Ten protokół opisuje ocenę statusu redoks specyficznego dla kompartmentu subkomórkowego w komórce. Wrażliwa na redoks sonda fluorescencyjna umożliwia wygodną analizę ratiometryczną w nienaruszonych komórkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje ocenę statusu redoks specyficznego dla kompartmentu subkomórkowego w komórce. Wrażliwa na redoks sonda fluorescencyjna umożliwia wygodną analizę ratiometryczną w nienaruszonych komórkach.
Pomiar wewnątrzkomórkowego bilansu oksydacji/redukcji daje wgląd w fizjologiczny i/lub patofizjologiczny stan redoks organizmu. Tiole są szczególnie ważne dla oświetlenia statusu redoks komórek poprzez ich zredukowane proporcje ditiolu i utlenionego dwusiarczku. Zmodyfikowane białka fluorescencyjne zawierające cysteinę otwierają nową erę dla bioczujników czułych na redoks. Jedno z nich, białko zielonej fluorescencji wrażliwe na redoks (roGFP), może być łatwo wprowadzone do komórek z transdukcją adenowirusową, umożliwiając ocenę statusu redoks przedziałów subkomórkowych bez zakłócania procesów komórkowych. Zredukowane cysteiny i utlenione cystyny roGFP mają maksima wzbudzenia odpowiednio przy 488 nm i 405 nm przy emisji przy 525 nm. Ocena proporcji tych zredukowanych i utlenionych form pozwala na wygodne obliczenie równowagi redoks w komórce. W artykule dotyczącym tej metody unieśmiertelnione ludzkie potrójnie ujemne komórki raka piersi (MDA-MB-231) wykorzystano do oceny statusu redoks w żywej komórce. Kroki protokołu obejmują transdukcję linii komórkowej MDA-MB-231 z adenowirusem w celu ekspresji cytozolowego roGFP, leczenieH2O2oraz ocenę stosunku cysteiny i cystyny zarówno za pomocą cytometrii przepływowej, jak i mikroskopii fluorescencyjnej.
Stres oksydacyjny został zdefiniowany w 1985 roku przez Helmuta Siesa jako "zaburzenie równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej na korzyść tego pierwszego"1, a mnóstwo badań zostało przeprowadzonych w celu uzyskania specyficznego dla choroby, odżywiania i starzenia się statusu redoks organizmów1,2,3. Od tego czasu zrozumienie stresu oksydacyjnego stało się szersze. Testowanie hipotez stosowania przeciwutleniaczy przeciwko chorobom i/lub starzeniu się wykazało, że stres oksydacyjny nie tylko powoduje szkody, ale także pełni inne role w komórkach. Ponadto naukowcy wykazali, że wolne rodniki odgrywają ważną rolę w transdukcji sygnału2. Wszystkie te badania wzmacniają znaczenie określania zmian w stosunku redukcja-utlenianie (redoks) makrocząsteczek. Aktywność enzymów, przeciwutleniacze i/lub utleniacze oraz produkty utleniania można oceniać różnymi metodami. Wśród nich metody określające utlenianie tiolu są prawdopodobnie najczęściej stosowane, ponieważ informują o równowadze między przeciwutleniaczami i prooksydantami w komórkach, a także w organizmach4. W szczególności proporcje między glutationem (GSH)/dwusiarczkiem glutationu (GSSG) i/lub cysteiną (CyS)/cystyną (CySS) są wykorzystywane jako biomarkery do monitorowania statusu redoks organizmów2.
Metody używane do sprawdzania równowagi między prooksydantami a przeciwutleniaczami opierają się głównie na poziomach zredukowanych/utlenionych białek lub małych cząsteczek w komórkach. Western blot i spektrometria mas są używane do szerokiej oceny proporcji zredukowanych/utlenionych makrocząsteczek (białka, lipidów itp.), a stosunki GSH/GSSG można ocenić za pomocą spektrofotometrii5. Wspólną cechą tych metod jest fizyczne zaburzenie systemu przez lizę komórek i/lub homogenizację tkanek. Analizy te stają się również wyzwaniem, gdy konieczne jest zmierzenie stopnia utlenienia różnych przedziałów komórkowych. Wszystkie te perturbacje powodują artefakty w środowisku testowym.
