Tutaj prezentujemy protokół monitorowania przeżywalności na podstawie pojedynczej komórki i identyfikowania zmiennych, które znacząco przewidują śmierć komórki.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy protokół monitorowania przeżywalności na podstawie pojedynczej komórki i identyfikowania zmiennych, które znacząco przewidują śmierć komórki.
Standardowe testy cytotoksyczności, które wymagają pobrania lizatów lub stałych komórek w wielu punktach czasowych, mają ograniczoną czułość i zdolność do oceny czynników wpływających na los neuronów. Testy te wymagają obserwacji oddzielnych populacji komórek w dyskretnych punktach czasowych. W rezultacie, poszczególne komórki nie mogą być śledzone prospektywnie w czasie, co poważnie ogranicza zdolność do rozróżnienia, czy zdarzenia subkomórkowe, takie jak tworzenie się puncta lub błędna lokalizacja białka, są patogennymi czynnikami choroby, odpowiedziami homeostatycznymi, czy tylko przypadkowymi zjawiskami. Mikroskopia podłużna pojedynczych komórek przezwycięża te ograniczenia, pozwalając badaczowi określić różnice w przeżywalności między populacjami i narysować związki przyczynowo-skutkowe ze zwiększoną czułością. Ten przewodnik wideo przedstawi reprezentatywny przebieg eksperymentów mierzących przeżywalność pojedynczych komórek pierwotnych neuronów korowych szczurów wykazujących ekspresję fluorescencyjnego markera białkowego. Widz dowie się, jak osiągać wysokiej wydajności transfekcji, zbierać i przetwarzać obrazy umożliwiające prospektywne śledzenie pojedynczych komórek oraz porównywać względne przeżycie populacji neuronów za pomocą analizy proporcjonalnych zagrożeń Coxa.
Nieprawidłowa śmierć komórek jest czynnikiem napędzającym wiele chorób, w tym raka, neurodegenerację i udar mózgu1. Solidne i czułe testy śmierci komórki są niezbędne do scharakteryzowania tych zaburzeń, a także do opracowania strategii terapeutycznych w celu wydłużenia lub zmniejszenia przeżycia komórek. Obecnie istnieją dziesiątki technik pomiaru śmierci komórki, zarówno bezpośrednio, jak i za pomocą markerów zastępczych2. Na przykład śmierć komórki można ocenić wizualnie za pomocą ważnych barwników, które selektywnie barwią martwe lub żywe komórki3, lub monitorując pojawienie się określonych fosfolipidów na błonie komórkowej4,5,6. Pomiary składników wewnątrzkomórkowych lub metabolitów komórkowych uwalnianych do pożywki po rozpuszczeniu komórkowym mogą być również używane jako wskaźniki zastępcze dla śmierci komórki7,8. Alternatywnie, żywotność komórek można przybliżyć, oceniając aktywność metaboliczną9,10. Chociaż metody te zapewniają szybkie sposoby oceny przeżywalności komórek, nie są pozbawione zastrzeżeń. Każda technika polega na obserwacji kultury jako pojedynczej populacji, co uniemożliwia rozróżnienie poszczególnych komórek i ich unikalnych wskaźników przeżycia. Co więcej, takie testy populacyjne nie są w stanie zmierzyć czynników, które mogą być ważne dla śmierci komórki, w tym morfologii komórki, ekspresji białka lub lokalizacji. W wielu przypadkach testy te są ograniczone do dyskretnych punktów czasowych i nie pozwalają na ciągłą obserwację komórek w czasie.
W przeciwieństwie do tego, podłużna mikroskopia fluorescencyjna jest wysoce elastyczną metodologią, która bezpośrednio i stale monitoruje ryzyko zgonu na podstawie pojedynczej komórki11. Krótko mówiąc, podłużna mikroskopia fluorescencyjna umożliwia śledzenie tysięcy pojedynczych komórek w regularnych odstępach czasu przez dłuższy czas, umożliwiając precyzyjne określenie śmierci komórki i czynników, które zwiększają lub hamują śmierć komórki. U podstaw metody leży przejściowa transfekcja lub transdukcja komórek z wektorami kodującymi białka fluorescencyjne. Następnie ustalany jest unikalny powiernik, a pozycja każdej transfekowanej komórki w stosunku do tego punktu orientacyjnego pozwala użytkownikowi na obrazowanie i śledzenie poszczególnych komórek w ciągu godzin, dni lub tygodni. Gdy obrazy te są oglądane sekwencyjnie, śmierć komórki jest naznaczona charakterystycznymi zmianami we fluorescencji, morfologii i fragmentacji ciała komórki, co umożliwia przypisanie czasu śmierci każdej komórce. Obliczony współczynnik zgonów, określony przez funkcję hazardu, może być następnie ilościowo porównany między warunkami lub powiązany z wybranymi cechami komórkowymi za pomocą jednowymiarowej lub wielowymiarowej analizy proporcjonalnego hazardu Coxa12. Razem podejścia te umożliwiają dokładne i obiektywne rozróżnianie wskaźników śmierci komórek w populacjach komórkowych oraz identyfikację zmiennych, które w istotny sposób przewidują śmierć komórki i/lub przeżycie (Rysunek 1).
