免疫蛍光染色中のチラミドシグナル増幅により、HSV-1感染後のZBP1誘発ネクロトーシス中のリン酸化RIPK3およびMLKLの高感度検出が可能になります。
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方法論記事
免疫蛍光染色中のチラミドシグナル増幅により、HSV-1感染後のZBP1誘発ネクロトーシス中のリン酸化RIPK3およびMLKLの高感度検出が可能になります。
キナーゼ受容体相互作用セリン/スレオニンプロテインキナーゼ3(RIPK3)およびその基質混合系統キナーゼドメイン様(MLKL)は、重要な抗ウイルス機能を備えた炎症性細胞死型であるネクロプトーシスの重要な調節因子です。RIPK3の自己リン酸化は、ネクロトーシスMLKLの細孔形成実行タンパク質のリン酸化および活性化を誘導する。細胞膜でのリン酸化MLKLのトラフィッキングとオリゴマー化は、ネクロトーシス細胞死の特徴である細胞溶解をもたらします。核酸センサーZBP1は、RNAおよびDNAウイルスに感染した後、左巻きZ型二本鎖RNA(Z-RNA)に結合することによって活性化されます。ZBP1活性化は、感染した宿主細胞のネクロプトーシスを含む調節された細胞死を誘導することにより、ウイルス感染を制限します。免疫蛍光顕微鏡法は、ZBP1を介したネクロトーシスの下流にあるさまざまなシグナル伝達ステップを細胞ごとに視覚化することができます。しかしながら、ヒトRIPK3およびMLKLに対する現在市販のホスホ特異的抗体を用いた標準的な蛍光顕微鏡の感度は、これらのマーカーの再現可能なイメージングを妨げる。ここでは、単純ヘルペスウイルス1(HSV-1)に感染したヒトHT-29細胞におけるセリン(S)リン酸化RIPK3(S227)およびMLKL(S358)の最適化された染色手順について説明します。免疫蛍光染色プロトコルにチラミドシグナル増幅(TSA)ステップを含めることで、S227リン酸化RIPK3の特異的検出が可能になります。さらに、TSAはS358リン酸化MLKLの検出感度を大幅に向上させます。一緒に、この方法は、ZBP1誘発ネクロプトーシスの誘導中のこれら2つの重要なシグナル伝達イベントの視覚化を可能にします。
受容体相互作用セリン/スレオニンプロテインキナーゼ3(RIPK3)および混合系統キナーゼドメイン様(MLKL)は、ネクロトーシス細胞死の中心的な調節因子です1,2。ネクロトーシスは、抗ウイルス免疫と自己炎症に関与する調節された細胞死の溶解性および炎症性形態です。ウイルス感染細胞のネクロトーシスは、ウイルス複製を直ちにシャットダウンします。ネクロトーシス誘導後の細胞溶解は、抗ウイルス免疫を刺激する損傷関連の分子パターンも放出します3,4。ネクロトーシスは、RIPホモタイプ相互作用モチーフ(RHIM)を介した3つの上流活性化分子のうちの1つとのRIPK3の活性化によって開始されます:RIPK1(TNF受容体1[TNFR1]の関与時)、TIRドメイン含有アダプター誘導インターフェロンβ(TRIF;Toll様受容体3および4の関与時)、または抗ウイルス核酸センサーZ-DNA結合タンパク質1(ZBP1)1,2。.ネクロトーシスシグナル伝達は、RIPK3の自己リン酸化から始まる一連のリン酸化イベントを通じて進行します。キナーゼドメイン内のセリン(S)227でのヒトRIPK3の自己リン酸化は、MLKLとの相互作用を可能にすることによるネクロトーシスの前提条件であり、ヒトRIPK3活性化およびネクロトーシス細胞死の生化学的マーカーとして一般的に使用されています1,5。活性化されると、RIPK3はスレオニン(T)357およびS3581でMLKLの活性化ループをリン酸化します。これにより、MLKL立体構造が変化し、N末端4ヘリックスバンドルドメインが露出します。その後、MLKLはオリゴマー化して細胞膜に輸送し、脂質二重層に露出した4つのらせん束を挿入することで細孔を形成し、最終的に細胞死につながります2,6。