Białka fluorescencyjne wrażliwe na redoks otworzyły korzystną erę do oceny równowagi redoks bez powodowania zakłóceń w komórkach6. Mogą celować w różne przedziały wewnątrzkomórkowe, umożliwiając ilościowe określenie działań specyficznych dla przedziałów (np. oznaczanie stanu redoks mitochondriów i cytozolu) w celu zbadania przesłuchów między organellami komórkowymi. Żółte białka fluorescencyjne (YFP), zielone białka fluorescencyjne (GFP) i białka HyPeR zostały ocenione przez Meyera i współpracowników6. Wśród tych białek GFP wrażliwy na redoks (roGFP) jest wyjątkowy ze względu na różne fluorescencyjne odczyty jego reszt CyS (np. 488 nm/em. 525 nm) i CySS (np. 405 nm/525 nm), co pozwala na analizę ratiometryczną, w przeciwieństwie do innych białek wrażliwych na redoks, takich jak YFP7,8. Dane wyjściowe ratiometryczne są cenne, ponieważ równoważą różnice między poziomami ekspresji, czułością wykrywania i fotowybielaniem8. Subkomórkowe przedziały komórek (cytozol, mitochondria, jądro) lub różne organizmy (bakterie, a także komórki ssaków) mogą być celem poprzez modyfikację roGFP7,9,10.
roGFP testy są przeprowadzane przy użyciu technik obrazowania fluorescencyjnego, szczególnie do eksperymentów z wizualizacją w czasie rzeczywistym. Analizy cytometryczne roGFP są również możliwe w przypadku eksperymentów z wcześniej określonymi punktami czasowymi. Niniejszy artykuł opisuje zarówno zastosowanie mikroskopii fluorescencyjnej, jak i cytometrii przepływowej do przeprowadzenia ratiometrycznej oceny statusu redoks w komórkach ssaków z nadekspresją roGFP (ukierunkowaną na cytozol) poprzez transdukcję adenowirusową.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Niniejszy protokół został zoptymalizowany dla komórek MDA-MB-231 przy konfluencji 70%–80%. W przypadku innych linii komórkowych należy ponownie zoptymalizować liczbę komórek oraz wielokrotność infekcji (MOI).
1. Przygotowanie komórek (dzień 1)
2. Transdukcja adenowirusowa roGFP (dzień 2 i 3)
OSTRZEŻENIE: Adenowirusy mogą wywoływać choroby. Podczas transdukcji komórek należy używać końcówek z filtrem oraz dekontaminować końcówki, pipety Pasteura i probówki do mikrowirówki roztworem 10% wybielacza.
UWAGA: Niniejszy protokół został zademonstrowany z użyciem roGFP specyficznego dla cytozolu, jednak ten sam protokół można zastosować do innych przedziałów komórkowych (np. mitochondriów lub przestrzeni międzybłoniowej mitochondriów).

3. Oznaczenie równowagi CyS/CySS
4. Analiza danych

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Stan redoks CyS/CySS można łatwo ocenić za pomocą transdukowanych białek roGFP. Sonda fluorescencyjna pozwala na ilościowe określenie stosunku form zredukowanej do utlenionej (odpowiednio długości fal wzbudzenia 48 nm i 405 nm). Dane fluorescencyjne można uzyskać zarówno za pomocą cytometrii przepływowej, jak i mikroskopii.
