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Research Article
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Este protocolo descreve como isolar os queratinócitos da pele dos modelos do rato, manchar com os anticorpos metal-etiquetados, e analisar pilhas manchadas pela citometria maciça a fim examinar o teste padrão da expressão das proteínas do interesse nas fases diferentes do ciclo de pilha.
O objetivo deste protocolo é detectar e quantificar mudanças da expressão da proteína em uma maneira ciclo-dependente da pilha usando únicas pilhas isoladas da epiderme da pele do rato. Há sete etapas importantes: separação da epiderme da derme, digestão da epiderme, coloração das populações de células epidérmicas com cisplatina, amostra de Barcoding, coloração com anticorpos marcados com metal para marcadores de ciclo celular e proteínas de interesse, deteção de anticorpos metal-etiquetados pela citometria maciça, e a análise da expressão nas várias fases do ciclo de pilha. A vantagem desta aproximação sobre métodos histológicos é o potencial para ensaiar o teste padrão da expressão de > 40 marcadores diferentes em uma única pilha em fases diferentes do ciclo da pilha. Essa abordagem também permite a análise de correlação multivariada da expressão protéica que é mais quantificável do que os métodos histológicos/de imagem. A desvantagem deste protocolo é que uma suspensão de células individuais é necessária, o que resulta na perda de informações de localização fornecidas pela coloração de seções de tecido. Essa abordagem também pode requerer a inclusão de marcadores adicionais para identificar diferentes tipos de células em suspensões de células brutas. A aplicação deste protocolo é evidente na análise de modelos hyperplastic da doença de pele. Além disso, este protocolo pode ser adaptado para a análise do subtipo específico de pilhas (por exemplo, pilhas de haste) pela adição de anticorpos linhagem-específicos. Este protocolo também pode ser adaptado para a análise de células cutâneas em outras espécies experimentais.
A correlação da expressão gênica com os estágios do ciclo celular continua sendo um desafio na análise de modelos animais de doenças hiperplásicas como o câncer. Parte deste desafio é a codetecção de proteínas de interesse (POI) com marcadores de proliferação. Células proliferativas podem ser encontradas em várias fases do ciclo celular, incluindo G1, S, G2 e M. o 67 é um dos marcadores mais comumente usados de proliferação e é expressa em todas as fases do ciclo celular. Tem sido amplamente utilizado na análise dos tecidos humanos e do camundongo1,2,3. No entanto, como outros marcadores de proliferação geral, o 67 não discernir as fases individuais do ciclo celular. Uma aproximação mais precisa usa a incorporação de análogos do nucleotide do timidina como bromodeoxyuridine (BrdU) em pilhas que estão replicando ativamente seu genoma (isto é, S-fase)4,5. Uma desvantagem para o uso de análogos de nucleotídeo é a necessidade de administrá-los a animais vivos horas antes da análise. O 67 e o BrdU são comumente detectados em seções de tecidos fixos pelo uso de anticorpos. Uma vantagem desta aproximação é que a posição dos POIs pode ser verificada dentro da arquitetura do tecido (por exemplo, a camada básica de epiderme da pele). Esta aproximação igualmente não exige a dissociação do tecido que pode conduzir às mudanças na expressão de Gene. Uma desvantagem é que a fixação do tecido ou o processamento do tecido para OCT congelado ou corte de parafina podem oclusos alvos de anticorpos (ou seja, antígenos). A recuperação de antígenos normalmente requer digestão de calor ou tecido. A quantificação das intensidades de coloração também pode ser desafiadora. Isto é devido às variações na mancha, na espessura de seção, na deteção do sinal, e no viés do experimentador. Além disso, um número limitado de marcadores pode ser detectado simultaneamente na maioria das configurações de laboratório típicas. No entanto, novas abordagens de coloração multiplex prometem superar essas limitações; exemplos são citometria de massa por imagem e amplificação de sinaldetiramida6,7.