ZBP1は、Z立体構造中の二本鎖RNA(Z-RNA)を含む左巻きのZ型核酸を認識する抗ウイルス核酸センサーです。Z-RNA結合は、ZBP1のN末端に位置する2つのZαドメインを介して起こる。RNAおよびDNAウイルス感染中に蓄積するZ-RNAは、ZBP1 7,8に直接関与すると考えられている。活性化されたZBP1は、その中央RHIMを介してRIPK3をリクルートし、ネクロトーシスを含む調節された細胞死を誘導します9,10。ウイルスは、ZBP1誘導宿主細胞ネクロトーシスに対抗するために、数多くのエスケープメカニズムを採用しています11。例えば、単純ヘルペスウイルス1(HSV-1)リボヌクレオチドレダクターゼサブユニット1は、ICP6として知られ、UL39によってコードされ、そのN末端にRIMを有し、ヒト細胞におけるZBP1媒介RIPK3活性化を妨害する12,13,14,15。ZBP1はウイルス複製を制限するだけでなく、マウス研究はZBP1活性化が炎症性疾患を引き起こし、癌免疫を刺激することを示しています16、17、18、19、20、21。したがって、ヒト細胞におけるZBP1誘発ネクロトーシス中に発生するシグナル伝達イベントを検出するプロトコルは、これらのプロセスにおけるZBP1の役割を評価するために価値があります。
チラミドシグナル増幅(TSA)は、触媒レポーターデポジション(CARD)とも呼ばれ、抗体ベースのイムノアッセイにおける検出限界とS/N比を改善するために開発されました。TSAの際には、任意の一次抗体を使用して目的の抗原を検出することができます。西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)は、二次抗体と結合し、過酸化水素の存在下でビオチン化チラミドラジカルの局所的な蓄積を触媒します。これらの活性化されたビオチン-チラミドラジカルは、近位チロシン残基と反応して共有結合を形成します。潜在的なチラミド-ビオチン基質には、抗原自体、一次抗体と二次抗体、および隣接タンパク質が含まれます。したがって、TSAはアッセイの感度を有意に向上させるが、その空間分解能の一部は失われる。最終ステップでは、蛍光標識ストレプトアビジンを使用してビオチン分子を検出します。HRP反応は、目的の抗原上または抗原の近くに多くのチラミド-ビオチン分子を沈着させます。これにより、ストレプトアビジン-蛍光色素結合部位の数が大幅に増加し、アッセイの感度が大幅に増幅されます(図1)。あるいは、チラミドを蛍光色素に直接結合させることができるため、ストレプトアビジン共役蛍光色素が不要になります。タンパク質免疫組織化学とDNA/RNAin situハイブリダイゼーションは、TSAがシグナル強度を改善するために採用された最初の方法の1つでした22,23。最近では、TSAは細胞内フローサイトメトリー24および質量分析25と組み合わされています。
ここでは、免疫蛍光顕微鏡を用いて、HSV-1感染によるZBP1の活性化時にセリン227リン酸化ヒトRIPK3(p-RIPK3[S227])およびリン酸化ヒトMLKL(p-MLKL [S358])を検出するためのプロトコルを提示する。ヒトZBP1を安定発現するように形質導入したネクロプトーシス感受性HT-29ヒト大腸腺癌細胞株を使用します。これらの細胞は、ウイルスRHIM(VQCG)内の4つのコアアミノ酸がアラニン(AAAA)に置換された変異ICP6タンパク質(HSV-1 ICP6mutRHIM)を発現するHSV-1株に感染し、それによってICP6がZBP1を介したネクロトーシスをブロックできないようにしました13,14,15。免疫染色26において、現在市販されているp-RIPK3およびp-MLKLに対する抗体のシグナル対ノイズ比が低いという問題を克服するために、チラミドシグナル増幅(TSA)ステップ(図1)を実行し、その結果、ヒトp-RIPK3の検出がロバストになり(S227)、ヒトp-MLKL(S358)の検出感度が桁違いに向上します。
