신호 수준은 세포의 운명을 조절하는 것으로 알려져 있으며, 이는 Wnt 신호 전달의 조절이 흥미로운 치료 표적을 구성한다는 것을 나타냅니다. 여기에서는 뚜렷한 Wnt 신호 수준을 측정하는 강력한 쥐 표준 Wnt 신호 리포터 모델에 대한 유세포 분석 및 컨포칼 현미경 분석 방법에 대해 설명합니다.
방법 논문
신호 수준은 세포의 운명을 조절하는 것으로 알려져 있으며, 이는 Wnt 신호 전달의 조절이 흥미로운 치료 표적을 구성한다는 것을 나타냅니다. 여기에서는 뚜렷한 Wnt 신호 수준을 측정하는 강력한 쥐 표준 Wnt 신호 리포터 모델에 대한 유세포 분석 및 컨포칼 현미경 분석 방법에 대해 설명합니다.
Wnt 발현 수준을 측정하는 것은 새로운 Wnt 치료 표적을 식별하거나 테스트하려고 할 때 필수적입니다. 이전 연구에서는 표준 Wnt 신호전달이 투여 기반 메커니즘을 통해 작동한다는 것을 보여주었으며, 이는 다양한 세포 유형에서 Wnt 신호전달을 연구하고 측정해야 할 필요성을 유발했습니다. 생리학적 Wnt 발현을 나타내기 위해 여러 리포터 모델이 제안되었지만, 유전적 맥락 또는 리포터 단백질이 이러한 도구의 유효성, 정확성 및 유연성에 큰 영향을 미쳤습니다. 본 논문은 변이된 Axin2em1Fstl 대립유전자를 포함하는 Axin2-mTurquoise2 마우스 Wnt 리포터 모델로 얻은 데이터를 획득하고 분석하는 방법을 설명합니다. 이 모델은 광범위한 Wnt 활성에 걸쳐 개별 세포에서 내인성 표준 Wnt 신호 전달에 대한 연구를 용이하게 합니다.
이 프로토콜은 세포 표면 마커 또는 β-catenin 세포 내 염색과 결합된 조혈계의 세포 집단 분석을 사용하여 Axin2-mTurquoise2 리포터 활성을 완전히 평가하는 방법을 설명합니다. 이러한 절차는 다른 관심 조직 또는 세포에서 구현 및 증식을 위한 기초 역할을 합니다. 형광 활성화 세포 분류와 컨포칼 이미징을 결합하여 뚜렷한 표준 Wnt 발현 수준을 시각화할 수 있습니다. 권장되는 측정 및 분석 전략은 표준 Wnt 신호의 정확한 평가를 위해 형광 발현 수준에 대한 정량적 데이터를 제공합니다. 이러한 방법은 표준 Wnt 발현 패턴에 Axin2-mTurquise2 모델을 사용하려는 연구자에게 유용할 것입니다.
표준 Wnt 신호전달은 건강한 조직 항상성 및 질병과 관련된 보존된 신호 전달 경로입니다. Wnt 신호 수준의 정확한 조절은 배아 발달에 중요한 것으로 밝혀졌지만 성체 조직에서도 매우 중요합니다. 표준 Wnt 신호는 장, 피부 및 조혈계와 같은 여러 기관의 조직 재생에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 Wnt 신호전달이 규제가 완화되면 심각한 병리가 발생합니다. 대장암, 간암, 피부암, 신경질환 및 특정 혈액 악성 종양은 조절되지 않은 Wnt 신호가 원인 요인 또는 기여자인 예시적인 병리학이다1. 따라서, 서로 다른 Wnt 표적에 대한 여러 억제제가 현재 Wnt 관련 암 치료제2로 임상 시험에서 테스트되고 있습니다.
또한, 신경학적 회복, 노화 관련 신경 장애 및 선천성 자폐 스펙트럼 장애에 대한 Wnt 치료 잠재력에 대한 흥미로운 발전이 이루어지고 있습니다 3,4,5. Wnt 신호는 후속 이식을 위한 줄기세포의 체외 확장에 대해 탐색되었습니다6. 그러나 표준 Wnt 신호전달의 치료적 표적화는 많은 기본 세포 기능에서의 중요성과 다른 경로와의 혼선으로 인해 어려운 시도이며, 7,8,9 해석하기 쉬운 모델에서 이러한 Wnt 치료제의 효과를 정확하게 측정해야 할 필요가 있습니다. 표준 Wnt 신호전달은 단거리의 용해성 Wnt 리간드에 의해 유도되며, 이는 인접 세포에 의해 분비되거나 다양한 Wnt 반응성 줄기세포 유형에서 보고된 바와 같이 자가분비 배설로 분비됩니다.