A citometria de fluxo é outra tecnologia poderosa para detectar células proliferantes. Permite a deteção multiplex dos marcadores nas mesmas pilhas mas exige a dissociação do tecido para a maioria de tipos não-hematopoietic da pilha. A análise de células proliferantes é feita rotineiramente pelo uso de corantes que ligam o DNA (por exemplo, iodeto de Propiídio (PI))8. A citometria de fluxo também permite uma determinação mais precisa das fases do ciclo celular quando associada à detecção da incorporação de BrdU9. Embora uma abordagem poderosa, a citometria de fluxo de BrdU/PI tem suas desvantagens. Não é possível resolver as fases G2/M e G0/G1 sem a inclusão de anticorpos específicos da fase. No entanto, o número de anticorpos que podem ser utilizados é limitado por autofluorescência celular, derrame espectral de emissões de fluoróforo, e o uso de controles de compensação. Essa limitação a marca mais desafiadora e trabalhosa para codetectar a expressão de marcadores de ciclo celular com pis. Uma aproximação mais facile é usar a citometria maciça10,11. Esta tecnologia usa anticorpos conjugados metálicos que têm um espectro de detecção mais estreito. Uma vez que as pilhas são manchadas com os anticorpos metal-etiquetados, são vaporizado, e os metais detectados pela espectrometria maciça do tempo--vôo da citometria (CyTOF). Devido a essas propriedades, a citometria de massa possibilita a detecção multiplex de > 40 marcadores diferentes utilizando as plataformas existentes10,11. Além disso, é possível amostras de código de barras com metais que resultam na poupança de anticorpos preciosos, reduzindo a variabilidade da amostra para a amostra de coloração. Por outro lado, a citometria de massas tem várias desvantagens. Há um número limitado de anticorpos metal-etiquetados comercialmente disponíveis para as pilhas não derivadas do sangue. A quantificação do conteúdo de DNA é menos sensível em comparação com o uso de corantes fluorescentes de DNA e a citometria de massa tem uma faixa dinâmica reduzida de detecção de sinal em comparação com a citometria de fluxo de fluorescência.
O protocolo descrito aqui foi projetado analisar a dinâmica do ciclo de pilha dos queratinócitos recentemente isolados (KCS) da pele do rato e caracterizar a expressão específica da proteína do ciclo de pilha nestas pilhas usando a citometria maciça. Este protocolo também pode ser usado com células cultivadas ou adaptado para outros tipos de células.
A Universidade de Colorado Anschutz Medical campus ' institucional animal Care e use Committee aprovou as experiências animais descritas neste protocolo.
1. os preparativos
2. rotulagem da fase S pela incorporação de IdU
3. isolamento de células para rotulagem
4. cisplatina rotulagem para determinar vivo/células mortas
5. fixação de células etiquetadas com cisplatina (opcional)
6. código de barras de amostras (opcional, mas recomendado)
7. rotulagem de células para citometria de massas
8. processamento e análise de arquivos de dados de citometria de massa
A tabela 1 mostra os rendimentos e a viabilidade celulares esperados da orelha de camundongo adulto (Figura 1) e da pele neonatal em condições não patológicas. A tabela também mostra dados representativos de animais de um fundo misto C57/126. Espera-se que a pele de outras cepas resultaria em rendimentos de células semelhantes e viabilidades. O rendimento aproximado é dependente da área superficial da pele e indica que a pele neonatal seria uma escolha melhor para experimentos que necessitem de maior número de células (tabela 1). Baixos rendimentos ou viabilidade reduzida (< 50%) indicaria problemas de digestão ou condições experimentais que reduziriam a integridade da pele ou induziriam a morte celular. A cultura de células com meios e suplementos adequados pode ajudar a avaliar a qualidade das preparações KC17.
Após a normalização20 e a despoluição18 dos arquivos do FCS, a gating de dados definirá as populações de células epidérmicas de interesse e demarca as fases individuais do ciclo celular (Figura 2). Em parcelas bivariadas comparando os canais 191ir vs 193ir, as células intactas podem ser bloqueadas no quadrante superior direito (Figura 2a). Traçando o comprimento do evento vs 191ir e selecionando para um conjunto apertado de células perto do eixo 191ir demarks células individuais. Células viáveis são selecionadas em um lote de 195pt vs 193ir Plot por gating para células com baixos níveis de 195pt. A amostra mostrada na Figura 2a tem detritos e aumento da presença de células não viáveis marcadas com cisplatina. Isso pode indicar que a amostra foi sobredigerida, duramente tratada, ou deixada no gelo ou RT por muito tempo antes de coloração para citometria de massa. Os perfis de células cultivadas em tecido tipicamente dão maiores porcentagens de células negativas de 195pt (Figura 2b). Alternativamente, a presença de células positivas de 195pt pode ser esperada se a morte celular de indução for uma característica do modelo experimental e/ou condições.
