이 프로토콜은 살아있는 골수 유래 대식세포(BMDM)의 해당작용 대사 상태의 분리, 배양, 분극 및 측정을 위한 상세하고 포괄적인 방법을 제공합니다. 이 백서는 실시간으로 BMDM의 워크플로우 및 해당작용 평가를 위한 사실적인 시각적 그림과 함께 단계별 지침을 제공합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 살아있는 골수 유래 대식세포(BMDM)의 해당작용 대사 상태의 분리, 배양, 분극 및 측정을 위한 상세하고 포괄적인 방법을 제공합니다. 이 백서는 실시간으로 BMDM의 워크플로우 및 해당작용 평가를 위한 사실적인 시각적 그림과 함께 단계별 지침을 제공합니다.
대식세포는 가장 중요한 항원 제시 세포 중 하나입니다. 대식세포의 많은 부분 집합은 고유한 대사 신호로 확인되었습니다. 대식세포는 일반적으로 M1 유사(염증성) 및 M2 유사(항염증성) 아형으로 분류됩니다. M1 유사 대식세포는 LPS 및/또는 INF-γ, IL-12 및 IL-2와 같은 전염증성 사이토카인에 의해 활성화되는 전염증성 대식세포입니다. M1과 유사한 편광 대식세포는 다양한 박테리아와 바이러스에 대한 숙주의 방어를 매개하여 다양한 질병에 관여합니다. 이는 염증성 질환에서 LPS에 의해 유발된 M1 유사 대식세포와 그 대사 상태를 연구하는 데 매우 중요합니다. M2 유사 대식세포는 항염증성 대식세포로 간주되며, 항염증성 사이토카인과 자극제에 의해 활성화됩니다. 전염증성 상태에서 대식세포는 해당작용 기능에서 해당작용이 증가한 것으로 나타납니다. 해당작용은 세포외 플럭스(XF) 분석기를 사용하여 해당과정, 해당작용 용량, 해당작용 예비력, 보상적 해당작용 또는 비해당계열 산성화의 맥락에서 활발하게 조사되었습니다.
이 논문은 골수 유래 대식세포(BMDM)가 에너지를 호흡하고, 소비하고, 생산할 때 따라하기 쉬운 단계를 통해 해당작용 상태를 실시간으로 평가하는 방법을 보여줍니다. 이 프로토콜에서 해당작용의 특정 억제제 및 활성화제를 사용하여 세포의 해당작용 대사 과정에 대한 체계적이고 완전한 관점을 얻고 보다 정확하고 현실적인 결과를 제공하는 방법을 보여줍니다. 여러 해당작용 표현형을 측정할 수 있도록 BMDM의 분극 평가를 위한 쉽고 민감한 DNA 기반 정규화 방법을 제공합니다. BMDM의 표현형 및 대사 상태의 배양, 활성화/분극 및 식별은 다양한 유형의 질병을 조사하는 데 도움이 될 수 있는 중요한 기술입니다.
이 논문에서는 LPS 및 IL4를 사용하여 나이브 M0 대식세포를 M1 유사 및 M2 유사 대식세포로 편광하고, 세포외 플럭스 분석과 해당작용 활성제 및 억제제를 사용하여 시간이 지남에 따라 BMDM의 포괄적인 해당세포 매개변수 세트를 측정했습니다.