Chociaż ta metoda może być używana do monitorowania przeżywalności w dowolnym typie komórek post-mitotycznych w różnych formatach posiewu, ten protokół będzie opisywał warunki transfekcji i obrazowania neuronów korowych szczurów hodowanych na 96-dołkowej płytce.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie prace nad kręgowcami zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Użytkowania i Opieki nad Zwierzętami na Uniwersytecie Michigan (protokół # PRO00007096). Eksperymenty są starannie zaplanowane, aby zminimalizować liczbę uśmiercanych zwierząt. Ciężarne samice szczurów Long Evans (WT), nietransgenicznych (Rattus norvegicus) są trzymane pojedynczo w komorach wyposażonych we wzbogacanie środowiska i pod opieką Jednostki Medycyny Zwierząt Laboratoryjnych (ULAM) na Uniwersytecie Michigan, zgodnie z wspieranym przez NIH Przewodnikiem dotyczącym opieki i wykorzystania zwierząt laboratoryjnych. Wszystkie szczury były trzymane w rutynowych pomieszczeniach tak krótko, jak to możliwe przed eutanazją, zgodnie z zaleceniami Wytycznych dotyczących eutanazji Amerykańskiego Towarzystwa Lekarzy Weterynaryjnych i Wytycznych Uniwersytetu Michigan dotyczących metod eutanazji według gatunków.
1. Przygotowanie materiału
2. Transfekcja neuronów kory mózgowej szczura
3. Obrazowanie
4. Przetwarzanie obrazu
UWAGA: Po akwizycji obrazu, przed analizą obrazu wymagana jest seria etapów przetwarzania. Należą do nich między innymi zszywanie, układanie w stosy i odejmowanie tła (Rysunek 1). Celem tych kroków jest utworzenie stosu obrazów lub szeregów czasowych, w których komórki są wyraźnie odróżnialne od tła i łatwe do śledzenia w wielu punktach czasowych. Dedykowane makro FIJI (Image_Processing.ijm, patrz Plik uzupełniający 2) wykonuje podstawowe zszywanie, układanie w stosy i odejmowanie tła. Wyjaśnienie każdego kroku i parametrów, które należy wziąć pod uwagę podczas przetwarzania obrazu, znajduje się w sekcji dyskusji.
5. Punktacja śmierci komórki
UWAGA: Zobacz sekcję Dyskusja, aby uzyskać więcej informacji na temat oceny śmierci komórki i cenzurowania danych.
6. Przeprowadzanie analizy proporcjonalnych zagrożeń Coxa i wizualizacja wyników
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Korzystając z opisanej tutaj procedury transfekcji, neurony korowe szczurów DIV4 zostały przetransfekowane plazmidem kodującym białko fluorescencyjne mApple. Począwszy od 24 godzin po transfekcji, komórki obrazowano za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej co 24 godziny przez 10 kolejnych dni. Wynikowe obrazy zostały zorganizowane zgodnie z opisem w Rysunek 2, a następnie zszyte, ułożone w stos i ocenione pod kątem śmierci komórki (Rysunek 1).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W artykule przedstawiono metodologię bezpośredniego monitorowania przeżywalności neuronów w pojedynczej komórce. W przeciwieństwie do tradycyjnych testów śmierci komórki, które są ograniczone do dyskretnych punktów czasowych i całych populacji komórek, metoda ta pozwala na ciągłą ocenę różnych czynników, takich jak morfologia komórki, ekspresja białka lub lokalizacja, i może określić, w jaki sposób każdy czynnik wpływa na przeżycie komórki w sposób prospektywny.
Metodologia ta może być modyfik...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy Steve'owi Finkbeinerowi i członkom laboratorium Finkbeinera za pionierską mikroskopię robotyczną. Dziękujemy również Danowi Peisachowi za stworzenie wstępnego oprogramowania niezbędnego do przetwarzania obrazów i automatycznej analizy przeżycia. Praca ta została sfinansowana przez National Institute for Neurological Disorders and Stroke (NINDS) R01-NS097542, University of Michigan Protein Folding Disease Initiative oraz Ann Arbor Active Against ALS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Podłoże neuropodstawowe | GIBCO | 21103-049 | |
| Opti-MEM | GIBCO | 31985-070 | |
| CompactPrep Plasmid Maxi Kit | Qiagen | 12863 | |
| Sześciowodny chlorek magnezu | Sigma | M9272 | |
| Hydrat kwasu kynureninowego | TCI | H0303 | |
| PoliD-lizyna | Milipor | A-003-E | |
| Glutamax | GIBCO | 35050-061 | |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 52887 | |
| B27 suplement | Thermo Fisher | A3582801 | |
| Penicylina/Streptomycyna | GIBCO | 15140122 | |
| 96-dołkowe płytki | TPP | 0876 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie