RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ten protokół opisuje opartą na obrazowaniu metodę aktywacji limfocytów T za pomocą fotoaktywowanego peptydu-MHC, umożliwiając precyzyjną czasoprzestrzenną kontrolę aktywacji limfocytów T.
Limfocyty T angażują się w szybką, spolaryzowaną sygnalizację, która następuje w ciągu kilku minut po aktywacji TCR. Powoduje to tworzenie synapsy immunologicznej, stereotypowego połączenia komórka-komórka, które reguluje aktywację limfocytów T i kierunkowo celuje w odpowiedzi efektorowe. Aby skutecznie badać te procesy, konieczne jest podejście do obrazowania, które jest dostosowane do uchwycenia szybkich, spolaryzowanych reakcji. Protokół ten opisuje taki system, który opiera się na fotoaktywowanym peptydowo-głównym kompleksie zgodności tkankowej (pMHC), który nie jest stymulujący, dopóki nie zostanie wystawiony na działanie światła ultrafioletowego. Ukierunkowane detrykowanie tego odczynnika podczas eksperymentów wideomikroskopowych umożliwia precyzyjną czasoprzestrzenną kontrolę aktywacji TCR i monitorowanie w wysokiej rozdzielczości kolejnych odpowiedzi komórkowych za pomocą obrazowania całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRF). Podejście to jest również zgodne z genetycznymi i farmakologicznymi strategiami perturbacji. Pozwala to na tworzenie dobrze zdefiniowanych szlaków molekularnych, które łączą sygnalizację TCR z tworzeniem spolaryzowanych struktur cytoszkieletu, które leżą u podstaw synapsy immunologicznej.
Limfocyty T (limfocyty T) odgrywają kluczową rolę w odporności komórkowej, rozpoznając peptydy antygenowe wyświetlane w kontekście MHC na powierzchni komórki. Rozpoznawanie antygenu, w którym pośredniczy TCR, napędza różnicowanie naiwnych limfocytów T i sprzyja dostarczaniu odpowiedzi cytolitycznych i komunikacyjnych przez populacje efektorowe. Zaangażowanie TCR wywołuje również dramatyczne zmiany w architekturze komórkowej. W ciągu kilku minut limfocyty T zbrylają się po stronie komórki prezentującej antygen (APC), tworząc spolaryzowany interfejs znany jako synapsa immunologiczna (IS)1,2. IS nasila odpowiedzi efektorowe limfocytów T, umożliwiając kierunkowe uwalnianie cytokin lub, w przypadku cytotoksycznych limfocytów T (CTL), białek litycznych, które niszczą APC.
Zaangażowanie TCR przez pMHC indukuje szybką fosforylację wielu kolejnych cząsteczek adaptorowych, w tym Linkera do aktywacji limfocytów T (LAT), co ostatecznie sprzyja solidnej przebudowie cytoszkieletu synaptycznego2. Korowa aktyna nitkowa (F-aktyna) napędza rozprzestrzenianie się limfocytów T po powierzchni APC, a następnie przekształca się w strukturę pierścieniową charakteryzującą się akumulacją F-aktyny na obrzeżach IS i zubożeniem od środka. Tworzenie pierścienia F-aktyny jest ściśle sprzężone z reorientacją centrum organizacyjnego mikrotubul (MTOC, zwanego również centrosomem w komórkach T) do pozycji tuż poniżej środka interfejsu. Oba zdarzenia zachodzą w ciągu kilku minut od początkowego rozpoznania antygenu i ustanawiają kontekst architektoniczny, w którym zachodzą kolejne zdarzenia aktywacji i odpowiedzi efektorowe.
Aby badać powstawanie IS, różne laboratoria opracowały metody, w których APC jest zastępowane szklaną powierzchnią, która albo zawiera unieruchomione ligandy TCR, albo wspiera dwuwarstwę lipidową, która sama zawiera ligandy3,4. Limfocyty T tworzą na tych powierzchniach kontakty podobne do IS, które można obrazować za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego z całkowitym wewnętrznym odbiciem (TIRF) lub mikroskopii konfokalnej, umożliwiając badania w wysokiej rozdzielczości wczesnej aktywacji limfocytów T i tworzenia IS.
Chociaż te podejścia pozwoliły na doskonałą wizualizację w pełni złożonego IS, większość sygnalizacji po ligacji TCR:pMHC następuje w ciągu kilku sekund, komplikując wysiłki zmierzające do dokładnego określenia sekwencji zdarzeń następujących po aktywacji TCR. Aby obejść ten problem, opracowano podejście fotoaktywacyjne, w którym fotoaktywowany pMHC jest używany do osiągnięcia czasoprzestrzennej kontroli aktywacji TCR5,6,7. W tym systemie limfocyty T są przyłączone do szklanych powierzchni zawierających fotoaktywowany pMHC, który nie stymuluje TCR, dopóki nie zostanie naświetlony światłem ultrafioletowym (UV). Naświetlanie promieniami UV mikronowego obszaru powierzchni pod komórką T usuwa fotoklatkę, tworząc strefę stymulacyjną, która może być rozpoznana przez komórkę T. Kolejne zdarzenia sygnalizacyjne i przebudowa cytoszkieletu są następnie monitorowane za pomocą genetycznie kodowanych reporterów fluorescencyjnych. Opracowano dwie fotoaktywowane wersje peptydów antygenowych, cytochrom c88-103 (MCC) i albuminę jaja kurzego257-264 (OVA), które są przedstawione odpowiednio w kontekście klasy II MHCI-E k i klasy I MHCH2-K b (
W ciągu ostatniej dekady, metoda fotoaktywacji i obrazowania TCR została wykorzystana do ustalenia precyzyjnej kinetyki wczesnych etapów sygnalizacji TCR, a także do identyfikacji szlaków molekularnych rządzących spolaryzowaną przebudową cytoszkieletu5,6,7,8,9,10. Na przykład test odegrał zasadniczą rolę w ustaleniu, że reorientacja centrosomów w kierunku APC odbywa się za pośrednictwem zlokalizowanego gradientu drugiego przekaźnika lipidowego diacyloglicerolu wyśrodkowanego w IS. Przewiduje się, że metodologia ta będzie nadal przydatna w zastosowaniach, które wymagają analizy obrazowej funkcji limfocytów T w wysokiej rozdzielczości.
1. Przygotowanie stymulujących powierzchni szklanych
2. Akwizycja obrazu
3. Analiza danych
UWAGA: Zlokalizowana fotoaktywacja unieruchomionych ligandów tworzy dobrze zdefiniowany, stacjonarny region stymulujący, który może być wykorzystany do ilościowej analizy odpowiedzi sygnałowych i zdarzeń przebudowy cytoszkieletu. Protokoły analizy zazwyczaj obejmują albo ilościowe określenie intensywności fluorescencji w napromieniowanym obszarze, albo wykorzystanie napromieniowanego obszaru jako pozycyjnego punktu końcowego do pomiarów odległości (np. do oceny polaryzacji centrosomu w stosunku do napromieniowanego obszaru). Oba protokoły analizy zostały opisane poniżej. Różne interaktywne programy do analizy obrazu mogą być używane do wykonywania pomiarów intensywności i odległości, które można następnie wyprowadzić do dodatkowego przetwarzania i analizy.
Podejście fotoaktywacji i obrazowania pozwala na obserwację i łatwą kwantyfikację szybkich, spolaryzowanych odpowiedzi sygnalizacyjnych. Aby zilustrować jego możliwości, przedstawiono tutaj eksperyment badający czasoprzestrzenną korelację między indukowaną przez TCR akumulacją DAG a reorientacją centrosomów. 5C. Blasty limfocytów T C7 transdukowano retrowirusowo za pomocą dwóch fluorescencyjnych reporterów: biosensora DAG zawierającego tandemowe domeny C1 z kinazy białkowej C-θ połączonej z GFP (C1-GFP) i tubuliny RFP w celu monitorowania centrosomu. Limfocyty T zostały następnie przymocowane do komorowego szkła nakrywkowego zawierającego fotoaktywowany MCC-I-Ek. C1-GFP zobrazowano za pomocą mikroskopii TIRF i tubuliny RFP w trybie epifluorescencji. Jak pokazano na Rysunek 2, zlokalizowana fotoaktywacja powierzchni pod limfocytem T indukuje akumulację DAG w napromieniowanej strefie. Po tym następuje w ciągu kilku sekund reorientacja centrosomu w tym samym regionie.
Akumulację C1-GFP można określić ilościowo, obliczając znormalizowaną intensywność fluorescencji, po korekcji tła, w centrum obszaru aktywowanego fotoaktywem w czasie (Rysunek 3). Reorientację centrosomów w odpowiedzi na fotoaktywację można określić ilościowo, obliczając odległość między centrosomem a środkiem obszaru aktywowanego fotoaktywem w funkcji czasu (Rysunek 4).
