Tutaj prezentujemy metodę opartą na cytometrii przepływowej do wizualizacji i kwantyfikacji wielu markerów związanych ze starzeniem się w pojedynczych komórkach.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy metodę opartą na cytometrii przepływowej do wizualizacji i kwantyfikacji wielu markerów związanych ze starzeniem się w pojedynczych komórkach.
Leki chemioterapeutyczne mogą powodować nieodwracalne uszkodzenia DNA w komórkach nowotworowych, prowadząc do apoptozy lub przedwczesnego starzenia. W przeciwieństwie do apoptotycznej śmierci komórki, starzenie się jest zasadniczo inną maszynerią hamującą rozprzestrzenianie się komórek rakowych. Dziesięciolecia badań naukowych ujawniły złożone patologiczne skutki starczych komórek rakowych w guzach i mikrośrodowiskach, które modulują komórki rakowe i komórki zrębu. Nowe dowody sugerują, że starzenie się jest silnym czynnikiem prognostycznym podczas leczenia raka, dlatego niezbędne jest szybkie i dokładne wykrywanie komórek starczych w próbkach raka. W pracy przedstawiono metodę wizualizacji i wykrywania starzenia się wywołanego terapią (TIS) w komórkach nowotworowych. Linie komórkowe chłoniaka rozlanego z dużych komórek B (DLBCL) potraktowano mafosfamidem (MAF) lub daunorubicyną (DN) i zbadano pod kątem markera starzenia, β-galaktozydazy związanej ze starzeniem (SA-β-gal), markera syntezy DNA 5-etynylo-2′-deoksyurydyny (EdU) i markera uszkodzenia DNA gamma-H2AX (γH2AX). Obrazowanie cytometrem przepływowym może pomóc w generowaniu obrazów pojedynczych komórek o wysokiej rozdzielczości w krótkim czasie, aby jednocześnie wizualizować i określać ilościowo trzy markery w komórkach nowotworowych.
Różnorodność bodźców może wywołać starzenie się komórek, powodując wejście komórek w stan stabilnego zatrzymania cyklu komórkowego. Bodźce te obejmują wewnętrzne zmiany sygnalizacyjne lub stresy zewnętrzne. Sygnały wewnętrzne obejmują postępujące skracanie telomerów, zmiany w strukturze telomerów, modyfikację epigenetyczną, zaburzenia proteostazy, dysfunkcję mitochondriów i aktywację onkogenów. Stresy zewnętrzne obejmują sygnały stanu zapalnego i/lub uszkodzenia tkanek, promieniowanie lub leczenie chemiczne oraz deprywację żywieniową1,2,3,4. Wśród różnych typów starzenia najczęściej obserwowane i dobrze zbadane to starzenie replikacyjne, starzenie się wywołane onkogenem (OIS), starzenie się wywołane promieniowaniem i starzenie się wywołane terapią (TIS). OIS jest ostrą odpowiedzią komórkową na uszkodzenia genotoksyczne spowodowane stresem replikacyjnym generowanym przez nieprawidłową aktywację onkogenu i może do pewnego stopnia zapobiec patologicznemu postępowi od zmiany przednowotworowej do pełnoobjawowego guza. TIS występuje, gdy komórki nowotworowe są zestresowane przez chemioterapeutyki lub promieniowanie jonizujące5,6.