Dużą liczbę komórek można w sposób powtarzalny i wygodny pozyskać za pomocą cytometrii przepływowej. Analiza składa się z 3 głównych etapów: 1) wybranie interesującej popul...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Równowaga tiolowo-dwusiarczkowa w organizmie odzwierciedla stan redoks komórek. Żywe organizmy zawierają glutation, cysteinę, tiole białkowe i tiole o niskiej masie cząsteczkowej, z których wszystkie są pod wpływem poziomu utlenienia i odzwierciedlają status redoks komórek4. Zmodyfikowane roGFP umożliwiają niezakłócające oznaczanie ilościowe równowagi tiol/dwusiarczek za pomocą ich reszt CyS7. Właściwość ratiometryczna roGFP zapewnia wiarygodne pomiary redoks dla komórek ss...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Konstrukt i rekombinowany adenowirus do ekspresji specyficznego dla cytozolu roGFP w komórkach zostały wygenerowane odpowiednio w laboratorium Paula T. Schumackera, PhD, Freiberg School of Medicine, Northwestern University i ViraQuest Inc. Badanie to było wspierane przez grant Centrum Badań nad Reakcją Gospodarza na Terapię Nowotworów P20GM109005 za pośrednictwem NIH National Institute of General Medical Sciences Centers of Biomedical Research Excellence (COBRE NIGMS), National Institute of General Medical Sciences Systems Pharmacology and Toxicology Training Program grant T32 GM106999, UAMS Foundation/Medical Research Endowment Award AWD00053956, UAMS Year-End Chancellor's Awards AWD00053484. Główny ośrodek cytometrii przepływowej był częściowo wspierany przez Centrum Patogenezy Drobnoustrojów i Odpowiedzi Zapalnych Gospodarza P20GM103625 grantu za pośrednictwem COBRE NIGMS. Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy NIH. ATA było wspierane przez stypendium 2214-A Tureckiej Rady Badań Naukowych i Technologicznych (TUBITAK).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,25% Trypsyna-EDTA | Gibco firmy Life Sciences | 25200-056 | |
| Szkiełko 4-dołkowe | Thermo Scientific | 154526 | Materiał do wysiewu komórek do obrazowania fluorescencyjnego |
| Probówki 5 ml z nasadką sitka do komórek | Falcon | 352235 | Jednokomórkowa rurka zawiesinowa do analizy cytometrii przepływowej |
| Płytka 6-dołkowa | Corning | 353046 | Materiał do wysiewu komórek do analizy cytometrii przepływowej |
| Probówki stożkowe 15 ml | MidSci | C15B | Hodowla komórkowa |
| 75 cm2 wentylowane kolby do hodowli tkankowych | Corning | 4306414 | Hodowla komórkowa |
| Adenowirusowy specyficzny dla cytozolu roGFP | ViraQuest | VQAd roGFP roGFP | konstrukcja uprzejmie dostarczona przez Dr. Schumaker |
| Klasa II, Szafka | na kaptur bezpieczeństwa typu A2Thermo Scientific | 1300 Series A2 | Hodowla komórek |
| Countess Automatyczny licznik komórek | Invitrogen | C10227 | Zliczanie komórek |
| Szkiełka komorowe licznika komórek Countess | Invitrogen | C10283 | Liczenie komórek |
| DMEM | Gibco firmy Life Sciences | 11995-065 | Hodowla komórkowa |
| FBS | Atlanta Biologicals | S11150 | Hodowla |
| komórkowaKońcówki do pipet z filtrem, sterylne, 20 i mikro; l | Fisherbrand | 02-717-161 | Hodowla komórkowa |
| Filtrowane końcówki do pipet, sterylne, 1000 i mikro; | l Fisherbrand | 02-717-166 | do hodowli komórkowych |
| BD Biosciences | LSRFortessa | Instrument wyposażony w filtry pasmowoprzepustowe FITC i BV510 do analiz cytometrii przepływowej | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Zaawansowana grupa mikroskopii (AMG) | Evos FL | Obrazowanie fluorescencyjne |
| Nadtlenek wodoru 30% | Fisher Scientific | H325-100 | Kontrola |
| Light Cube, Custom | Life Sciences | CUB0037 | Obrazowanie fluorescencyjne komórek wykazujących ekspresję roGFP (ex 405 nm) |
| Lekka kostka, GFP | Thermo Scientific | AMEP4651 | Obrazowanie fluorescencyjne komórek wykazujących ekspresję roGFP (ex 488 nm) |
| MDA-MB-231 | Amerykańska kolekcja kultur tkankowych | HTB-26 | Linia komórkowa ludzkiego nabłonkowego raka piersi |
| Probówki do mikrowirówek, 2 ml | Grenier Bio-One | 623201 | Hodowla komórkowa |
| PBS | Gibco firmy Life Sciences | 10010-023 | Kontrola pipet do hodowli komórkowych |
| Drummond | Hood Mate Model 360 | do hodowli komórkowych | |
| 1 ml | Fisherbrand | 13-678-11B | do hodowli komórkowych |
| 5 ml | Fisherbrand | 13-678-11D | Pipeta serologiczna do hodowli komórkowych |
| 10 ml | Fisherbrand | 13-678-11E | Inkubator do hodowli tkankowych do hodowli |
| komórkowych | Termo Scientific | HERACell 150i | Inkubator CO2 do hodowli komórkowych |
| Trypan niebieski barwnik 0,4% | Invitrogen | T10282 | Liczenie komórek |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.