この方法は、ヒトTリンパ球のさまざまな核組織パターンを持つタンパク質分布を評価するための免疫蛍光プロトコルと定量パイプラインを示しています。このプロトコルは、サンプル調製から始まり、フィジーでの半自動分析の実行まで、段階的なガイダンスを提供し、Google Colabノートブックによるデータ処理で終わります。
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この方法は、ヒトTリンパ球のさまざまな核組織パターンを持つタンパク質分布を評価するための免疫蛍光プロトコルと定量パイプラインを示しています。このプロトコルは、サンプル調製から始まり、フィジーでの半自動分析の実行まで、段階的なガイダンスを提供し、Google Colabノートブックによるデータ処理で終わります。
転写制御などのさまざまな核プロセスは、免疫蛍光法によって識別可能な病巣として知られる個別の構造内で発生します。顕微鏡を用いて多様な細胞条件下でのこれらの病巣の動態を調査することで、細胞の同一性と機能を支配する分子メカニズムに関する貴重な洞察が得られます。しかし、異なる細胞タイプで免疫蛍光アッセイを実施し、これらの病巣の組み立て、拡散、分布の変化を評価するには、多くの課題があります。これらの課題には、サンプル調製の複雑さ、イメージングデータを解析するためのパラメータの決定、大量のデータの管理などが含まれます。さらに、既存のイメージングワークフローは、熟練したユーザー向けに調整されていることが多いため、より広範なオーディエンスへのアクセスが制限されています。
この研究では、さまざまなヒト初代T細胞タイプの核タンパク質を調査するために最適化された免疫蛍光プロトコルを導入し、関心のある任意のタンパク質と細胞タイプに合わせてカスタマイズできます。さらに、タンパク質染色が明確な病巣を形成するか、拡散した核分布を示すかにかかわらず、タンパク質染色を偏りなく定量する方法を提示します。
私たちが提案する方法は、Jythonで開発され、フィジーで実行可能な半自動パイプラインを活用して、細胞染色から分析までの包括的なガイドを提供します。さらに、データ管理を効率化するユーザーフレンドリーなPythonスクリプトを提供し、Google Colabノートブックで公開されています。私たちのアプローチは、さまざまな状況で多様な核組織化パターンを持つタンパク質の非常に有益な免疫蛍光分析を実現する有効性を実証しています。
真核生物のゲノムの組織化は、エピジェネティックな修飾1の複数の層によって支配されており、核体または凝縮物2と呼ばれる特殊なコンパートメント内で発生する可能性のあるいくつかの核機能を調整しています。これらの構造内では、転写開始3、RNAプロセシング4,5,6、DNA修復7,8、リボソーム生合成9,10,11、ヘテロクロマチン制御12,13などのプロセスが進行します。核体の調節は、相分離の原理14,15に導かれて、細胞の要件に対応するために空間的および時間的次元の両方で調整されます。その結果、これらの物体は、機能部品が組み立てられ、分解され、サイズや空間分布が変化する過渡的な工場として機能します。したがって、核タンパク質の特性(体を形成する傾向やさまざまな細胞条件での空間配置など)を顕微鏡で理解することは、その機能的役割に関する貴重な洞察を提供します。蛍光顕微鏡法は、核タンパク質を研究するために広く使用されている方法であり、蛍光抗体を介してそれらを検出したり、蛍光タンパク質レポーター16,17で直接標的を発現させたりすることができる。
この文脈では、核体は明るい病巣またはプンクタとして現れ、顕著な程度の球形性を伴い、周囲の環境と容易に区別できる16,18。STORMやPALMのような超解像技術は、分解能の向上(最大10nm)19を提供することにより、特定の凝縮物20の構造と組成のより正確な特性評価を可能にする。しかし、その利用可能性は、設備費やデータ分析に必要な専門スキルによって制限されています。したがって、共焦点顕微鏡は、分解能と幅広い使用との間の良好なバランスにより、依然として人気があります。このような人気は、焦点が合っていない光を本質的に除去することで、正確なセグメンテーションのための広範な後処理手順の必要性が減少し、研究機関で広く利用可能になり、効果的な取得時間、および一般的に効率的なサンプル調製によって促進されます。しかし、免疫蛍光アッセイを用いて多様な細胞条件でタンパク質の分布、アセンブリ、または拡散を正確に測定することは、多くの既存の方法がさまざまな分布パターンを持つタンパク質に適したパラメータを選択するためのガイダンスを欠いているため、課題を提起します21。さらに、結果として生じる大量のデータを処理することは、データ分析の経験が限られているユーザーにとっては困難であり、結果の生物学的意義を損なう可能性があります。
