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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
이 프로토콜은 마우스 모델에서 피부 각질을 분리하고, 금속 태그가 달린 항체로 염색하고, 다른 세포 주기 단계에서 관심 있는 단백질의 발현 패턴을 프로파일화하기 위해 질량 세포 측정에 의해 염색된 세포를 분석하는 방법을 설명합니다.
이 프로토콜의 목표는 마우스 피부의 표피로부터 단리된 단일 세포를 사용하여 세포 주기 의존적 방식으로 단백질 발현 변화를 검출하고 정량화하는 것이다. 7개의 중요한 단계가 있습니다: 진피에서 표피의 분리, 표피의 소화, 시스플라틴을 가진 표피 세포 집단의 염색, 견본 바코드, 세포 주기 마커 및 단백질을 위한 금속 태그가 붙은 항체를 가진 염색 관심, 질량 세포 분석에 의한 금속 태그 항체의 검출, 및 다양한 세포 주기 상에서발현의 분석. 조직학적 방법에 대한 이러한 접근법의 장점은 세포 주기의 상이한 단계에서 단일 세포에서 >40의 발현 패턴을 분석할 수 있는 가능성이다. 이 접근은 또한 조직학/화상 진찰 방법 보다는 더 정량화할 수 있는 단백질 발현의 다변량 상관 성 분석을 허용합니다. 이 프로토콜의 단점은 단일 세포의 현탁액이 필요하며, 이는 조직 섹션의 염색에 의해 제공되는 위치 정보의 손실을 초래한다는 것입니다. 이 접근법은 또한 조세포 현탁액에서 상이한 세포 유형을 식별하기 위해 추가 마커의 포함을 요구할 수 있다. 이 프로토콜의 적용은 과형성 피부 질환 모델의 분석에서 분명합니다. 더욱이, 이 프로토콜은 계보 특이적 항체의 첨가에 의해 특정 하위 유형의 세포(예를 들어, 줄기 세포)의 분석을 위해 적응될 수 있다. 이 프로토콜은 또한 다른 실험 종에서 피부 세포의 분석을 위해 적응될 수 있다.
세포 주기 단계와 유전자 발현의 상관관계는 암과 같은 과형성 질환의 동물 모델 분석에 여전히 도전과제로 남아 있다. 이 도전의 일부는 증식의 마커를 가진 관심있는 단백질 (POI)의 공동 검출입니다. 증식 세포는 G1, S, G2 및 M. Ki67을 포함한 다양한 세포 주기 단계에서 발견될 수 있으며, 가장 일반적으로 사용되는 증식 마커 중 하나이며 세포 주기의 모든 단계에서 발현된다. 그것은 광범위하게 인간과 마우스 조직 모두의 분석에사용되어왔다 1,2,3. 그러나, 다른 일반적인 증식 마커 처럼, Ki67 개별 세포 주기 단계를 분별 하지 않습니다. 보다 정밀한 접근법은 브로모데독시우리딘(BrdU)과 같은 티미딘 뉴클레오티드 유사체를 게놈(즉, S상)을적극적으로 복제하는 세포에 4,5를사용합니다. 뉴클레오티드 유사체의 사용에 대한 한 가지 단점은 분석 하기 전에 살아있는 동물에 그들을 관리 하는 필요. Ki67 및 BrdU는 항체의 사용에 의해 고정된 조직 단면도에서 일반적으로 검출됩니다. 이 접근법의 한 가지 장점은 POI의 위치가 조직 아키텍처(예를 들어, 피부 표피의 기저층) 내에서 확인될 수 있다는 것입니다. 이 접근은 또한 유전자 발현에 있는 변경으로 이끌어 낼 수 있는 조직 해리를 요구하지 않습니다. 한 가지 단점은 OCT 동결 또는 파라핀 절편을 위한 조직의 조직 고정 또는 처리가 항체 표적(즉, 항원)을 폐색시킬 수 있다는 것이다. 항원의 검색은 전형적으로 열 또는 조직 소화를 요구합니다. 염색 강도의 정량화도 어려울 수 있습니다. 이는 염색, 단면 두께, 신호 감지 및 실험자 바이어스의 변화에 기인합니다. 또한 대부분의 일반적인 실험실 설정에서 제한된 수의 마커를 동시에 감지할 수 있습니다. 그러나, 새로운 멀티플렉스 염색 접근 방식은 이러한 한계를 극복할 것을 약속합니다. 예는 이미징 질량 세포 측정 및 티라 미드신호 증폭 6,7.