Wnt Frizzled 수용체와 지단백질 수용체 관련 단백질(LRP) 공동 수용체는 이러한 리간드에 반응하여 세포 내 신호 캐스케이드를 유발합니다. Wnt 신호가 꺼지면 축억제제(Axin), 종양억제인자 유전자 산물, 선종성 용종대장균(APC), 카제인 키나아제1(CK1α), 글리코겐 합성효소효소(GSK-3β)로 구성된 파괴 복합체가 프로테아좀 분해에 의한 β-카테닌(CTNNB1)의 축적을 방지합니다. Wnt 리간드-수용체 결합에 따라 파괴 복합체가 비활성화되어 세포질에서 β-카테닌이 축적되고 안정화됩니다. 활성 β-카테닌은 핵으로 이동하여 전사 인자/림프구 인핸서 결합 인자(TCF/LEF) 전사 인자에 결합하여 Wnt 표적 유전자의 전사를 시작할 수 있습니다. Axin2는 Wnt 경로10의 직접 표적이기 때문에 표적 유전자로 간주됩니다. 또한, Axin2는 활성 표준 Wnt 신호전달 11,12에 대한 리포터 유전자뿐만 아니라 음성 조절자 역할을합니다.
몇 가지 표준 Wnt 신호 보고자가 문헌에 설명되어 있으며 배아 발달에서 Wnt 신호의 역할을 이해하는 데 큰 도움이 되었습니다. 이러한 기자들의 대부분은 내인성 표적 유전자 13,14,15,16,17,18,19를 사용하지 않는 합성으로 삽입된 TCF/LEF 결합 부위를 사용합니다. 또한, 유전자 11,20,21,22,23의 자연적 위치를 존중하는 Axin2 넉인 전략이 사용되었으며, 그 중 Axin2-LacZ는 일반적으로 가장 강력한 표준 Wnt 리포터11로 받아들여집니다. 그러나 리포터 단백질 LacZ는 대부분의 조직에서 사용하기 쉽지만 살아있는 세포에 가혹한 것으로 알려진 β-갈락토시다아제 기질을 필요로 합니다24. 특히 줄기세포와 흉선세포의 경우, 가혹한 LacZ 검출 조건은 세포 현탁액을 처리할 때 세포 사멸(자체 보고되지 않은 데이터)을 증가시킵니다.
LacZ 염색으로 인한 신호 증폭은 낮은 신호를 감지하는 데 편리하지만, 정량화를 덜 직접적으로 만들어 신뢰성이 떨어집니다. 따라서 쥐 리포터 모델은 Axin2-LacZ 유전자 전략을 모방하도록 설계되었지만 mTurquoise2 리포터 단백질21을 사용하여 생리학적 발현 수준에 더 직접적이고 가까운 판독값을 제공합니다. mTurquoise2 형광 단백질은 높은 밝기(양자 수율(QY)= 0.93), 광범위한 세포 표면 특성화를 위한 다른 형광 단백질과 결합할 수 있는 유연성, 외인성 기질이 필요하지 않기 때문에 LacZ를 대체할 수 있는 탁월한 단백질입니다. 또한, 녹색 형광 단백질(GFP)과의 밀접한 유전적 관계는 극도로 Wnt에 민감한 세포에서 필요한 경우 더 강력한 신호 검출을 위해 대부분의 GFP 인식 형광 항체를 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다25.
Axin2-mTurquoise2 모델은 표준 Wnt 리포터일 뿐만 아니라 Axin2 이형접합체 및 동형접합체(Axin2 knock-out) 표현형을 연구할 수 있는 가능성을 제공합니다. Axin2 의 시작 부위에 mTurquoise2를 표적 삽입하면 Axin2 단백질이 파괴됩니다21. Conductin으로도 알려진 Axin2는 Wnt 파괴 복합체의 일부이고 파괴 복합체는 β-catenin 매개 전사를 엄격하게 조절하기 때문에 부분적 또는 완전한 부재는 다양한 병리학을 연구하는 데 흥미로울 수 있습니다. 예를 들어, 결장직장암에서 Axin2 수치는 Wnt 과활성화11로 인해 상대적으로 높습니다. 그러나 다른 병리학에서 그 역할은 아직 크게 알려지지 않았습니다. 비록 액신2가 β-카테닌의 분해에 제한적인 역할을 하는 것으로 간주되지만, Wnt-매개 결장직장암 성장을 차단하는 작은 펩타이드를 첨가함으로써 Wnt 조절에 대한 액신2의 역할을 강화할 수 있다26.