これらの課題に対処するために、免疫蛍光法の調製とデータ解析のための詳細なステップバイステップのプロトコールを導入し、さまざまな組織パターンでタンパク質染色を偏りなく定量する方法を提供することを目指しています(図1)。この半自動パイプラインは、計算解析とイメージング解析の専門知識が限られているユーザー向けに設計されています。これは、2つの確立されたフィジープラグイン、FindFoci22 と3Dスイート23の機能を組み合わせたものです。FindFociの正確な病巣識別機能と、3Dスイートが提供する3D空間のオブジェクト識別およびセグメンテーション機能を統合することにより、私たちのアプローチは、取得フィールドごとにチャネルごとに2つのCSVファイルを生成します。これらのファイルには、細胞あたりの病巣数、核重心からの病巣の距離、びまん性タンパク質染色に導入した不均一性係数(IC)など、さまざまなタイプのシグナル分布に適したメトリクスの計算を容易にする補完的な情報が含まれています。さらに、データ外挿は、データ処理スキルが限られているユーザーにとって時間がかかる可能性があることを認識しています。このプロセスを効率化するために、各実験で収集されたすべての測定値を1つのファイルに自動的にコンパイルするPythonスクリプトを提供しています。ユーザーは、プログラミング言語ソフトウェアをインストールしなくても、このスクリプトを実行できます。Google Colabは、ブラウザで直接Pythonスクリプトを記述できるクラウドベースのプラットフォームであるGoogle Colabで実行可能コードを提供しています。これにより、当社の方法は直感的で、すぐに使用できるものとなっています。
私たちは、ブロモドメイン含有タンパク質4(BRD4)とゼステ-12のサプレッサー(SUZ12)の2つの核タンパク質のシグナル分布の変化を分析および定量化する上で、私たちのプロトコルの有効性を実証しています。BRD4は、ポリメラーゼII依存性転写開始24,25に関連する凝縮物を形成することが知られているメディエーター複合体内の十分に文書化されたコアクチベータータンパク質です。SUZ12は、H3K27me3ヒストン修飾26,27の沈着を制御する役割を担うポリコーム抑制複合体2(PRC2)のタンパク質成分である。これらのタンパク質は、2つの異なる細胞型内で異なるパターンを示します:静止状態で転写活性の速度が遅い、新たに単離されたヒトCD4+ナイーブT細胞と、転写の増加を示す特殊な増殖エフェクター細胞であるin vitro分化TH1 CD4+細胞です28。
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研究目的でのヒトサンプルの使用は、Fondazione Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) Cà Granda Ospedale Maggiore Policlinico (Milan) の倫理委員会によって承認され、すべての被験者からインフォームド コンセントが得られました (承認番号: 708_2020)。このプロトコールは、免疫蛍光法の実行、画像取得、および画像解析の3つの主要なセクションで構成されています。平均して、完了するまでに4営業日かかります(図1)。
1. 免疫蛍光法の調製
注:この免疫蛍光プロトコルは、固定および透過化条件を調整することにより、さまざまな細胞タイプおよびタンパク質ターゲットに対して容易にカスタマイズできます。免疫蛍光染色の調製は、通常、完了までに3日未満で完了し、一次抗体のインキュベーション期間は抗体の品質と標的タンパク質によって異なります(図1)。
2. 画像取得
注意: 画像取得の持続時間は、機器と選択した設定によって異なります。
3. 画像解析
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この方法に概説されているプロトコルは、ヒト初代T細胞内の核タンパク質染色の変化の可視化と定量化を容易にし、多様な細胞タイプやタンパク質ターゲットに合わせてカスタマイズすることができます。ケーススタディとして、ナイーブ細胞とTH1 CD4+ 細胞におけるBRD4およびSUZ12の染色を行い、解析しました。
BRD4は、静止ナイーブ細胞と分化したTH1 CD4+細胞の両方で良好な点線の染色パターンを示し、両方の細胞タイプの病巣同定に設計されたパラメーターの使用を可能にします(図3A)。当社のパイプラインでは、核内のBRD4病巣の数、体積、蛍光シグナル(平均蛍光強度(MFI)として表される)、カバレッジ、空間配置など、さまざまなパラメータの定量化が可能です(図3B-F)。さらに、核体積に占める病巣の割合を決定する自動...