유세포측정은 증식 세포를 검출하는 또 다른 강력한 기술입니다. 그것은 동일 세포에 있는 마커의 다중 검출을 허용합니다 그러나 대부분의 비 조혈 세포 모형을 위한 조직 해리를 요구합니다. 증식 세포의 분석은 DNA를 결합하는 염료(예를 들어, 프로피듐 요오드화물(PI))의사용에 의해 일상적으로 수행된다 8. 유세포측정은 또한 BrdU 법인9의검출과 결합될 때 세포 주기 단계의 보다 정확한 측정을 허용한다. 강력한 접근 방식이지만 BrdU/PI 유동 세포측정은 단점이 있습니다. 위상 특이적 항체를 포함하지 않고는 G2/M 및 G0/G1 단계를 해결할 수 없습니다. 그러나, 사용될 수 있는 항체의 수는 세포 자가형광, 불소 방출의 스펙트럼 유출, 및 보상 제어의 사용에 의해 제한된다. 이 한계는 POI를 가진 세포 주기 마커의 표현을 공동 검출하기 위하여 더 도전적이고 힘든 표시합니다. 더 허구적인 접근법은 질량 세포 분석10,11을사용하는 것입니다. 이 기술은 더 좁은 검출 스펙트럼을 가진 금속 공액 항체를 사용합니다. 일단 세포가 금속 태그가 달린 항체로 염색되면 기화되고 세포 분석 시간(CyTOF) 질량 분석법에 의해 검출된 금속이 기화됩니다. 이러한 특성으로 인해 질량 세포 분석은 기존 플랫폼10,11을사용하여 >40 다른 마커의 멀티플렉스 검출을 가능하게 한다. 또한, 귀중한 항체를 절감하는 한편 시료 간 염색 가변성을 줄이는 금속으로 시료를 바코드화할 수 있습니다. 다른 한편으로는, 질량 세포측정은 몇몇 단점이 있습니다. 비혈액 유래 세포에 대한 시판되는 금속 태그항체의 수가 제한되어 있다. 형광 DNA 염료 및 질량 세포측정의 사용에 비해 DNA 함량의 정량화는 형광 유동 세포측정에 비해 신호 검출의 감소된 동적 범위를 가지고 있다.
여기에서 기술된 프로토콜은 마우스 피부로부터 새로 단리된 각질세포(KC)로부터 세포 주기 역학을 분석하고 대량 세포분석기를 사용하여 이들 세포에서 세포 주기 특정 단백질 발현을 특성화하도록 설계되었습니다. 이 프로토콜은 또한 배양된 세포와 함께 사용되거나 다른 세포 유형에 적응될 수 있다.
콜로라도 안슈츠 대학 의과 대학' 기관 동물 관리 및 사용 위원회는이 프로토콜에 설명 된 동물 실험을 승인.
1. 준비
2. IdU 법인에 의한 S상 라벨링
3. 라벨링을위한 셀 의 격리
4. 살아있는 / 죽은 세포를 결정하는 시스 플라틴 라벨링
5. 시스플라틴 라벨 셀 의 고정 (선택 사항)
6. 샘플의 바코드 (선택 사항이지만 권장)
7. 질량 세포 측정을 위한 세포의 표지
8. 대량 세포 분석 데이터 파일 처리 및 분석
표 1은 비병리학적 조건 하에서 성인마우스 귀 및 신생아 피부로부터의 예상 세포 수율 및 생존율을 나타낸다. 이 표에는 혼합 C57/126 배경에서 동물의 대표 데이터도 표시됩니다. 그것은 다른 균주의 피부가 유사한 세포 수율과 부채를 초래할 것으로 예상된다. 대략적인 수율은 피부의 표면적에 의존하며 신생아 피부가 더 많은 수의 세포를 필요로 하는 실험에 더 나은 선택이 될 것임을 나타냅니다(표 1). 낮은 수율 또는 감소된 생존율(&50%) 피부 무결성을 감소 또는 세포 죽음의 유도 소화 또는 실험 조건 문제를 나타냅니다. 적절한 매체 및 보충제로 세포를 배양하면 KC 제제의 품질을 평가하는 데 도움이 될 수있다 17.