Ta metoda może być użyta do zbadania szerokiego wachlarza szybkich, spolaryzowanych odpowiedzi sygnalizacyjnych, zasadniczo wszystkiego, co można monitorować za pomocą sondy fluorescencyjnej. Na przykład fotoaktywacja TCR jest wykorzystywana do monitorowania wczesnego tworzenia mikroklastrów sygnałowych przy użyciu fluorescencyjnie znakowanego Grb2 (Grb2-GFP) (Rysunek 5). Podobnie jak w przypadku reakcji akumulacji DAG i reorientacji centrosomów, polaryzacja Grb2-GFP zachodzi wkrótce po fotoaktywacji (Figura 5) i może być określona ilościowo przy użyciu podejścia znormalizowanej intensywności fluorescencji.

Rysunek 1: System fotoaktywacji z wykorzystaniem fotoklatowanego peptydu MCC.
(A) Strategia fotoklatkowa dla peptydu MCC. Grupa NPE jest przyłączona do reszty lizyny peptydu MCC. Promieniowanie UV powoduje usunięcie NPE, przywracając MCC jego naturalną postać. (B) W przypadku gdy ekspozycja nieobsługiwana jest powiązana z MCC, 5C. C7 TCR nie może powiązać się z MCC. Usunięcie ekspozycji nieobsługiwanych skutkuje uznaniem 5C. C7 TCR do natywnego peptydu MCC. (C) Strategia fotoklatkowa została dostosowana do pracy z limfocytami T CD8 +, w których peptyd OVA w fotoklatkach jest używany do aktywacji TCR OT-1 po napromieniowaniu UV.

Rycina 2: Montaż poklatkowy akumulacji DAG i reorientacji centrosomów po fotoaktywacji TCR w 5C. Limfocyt T C7.
5C. Komórka C7 wyrażająca bioczujnik DAG, zawierający tandemowe domeny C1 PKC- połączone z GFP (C1-GFP) i tubuliną Tag-RFP (RFP-Tub), fluorescencyjnym reporterem dla centrosomu. Montaże ilustrują spolaryzowaną odpowiedź 5C. Limfocyty T C7 w czasie. Żółty owal i tekst wskazują czas i miejsce fotoaktywacji. Z biegiem czasu C1-GFP gromadzi się w regionie fotoaktywowanym, po czym następuje reorientacja centrosomów w kierunku regionu fotoaktywowanego. Podziałka: 10 μm.

Rysunek 3: Kwantyfikacja akumulacji DAG w obszarze fotoaktywowanym
DAG, C1-GFP, akumulacja w obszarze fotoaktywowanym (po lewej) może być określona ilościowo, obliczając znormalizowaną intensywność fluorescencji, po korekcji tła, w obszarze fotoaktywowanym (żółte kółko z niebieskim cieniowaniem) w czasie. Dane są normalizowane w stosunku do dziewięciu klatek uzyskanych tuż przed fotoaktywacją. Wzbogacenie C1-GFP w obszarze aktywowanym fotoaktywowanym można obliczyć przez podzielenie średniej intensywności fluorescencji w napromienianym obszarze przez średnią intensywność fluorescencji całej komórki, po korekcji tła. Równanie: ΔF/F = ((FI-FIb)/średnia(FI1-9)-FIb)), w którym FI jest średnią intensywnością fluorescencji, można wykorzystać do obliczenia znormalizowanej intensywności fluorescencji. Znormalizowaną intensywność fluorescencji w obszarze fotoaktywowanym można następnie przedstawić na wykresie w funkcji czasu (po prawej). Fioletowa linia wskazuje czas fotoaktywacji. Podziałka: 10 μm.

Rysunek 4: Kwantyfikacja reorientacji centrosomów.
Określ współrzędne centrosomu (RFP-Tub) w czasie, ręcznie śledząc ścieżkę centrosomu w kierunku obszaru aktywowanego fotoaktywem (biała strzałka) w każdym punkcie czasowym (po lewej). Określ współrzędne środka obszaru aktywowanego fotografią (żółte kółko). Odległość między centrosomem a środkiem obszaru aktywowanego fotoaktywem można obliczyć w każdym punkcie czasowym za pomocą równania odległości = √((x2-x 1)2+(y2-y 1)2), w którym x2 i y2 są współrzędnymi x i y dla środka obszaru centrosomu, a x1 i y1 to współrzędne x i y środka obszaru aktywowanego fotografem. Odległość centrosomu od środka obszaru aktywowanego światłem w każdym punkcie czasowym można następnie przedstawić na wykresie w funkcji czasu (po prawej). Fioletowa linia wskazuje czas fotoaktywacji. Podziałka: 10 μm.