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本研究では、ヒトTリンパ球の核タンパク質に対する免疫蛍光実験を行う方法を紹介します。この方法は、前述のように、固定および透過化ステップのわずかな変更を通じて、さまざまな細胞タイプで使用するための柔軟性を提供します30,31。
当社のイメージングワークフローは、文献、特にFindFociと3D Suite22,23で概説されている確立された技術に基づいています。以前の出版物とは異なり、フィジーに統合された実行可能なJythonコードを提供し、半自動パイプラインを実現し、細心の注意を払ったパラメータ追跡と視覚的な品質チェックを可能にします。特に、プロトコルセクション3.5.3.5で核セグメンテーションの品質を調節するオプション機能を導入し、プロトコルセクション3.5.5で修正ステップを実装しました。Google Colabのスクリプト実行可能ファイルを使...
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R.V.は、スタートアップのT-One Therapeutics Srlと科学的な協力関係を築いています。B.B.とF.M.は、スタートアップ企業T-One Therapeutics Srlの共同設立者です。E.P.は現在、T-One Therapeutics Srlに雇用されています。他のすべての著者は、競合する利益がないと宣言しています。
私たちは、INGMイメージング施設、特にC.コルディリエーリとA.ファシアーニ、特にINGM FACSソーティング施設、特にM.Cクロスティ(Istituto Nazionale di Genetica Molecolare 'Romeo ed Enrica Invernizzi'(INGM)、ミラノ、イタリア)の科学的および技術的支援に感謝します。M. Giannaccari氏には、技術的な情報提供のサポートに感謝します。この研究は、F.M. Ricerca Finalizzata(助成金番号GR-2018-12365280)、Fondazione AIRC(助成金番号2022 27066)、Fondazione Cariplo(助成金番号2019-3416)、Fondazione Regionale per la Ricerca Biomedica(FRRB CP2_12/2018)、Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza(助成金番号G43C22002620007)、Progetti di Rilevante Interesse Nazionale(PRIN)(助成金番号2022PKF9S)からBへの助成金によって資金提供されました。B.