대식세포는 M1과 유사한 선천면역 체계에서 가장 중요한 세포 중 하나입니다. 그들은 감염병, 식균작용, 항원 제시 및 염증 조절2를 제거하는 데 관여합니다. 또한, 대식세포는 대식세포가 방출하는 다양한 사이토카인을 통해 다른 면역 세포를 조절하는 데 필요합니다3. 대식세포 표현형에는 큰 스펙트럼이 있습니다4. 대식세포가 노출되는 신호에 따라 대식세포는 서로 다른 염증 및 대사 상태로 양극화됩니다5. 대식세포는 대식세포가 어떤 조직에 있느냐에 따라 다양한 질병에서 대사 변화를 일으킨다6. 편광 대식세포는 해당작용 대사, 지질 대사, 아미노산 대사 및 미토콘드리아 산화 인산화(OXPHOS)를 재프로그래밍하거나 전환할 수 있는 능력이 있습니다7,8. 고전적으로 활성화된 M1 유사 대식세포와 대안적으로 활성화된 M2 유사 대식세포는 대식세포의 가장 많이 연구된 두 가지 표현형입니다3. 활성화되지 않은 정지 대식세포는 M0 대식세포라고 합니다. M1 유사 표현형을 향한 M0 대식세포의 분극은 박테리아 지질다당류(LPS)9를 함유한 미접촉 BMDM의 자극에 의해 유도될 수 있습니다. PI3K-AKT-mTOR-HIF1a 신호전달 경로는 염증성 사이토카인, 인터페론 감마(IFN γ) 또는 종양 괴사 인자(TNF)가 있는 대식세포에서 활성화될 수 있습니다10. M1 유사 대식세포는 해당작용 대사 수치가 증가하고, 산화적 인산화(OXPHOS) 수치가 감소하며, 감염성 및 염증성 질환에 관여하는 염증성 사이토카인(cytokine)을 생성한다8. 다른 한편으로는, M2-유사 표현형을 향한 분극은 JAK-STAT, PPAR 및 AMPK 경로를 통한 인터류킨 (IL)-4 또는 (IL)-13 및 TGFβ pathays11,12에 의해 유도될 수 있습니다.
M1 유사 대식세포와 대조적으로, M2 유사 대식세포는 해당과정이 감소하고 OXPHOS가 증가하며 항기생충 및 조직 복구 활동에 관여합니다 8,13. BMDM은 골수 줄기 세포에서 유래한 대식세포 연구에 널리 사용되는 시스템입니다. 해당과정(glycolysis)과 OXPHOS는 세포에서 두 가지 주요 에너지 생산 경로입니다14. 미시환경에 따라 BMDM은 이러한 경로 중 하나를 사용하도록 선택할 수 있습니다. 어떤 경우에는 한 경로에서 다른 경로로 전환하거나 두 경로를 모두 사용한다14. 이 연구에서는 활성화된 전염증성 대식세포의 해당작용 대사에 초점을 맞췄습니다. 세포질의 포도당이 피루브산으로 전환된 다음 젖산으로 전환될 때, 세포는 M1 유사 세포로 둘러싸인 배지에서 산성화 속도를 높이는 배지에서 양성자를 생성합니다5. 세포 배지의 산성화 속도를 측정하기 위해 세포 외 플럭스 분석기를 사용했습니다. 결과는 ECAR(Extracellular Acidification Rate) 또는 Proton Efflux Rate로 보고됩니다.
편광 대식세포에서 해당과정 수준에 접근하기 위한 최적화되고 빠르고 쉬운 방법은 해당작용 표현형, 대사 산물 변화, 분극 대식세포에 대한 억제제/활성제 및 약물의 효과를 결정하는 데 필수적입니다. 이 원고에 설명된 방법은 특정 해당과정 인자(해당과정, 해당과정 용량, 해당과정 예비력 및 비해당과정 산성화)에 대한 정보와 해당과정 대사의 대사 재프로그래밍에 대한 정보를 제공하도록 최적화되었습니다. 이 연구에서 사용된 억제제(2DG)는 해당과정 경로를 명시적으로 표적으로 합니다.
이 최적화된 프로토콜은 공개된 프로토콜16, 제조업체의 사용자 가이드의 해당작용 분석에 대한 세포 외 플럭스 분석 및 제조업체의 R&D 과학자와의 직접 커뮤니케이션의 조합을 기반으로 수정 및 개선되었습니다.
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쥐는 AAALAC(Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care) 및 AALAS(American Association for Laboratory Animal Science) 지침에 따라 Texas A&M University 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)에서 승인한 프로토콜에 따라 인도적으로 희생되었습니다.
1. 생쥐 골수 채취 및 BMDM 배양
2. 대퇴골 노출
참고: 생물 안전 작업대에서 다음 단계를 수행하십시오.