FCS 파일의 정규화20 및 deconvulation18에 이어, 데이터의 게이팅은 관심있는 표피 세포 집단을 정의하고 개별 세포 주기 단계를 표시합니다 (그림 2). 191Ir 대 193Ir 채널을 비교하는 양변량 플롯에서, 손상되지 않은 셀은 오른쪽 상단 사분면에서 게이트될 수 있다(그림2A). 이벤트 길이 대 191Ir을 플로팅하고 191Ir 축 근처의 단단한 셀 클러스터를 선택하여 단일 셀을 표시합니다. 생존 가능한 세포는 낮은 195Pt 레벨을 가진 세포에 대한 게이팅에 의해 195 Pt 대 193Ir 플롯의 플롯에서 선택됩니다. 도 2A에 나타난 샘플은 이물질과 비생존 세포로 분류된 시스플라틴의 존재가 증가하였다. 이것은 견본이 질량 세포 측정을 위해 염색하기 전에 너무 오래 얼음 또는 RT에 너무 오래 방치된, 과잉 소화되었다는 것을 나타낼 수 있습니다. 조직 배양 세포로부터의 프로파일은 전형적으로 195Pt음성 세포의 더 높은 백분율을 준다(도2B). 대안적으로, 유도 세포 사멸이 실험 모델 및/또는 조건의 특징인 경우, 195Pt양성 세포의 존재가 예상될 수 있다.
이상적으로, 관심의 인구를 정의하는 마커는 특정 세포 모형의 분석에 포함되어야 합니다. 예를 들어, 조혈 KC 현탁액에 존재할 것으로 예상되는 면역 세포는 조혈 세포를 검출하는 CD4523 항체를 첨가하여 검출할 수 있다(도2C). 증식 항체패널(13)과관련하여, IdU 대 CYCLIN B1플로팅은 표준 BrdU/PI 플로우 플롯(그림 2D)과 유사한 세포 주기 상(그림2C)을해결하여 S상, G0/G1 및 G2/M 셀의 검출을 가능하게 합니다. 인구. IdU 대 pHH3 플롯에서 높은 pHH3 양성도는 M 상 세포를 식별합니다. 마지막으로, 높은 pRB 신호에 G0/G1 세포를 게이팅하면 G1의 세포와 G0(정지)을 구별할 수 있습니다(그림2C,대부분의 패널 왼쪽).
상이한 세포 주기 단계를 확인한 후, 상이한 세포 유형 또는 실험 조건에 대한 세포 주기 프로파일의 그래픽 표현을 구성할 수 있다. 예를 들어, 그림2에 도시된 KC 현탁액에서 CD45- 대 CD45+ 셀 모집단(그림3A)을비교할 때 뚜렷한 세포 주기 프로파일이 나타난다. 예상대로 CD45-군에서 발견되는 과형성 KCs는 G0에 있는 더 적은 세포및 S,G2 및 M 상 3에 있는 더 많은 세포가 있었다. 대조적으로, 동일한 견본에서 면역 세포는 G0와 G1에 있는 주목할 만한 인구가 있었습니다. 세포 주기 프로파일 이외에, 세포 주기 의존적 방식으로 유전자 발현의 특성화도 가능하다. 예를 들어, EGFR 및 mTOR/PI3K 시그널링을 정의하는 데 도움이 되는 인광 단백질은 도 3A에제시된 데이터에서 분석되었다. CD45- 대 CD45+ 세포의 G1 단계의 분석은 pS6 및 pEGFR 양성 세포의 백분율에 약간의 차이가 있는 것으로 나타났지만 EGFR 및 mTOR/PI3K 신호 단백질에 대한 유사한 프로파일을 밝혀냈다(그림3B). 유사한 접근법은 세포 주기의 상이한 단계에서 다른 신호 통로 단백질 또는 세포 과정의 발현을 특성화하기 위하여 적응될 수 있다.