Idealmente, os marcadores que definem a população de interesse devem ser incluídos na análise de tipos de células específicas. Por exemplo, as células imunes que se espera estarem presentes em suspensões cruas do KC podem ser detectadas pela adição de um anticorpo CD4523 , que detecta células hematopoiéticas (Figura 2C). No que diz respeito ao painel de anticorpos de proliferação13, traçar IDU vs cyclin B1 resolve as fases do ciclo celular (Figura 2C) semelhante ao gráfico de fluxo BrdU/PI padrão (Figura 2D), permitindo a detecção de células S-Phase, G0/G1 e G2/M Populações. Nos lotes IdU vs pHH3, a alta pHH3 positividade identifica as células da fase M. Por fim, a gating células G0/G1 no sinal de alta pRB pode distinguir G0 (quiescente) de células no G1 (Figura 2C, esquerda mais painel).
Tendo identificado as diferentes fases do ciclo celular, então é possível construir uma representação gráfica de perfis de ciclo celular para diferentes tipos de células ou condições experimentais. Por exemplo, perfis de ciclo celular distintos emergem ao comparar populações de células CD45-vs CD45 + (Figura 3a) na suspensão KC mostrada na Figura 2. Como os KCs hiperplásicos esperados encontrados no grupo CD45 apresentaram menos células em G0 e mais células nas fases S, G2 e M3. Em contrapartida, as células imunes da mesma amostra apresentaram populações notáveis em G0 e G1. Além dos perfis do ciclo celular, também é possível a caracterização da expressão gênica em uma forma dependente do ciclo celular. Por exemplo, as proteínas de fosho que ajudam a definir a sinalização EGFR e mTOR/PI3K foram analisadas nos dados apresentados para a Figura 3a. A análise das fases G1 das células CD45-vs CD45 + revelou um perfil semelhante para as proteínas de sinalização EGFR e mTOR/PI3K, embora parecesse haver ligeiras diferenças no percentual de células positivas de pS6 e pEGFR (Figura 3B). Abordagens semelhantes podem ser adaptadas para caracterizar a expressão de outras proteínas da via de sinalização ou processos celulares em diferentes fases do ciclo celular.

Figura 1 : Preparação da pele da orelha do rato para a digestão. (A) primeiro, retire a orelha do animal e coloque-a num prato de Petri limpo. (B) Segure um lado da orelha no meio ou na borda usando o fórceps curvado da precisão. (C) lanç sobre e usando um outro par de fórceps e puxe delicadamente as metades da orelha distante até que a orelha rasgue no vinco. (D) Continue puxando até que os lados se separem em duas metades. (E) flutue as metades da orelha em meios da dissociação com o lado da derma que toca na solução. Barra de escala = 2 mm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2 : Estratégia de gating para dados da citometria maciça. Os dados desta figura foram gerados a partir de um animal experimental tratado com o éster de forbol TPA como descrito anteriormente3. TPA é um ativador PKC que induz a inflamação da pele24. (A) os painéis mostram a estratégia de gating inicial após a normalização e a desvolução de dados com código de barras. Por gating no comprimento do evento, 191ir,193ir, e 195pt canais, é possível selecionar para intacto, único, e células viáveis. (B) células de SCC SRB-P93 tratadas com DMSO e, em seguida, foram coradas para citometria de massas. Os dados foram bloqueados como em (a) e o gráfico mostra os níveis de células ao vivo nesta amostra. (C) a inclusão de marcadores de linhagem permite a seleção de populações de células de interesse. Para este exemplo, as células viáveis de (a) foram bloqueadas no comprimento do evento versus CD45 para excluir células hematopoiéticas. Gating CD45-as pilhas para a incorporação de IdU contra CYCLIN B1 permitem a identificação de populações da pilha de S, de G0/G1, e de G2/M. A seleção de células elevadas de pHH3 define a fase M, enquanto a análise de G0/G1 para a positividade do pRB identifica as células no G1. (D) a parcela mostra os resultados representativos da análise do ciclo celular pela detecção de incorporação de BrdU e PI (conteúdo de DNA) com citometria de fluxo à base de fluorescência. Os dados mostrados são das células humanas Colo163 SCC cultivadas com BrdU por 1 h como descrito anteriormente3. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3 : Caracterização de perfis de ciclo celular e expressão protéica de fase específica. (A) os perfis do ciclo celular foram determinados na amostra da Figura 2 para as células CD45-vs cd45 +. (B) a análise das fases do G1 com anticorpos fosfatados específicos nas células CD45-(laranja) e CD45 + (azul) revelou perfis de expressão semelhantes para marcadores das vias de sinalização EGFR e mTOR/PI3K. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Tecido | Área | Rendimento celular | Viabilidade |
| Orelha do rato | 225-230 mm3 | 1-2x106 | 70-90% de |
| Pele neonatal | 1000-1100 mm3 | 5-10x106 | 80-99% de |
Tabela 1: rendimentos típicos de células e viabilidade de orelha de rato adulto e pele neonatal. As contagens e a viabilidade da pilha pela exclusão azul de trypan foram médias dos KCs da orelha colhidas das orelhas de rato adultas velhas de n = 7 8-10 semanas ou das peles neonatais de n = 7 P3.