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL Safe-Lock Tubes | Eppendord | #0030121503 | プロトコルセクション 1 |
| 10 mL Serological pipettes | VWR | #612-3700 | プロトコルセクション 1 |
| 20 µL バリアピペットチップ | Thermo Scientific | #2149P-HR | プロトコルセクション 1 |
| 50 mL ポリプロピレンコニカルチューブ | Falcon | #352070 | プロトコルセクション 1 |
| 200 µL型バリアピペットチップ | Thermo Scientific | #2069-HR | プロトコルセクション1 |
| 退色防止液 - ProlongGlass - mountingmedia | Invitrogen | #P36984 | ステップ1.3.12 |
| BSA(ウシ血清アルブミン) | シグマ | #A7030 | ステップ1.3.6.、1.3.8. |
| CD4+ T 細胞分離キット | Miltenyi Biotec | #130-096-533 | ステップ 1.1.2. |
| DAPI(4,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール) | Invitrogen | Cat#D1306 | Step 1.3.10. |
| ドライアイス | ステップ 1.3.1. | ||
| Dynabeads Human T-activator anti-CD3/anti-CD28 bead | Life Technologies | #1131D | 磁気ビーズステップ 1.1.4. |
| EtOH | カルロエルバ | #4146320 | ステップ1.2.1.1。 |
| FACSAria SORP | BD Bioscences | ステップ1.1.3。BD FACSを搭載Diva Software version 8.0.3 | |
| FBS(Fetal Bovine Serum) | Life Technologies | #10270106 | Step 1.1.4 |
| FICOLL PAQUE PLUS | Euroclone | GEH17144003F32 | Step 1.1.1. |
| FIJIバージョン2.14.0 | - | プロトコルセクション3 | |
| カバースリップ(10ミリメートル、厚さ1.5 H) | 電子顕微鏡科学 | #72298-13 | ステップ1.2.1。 |
| グリセロール | シグマ | #G5516 | ステップ1.2.7-1.3.1。 |
| ヤギ抗ウサギAF568二次抗体 | Invitrogen | A11036 | ステップ1.3.8。 |
| HCl | Sigma | #320331 | ステップ 1.3.4. |
| 人間中和抗IL-4 | Miltenyi Biotec | Cat#130-095-753 | ステップ1.1.4。 |
| ヒト組換えIL-12 | Miltenyi Biotec | Cat#130-096-704 | ステップ1.1.4。 |
| ヒト組換えIL-2 | Miltenyi Biotec | Cat#130-097-744 | 1.1.4。 |
| ライカTCS SP5 共焦点顕微鏡 | ライカマイクロシステム | ズ- | プロトコルセクション2、HCX PL APO 63x、1.40 NA油浸対物レンズを装備し、さらに3倍ズームを装備。ピンホールサイズ:0.8AU。ライン平均2×。フレームサイズ1024×1024ピクセル。 |
| MEM非必須アミノ酸溶液 | Life Technologies | #11140035 | Step 1.1.4. |
| 顕微鏡スライド | VWR | #631-1552 | ステップ 1.3.12. |
| マウスモノクローナル抗ヒトCD4 APC-Cy7 (RPA-T4クローン) | BD Bioscience | #557871 | Step 1.1.3. |
| マウスモノクローナル抗ヒトCD45RA PECy5 (5H9クローン) | BD Bioscience | #552888 | Step 1.1.3. |
| マウスモノクローナル抗ヒトCD45RO APC (UCHL1クローン) | Miltenyi Biotec | #130-113-546 | Step 1.1.3. |
| マルチウェル 24 ウェル | Falcon | #353047 | プロトコル セクション 1 |
| 正常ヤギ血清 | Invitrogen | PCN5000 | ステップ 1.3.6., 1.3.8. |
| PBS | Life Technologies | #14190094 | プロトコルセクション 1 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン溶液 | Life Technologies | #15070063 | ステップ 1.1.4. |
| PFA | Sigma | #P6148 | ステップ 1.2.4. |
| poly-L-リジン | Sigma | #P8920 | 1.2.1. |
| 一次抗体 - BRD4 | Abcam | #ab128874 | Step 1.3.6. |
| 一次抗体 - SUZ12 | Cel Signalling | mAb #3737 | Step 1.3.6. |
| RPMI 1640 W / GLUTAMAX-I | Life Technologies | #61870010 | ステップ1.1.4。 |
| ピルビン酸ナトリウム | ライフテクノロジー | #11360039 | ステップ1.1.4。 |
| トリトンX-100 | シグマ | #T8787 | ステップ1.2.、1.3。 |
| TWEEN 20 | Sigma | #P9416 | ステップ 1.3. |
| ピンセット | - | プロトコルセクション1 |
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