Starzenie się jest uważane za miecz obosieczny w patologii ze względu na jego wysoce dynamiczną naturę. Początkowo został opisany jako korzystny mechanizm hamujący nowotwór, który usuwa uszkodzone komórki z krążącej puli dzielących się komórek, chroniąc normalne funkcjonowanie narządów i hamując wzrost guza7,8,9. Jednak pojawiające się dowody sugerują ciemną stronę starzenia się. Starzejące się komórki wydzielają cytokiny prozapalne, znane jako fenotyp wydzielniczy związany ze starzeniem się (SASP), co prowadzi do zwłóknienia i nieprawidłowego funkcjonowania narządów oraz sprzyja inicjacji i progresji nowotworu10. Co więcej, starzejące się komórki nowotworowe przechodzą przeprogramowanie epigenetyczne i ekspresję genów równolegle z przebudową chromatyny i aktywacją trwałej odpowiedzi uszkodzenia DNA (DDR)11,12, nowo uzyskując nowe właściwości komórek macierzystych raka3. Chociaż nowotwory zdolne do starzenia się lepiej reagują na interwencję terapeutyczną w porównaniu z nowotworami niezdolnymi do starzenia się13, utrzymywanie się komórek starczych może prowadzić do złego rokowania długoterminowego, jeśli nie zostaną one skutecznie zidentyfikowane i wyeliminowane przez leki senolityczne5. Tak czy inaczej, wiarygodna metoda oceny starzenia ma duże znaczenie kliniczne, nie tylko ze względu na rokowanie w leczeniu, ale także ze względu na rozwój nowych strategii ukierunkowanych na komórki starcze.
Niezależnie od różnych wyzwalaczy, komórki starcze wykazują pewne cechy wspólne, w tym powiększoną, spłaszczoną, wielojądrową morfologię z dużymi wakuolami, znacznie rozszerzone jądra, tworzenie bogatej w H3K9me3 heterochromatyny związanej ze starzeniem (SAHF) w jądrze, uporczywe gromadzenie markera uszkodzenia DNA γH2AX ogniska, aktywowane p53-p21CIP1 i Rb-p16INK4a mechanizmy regulacyjne cyklu komórkowego, stabilne zatrzymanie cyklu komórkowego G1, masowa indukcja SASP i podwyższona aktywność β-galaktozydazy (SA-β-gal) związana ze starzeniem14. Ponieważ żaden pojedynczy marker nie jest wystarczający do zdefiniowania starzenia, barwienie enzymatyczne aktywności SA-β-gal, które jest uważane za złoty standard wykrywania starzenia, jest zwykle łączone z barwieniem immunohistochemicznym dla H3K9me3 i Ki67 w celu wykrycia TIS15. Jednak chemiczny SA-β-gal na bazie chromogenów jest trudny do określenia ilościowego. W tym przypadku połączyliśmy wykrywanie 5-dodekanoilaminofluoresceiny-di-β-D-galaktopyranozydu (C12FDG) opartego na fluorescencji SA-β-gal (fSA-β-gal) z barwieniem immunofluorescencyjnym dla γH2AX i DNA włączonego do EdU w celu identyfikacji komórek starczych C12FDG+EdU-γH2AX+ za pomocą zaawansowanego systemu obrazowania cytometru przepływowego, który łączy szybkość, czułość i szczegółowe obrazy pojedynczych komórek z informacjami przestrzennymi, których nie może dostarczyć cytometria przepływowa i mikroskopia. Metoda ta umożliwia szybkie generowanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, co pozwala na pozycjonowanie i kwantyfikację sygnałów fluorescencyjnych w komórkach, przy jednoczesnym licencjonowaniu szybkiej analizy wielu próbek poprzez budowę standardowych rurociągów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Linie komórkowe DLBCL z leczeniem mafosfamidem lub daunorubicyną w celu wywołania starzenia się komórek
UWAGA: Protokół działa również w przypadku przylegających komórek rakowych. W zależności od wielkości komórki, wysiewa się 1-2 × 105 komórek do jednego dołka na 6-dołkowej płytce i inkubuje płytkę w inkubatorze o stężeniu 5% CO2 i temperaturze 37 °C przez noc przed zabiegiem. Kroki protokołu są takie same jak w przypadku ogniw zawiesinowych, ale z dwoma wyjątkami. Najpierw komórki muszą zostać wytrypsynizowane z płytki po kroku 3.4. Po drugie, etapy mycia są wykonywane bez wirowania przed trypsynizacją.
