本プロトコルでは、非標識の一次ポリクローナル抗体を用いて、K562ヒト赤白血病細胞内の細胞内タンパク質をフローサイトメトリーで検出する方法について説明します。抗体の特異性は、ペプチド競合による染色の用量依存的な抑制によって実証されます。
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本プロトコルでは、非標識の一次ポリクローナル抗体を用いて、K562ヒト赤白血病細胞内の細胞内タンパク質をフローサイトメトリーで検出する方法について説明します。抗体の特異性は、ペプチド競合による染色の用量依存的な抑制によって実証されます。
フローサイトメトリーは、単一細胞レベルの解像度でタンパク質発現を定量的に分析するための強力な手法です。本プロトコルでは、非標識の一次ポリクローナル抗体と蛍光標識二次抗体を用いて、K562ヒト赤白血病細胞内の細胞内タンパク質を検出するためのワークフローについて説明します。細胞は、抗体染色前に、固定、透過処理、ブロッキングを順次行います。固定および透過処理に対する抗体インキュベーションの順序を変更することで、本プロトコルでは、別々の染色ワークフローを用いて、細胞表面または細胞内に局在するタンパク質の評価が可能になります。アフィニティー精製ウサギ抗SF3A1ポリクローナル抗体を用いて、スプライシング因子3aサブユニット1 (SF3A1) の核染色を実証し、対応する抗原ペプチドによる染色の用量依存的な抑制によって抗体の特異性を評価します。さらに、エリスロポエチン受容体の細胞内ドメインを標的とする抗体の反応性を評価するために、染色条件を用いて検証します。この標準化されたワークフローにより、フローサイトメトリーにおける非標識一次抗体の利用範囲が広がり、K562ヒト赤白血病細胞におけるタンパク質の発現と局在、および抗体特異性を評価するための実用的なアプローチが提供されます。
フローサイトメトリーは、単一細胞レベルの解像度でタンパク質発現の定量的な評価を可能にする強力で広く利用されている分析ツールであり、不均一な細胞集団や希少な細胞集団の解析を容易にします1,2,3。従来のフローサイトメトリーの手法は主に細胞表面抗原を標的とする抗体を用いますが、転写因子やRNAプロセシング調節因子、リガンド誘起性内在化を起こす受容体など、機能的に重要なタンパク質の多くは細胞内コンパートメントに局在しています。そのため、これらの細胞質および核タンパク質には、標準的な表面染色プロトコルでは到達できません。細胞膜の固定と透過処理を行う細胞内染色法の導入により、従来のフローサイトメトリー分析の高いスループットとマルチパラメトリックな能力を維持しつつ、細胞内タンパク質、サイトカイン、およびシグナル伝達中間体の定量的な評価が可能となり、フローサイトメトリーの有用性は大幅に拡大しました4,5,6,7。
フローサイトメトリーにおいて、細胞表面および細胞内両方のタンパク質を検出する際の主な制限は、適切な抗体の入手可能性であり、多くの場合、エピトープや免疫原の配列に関する知見が不完全であることです8,9。免疫表現型解析の戦略は主に細胞表面マーカーに基づいているため、フローサイトメトリー用に検証され市販されている抗体の多くはモノクローナル抗体であり、単一の細胞外エピトープを認識し、あらかじめ蛍光色素が結合しています。対照的に、ポリクローナル抗体は標的タンパク質内の複数のエピトープを認識することができ、ウェスタンブロッティング、免疫組織化学、または免疫蛍光染色に一般的に使用されます。しかし、これらの抗体は通常、非標識であるため、標準的なフローサイトメトリーのワークフローに直接適用することはできません。非標識一次抗体と蛍光標識二次抗体を組み合わせて使用することは、検出可能な標的範囲を広げる柔軟な代替手段となり、またシグナルの増幅を可能にするため、低発現タンパク質の検出に有利な場合があります。
これらの制限に対処するため、我々はK562ヒト赤白血病細胞におけるタンパク質染色のプロトコルを最適化した10。細胞内染色では、細胞構造と状態を維持するための固定、および抗体が細胞内コンパートメントに到達できるようにするための透過処理が必要である。本プロトコルでは、細胞の形態を維持し、特定の条件下で細胞膜透過性を向上させる可能性がある一般的な架橋固定剤であるパラホルムアルデヒド(PFA)を用いて細胞を固定する11,12,13,14。エタノール(EtOH)による透過処理により、核内ターゲットへの到達を含む、細胞内コンパートメントへの抗体の進入が可能になる5,13,15。透過処理の後、非標識の一次ポリクローナル抗体と蛍光標識二次抗体を用いて染色を行う。このワークフローを用い、非表面免疫反応の検出にはPFA処理のみを行い、核内ターゲットの検出にはさらにEtOHによる透過処理ステップを追加する。ペプチド競合による核染色の特異性評価では、非特異的なコントロールではなく、同族ペプチドによって抗体結合が用量依存的に阻害されることが示された。全体として、非標識一次ポリクローナル抗体の使用は、蛍光標識抗体を用いた従来の表面マーカー解析を超えてフローサイトメトリーの適用範囲を広げ、単一細胞解像度で細胞内タンパク質発現を評価するための柔軟なアプローチを提供する。