그림 1 : 소화를 위한 마우스 귀 피부 준비. (A) 먼저, 동물에서 귀를 제거하고 깨끗한 페트리 접시에 평평하게 놓습니다. (B) 구부러진 정밀 인압을 사용하여 귀의 한쪽면을 가운데 또는 가장자리에서 잡습니다. (C) 뒤집어서 다른 한 쌍의 집게를 사용하여 귀가 주름에 찢어질 때까지 귀의 절반을 부드럽게 당깁니다. (D) 측면이 두 개의 반으로 분리될 때까지 계속 당깁니다. (E) 해동 매체에 귀를 반으로 뜨고 진피 면이 용액에 닿습니다. 배율 표시줄 = 2mm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2 : 대량 세포분석 데이터를 위한 게이팅 전략. 이 도면의 데이터는 앞서 설명한바와같이 phorbol ester TPA로 처리된 실험 동물로부터 생성되었다 3. TPA는 피부염증을유발하는 PKC 활성제(24)이다. (A) 패널은 바코드 데이터의 정규화 및 디볼루션 후 초기 게이팅 전략을 보여줍니다. 이벤트 길이, 191Ir,193Ir 및 195Pt 채널을 게이팅함으로써, 손상되지 않은, 단일 및 생존 가능한 세포를 선택할 수 있다. (B) 인간 SCC SRB-P93 세포를 DMSO로 처리한 후 질량 세포측정을 위해 염색하였다. 데이터는 (A)에서와같이 게이트되었고 플롯은 이 샘플에서 라이브 셀의 수준을 나타낸다. (C) 계보 마커의 포함은 관심있는 세포 집단의 선택을 허용한다. 이 예에서, 생존가능한 세포(A)는 조혈 세포를 배제하기 위해 이벤트 길이 대 CD45에 대해 게이트화되었다. IDU 대 CYCLIN B1의 혼입을 위한 게이팅 CD45-셀은 S, G0/G1 및 G2/M 세포 집단의 식별을 허용한다. pHH3 높은 세포의 선택은 M 상을 정의하는 반면, pRB 양성에 대한 G0/G1의 분석은 G1의 세포를 식별합니다. (D) 플롯은 형광계 유동 세포측정을 통해 BrdU 혼입 및 PI(DNA 함량)의 검출에 의한 세포 주기 분석의 대표적인 결과를 나타낸다. 도시된 데이터는 앞서 설명한바와같이 BrdU와 함께 성장한 인간 Colo163 SCC 세포로부터 1시간 동안 3. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3 : 세포 주기 프로파일의 특성화 및 상 특이적 단백질 발현. (a) 세포 주기 프로파일은 CD45-대 CD45+ 세포에 대한 도 2로부터의 샘플에서 결정되었다. (B) CD45-(주황색) 및 CD45+(파란색) 세포에서 인광 특이적 항체를 가진 G1 단계의 분석은 EGFR 및 mTOR/PI3K 신호 경로의 마커에 대한 유사한 발현 프로파일을 밝혀냈습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 조직 | 영역 | 셀 수율 | 생존 능력 |
| 마우스 귀 | 225-230 mm3 | 1-2x106 | 70-90% |
| 신생아 피부 | 1000-1100 mm3 | 5-10x106 | 80-99% |
표 1: 성인 마우스 귀및 신생아 피부에서 전형적인 세포 수율 및 생존율. 트립판 블루 배제에 의한 세포 수 및 생존력은 n=7 8-10주 령 성인 마우스 귀 또는 n=7 P3 신생아 스킨에서 수확한 귀 KC로부터 평균화되었다.
저자는 공개 할 것이 없다.