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1.ビオチン化チラミドの調製
2. HT-29細胞の培養液の維持
注:ZBP1発現HT-29は、ヒトZBP1をコードするレンチベクター27 による形質導入によって生成された。
3.細胞の実験、播種、刺激の開始
4.セルの固定
5.透過処理と一次染色
6. チラミドシグナル増幅(TSA)
7. 蛍光色素
注:一次抗体のシグナルはビオチン基に変換されるため、p-MLKL(S358)およびp-RIPK3(S227)は、蛍光色素に結合したストレプトアビジンを使用して視覚化されます(フルオロフォア568、希釈:1:500)。さらに、核をDAPI(5 μg/mL)で染色します。ウイルスタンパク質が染色プロトコルに含まれている場合は、一次抗体の宿主種に対する適切な蛍光標識二次抗体を含めます。代表的な結果では、マウス抗ICP0を使用した。二次抗体として、フルオロフォア633に結合したヤギ抗マウス(希釈:1:1,000)が含まれていた。
8. 共焦点顕微鏡によるイメージング
| トラック | レーザー | ビームスプリッター | フィルター |
| pRIPK3 (S227) /pMLKL (S358) | 561 | MBS -405 + | BP 570-620 + LP645 |
| MBS 488/561/633 + SBS SP615 | |||
| ウイルス遺伝子: ICP0 | 633 | MBS -405 + | BP 420-480 + LP605 |
| MBS 488/561/633 + SBS LP570 | |||
| 核: ダピ | 405 | MBS -405 + | BP 420-480 + BP 495-550 |
| MBS 488/561/633 |
表1:細胞可視化のためのイメージングトラック。
9.データ分析と定量化
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ヒト細胞におけるMLKLリン酸化、特にRIPK3リン酸化の免疫蛍光検出は技術的に困難です26。ここでは、ZBP1の活性化時のヒトp-RIPK3(S227)およびp-MLKL(S358)の染色プロトコルの改善を紹介します。このプロトコルには、蛍光シグナルの検出限界と感度を改善するためのTSAステップが含まれています。この方法を検証するために、TSAを介した免疫蛍光とp-RIPK3(S227)およびp-MLKL(S358)の両方の標準的な間接蛍光染色を並べて比較しました。
ヒトZBP1を発現するHT-29細胞にICP6 RIM変異体HSV-1株(HSV-1 ICP6mutRHIM)を9時間感染させ、ZBP1媒介ネクロトーシスおよびRIPK3リン酸化を誘導した。HSV-1 ICP6mutRHIM株は、ICP6 RIM内でVQCGからAAAAへの変異を持ち、ZBP1の下流のネクロトーシスシグナル伝達を遮断することができません14,15
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この免疫蛍光染色プロトコルでは、RIPK3およびMLKL26のリン酸化など、検出が困難なヒトネクロトーシスシグナル伝達経路のシグナル伝達イベントの感度を高めるためのチラミドシグナル増幅(TSA)の使用について説明しています。TSAステップを含めることで、p-RIPK3(S227)およびp-MLKL(S358)の検出閾値が大幅に向上し、p-MLKL(S358)ひずみの感度が向上します。TSAは、模擬処理されたサンプルにすでに存在するp-RIPK3(S227)シグナルを明らかにしました。ヒト細胞では、S227でのRIPK3の自己リン酸化は、MLKLとの安定した相互作用を可能にすることによるネクロトーシス活性化の前提条件です。このプロセスはすでに基礎レベルで発生しており、ネクロトーシス誘導の前に安定した不活性なp-RIPK3(S227)/MLKL二量体の形成をもたらします2,5,31。同様に、本研究で用いた抗p...
