2015年8月4日
私たちは、単一のTリンパ球におけるカルシウムシグナル伝達のリアルタイムイメージングと、力制御された単一の受容体-リガンド結合速度の測定を同時に行うための技術について説明します。
この手順の全体的な目標は、受容体様と結合を同時に測定し、単一細胞で結合によって誘発されるカルシウムシグナル伝達を観察することです。これは、まずビオチンを単離し、ヒト赤血球または赤血球の浸透圧を調整して、超高感度の力変換器として使用することによって達成されます。第2のステップは、マイクロスケールのガラスビーズを機能化することであり、これには洗浄、拡張、配位子コーティングが含まれます。
次に、T細胞を単離し、カルシウム色素とインキュベートします(午前2:00未満)ため、細胞内カルシウムイオン濃度の観察が可能になります。最後のステップは、実験のセットアップに特に必要なマイクロピペットを実験チャンバーで準備することです。最終的に、蛍光生体膜フォースプローブまたはBFP技術を使用して、リガンド被覆ビーズへの細胞の接着を示し、受容体リガンド結合速度を測定し、その間に細胞内カルシウムレベルをモニターします。
この手法は、アンドロゲン認識を介してT細胞が機械的な力をどのように感知するかを理解するのに役立ちます。この手法が既存の方法よりも優れている点は、FBIPが受容体リガンド結合速度と細胞内シグナル伝達を同時に測定できることです。このプロトコルの挑戦的な部分は、手動で正しい直径のマイクロPEPパスを生成すること、マイクロPEPsと細胞や蜂を拾い、最初は失敗する可能性のある力プローブを組み立てることが含まれますが、彼はこのビデオのデモンストレーションのためにここにいることができませんでした。
共著者のArnold Gは、最近私の研究室で博士号を取得しましたが、FBAPプロトコルの初期製造検証に大きく貢献しました。指の刺し傷から血液の8〜10マイクロリットルを取得し、重炭酸塩の1ミリリットルに加え、緩衝ジェットは渦を残すか、またはピペットで混合物をピペットで分離し、900 Gで1分間遠心分離機にかけます。もう一度洗ってください。
次に、得られたRBCパックの10マイクロリットル、炭酸重炭酸塩緩衝液171マイクロリットル、およびビオチン1049マイクロリットルを混合する。PEG NHSリンカー溶液を調製し、室温で30分間インキュベートします。得られたRBC混合物を炭酸重炭酸塩緩衝液で1回洗浄し、次にN 2 5%緩衝液で2回洗浄する前に、同じ洗浄手順を使用します。
次に、ナイスタチンをN 2 5%バッファーに希釈します。最終濃度を1ミリリットルあたり40マイクロリットルにするには、5マイクロリットルのビオチン化RBCと71.4マイクロリットルのナイスタチン溶液を混合し、摂氏0度で1時間インキュベートします。最後に、サンプルをN two 5%bufferで2回洗浄し、ビオチン化RBCをN two 5%bufferと0.5%BSAで冷蔵庫に保存し、3インチマイクロピペット1個をマイクロピペットプーラーに取り付けます。
プルボタンをクリックすると、キャピラリーの中央が機械によって加熱され、キャピラリーが両端で引っ張られて、生のピペットである先端が鋭い2つのキャピラリーが作成されます。次に、生のピペットをマイクロピペットのピペットホルダーに取り付けます フォージ熱で、フォージのガラス球を溶かします。生のピペットの先端をガラス球の内側に挿入します。
ガラス球体を冷やし、生のピペットを引っ張って外側から壊し、先端を球体の内側に残します。所望の先端オリフィスが得られるまでこの手順を繰り返し、最初にガラスカッターを用いて40ミリメートル×22ミリメートル×0.2ミリメートルにカットされたセルチャンバーを40ミリメートル×11ミリメートル×0.2ミリメートルの2つのピースにカバースリップを構築する。セルチャンバーは、2つの金属製の正方形とそれらをリンクするハンドルで構成される自家製のチャンバーホルダーの基礎の上に構築されています。
グレースグルーを使用して、1つのカバーをチャンバーホルダーの下側に滑り込ませ、2つの金属の正方形を橋渡しします。同様に、もう一方のカバースリップを上面に接着すると、平行なカバースリップセルチャンバーが形成されます。次に、ピペットを使用して、2つのカバースリップの間に200マイクロリットルの実験バッファーを注入します。
バッファが両方のカバースリップに取り付けられていることを確認してください。チャンバーをゆっくりと回転させて振とうし、バッファーがチャンバーの両端に触れるようにします。次に、チャンバーの両側に鉱油を慎重に注入し、実験用緩衝ゾーンに隣接して、緩衝液を外気から密閉します。
prob.ビーズの懸濁液を注入します BCSおよびターゲットは、それぞれバッファーゾーンの上部、中央、および下部の領域にあります。BFP実験を開始するには、顕微鏡と光源の電源を入れます。
チャンバーをメイン顕微鏡ステージに置きます。次のステップは、BFPの3つのマイクロピペットをすべて設置することです。左のプローブは、A RBCをつかむためのものです。
右のターゲットは細胞をつかむことであり、右下のヘルパーはビーズをつかんで取り付ける役割を果たし、マイクロインジェクターを使用してマイクロピペットに実験バッファーを埋め戻します。マイクロピペットをピペットホルダーから取り出し、先端から液体が滴り落ちるように低い位置に保持します。マイクロピペットをホルダーチップにすばやく挿入し、マイクロピペットに気泡が入らないようにします。
挿入中にホルダーのネジを締めてから、各ピペットホルダーを対応するマイクロマニピュレーターに取り付けます。マイクロピペットをチャンバーに向かって押し、先端がチャンバーバッファー領域に入るようにします。マイクロピペットの位置を調整し、顕微鏡の視野内でマイクロピペットを見つけます。
チャンバーホルダーステージを動き回って、3つの要素のコロニーを見つけます。マニピュレーターのノブを回して、対応するマイクロピペットの位置を1つずつ調整し、マイクロピペットの先端を1つの細胞またはビーズに近づけ、細胞またはビーズを吸引します。対応するマイクロピペット内の圧力を調整することにより、3つのマイクロピペットすべてが対応する要素を捕捉します。
チャンバーホルダーステージ内を移動して、注入された要素のコロニーから離れた実験が行われるオープンスペースを見つけます。顕微鏡の視覚モードを切り替えて、コンピュータープログラム上で画像を視覚化します。ピペットチップの3つの要素すべてをプログラムの視野に移動します。