이 프로토콜은 마우스 모델에서 피부 각질을 분리하고, 금속 태그가 달린 항체로 염색하고, 다른 세포 주기 단계에서 관심 있는 단백질의 발현 패턴을 프로파일화하기 위해 질량 세포 측정에 의해 염색된 세포를 분석하는 방법을 설명합니다.
이 작품에 대한 지원은 피부과, 콜로라도 대학과 콜로라도 대학의 재생 의학을위한 게이츠 센터에서 왔다 (UC) 피부 질환 센터 형태학 및 표현형 코어 (NIAMS P30 AR057212). 저자는 UC 암 센터 유동 세포 측정 공유 자원 및 지원 보조금 (NCI P30 CA046934)을 인정질량 세포계의 작동에 대한 및 흐름과 질량 세포 측정에 대한 전문가의 조언에 대한 핵심 카렌 헬름과 크리스틴 어린이에 대한 감사 기술을.
| 12웰 플레이트 | Cell Treat | 229512 | |
| Intercalator 솔루션 | Fluidigm | 201192A | 125 µ M - Ir 인터칼레이터 용액 |
| 파라포름알데히드 | 전자 현미경 과학 | 30525-89-4 | 16 % PFA |
| 스트레이너 캡 플로우 튜브 | Fisher/Corning | 352235 | 35 µ M 모공 크기 |
| 세포체 | Fisher | 22363547 | 40 μ M 모공 크기 |
| 세포 제거 용액 | CELLnTEC | CnT-ACCUTASE-100 | Accutase |
| 요오드 용액 | ThermoFisher/Purdue | 67618-151-17 | Betadine 7.5%-iodine surgical scrub |
| 바코드 투과화 완충액; | Fluidigm | 201060 | Cell-ID 20-Plex Pd 바코드 키트 |
| 바코드 | Fluidigm | 201060 | Cell-ID 20-Plex Pd 바코드 키트 |
| pH 스트립 | EMD | 9590 | colorpHast |
| DMEM | Hyclone | SH30022.01 | Dulbecco' s Modified Eagle Media |
| 파인 펜치 | Dumont & Fils | 0109-5-PO | Dumostar #5 |
| 곡선 정밀 집게 | Dumont & Fils | 0109-7-PO | Dumostar #7 |
| 보정 비드 | Fluidigm 201078 | EQ Four Element 보정 비드 | |
| HBSS | Gibco | 14175-095 | Hank's Balanced Salt Solution |
| Water | Fisher | SH30538.03 | Hyclone 분자 생물학 등급 |
| 물 요오도데옥시우리딘 | Sigma | I7125 | IdU |
| 극저온 바이알 | ThermoFisher | 366656PK | 내부 스레드 |
| 셀 염색 완충액 | Fluidigm | 201068 | Maxpar 세포 염색 완충액 |
| Fix & 펌 버퍼 | Fluidigm | 201067 | Maxpar Fix & 펌 버퍼 |
| Fix I 버퍼 | Fluidigm | 201065 | Maxpar Fix I 버퍼 |
| 인산염 버퍼 식염수 | Rockland | MB-008 | 금속 프리 10x PBS |
| 이소프로판올 냉동 용기 | ThermoFisher | 5100-0001 | Mr.Frosty |
| 수산화나트륨 | Fisher | BP359-500 | NaOH |
| 페트리 접시 | Kord-Valmark | 2900 | Genesee 32-107에서 제공 |
| 15mL 원뿔 | 형Olympus/Genesee | 28-101 | |
| 50mL 원뿔 | 형Olympus/Genesee | 28-106 | |
| 6웰 플레이트 | 세포 치료 | 제 229506 | |
| 시스플라틴 | Sigma | 479306 | |
| Dispase II | 시그마/Roche | 4942078001 | |
| DMSO | Sigma | D2650 | |
| FBS | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| 염산 | Fisher | A144-212 | |
| 핵 항원 염색 투과 완충액 | Fluidigm | 201063 | |
| 핵 항원 염색 완충액 | Fluidigm | 201063 | |
| Trypan blue | Sigma | T8154 | |
| 투베르쿨린 주사기 | BD | 309626 | |
| IV형 콜라겐분해효소 | 워딩턴 생명과학 | CLSS-4 |