전체적으로 Wnt 치료 표적을 통한 신중한 Wnt 조절은 심각한 병리학의 발병 또는 발달을 변화시킬 수 있는 기회를 열 수 있으며 보고자 역량이 있는 모델에서 추가 조사가 이루어져야 합니다. 이 보고서에서는 유세포 분석 및 컨포칼 이미징을 위한 Axin2-mTurquoise2 쥐 모델의 모범 사례 분석 방법을 설명합니다. Wnt 투여량 수준의 맥락에서 매우 낮은 표준 Wnt 신호 수준은 감지하기 어려우며, 이에 대해 고급 감지 및 분석 기능은 이 모델의 이점을 완전히 도출할 수 있는 이점을 제공합니다. 흉선세포는 취약한 세포 생존력, 낮은 표준 Wnt 신호 발현 및 응축된 세포질 영역으로 인해 Axin2-mTurquoise2 모델의 검출 민감도를 나타내는 모델 시스템으로 사용됩니다. 또한, 흉선세포 세포 현탁액에 대한 조직학적 총 β β-카테닌 염색 절차를 통해 세포질 -카테닌 수치를 측정하고 리포터와 함께 핵 활성 표준 Wnt 신호를 검증할 수 있다고 설명합니다.
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참고: 모든 생쥐 절차는 Leiden University Medical Center(LUMC) 동물 실험 윤리 위원회의 승인을 받아 수행되었습니다. 수컷 및 암컷, 6-12주령, Axin2-mTurquoise2 리포터 구조체가 삽입되지 않은 야생형(wt), Axin2-murquoise2 리포터 구조체를 한 번 삽입한 이형접합성(Tg/0), 따라서 하나는 Axin2 유전자를 파괴하고, Axin2-mTurquoise2 리포터 구조체를 삽입한 동형접합적(Tg/Tg)은 두 대립유전자 모두에 Axin2-mTurquoise2 리포터 구조체를 삽입하여 두 개의 Axin2 유전자를 파괴했습니다. Axin2-mTurquoise2 마우스 (B6; CBA-Axin2em1Fstl/J 마우스)를 실험에 사용하였다. 동물은 장기 격리 전에 CO2 안락사에 의해 희생되었습니다. 절차 전반에 걸쳐 샘플이 빛에 노출되는 것을 최소화하고 달리 표시되지 않는 한 항상 얼음 또는 4°C에 보관하십시오. 샘플을 알루미늄 호일로 덮으십시오. 모든 단계는 생물 안전 작업대가 있는 표준 실험실에서 수행해야 합니다.
1. 흉선세포 세포 현탁액의 준비
2. 흉선세포 유세포 분석 준비
3. 유량 세포분석기 측정
참고: 다른 여러 형광 색소와 함께 mTurquoise2 신호를 측정하려면 실험에 대한 경험과 지식이 풍부한 평탄화가 필요하므로 경험이 없는 사용자는 먼저 유세포 분석기 교육을 받아야 합니다. 유세포 분석기에 대한 정보는 Table of Materials 를 참조하십시오.
4. 유세포 분석
참고: 유세포 분석은 재료 표에 언급된 특정 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. 그러나 다른 유세포 분석 프로그램도 사용할 수 있습니다.
5. 컨포칼 이미징을 위한 흉선세포 사이토스핀의 준비
참고: Thymocyte cytospins는 비부착 세포의 세포 현탁액으로 작업할 때 권장됩니다. 흉선세포에서 Axin2-mTurquoise2의 발현이 흉선 상피 세포보다 낮기 때문에 여과된 흉선세포 세포 현탁액을 이미징에 사용했습니다.
6. 총 β-catenin를 가진 Cytospin immunostaining
7. 컨포칼 현미경 측정
알림: 컨포칼 현미경에 대한 정보는 재료 표를 참조하십시오.
8. 컨포칼 현미경 분석
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표준 Wnt 신호전달의 역할을 조사하기 위해 Axin2-mTurquoise2 표준 Wnt 리포터 모델을 β-catenin 단백질 발현과 함께 테스트했습니다. 흉선세포는 취약하고, 흉선세포 성숙 과정의 여러 단계에서 낮은 표준 Wnt 신호를 보이며, 세포질 대 핵 비율이 낮은 것으로 알려져 있습니다. 이러한 모든 요인은 세포질 mTurquoise2 또는 β-catenin의 검출을 방해합니다. 프로토콜에 따라 흉선에서 쥐 Axin2-mTurquoise2 흉선세포를 수확하여 Axin2-mTurquoise2 및 total β-catenin의 유세포 분석 및 사이토스핀 공초점 분석(그림 1)을 위한 단일 세포 현탁액으로 처리했습니다.