Rysunek 5: Tworzenie mikroklastrów Grb2-GFP.
a) Przedstawiciel 5C. Komórka C7 eksprymująca fluorescencyjnie znakowany Grb2 (Grb2-GFP). Montaże ilustrują spolaryzowaną odpowiedź Grb2-GFP w godzinach nadliczbowych. Żółty owal i tekst wskazują czas i miejsce fotoaktywacji. Z biegiem czasu Grb2-GFP gromadzi się w obszarze fotoaktywowanym. (B) Kwantyfikacja intensywności fluorescencji Grb2-GFP w regionie fotoaktywowanym w czasie. N = 15 komórek. (C) Kwantyfikacja intensywności fluorescencji Grb2-GFP w obszarze kontrolnym poza strefą fotoaktywowaną. N = 15 komórek.

Rysunek 6: Konfiguracja mikroskopu do fotoaktywacji i obrazowania TIRF.
Lasery o długości fali 488 nm i 561 nm są wykorzystywane do obrazowania TIRF i epifluorescencji sond zielonych i czerwonych. Światło UV do fotoaktywacji jest pobierane z lampy rtęciowej (Hg) podłączonej do cyfrowego systemu membranowego zdolnego do oświetlania małych, zdefiniowanych przez użytkownika obszarów. Światło z lampy/membrany Hg jest odbijane na próbkę przez zwierciadło długoprzepustowe umieszczone pod zwierciadłem dichroicznym, które odbija lasery obrazujące. Lustro dichroiczne musi być zaprojektowane tak, aby przepuszczało światło UV. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten protokół opisuje opartą na obrazowaniu metodę aktywacji limfocytów T za pomocą fotoaktywowanego peptydu-MHC, umożliwiając precyzyjną czasoprzestrzenną kontrolę aktywacji limfocytów T.
Dziękujemy członkom laboratorium Huse za rady i pomoc. Wspierany przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia (R01-AI087644 do M.H. i P30-CA008748 do Memorial Sloan-Kettering Cancer Center).
| Nunc Lab-Tek Komorowe szkło nakrywkowe | Thermofischer Scientific | 155361 | |
| Bromowodorek poli-L-lizyny | Sigma-Aldrich | P2636 | Będzie musiał wyprodukować biotynylowany poli-L-lizynę |
| EZ-Link NHS-Biotyna | Thermofischer Scientific | 20217 | Będzie musiał wyprodukować biotynylowany poli-L-lizynę |
| Streptavidin | Thermofischer Scientific | 434301 | |
| BirA-500: Standardowy zestaw reakcyjny ligazy biotynowo-białkowej BirA | Avidity | BirA500 | Będzie stosowany do biotynylacji białek |
| Biotynylowane Hb I-EK | Informacje na temat fałdowania białek znajdują się w pozycji bibliograficznej 6. Do biotynylacji należy użyć zestawu BirA | ||
| Biotinylated NPE-MCC I-EK | Anaspec | Custom NPE-MCC (H-ANERADLIAYL-K(Nvoc)-QATK-OH) można kupić w Anaspec | |
| Biotinylated α Przeciwciało H2-Kk | Przeciwciało BD Biosciences | 553591 | |
| Biotynylowane NPE-OVA H2-Kb | Anaspec | Custom NPE-OVA (H-SIINFE-K(Nvoc)-L-OH) można kupić w Anaspec | |
| Biotinylated KAVY H2-Db | Anaspec | Niestandardowe zsyntetyzowane białko (KAVYDFATL) można kupić w Anaspec | |
| Biotinylated ICAM1 | Informacje na temat fałdowania białek znajdują się w odniesieniu w protokole. Do biotynylacji należy użyć zestawu BirA | ||
| Ręczna lampa UV | UVP | UVGL-25 | Lampa jest trzymana < 1 cm od próbki. 30 s światła 365 wystarcza do wykrywalnego decytacji, 20 minut do ilościowego decytacji. |
| System Olympus IX-81 OMAC TIRF. | Olympus | Dodatkowe informacje na temat systemu obrazowania można znaleźć w Rysunek 6 | |
| Mosaic cyfrowa membrana | Andor | ||
| Oprogramowanie Slidebook | Inteligentne innowacje w obrazowaniu |