本プロトコールは、定性的イメージングおよび定量的サイトメトリーアッセイを用いて腸マウスオルガノイド中の活性酸素種(ROS)を検出する方法を記載する。この研究は、選択された化合物がROSに及ぼす影響を試験するために、他の蛍光プローブに拡張される可能性があります。
方法論記事
本プロトコールは、定性的イメージングおよび定量的サイトメトリーアッセイを用いて腸マウスオルガノイド中の活性酸素種(ROS)を検出する方法を記載する。この研究は、選択された化合物がROSに及ぼす影響を試験するために、他の蛍光プローブに拡張される可能性があります。
活性酸素種(ROS)は、腸の恒常性維持に不可欠な役割を果たす。ROSは細胞代謝の天然の副産物である。それらは、抗菌応答および創傷治癒に関与するので、粘膜レベルでの感染または傷害に応答して産生される。それらはまた、重要な二次メッセンジャーであり、細胞の成長および分化を含むいくつかの経路を調節する。一方、過剰なROSレベルは酸化ストレスをもたらし、これは細胞にとって有害であり、慢性炎症または癌のような腸疾患に有利であり得る。この研究は、市販の蛍光発生プローブを用いたライブイメージングおよびフローサイトメトリーによって腸内マウスオルガノイド中のROSを検出する簡単な方法を提供する。ここでのプロトコールは、GFPで遺伝的に標識された腸幹細胞の分析によってここに例示される、腸オルガノイドにおける酸化還元バランスを調節し、特定の腸細胞型におけるROSレベルを検出する化合物の効果をアッセイすることを記載する。このプロトコルは、他の蛍光プローブと共に使用され得る。
活性酸素種(ROS)は、細胞代謝の天然の副産物である。また、膜結合型NADPH-オキシダーゼ(NOX)やデュアルオキシダーゼ(DUOX)などの特殊な酵素複合体によっても積極的に生成でき、スーパーオキシドアニオンと過酸化水素を生成します1。抗酸化酵素とROSスカベンジャーを発現させることにより、細胞は酸化還元バランスを微調整し、組織の恒常性を保護することができます2。ROSは細胞に対して非常に毒性が高く、DNA、タンパク質、脂質に損傷を与える可能性がありますが、それらは重要なシグナル伝達分子です2。腸上皮では、幹および前駆細胞の増殖に中等度のROSレベルが必要です3。高いROSレベルは、アポトーシスにつながります4。慢性酸化ストレスは、炎症性腸疾患や癌などの多くの胃腸疾患に関連しています。一例として、Wnt駆動型腸癌のマウスモデルにおいて、NADPHオキシダーゼの活性化によるROS産生の上昇が癌細胞の過剰増殖に必要であることが判明した5,6。腸細胞、特に幹細胞、幹細胞が酸化ストレスをどのように管理し、細胞環境がこの能力にどのように影響するかを定義することは、この病気の病因をよりよく理解するために不可欠です7。
組織において、異なる細胞型は、その機能および代謝、ならびに様々なレベルの酸化分子および抗酸化分子の発現に応じて変化し得る基礎酸化状態を提示する4,7。インビボでのROSモニタリングは非常に困難です。酸化還元状態に応じて蛍光を発する細胞透過性色素は、生細胞や動物における細胞ROSを可視化・測定するために開発されている。しかし、その有効性は、生体組織内での拡散と迅速な読み出しに依存しているため、動物モデルでの使用が困難です8。
過去には、ROS生成に対する化合物の効果の研究は細胞株を用いて行われていたが、これはin vivoの状況を反映していない可能性がある。Clevers9のグループによって開発された腸オルガノイドモデルは、腸の初代細胞のエクスビボでの増殖を可能にする。定義された成長因子の存在下でのマトリックス中の腸陰窩の培養は、オルガノイド(ミニ腸)と呼ばれる三次元構造をもたらし、異なる上皮系統からの細胞が内部管腔を裏打ちし、腸幹細胞が小さな陰窩様突起に存在する陰窩絨毛組織を再現する。
ここでは、このモデルを利用して、市販のROS感受性色素をオルガノイド培地に添加することにより、初代腸管細胞の酸化ストレスを単一細胞分解能で調べる簡便な方法について説明する。
プレートリーダーは、全集団におけるROS産生を検出するためによく使用されます。このプロトコルは、フローサイトメトリーまたはイメージングアッセイを使用して、遺伝子改変細胞または特定の抗体染色を用いて特定の細胞型におけるROSを検出する。この研究は、マウス腸管オルガノイド培養と共焦点イメージングによるROS可視化、フローサイトメトリーによる定量化を含む。Lgr5-GFPマウス由来小腸オルガノイドを用いて、異なる治療を受けた際の腸管幹細胞における酸化ストレスのレベルを特異的に解析することができる。このプロトコルは、選択した化合物でオルガノイドを刺激した後、微生物叢由来のムラミルジペプチド(MDP)10などの外因性分子がROSバランスに及ぼす影響をテストするために適合させることができる。
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すべての動物実験は、パスツール使用委員会およびフランス農業省第2016-0022号の承認後に実施された。すべてのステップは、組織培養フード内で実行される。
1. 腸管オルガノイドを培養するための試薬及び材料の調製
腸管オルガノイド培養
3. オルガノイド継代
4. 腸管オルガノイドの酸化ストレスを評価するための試薬および材料の調製
5. 共焦点顕微鏡による3Dオルガノイドの酸化ストレスの可視化
6. フローサイトメーターを用いた解離したオルガノイドの酸化ストレスの定量化
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記載されたプロトコールの概念実証として、腸幹細胞がモザイクGFP発現を示すLgr5-eGFP-IRES-CreERT2マウス系統から得られた陰窩が使用され、これはBarkerらによって確立され、腸幹細胞10 を最初に特徴付け、それらのGFP発現に基づいてこれらの細胞をマッピングすることを可能にする。これにより、異なる治療時に特定の細胞型集団におけるROSレベルを比較するためのモデルが提供される。ROS阻害剤(NAC)と、細胞ROSに作用してそのレベルの変化を可視化することが知られている誘導物質(tBHP)が用いられた。
図1Aおよび図1Bは、腸管オルガノイド培養のための陰窩抽出手順の間に得られた画分F1およびF4の代表的な画像を示す。各画分は、抽出手順中に顕微鏡または双眼でチェックして、陰窩の剥離に従い、絨毛、単一細胞、または破片ではなく、陰窩に富んだ画分を定義する必要があります。次に、選択した画分を一緒にプールし、70μmのセルストレーナー...