Os autores não têm nada a revelar.
Este protocolo descreve como isolar os queratinócitos da pele dos modelos do rato, manchar com os anticorpos metal-etiquetados, e analisar pilhas manchadas pela citometria maciça a fim examinar o teste padrão da expressão das proteínas do interesse nas fases diferentes do ciclo de pilha.
O apoio para este trabalho veio do departamento de Dermatologia, o centro de Gates para medicina regenerativa da Universidade do Colorado e da Universidade do Colorado (UC) pele Disease Center morfologia e núcleos de fenotipagem (NIAMS p30 AR057212). Os autores reconhecem o recurso compartilhado da citometria de fluxo do centro do cancro UC e a concessão da sustentação (NCI p30 CA046934) para a operação do citômetro maciço e são gratos para Karen Helm e Christine Childs no núcleo para seu conselho perito no fluxo e na massa cytometric do Técnicas.
| Placa de 12 poços | Cell Treat | 229512 | |
| Intercalator solution | Fluidigm | 201192A | 125 µ M - Ir intercalator solução |
| Paraformaldeído | Microscopia Eletrônica Sciences | 30525-89-4 | 16% Tubos de fluxo de |
| tampa de filtro | PFAFisher/Corning | 352235 | 35 µ m tamanho do poro |
| Peneira de célula | Fisher | 22363547 | 40 μ m tamanho do poro |
| Solução de desprendimento celular | CELLnTEC | CnT-ACCUTASE-100 | Solução de Iodo Accutase |
| ThermoFisher/Purdue | 67618-151-17 | Betadine 7.5%-iodo esfoliante cirúrgico | |
| Tampão de permeabilização de código de barras | Fluidigm | 201060 | Cell-ID 20-Plex Pd Kit de Código de Barras |
| Barras | Fluidigm | 201060 | Cell-ID 20-Plex Pd Kit de Código |
| de Barras Tiras de pH | EMD | 9590 | colorpHast |
| DMEM | Hyclone | SH30022.01 | Dulbecco' s Modificado Eagle Media |
| Fine fórceps | Dumont & amp Fils | 0109-5-PO | Dumostar #5 |
| Pinça de precisão curva | Dumont & Fils | 0109-7-PO | Dumostar #7 |
| Contas de Calibração | Fluidigm | 201078 | EQ Quatro Elementos de Calibração |
| HBSS | Gibco | 14175-095 | Hank's Solução Salina Balanceada |
| Água | Fisher | SH30538.03 | Hyclone Biologia Molecular grau água |
| Iododesoxiuridina | Frascos Sigma | I7125 | IdU |
| Cryo | ThermoFisher | 366656PK | tampão |
| de coloração de células | de rosca internaFluidigm | 201068 | Maxpar Cell Staining buffer |
| Fix & Tampão permanente | Fluidigm | 201067 | Maxpar Fix & Tampão permanente |
| Tampão Fix I | Fluidigm | 201065 | Tampão Maxpar Fix I |
| Solução salina tamponada com fosfato | Rockland | MB-008 | Recipiente de congelamento de isopropanolPBS sem metal 10x |
| ThermoFisher | 5100-0001 | Mr.Frosty | |
| Hidróxido de sódio | Fisher | BP359-500 | NaOH |
| Placa de Petri | Kord-Valmark | 2900 | Fornecido por Genesee 32-107 |
| 15 mL cônico | Olympus / Genesee | 28-101 | |
| 50 mL cônico | Olympus / Genesee | 28-106 | |
| placa de 6 poços | Cell Treat | 229506 | |
| Cisplatina | Sigma | 479306 | |
| Dispase II | Sigma / Roche | 4942078001 | |
| DMSO | Sigma | D2650 | |
| FBS | Atlanta Biologicals | S11150 | |
| Ácido clorídrico | Fisher | A144-212 | |
| Coloração de Antígeno Nuclear tampão de permeabilização | Fluidigm | 201063 | |
| Tampão de coloração de antígeno nuclear | Fluidigm | 201063 | |
| Trypan blue | Seringa de | tuberculina SigmaT8154 | |
| BD | 309626 | ||
| Colagenase tipo IV | Biociência Worthington | CLSS-4 |