを示しています。
ゲーティングパラメータは、TRの検出を確実にするために確立されましたUEは、低シード濃度で、...
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FRETは、ここで説明するフローサイトメトリーシステムを迅速かつ定量的にタウ播種活性を評価するための強力なツールです。これは、中程度の細胞培養の経験とFRETの実用的な知識を必要とし、フローサイトメトリー。このようチオフラビンTのような他の播種アッセイ、 - βシート構造に結合したときに増強された蛍光を示す - 面倒であり、純粋な、組換えタンパク質基質を必要とします。さらに、タウのためのin vitroアッセイは、播種のみ半定量的およびシード材料23,24のナノモル以下のレベルに一般的に鈍感です。フローサイトメトリーFRETしかし、組換えまたは生物学的サンプルのいずれかから播種活性の定量と絶妙に敏感な尺度を提供します。また、プロシージャの適応は、タンパク質凝集疾患の様々な検討することが有用なものにすることができます。
本明細書に記載されたプロトコルは、タウの播種に焦点を当てているが、単純な修正が必要とされるトンO proteopathic種子の別のタイプから播種アクティビティを監視することを可能に。ホームズとファーマンらが...
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このアッセイはヤンセン・ファーマシューティカルズにライセンス供与されています。
この作業はTau Consortium (M.I.D)の支援を受けました。National Institutes of Health Grant 1R01NS071835 (M.I.D.)、国防総省の助成金 PT110816 (M.I.D.へ)、1F32NS087805 (J.L.F.へ)、1F31NS079039 (B.B.H. へ)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| TBS | Sigma | T5912 | |
| cOmplete Protease Inhibitors (EDTA-free) | Roche | 4693159001 | |
| Cryo-vials | Sarstedt | 72.694.006 | |
| Analytical Balance | Mettler Toledo | XSE 105DU | |
| Weighing | Boats Fisher Scientific | 13-735-743 | |
| 15 ml コニカルチューブ | USAサイエンティフィック | 1475-0501 | |
| オムニソニックラプター 超音波ホモジナイザー | オムニインターナショナル | 18-000-115 | |
| 超音波ホモジナイザー用マイクロチップ | オムニインターナショナル | OR-T-156 | |
| 2-プロパノール | フィッシャーサイエンティフィック | A451 | |
| ノイズキャンセリングイヤーマフ | フィッシャーサイエンティフィ | 19-145-412 | |
| キワイプ | フィッシャーサイエンティフィック | S47299 | |
| 1.5 mlチューブUSA | Scientific | 1615-5510 | |
| Microcentrifuge | エッペンドルフ | 5424 000.215 | |
| DPBS | Life Technologies | 14190-136 | |
| DMEM | Life Technologies | 11965-084 | |
| ウシ胎児血清 | HyClone | SH30071.03 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Life Technologies | 15140-122 | |
| GlutaMax | Life Technologies | 35050-061 | |
| トリプシン- | EDTAの生命技術 | 25300-054 | |
| 50のml円錐管フェ | ニックスの研究 | SS-PH15 | |
| 25のmlの試薬resevoirs | VWR | 41428-954 | |
| 多チャンネルのピペット | フィッシャー科学 | TI13-690-049 | |
| 96の井戸の平底版 | コーニング | 3603 | |
| Opti-MEM | の生命技術 | 31985-070 | |
| リポフェクタミン 2000 | Invitrogen | 11668019 | |
| 96 ウェル丸底板 | コーニング | 3788 | |
| 16% パラホルムアルデヒド | 電子顕微鏡 科学 | RT 15710 | |
| PBS | シグマ-アルドリッチ | P5493 | |
| EDTA | シグマ-アルドリッチ | ED2SS | |
| HBSS | Life Technologies | 14185-052 | |
| Sorvall ST 40 遠心分離機 | Thermo Scientific | 75004509 | |
| BIOLiner スイングバケットローター | Thermo Scientific | 75003796 | |
| 血球計算計 | VWR | 15170-172 | |
| MACSQuant VYB Flow Cytomter | Miltenyi Biotec | 130-096-116 | |
| Chill 96 Rack | Miltenyi Biotec | 130-094-459 | |
| Flow Jo 解析ソフト | Flow Jo | ||
| 20 μl ピペットチップ | レイニン | GPS-L10 | |
| 200 μl ピペットチップ | レイニン | GPS-250 | |
| 1 ml ピペットチップ | レイニン | GPS-1000 | |
| 200 μlピペットチップ | USAサイエンティフィック | 1111-1800 | |
| 5 ml血清ピペット | ニックス研究 | SPG-606180 | |
| 10 ml血清ピペット | ニックス研究 | SPG-607180 | |
| 25 ml血清ピペット | フェニックス研究 | SPG-760180 |
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