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K562細胞は市販品として入手し、アリゾナ大学ジェネティクス・コアにて定期的に認証およびマイコプラズマ検査を行った。本研究にヒト被験者および脊椎動物は関与していない。
1. 試薬の調製
2. 細胞の回収および計数

図1表面結合および細胞内ターゲット検出のための最適化された染色ワークフロー。 このワークフローは、固定可能な生存染料による染色後に行われる、固定、透過化、ブロッキング、一次抗体染色、および二次抗体染色の順序とタイミングを示しています。Pre-PFA、Post-PFA、Pre-EtOH、およびPost-EtOHの各条件について、個別のワークフローが表示されています。一次抗体および二次抗体染色は、Pre-PFAおよびPre-EtOHのワークフローでは1日目に、Post-PFAおよびPost-EtOHのワークフローでは2日目に実施されます。PFA:パラホルムアルデヒド、EtOH:エタノール。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
3. 固定可能な生存率染料で細胞を染色する
4. 1% PFAで細胞を固定する
注意:Pre-PFAサンプル(ステップ 2.6.1および図1を参照)については、本セクションに進む前にステップ 6、7、および8を実施してください。
5. EtOHによる細胞の透過処理
注:Pre-EtOHサンプル(ステップ2.6.1および図1を参照)については、本セクションに進む前にステップ6、7、および8を実施してください。
6. 細胞のブロッキング
7. 非標識一次抗体による細胞の染色
8. 蛍光色素標識二次抗体による細胞染色
9. フローサイトメトリーによるサンプルの解析
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本プロトコルでは、フローサイトメトリー用に検証済みの市販抗体が利用できない標的タンパク質の細胞内染色を可能にします。代表的な例として、核に局在し普遍的に発現しているスプライシングタンパク質であるsplicing factor 3a subunit 1 (SF3A1)の染色を、SF3A1の18–37番目のアミノ酸に対応するペプチド (SF3A118–37; EPKQPTEEEASSKEDSAPSK) に対して作製したウサギポリクローナル抗体を用いて評価しました18,19。
染色ワークフローを評価するため、非標識のanti-SF3A1を用いて細胞を染色した。18–37 パラホルムアルデヒド(PFA)単独による処理、またはPFAとEtOH(エタノール)の連続処理の前または後の一次ポリクローナル抗体(図1および図2)。予想通り、PFA処理前(Pre-PFA)またはPFAおよびEtOHの連続処理前(...
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ここで提示した結果は、非標識一次抗体を用いた細胞内フローサイトメトリーによるタンパク質検出における、いくつかの重要なパラメータを強調するものである。重要な検討事項は透過化戦略であり、標的タンパク質の細胞内局在に応じて選択する必要がある。本ワークフローでは、PFA固定に続くEtOH透過化によって核タンパク質SF3A1の検出が可能となった一方、EpoRの免疫反応性はPost-PFAおよびPost-EtOHの両ワークフローで検出された。表面タンパク質を評価する場合、染色はPFA処理前に行うべきであるが、細胞内染色はPFA処理後、および必要に応じて追加のEtOH透過化の後に行うことができる。このワークフローにより、異なる染色条件を用いて、免疫表現型によって定義された細胞集団内の表面結合タンパク質および細胞内タンパク質の評価が可能となる。
PFAは一般的に細胞固定剤として使用されますが、1% PFAでの処理によりK562細胞の細胞膜が十分に透過処理され、EpoR抗体が細胞内エピトープに結合することが可能となりました。PFAによる透過処理は、HEK293T細胞やHeLa細胞を含む他の細胞株にお...