次に、プローブビーズとRBCを位置合わせし、プローブビーズをRBCの頂点に慎重に操作します。次に、ビーズをRBCに短時間衝突させて静かに引っ込め、ヘルパーマイクロピペットの圧力を調整してビーズを静かに吹き飛ばし、ビーズがRBCの頂点に接着されたままになるようにします。ヘルパーピペットを離し、ターゲットとプロブビーズをプログラムに位置合わせします。
ビジョンフィールドウィンドウで、プログラムツールを使用して、プローブマイクロピペット、RBC、およびRBCとプローブビーズの間の円形接触領域のそれぞれの半径を測定します。これらの値により、テキストプロトコルにリストされている式によるRBCのばね定数の推定が可能になります。目的のRBCスプリング定数をプログラムに入力した後、RBCの頂点を横切る水平線を引くと、隣接するウィンドウに各ピクセルの明るさを示す曲線が生成されます。
この線に沿って、しきい値線を曲線の深さの約半分になるようにドラッグします。次に、目的の実験モード、熱変動アッセイ、接着頻度アッセイ、またはフォースクランプアッセイを選択します。必要に応じてパラメータを設定します。
プログラムがターゲットピペットを動かし、プローブとの接触にターゲットをインおよびアウトに駆動することを可能にする開始をクリックすると、データ収集が行われ、並列に、プロビーズの位置をリアルタイムで記録します。ボタンをクリックしてプログラムを停止します 実験を停止すると、ウィンドウが飛び出します。取得したデータをBFPシステムの蛍光機能で保存できるように、励起光源と蛍光カメラをONにし、これらは別プログラムで制御されます。
次に、蛍光イメージングのパラメーター(ゲイン露光や励起チャンネルなど)を選択します。340ナノメートルまたは380ナノメートルの励起光によって励起される標的細胞の生蛍光像を可視化できるように、プローブとターゲットの位置合わせを含む、BFP実験プロトコルのすべての準備に従ってください。セクショニングツールを使用して、記録期間全体にわたってセルが留まる領域を大まかにセクショニングします。
次に、レコードを同時にクリックし、クリックを開始します。記録により、340ナノメートルと380ナノメートルの光が細胞内蛍光ダイを交互に励起することができます。対応する蛍光画像のペアは、毎秒約1つずつ交互に記録されます。
開始をクリックすると、分子相互作用の解析のためのBFP実験と、細胞内カルシウムシグナル伝達を監視するための蛍光イメージング実験が開始され、テキストプロトコルに記載されているようにデータの解析が進められます。時間力の生データ曲線では、力はプロビードの位置変化を追跡することから導き出されます。非接着イベントでは、ターゲットセルがビーズ表面から後退した後、フォースリバース時間信号でフォースはゼロに戻ります。
逆に、破壊力イベントでは、収縮中に力が正のレベルまで急速に上昇し、その後、ゼロに急速に低下することで接着が現れます。生涯イベントでは、プラスの力がクランプされてプラトーを実現します。高原の長さは一生です。
VFP実験サイクルを繰り返すことで、力対時間曲線を導き出します。ここに示されているのは、340ナノメートルと380ナノメートルの光チャネルで励起されたときの数個または2個の負荷T細胞の蛍光画像です。どちらの画像も細胞の輪郭がはっきりと示しており、細胞がよく染色されたことを示しています 結合速度論データと蛍光データがT細胞から得られた後、累積寿命曲線とカルシウムレベル曲線の両方を同じ図に示して、それらの間の相関関係を見つけます。
これで、A-F-B-I-P実験の実行方法について十分に理解できたはずです。この手順中。マイクロピペットの直径、ゴムセルの突起の長さ、ビーズの位置など、フォースプローブに欠陥がないか確認することを忘れないようにすることが重要です。
これらすべてが力測定の精度に影響します。この技術は、分子機械生物学の分野の研究者が、考えられるすべての生物学的システムにおける機械的形質導入のメカニズムを研究するための道を開きます。
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この記事では、単一のTリンパ球においてカルシウムシグナリングを観察しながら、受容体-リガンド結合動態を同時に測定する技術について説明します。この方法では、バイオチニン化された赤血球を力の変換器として使用し、機能化にはマイクロスケールのガラスビーズを使用します。
Measuring receptor-ligand binding kinetics and downstream signaling under physiological force conditions addresses a critical gap in target validation for immunotherapies. The fluorescence biomembrane force probe (fBFP) enables concurrent quantification of molecular interactions and intracellular calcium flux in single live cells, providing mechanistic de-risking for T-cell receptor-targeted biologics. This capability supports predictive confidence in early discovery by linking biophysical binding parameters to functional signaling outputs in a disease-relevant system.
The fBFP method integrates into the discovery continuum from early target hypothesis testing through lead identification, where binding kinetics and signaling correlation inform go/no-go decisions before preclinical investment.