2. Przygotuj roztwory do barwienia (Tabela 1)
3. Barwienie komórek DLBCL różnymi markerami starzenia
UWAGA: Próbki komórek barwione indywidualnymi markerami (np. pacific blue-EdU, C12FDG, lub Alexa Fluor 647-γH2AX) są przygotowane do wygenerowania matrycy kompensacyjnej w celu skorygowania rozlewu fluorescencji podczas pomiaru. Chociaż jest to wysoce zalecane, krok ten może zostać zawieszony, gdy występuje pomijalne nakładanie się (wartość współczynnika kompensacji ≤ 0,1) widm emisyjnych między różnymi fluoroforami. Jednak użytkownicy muszą określić ustandaryzowane kroki kompensacji w przypadku korzystania z różnych przyrządów i paneli fluorescencyjnych.
4. Obrazowanie markerów starzenia za pomocą systemu obrazowania cytometru przepływowego
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Macierz kompensacyjna została wygenerowana za pomocą oprogramowania do analizy obrazu poprzez wczytanie zarejestrowanych danych jednokolorowych próbek kontrolnych. Jak pokazano na rysunku uzupełniającym S1, wykryto istotne (wartość współczynnika ≥ 0,1) rozlanie się światła z EdU do C12FDG o wartości współczynnika przesłuchu 0,248, podczas gdy przesłuch wśród innych kanałów nie był istotny. Cztery różne linie komórkowe DLBCL potraktowano 5 μg / ml MAF lub 20 ng / ml DN w celu wywołania starzeni...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W ramach tej metody zbadano zdolność czterech różnych linii komórkowych DLBCL do wchodzenia w starzenie się po leczeniu chemioterapią, z obrazowaniem w jasnym polu i kwantyfikacją opartą na cytometrii przepływowej. Na poziomie pojedynczych komórek z powodzeniem wykryliśmy główne populacje starcze C12FDG+EdU-Ki67+ w leczonych komórkach KARPAS422 i WSU-DLCL2 oraz w mniejszym stopniu w komórkach OCI-LY1, podczas gdy linia komórkowa SU-DHL6 była oporna na leczenie. Różnica w zdolno...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Ta praca została wsparta grantem dla Yong Yu z Uniwersytetu Johannesa Keplera w Linzu (BERM16108001).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przeciwciało anty-H2A.X Phospho (Ser139) Przeciwciało anty-H2A.X | Biolegend | 613407 | |
| Mysie przeciwciało monoklonalne anty-Ki-67 (Alexa Fluor 647) | Biolegend | 350509 | |
| C12FDG (5-dodekanylaminofluoresceina di-β-D-galaktopiranozyd) | Fisher Scientific | 11590276 | |
| Chloroquin-difosforan | Sigma aldrich | C6628 | |
| Cleanser (Coulter Clenz) | Beckman Coulter | 8546929 | |
| Zestaw do analizy obrazu Click-iT EdU Pacific Blue Flow | Scientific | C10418 | |
| Daunorubicin | Medchemexpress | HY-13062A | |
| Debubbler (70% Isopropanol) | Millipore | 1.3704 | |
| Oprogramowanie do analizy obrazu (Amnis POMYSŁY 6.3) | Luminex | CN-SW69-12 | |
| Instrument i oprogramowanie do obrazowania (Amnis ImageStreamX System obrazowania cytometru przepływowego Mk II i oprogramowanie INSPIRE) | Luminex | 100220 | |
| KARPAS | DSMZ | ACC 31 | |
| cykloheksyloamina mafosfamidowa | Niomech | D-17272 | |
| OCI-LY1 | DSMZ | ACC 722 | |
| Paraformaldehyd | Fisher Scientific | 11473704 | |
| PETG (2-fenyloetylo-β-D-tiogalaktozyd) | Sigma aldrich | P4902 | |
| saponina | Sigma aldrich | 47036 | |
| Osłona | Millipore | BSS-1006-B | |
| Zestaw SpeedBead do | Luminex 400041 | ||
| (0,4-0,7% podchlorynu) | VWR | JT9416-1 | |
| SU-DHL6 | DSMZ | ACC 572 | |
| WSU-DLCL2 | DSMZ | ACC 575 |
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