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著者は開示すべき事項がないことを宣言します。
著者は、米国国立衛生研究所(NIH)の国立一般医学科学研究所(R01GM127464)および国立がん研究所(P30CA023074)、Valley Research Partnership Program(VRP P1-4009およびVRP77)、ならびにアリゾナ生物医学研究センター(ABRC: RFGA2022-010-30)からSSへの資金提供を受けたことを謝意的に報告します。本内容は著者のみの責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式な見解を代表するものではありません。また、アリゾナ大学医学部フェニックス校フローサイトメトリー・コア施設の責任者であるMrinalini Kala博士の支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10× リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | 院内での / 自社での / 施設内での | 該当なし | 代替案:市販のPBS |
| 15 mL遠心チューブ | VWR | 89039-664 | 代替案:適切なサイズの滅菌済み遠心チューブであれば任意のもの |
| 5 mL 丸底ポリスチレンチューブ | Corning | 352052 | 代替案:使用可能なフローサイトメーターに対応した任意のフローサイトメトリー用チューブ |
| 抗ウサギDyLight 488二次抗体 | Thermo Fisher Scientific | PI35553 | 代替案:一次抗体のホスト種と適合する二次抗体 |
| 自動細胞計数器 | Thermo Fisher Scientific | AMQAF2000 | ヘモサイトメーターの代替法 |
| ArC アミン反応性コンペンセーションビーズキット | Thermo Fisher Scientific | A10628 | 代替案:細胞;シングルステインコントロールに細胞を使用する場合は、すべてのコントロールチューブをサンプルチューブと同様に処理してください。 |
| ボトルトップフィルター | Thermo Fisher Scientific | 595-4520 | ナイロンメンブレン 0.2 µm |
| 細胞計数スライド | Thermo Fisher Scientific | C10228 | 自動細胞計数器を使用する場合にのみ必要 |
| ジメチルスルホキシド (DMSO) | 生存率染色キットに付属 | 該当なし | 凍結乾燥された生存判定染料を再構成するために使用する |
| エタノール、200プルーフ | Thermo Fisher Scientific | BP28184 | 分子生物学グレード。氷冷70%エタノールの調製に使用。 |
| エリスロポエチン受容体一次ポリクローナル抗体 | Bioss | BS-1424R | |
| ウシ胎児血清 (FBS) | Omega Scientific | FB-12 | 代替案:標的細胞株でバリデーション済みの任意のFBS |
| フローサイトメーター | BD Biosciences | BD Canto II | 代替案:適切なフローサイトメーターであれば何でもよい |
| 血球計算盤 | Hausser Scientific | HS3200 | 代替案:自動細胞計数器 |
| 加熱機能付きマグネチックスターラー | Thermo Fisher Scientific | SP88857100 | PBSおよびパラホルムアルデヒドの調製に使用 |
| K562ヒト骨髄性白血病細胞 | ATCC | CCL-243 | その他の認証済み供給源から購入することも可能です。 |
| Live-or-Dye 固定可能生存生存率染料 (405/545) | Biotium | 32009 | 代替案:互換性のある任意の固定可能生存細胞染色剤。固定不可能な染色剤(例:7-AAD)は不適切である。 |
| 正常ヤギ血清 | Thermo Fisher Scientific | 16210064 | ブロッキングに使用 |
| パラホルムアルデヒド粉末 | Sigma-Aldrich | P6148 | 代替案:市販のパラホルムアルデヒド溶液 |
| pHメーター/プローブ | Accumet | AB15 | バッファーのpH調整に使用する |
| 塩化カリウム (KCl) | Thermo Fisher Scientific | BP366-1 | |
| リン酸一カリウム (KH₂PO₄)2PO4) | Thermo Fisher Scientific | BP362-1 | |
| SF3A1 一次ポリクローナル抗体 | 院内での(または、自前での) | 該当なし | |
| 塩化ナトリウム (NaCl) | Thermo Fisher Scientific | BP358-1 | |
| 水酸化ナトリウム溶液 (5 M) | MilliporeSigma | S8263 | 代替法:水酸化ナトリウムペレットを用いて5 M溶液を調製する |
| リン酸二ナトリウム (Na2高倍率光学顕微鏡(HPO)4) | Thermo Fisher Scientific | BP332-1 | |
| 撹拌子 | VWR | 74950-286 | マグネチックスターラーと共に使用する |
| トリパンブルー溶液 0.4% | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | 細胞生存率の計数に使用 |
| UltraComp eBeads コンペンセーションビーズ | Thermo Fisher Scientific | 01-2222-42 | 代替案:細胞。シングルステインコントロールに細胞を使用する場合は、すべてのコントロールチューブをサンプルチューブと同一の手順で処理してください。 |
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