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著者は開示するものは何もありません。
VIBバイオイメージングコアのトレーニング、サポート、インストゥルメントパークへのアクセスに感謝します。J.N.は、フランダース研究財団(FWO)の博士号フェローシップによってサポートされています。JMグループの研究は、オデュッセウスII助成金(G0H8618N)、EOS INLADIS(40007512)、フランダース研究財団(FWO)からのジュニア研究助成金(G031022N)、CRIG若手研究者の概念実証助成金、およびゲント大学の支援を受けました。P.V.グループの研究は、EOS MODEL-IDI(30826052)、EOS INFLADIS (40007512)、FWOシニア研究助成金(G.0C76.18N、G.0B71.18N、G.0B96.20N、G.0A9322N)、メトサレム(BOF16/MET_V/007)、iBOF20/IBF/039 ATLANTIS、Foundation Against Cancer(F/2016/865、F/2020/1505)、CRIGおよびGIGGコンソーシアム、およびVIBの支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 抗体 | |||
| 抗ウサギHRP | Agilent Technologies Belgium | K4002 | Envision+ System-HRP Labelled Polymer anti-rabbit |
| Goat anti-mouse DyLight 633 | Thermofisher | 35513 | Secundary antibody |
| HSV-1 ICP0 | Santa Cruz | sc-53070 | Mouse anti-ICP0(HSV-1) 抗体 |
| IAV-PR8 マウス血清 | 自社生産 | xx | マウス抗IAV-PR8ポリクローナル抗体 |
| pMLKL | Abcam | ab187091 | ウサギ抗MLKL-リン酸化 S358 抗体 |
| pRIPK3 | Abcam | ab209384 | ウサギ抗 RIPK3-リン酸化 S227 抗体 |
| Fluorophores> | |||
| DAPI | サーモフィッシャー | D21490 | 細胞の核を可視化する |
| Alexa Fluor 568 | Thermofisher | S11226 | ビオチン分子を可視化する |
| Compounds | |||
| 30% H2O2 | Sigma | H1009 | HRP活性に必要な酸化基質 |
| 4% PFA | SANBIO | AR1068 | 細胞の固定/架橋 |
| ビオチニルチラミド | R&D Systems | 6241 | シグナルを増幅するために、HRP基質 |
| BV-6 | Selleckchem | S7597 | BV6 IAP阻害剤 |
| 細胞培養の場合:細胞を切り離す | |||
| 8.0 g/L NaCl | |||
| 0.4 g/L EDTAの二ナトリウム塩 | |||
| EDTA 0.04% | 自社製剤 | 1.1 g/L Na2HPO4 | |
| 0.2 g/L NaH2PO4 | |||
| 0.2 g/L KCl | |||
| 0.2 g / Lグルコース | |||
| ウシ胎児血清 | TICO | FBS EU XXX | 細胞培養用、細胞培養の維持; ロット番号: 90439 |
| GSK'840 | アオビウス | AOB0917 | RIPK3 キナーゼ阻害剤 |
| L-グルタミン | Sigma-Aldrich | G7513 | 細胞培養用、細胞培養の維持 |
| MAXblock | アクティブモチーフ | 15252 | ブロッキング溶液 |
| PBS | Gibco | ||
| ピルビン酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | S8636 | 細胞培養用、細胞培養TNF |
| -&alphaの維持; | 社内生産 | - | シグナル伝達分子、BV6およびzVADと組み合わせて細胞死を誘発することができる |
| トリトンX-100 | シグマアルドリッチ | T8787-50ML | 細胞を透過化するために |
| トリパンブルー | メルク | 11732 | 細胞カウント用、0.1%で生死マーカーとして使用 |
| トリプシン | シグマ-アルドリッチ | T4424 | 細胞培養用:細胞zVAD |
| を分離するBachem | BACE4026865.0005 | Z-Val-Ala-DL-Asp-フルオロメチルケトン | |
| Material | |||
| µ-スライド8ウェル高ガラス底 | iBidi | 80807 | を培養するには |
| 綿プレッピングボールサイズ中 | 電子顕微鏡科学 | 71001-10 | をきれいにするために |
| Immersol 518 F / 30 °C | ZEISS | 444970-9000-000 | 高倍率でサンプルを視覚化するには |
| レンズクリーナー | ZEISS | 000000-0105-200 | 対物レンズをきれいにするには |
| LSM880 Fast Airyscan 共焦点顕微鏡 | サンプルを視覚化するには | ||
| ソフトウェア | |||
| Excel | Office | xx | データを処理するには |
| プリズム 9 | グラフパッド | xx | データを分析するには - 統計的テストとグラフ生成 |
| Volocity 6.3 | Volocity | xx | 定量化を実行するには |
| Zen black | ZEISS | xx | 画像を取得して処理するには |
| Zen blue | ZEISS | xx | 画像を視覚化するには |
| Viruses | |||
| HSV-1(mutRHIM)F株 | 、家で複製 | Jiahuai Han | によって生成されます。UL39/ICP6のRHEMコアドメインは変異(VQCG>AAAA) |
| HSV-1(WT)F株 | によって産生され、漢嘉懐博士が | ネ | クロプトーシス誘導(ICP6阻害)のネガティブコントロールとしてハウスレプリケーションHSV-1(WT)を産生しましたネ |
| クロプトーシスのトリガーとしての | ハウスストック | の | IAV PR8 |
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