3. 골수 세척
4. 적혈구 용해
5. 도금과 문화
6. 접시에서 수확

그림 1: BM 유래 대식세포의 마우스 골수 배양의 그래픽 워크플로우. (A) 다리 적출, 대퇴골 노출 및 골수 플러시; (B) 적혈구 용해; (C) 도금 및 배양 (D) 플레이트에서 세포 수확. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
7. 대사 플럭스 분석기 분석 전날: 해당작용 시험을 위한 세포의 파종 및 분극

그림 2: 세포의 seeding 및 polarization에 대한 그래픽 데모. (A) 세포외 플럭스 분석기 설정 및 카트리지 수화; (B) 세포의 분극 및 하룻밤 배양. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
8. 분석 당일: XF 배지 및 화합물 제제
| 주입 주식 (키트에 제공됨) | 전체 분석 매체 추가(mL) | 최종 재고 농도(μM) |
| 포도당 | 3 | 100케이 |
| 올리고마이신 | 0.72 | 100 |
| 2-DG | 3 | 100케이 |
표 1. 사출 원료
| 카트리지의 포트 | 재고 솔루션 | 재고 수량 추가 | 어세이 배지 추가 | 주사의 최종 농도(10x) | 이 볼륨을 지정된 포트(μL)에 추가합니다. | 각 웰에 주입 후 최종 농도 |
| A | 포도당(100mM) | 3000 μL + 0 μL | 100 밀리미터미터 | 20 | 10 밀리미터미터 | |
| B | 올리고마이신(100μM) | 300 μL + 2700 μL | 10 μM | 22 | 1.0 μm | |
| C | 로테논/안티마이신 A(50μM) | 300 μL + 2700 μL | 5 μM | 25 | 0.5 μM의 | |
| D | 2-DG(500mM) | 300 μL + 0 μL | 500 밀리미터미터 | 28 | 50 밀리미터. | |
표 2. 최종 주입 농도
9. 분석 당일: 편광 대식세포에 대한 급성 해당작용 검사 실행

그림 3: 분석 당일: 배지 및 화합물 준비 및 분석 실행. (A) 분석을 위한 세포 준비; (B) 화합물 준비, 보정 및 분석 실행; (C) 정규화 및 데이터 분석. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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해당과정(glycolysis)과 미토콘드리아 산화적 인산화(mitochondrial oxidative phosphorylation)는 세포의 두 가지 주요 ATP 생산 경로입니다(그림 4A). 일부 세포는 에너지 수요를 충족하기 위해 이 두 경로 사이를 전환할 수 있는 능력이 있습니다. 세포질에서 포도당이 피루브산으로 전환되는 것을 해당작용(glycolysis)이라고 합니다. 피루브산에는 두 가지 운명이 있습니다. 그것은 젖산으로 전환되거나 TCA 회로를 통해 그리고 결국 전자 전달 사슬(ETC)을 통해 더 많은 ATP를 생성하기 위해 추가로 대사됩니다. 세포의 해당작용 매개변수를 가장 잘 이해하기 위해 미토콘드리아 ATP 합성효소의 억제제인 올리고마이신을 사용하여 OXPHOS 경로를 최소화합니다. 또한 Rot/AA를 주입하여 ETC를 완전히 차단하고 세포의 최대 해당작용 능력과 보상적 해당과정을 평가합니다(
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앞서 언급했듯이 세포외 플럭스 분석기는 미토콘드리아 OXPHOS 활성의 지표인 OCR(산소 소비율)과 해당작용의 지표인 ECAR(세포외 산성화율)을 측정하여 세포의 두 가지 주요 에너지 생산 경로에 대한 실시간 정보를 제공할 수 있습니다. 대식세포는 미세환경에 따라 두 경로를 모두 사용할 수 있습니다. 또한 에너지 생산 경로를 전환할 수 있습니다17,18. 대식세포의 에너지 상태와 다양한 약물, 사이토카인, 억제제, 활성제 등에 대한 대식세포의 반응을 이해하면 이러한 세포의 대사 상태를 더 잘 이해할 수 있습니다. 해당과정은 M1 유사 대식세포에서 활성화되는 가장 중요한 경로 중 하나이기 때문에 실시간 해당작용 관련 정보는 다양한 in vitro 조건에서 M1 유사 편광 BMDM의 변화를 추적하는 데 도움이 될 수 있습니다19
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저자는 공개할 내용이 없습니다.
편집 지원에 대해 Joanna Rocha 씨에게 감사드립니다. 이 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 R01DK118334(Sun 박사와 Alaniz 박사에게) 및 NIH) R01A11064Z(Jayaraman 박사와 Alaniz 박사에게)의 일부 지원을 받았습니다.
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