유세포 분석은 다양한 흉선세포 성숙 단계의 특성화를 용이하게 하여 활성 표준 Wnt 신호전달을 위한 리포터 단백질로서 세포 서브세트당 mTurquoise2 형광색소의 존재를 측정합니다. Axin2-mTur...
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여러 표준 Wnt 리포터는 리포터 민감도와 실제 리포터 단백질이 다른 상태로 사용할 수 있습니다. 합성으로 도입된 다중합체 TCF/LEF 결합 부위를 사용하는 리포터 모델은 형광 리포터 단백질과 함께 사용할 수 있습니다. 그러나, 이러한 전이유전자의 반복은 육종 또는 장기간 의 생체 내 실험 동안에 손실될 수 있으며, 리포터 발현에 영향을 미치는 주변 게놈 서열로부터의 비-Wnt 신호에 민감할 수 있다. 따라서 가장 많이 사용되는 리포터는 살아있는 세포에서 사용하기 어려움에도 불구하고 이전 변이체인 Axin2-LacZ로 남아 있습니다.
Axin2-mTurquoise2 표준 Wnt 리포터 모델은 밝고 상대적으로 안정적인 형광 리포터 단백질의 단순성에도 불구하고 Axin2-LacZ와 동일한 리포터 신뢰성을 제공합니다. 이 청록색 변이체 형광 단백질은 장기 이미징에 유용하며 가장 일반적으로 사용되는 항체 형광...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 새로운 마우스 모델을 개발하기 위한 프로파일링 Area Regenerative Medicine을 위한 Leiden University의 보조금으로 부분적으로 지원되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| BD FACScantoII 유세포 분석기 | BD Biosciences | 적용 불가 | 일련 번호 V96300710. 이 프로토콜의 유세포 분석기 설정에는 505 longpass filter, 530/30 nm bandpass filter, 470/20 nm bandpass filter가 있는 405 nm laser line이 포함되어 있습니다. 735nm 장역통과 필터 및 780/60nm 대역통과 필터, 670nm 장역통과 필터 및 655nm 장역통과 필터, 610nm 장역통과 필터, 550nm 장역통과 필터 및 575/26nm 대역통과 필터, 505nm 장역통과 필터 및 530/30nm 대역통과 필터, 및 488/10nm 대역통과 필터가 있는 488nm 레이저; 735nm 장역 통과 필터 및 780/60nm 대역 통과 필터, 685nm 장역 통과 필터 및 660/20nm 대역 통과 필터가 있는 633nm 레이저 라인. |
| BSA이 | 시그마 | A9647 | |
| 코닝 70 μ M 세포 스트레이너 | 팔콘/코닝 | 352350 | |
| Cytospin 4 Type A78300101 | Thermo Scientific | 적용 불가 | |
| DMSO | 시그마 알드리치 | D5879-1L | |
| DNAse I | 시그마 | A9647 | |
| Falcon 50 mL 원추형 원심분리기 튜브 | Greiner bio-one | 227261 | |
| Falcon 라운드 바텀 폴리스티렌 테스트 튜브와 셀 여과기 스냅 캡 | Fisher Scientific | ||
| 태아 송아지 세럼 (FCS) | Greiner Bio-One B.V. | 적용 가능하지 않음 | 원산지에 따라 다름 |
| 피지 소프트웨어 | ImageJ | 선택 불가 | 버전 1.53 |
| 필터 카드 화이트 (사이토스핀용) | VWR | SHAN5991022 | |
| FlowJo 10 소프트웨어 | Treestar | 비적용 가능 | 버전 10.5.3 |
| 프로스트 슬라이드 | Klinipath | ||
| Gibco IMDM 매체 | 피셔 사이언티픽 | ||
| HCX PL APLO 40x 1.4 오일 렌즈 | Leica 마이크로시스템 | 적용 가능하지 않음 | |
| 소수성 펜: Omm Edge 펜 | 벡터 | 를 적용할 수 없음 | |
| 라이카 TCS SP5 DMI6000 | 라이카 마이크로시스템 | 적용 가능하지 않음 | 이 프로토콜의 현미경 설정은 8비트 해상도, 1024 픽셀 x 1024 픽셀, 400Hz 속도, 핀홀 68 및 마이크로의 HCX PL APO 40x/1.2 오일 이멀젼 대물렌즈로 구성되었습니다. m, 실온에서 확대/축소 계수 1.5. 이 시스템에는 405 다이오드 레이저, 아르곤 레이저, DPSS 561 레이저, HeNe 594 레이저 및 HeNe 633 레이저와 4개의 하이브리드 검출기(HyD) 및 5개의 광전자 증배관(PMT)이 포함되어 있습니다. |
| 메탄올 | VWR | 1060091000 | |
| NaN3/sodium azide | 병원 농장 | 불가 | |
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