Celdood is een fundamenteel fysiologisch proces in alle levende organismen. In de afgelopen jaren hebben substantiële studies aangetoond dat celdood betrokken is bij de immuniteit en het evenwicht binnen het organisme. Het bestuderen van celdood helpt ons het ontstaan en de ontwikkeling van ziekten beter te begrijpen. Er zijn verschillende vormen van geprogrammeerde celdood beschreven en enkele belangrijke doelen in deze processen zijn geïdentificeerd. Pyroptose, apoptose en necroptose zijn de drie genetisch gedefinieerde geprogrammeerde celdoodroutes die betrokken zijn bij intern evenwicht en ziekte1.
Pyroptose wordt gekenmerkt door de vorming van membraanporiën en het vrijkomen van celinhoud. Geactiveerde caspasen of granzymen splijten gasdermins om hun N-terminale domeinen te scheiden, die vervolgens oligomeriseren, binden aan het membraan en poriën vormen 2,3,4. De gasdermine-porie biedt een atypisch secretiekanaal over celmembranen, wat resulteert in stroomafwaartse celreacties, waaronder inhoudsafgifte en ioneninstroom 2,3,4. Uiteindelijk ervaren de cellen uiteindelijk plasmamembraanruptuur en pyroptotische lysis die wordt vergemakkelijkt door ninjurin-15. Bij apoptose vormen geactiveerde Bax en Bak oligomeren op het mitochondriale buitenmembraan en geven ze cytochroom C af, dat wordt gereguleerd door een evenwicht tussen proapoptotische en anti-apoptotische eiwitten van de BCL-2-familie, initiator-caspasen (caspase-8, -9 en -10) en effectorcaspasen (caspase-3, -6 en -7)1,6,7. De morfologische veranderingen van apoptose omvatten membraanblebbing, celkrimp, nucleaire fragmentatie, chromatinecondensatie en apoptotische lichaamsvorming 6,8. Het receptor-interagerende serine/threonine-proteïnekinase 1 (RIPK3) en mixed-lineage kinase domain-like (MLKL) zijn twee stroomafwaartse kerncomponenten van het necroptotische mechanisme1. RIPK3 rekruteert en fosforyleert MLKL, p-MLKL oligomeriseert, associeert met het celmembraan, initieert membraanperforaties, veroorzaakt ioneninstroom, verhoogt de intracellulaire osmolariteit en uiteindelijk celbreuk 6,9. Gasdermines en MLKL binden aan het plasmamembraan en mediëren respectievelijk pyroptose en necroptose, terwijl BAX/BAK apoptose bemiddelt door te binden aan het buitenmembraan van mitochondriën6.
Hoewel elke route specifieke mechanismen en resultaten heeft, leiden ze tot vergelijkbare veranderingen op het celmembraan. Onder normale omstandigheden is fosfatidylserine (PS) alleen gelokaliseerd in de binnenste blaadje van het plasmamembraan. In de vroege stadia van pyroptose, apoptose en necroptose zal PS echter buiten het plasmamembraan worden blootgesteld. Caspase-3/caspase-7 activeert de TMEM16- en XKR-families, wat leidt tot een asymmetrisch celmembraan en PS externaliseert tijdens apoptose10. Gasdermin D-gemedieerde en MLKL-gemedieerde Ca2+ influx leidt tot verlies van de symmetrie van de fosfolipide dubbellaag op het celmembraan en de blootstelling van PS. De blootstelling vindt plaats vóór het verlies van de integriteit van het celmembraan11,12. Op basis van de vergelijkbare veranderingen in het membraan van deze drie soorten geprogrammeerde celdood, gebruiken we flowcytometrie om Annexine V/7-Aminoactinomycine D (7-AAD) dubbele kleuring te analyseren om celdood te detecteren. Annexine V, een calciumafhankelijk fosfolipidebindend eiwit, heeft een hoge affiniteit voor PS, dat kan dienen als een gevoelige sonde om blootgestelde PS op het oppervlak van het plasmamembraan te detecteren13. 7-AAD is een nucleïnezuurkleuring die niet door het hele celmembraan kan gaan. Het is vergelijkbaar met propidiumjodide (PI), een veelgebruikte nucleïnezuurkleurstof. Ze hebben vergelijkbare fluorescentie-eigenschappen, maar 7-AAD heeft een smaller emissiespectrum en minder interferentie met andere detectiekanalen. Vanwege deze overeenkomsten is het niet voldoende om onderscheid te maken tussen pyroptose, apoptose en necroptose. We gebruikten flowcytometrie om de celdood van hele cellen te detecteren. Een tweede methode wordt gebruikt om het celmembraan vast te leggen met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM) om de mogelijke vormen van celdood in individuele cellen te observeren.
We hebben een door lipopolysaccharide (LPS) en adenosinetrifosfaat (ATP) geïnduceerde phorbol-12-myristaat-13-acetaat (PMA)-gedifferentieerde lipideafzetting in humaan monocyt (THP-1) macrofaagmodel opgesteld om celdood te observeren. Dit protocol richt zich op het observeren van celdood in plaats van het onderzoeken van mechanismen.