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この研究は、マウスの空腸陰窩を単離し、それらを3Dオルガノイドに培養し、ROS感受性蛍光発生プローブとオルガノイド全体の定性顕微鏡イメージングおよびオルガノイド解離後の単一細胞に対するフローサイトメトリーを用いた定量的ROS測定と組み合わせることによって、オルガノイド中のROSを分析するための段階的なプロトコルを提供する。
この方法の最初の重要なステップは、暗号抽出手順です。実際、陰窩調製の質は、オルガノイド形成を成功させる鍵である。したがって、濃縮されたクリプトと少数の細胞破片または死にかけている細胞を有する画分を得ることが不可欠である。解離はマウスの年齢および健康状態によって変化する可能性があるため、陰窩はプロトコルに示されたものとは異なる画分で見出され得る。EDTAインキュベーションの数は、それに応じて変更することができる。フラクション4の後に陰窩が剥離していないように見える場合は、3分間のEDTAインキュベーションを繰り返す必要があります。逆に、最初のEDTAインキュベーション後にクリプトがすでに切り離されているとします。その場合、2回目のEDTAインキュベーションは必要な...
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著者らは開示するものは何もありません。
この研究は、フランス国立研究機関(ANR)の助成金17-CE14-0022(i-Stress)によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| マウス | |||
| Lgr5-EGFP-IRES-creERT2 (Lgr5-GFP) | The Jackson Laboratory | ||
| Growth 培地 | |||
| Advanced DMEM F12 (DMEM/F12) | ThermoFisher | 12634010 | |
| B-27 Supplement, minus vitamin A | ThermoFisher | 12587010 | ストック濃度:50x |
| GlutaMAX(グルタミン) | ThermoFisher | 35050038 | ストック濃度:100x |
| Hepes | ThermoFisher | 15630056 | ストック濃度:1 M |
| マウスEGF | R&D | 2028-EG-200 | ストック濃度: 500 & マイクロ;PBS |
| マウスNoggin | R&D | 1967-NG/CF | ストック濃度: 100 & マイクロ;g/mL in PBS |
| マウス R-spondin1 | R&D | 3474-RS-050 | ストック濃度: 50 & マイクロ;PBS |
| N-2サプリメント | ThermoFisher | 17502048 | ストック濃度:100x |
| ペニシリン-ストレプトマイシン(P/S) | ThermoFisher | 15140122 | ストック濃度:100x (10,000 units/mL of penicillin and 10,000 µg/mL of streptomycin) |
| Material | |||
| 70 µm細胞ストレーナー | コーニング | 352350 | |
| 96ウェル丸底 | コーニング | 3799 | |
| ボールチップシザー | ファインサイエンスツール GMBH | 14086-09 | |
| CellROX®深紅試薬 | ThermoFisher | C10422 | |
| DAPI (4',6-ジアミジノ-2-phé | ><> | D1306 | Stock at 10 mg/mL |
| DPBS 1x no Calcium no Magnesium (DPBS) | ThermoFisher | 14190144 | |
| FLuoroBrite DMEM (DMEM no phenol red) | ThermoFisher | A1896701 | |
| Hoechst 33342 | ThermoFisher | H3570 | ストック 10 mg/mL |
| マトリゲル成長因子の減少、フェノールレッドフリー(基底膜マトリックス) | コーニング | 356231 | で解凍o/nを受け取ったら、氷上で1時間保持し、500mLのアリコートを作り、-20°Cで保存します。C |
| µ-スライド 8 ウェルチャンバー | Ibidi | 80826 | |
| N-アセチルシステイン (NAC) | Sigma | A9165 | |
| tert-ブチルヒドロペルオキシド (tBCHP) 溶液 (70%wt.H2O2) | Sigma | 458139 | |
| TrypLE Express Enzyme (1X)、フェノールレッドなし (トリプシン) | ThermoFisher | 12604013 | |
| UltraPure 0.5 M EDTA、pH8.0 | ThermoFisher | 15575020 | |
| Y-27632 | Sigma | Y0503 | 組織解離時の細胞死を最小限に抑えるために使用されるロック阻害剤 |
| プログラムおよび機器 | |||
| Attune NxT (Flow Cytometer) | ThermoFischer | フローサイトメーターアナライザー | |
| Fiji/ImageJ | https://imagej.net/software/fiji/downloads | 画像生成 | |
| FlowJo | BD Bioscience | FACS analysis | |
| Observer.Z1 | ツァイス | 共焦点システム | |
| Opterra (スイープフィールド共焦点) | ブルカー | 共焦点システム | |
| 高速EMCCDカメラ Evolve Delta 512 | フォトメトリクス | 共焦点システム | |
| Prism | GraphPad ソフトウェア | 統計分析 |
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