As células senescentes normalmente se acumulam em organismos ao longo de anos durante o envelhecimento biológico normal, mas também podem se desenvolver rapidamente em células tumorais como resposta a danos induzidos por vários tratamentos contra o câncer, incluindo radiação e quimioterapia. Embora não proliferem mais, as células tumorais senescentes induzidas pela terapia (TIS) podem contribuir para a resistência ao tratamento e impulsionar a recorrência 1,2,3. Fatores secretados pelas células TIS podem exacerbar a malignidade tumoral, promovendo evasão imune ou metástase 4,5. As células TIS desenvolvem fenótipos complexos e específicos do contexto, perfis metabólicos alterados e respostas imunes únicas 6,7,8. Portanto, a identificação e caracterização de células tumorais TIS induzidas por várias abordagens de tratamento do câncer é um tópico de interesse contínuo para a comunidade de pesquisa do câncer.
Para detectar células tumorais TIS, ensaios de senescência convencionais são amplamente utilizados, principalmente baseados na detecção de aumento da atividade da enzima marcadora de senescência, a beta-galactosidase lisossômica GLB19. A detecção em um pH lisossômico quase neutro (em vez de ácido) permite a detecção específica de beta-galactosidase associada à senescência (SA-β-Gal)10. Um ensaio padrão SA-β-Gal que tem sido usado por várias décadas usa X-Gal (5-bromo-4-cloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside), um substrato cromogênico azul beta-galactosidase, para detectar SA-β-Gal em células fixas por microscopia de luz11. O ensaio X-Gal permite a confirmação visual qualitativa do TIS utilizando reagentes comumente disponíveis e equipamentos de laboratório. Um microscópio básico de luz transmitida é a única instrumentação necessária para avaliar a presença do cromogênio azul. No entanto, o procedimento de coloração X-Gal pode não ter sensibilidade, às vezes exigindo mais de 24 horas para que a cor se desenvolva. A coloração é seguida por uma pontuação subjetiva de baixo rendimento de células senescentes individuais com base na contagem das células que exibem algum nível de intensidade do cromogênio azul sob um microscópio de luz. Como o X-Gal é impermeável a células, este ensaio requer células fixas com solvente, que não podem ser recuperadas para análise a jusante. Ao trabalhar com amostras limitadas de animais ou pacientes, isso pode ser uma grande desvantagem.
Ensaios melhorados de SA-β-Gal utilizando substratos enzimáticos fluorescentes e permeantes a células, incluindo C 12-FDG (5-dodecanoilaminofluoresceína Di-β-D-Galactopyranoside, verde) e DDAOG (9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridina-2-ona-7-il) β-D-Galactopyranoside, far-red) já apareceram na literatura12,13,14,15. A estrutura da sonda química e as características ópticas do DDAOG são mostradas na Figura Suplementar S1. Essas sondas perfeitas por células permitem a análise de células vivas (em vez de fixas), e as sondas fluorescentes, em vez de cromogênicas, facilitam o uso de plataformas de análise fluorescente rápidas de alto rendimento, incluindo instrumentos de triagem de alto conteúdo e citômetros de fluxo. Os citômetros de fluxo de triagem permitem a recuperação de populações enriquecidas de células senescentes vivas de culturas celulares ou tumores para análise a jusante (por exemplo, western blotting, ELISA ou 'omics'). A análise de fluorescência também fornece um sinal quantitativo, permitindo uma determinação mais precisa da porcentagem de células senescentes dentro de uma determinada amostra. Sondas fluorescentes adicionais, incluindo sondas de viabilidade e anticorpos marcados com fluoróforos, podem ser prontamente adicionadas para análise multiplexada de alvos além de SA-β-Gal.
Semelhante ao DDAOG, o C12-FDG é uma sonda fluorescente para SA-β-Gal, mas sua emissão fluorescente verde se sobrepõe à FA celular intrínseca, que surge durante a senescência devido ao acúmulo de agregados de lipofuscina nas células16. Utilizando a sonda DDAOG vermelho-distante, a FA celular verde pode ser utilizada como parâmetro secundário para confirmar a senescência17. Isso melhora a confiabilidade do ensaio com o uso de um segundo marcador, além do SA-β-Gal, que muitas vezes pode não ser confiável como um único marcador de senescência18. Como a detecção de FA endógena em células senescentes é uma abordagem livre de rótulos, é uma maneira rápida e simples de expandir a especificidade do nosso ensaio baseado em DDAOG.
Neste protocolo, demonstramos o uso de DDAOG e FA como um ensaio rápido de citometria de fluxo de dois parâmetros para a identificação de células tumorais TIS viáveis de culturas in vitro ou isoladas de tumores tratados com drogas estabelecidos em camundongos (Figura 1). O protocolo utiliza fluoróforos compatíveis com uma ampla gama de analisadores e classificadores de citometria de fluxo comercial padrão (Tabela 1). A quantificação da porcentagem de células senescentes viáveis usando a análise de citometria de fluxo padrão é habilitada. Se desejado, uma etapa opcional de imunomarcação pode ser realizada para avaliar antígenos de superfície celular de interesse concomitantemente com a senescência. As células senescentes identificadas também podem ser enriquecidas usando a metodologia padrão de classificação celular ativada por fluorescência (FACS).

Figura 1: Fluxo de trabalho experimental. Um esquema que resume os pontos-chave do ensaio DDAOG. (A) Uma droga indutora de TIS é adicionada a células cultivadas de mamíferos ou administrada a camundongos portadores de tumores. O tempo é então permitido para o início do TIS: para as células, 4 dias após o tratamento; para camundongos, 22 dias no total, com três tratamentos a cada 5 dias mais 7 dias de recuperação. As células são colhidas ou os tumores são dissociados em suspensão. (B) As amostras são tratadas com Baf para ajustar o pH lisossômico para detecção de SA-β-Gal por 30 min; em seguida, a sonda DDAOG é adicionada por 60 min para detectar SA-β-Gal. As amostras são lavadas 2x em PBS, e uma mancha de viabilidade é brevemente adicionada (15 min). Opcionalmente, as amostras podem ser coradas com anticorpos fluorescentes em canais de fluorescência abertos e/ou fixadas para análise posterior. (C) As amostras são analisadas usando um citômetro de fluxo padrão. Células viáveis são visualizadas em gráficos de pontos mostrando DDAOG vermelho (indicando SA-β-Gal) versus autofluorescência verde (lipofuscina). Uma porta para determinar a porcentagem de células TIS é estabelecida com base em amostras de controle não tratadas (não mostradas). Se um citômetro de classificação (FACS) for usado, as células TIS podem ser coletadas e colocadas de volta em cultura para ensaios in vitro adicionais ou lisadas e processadas para ensaios de biologia molecular. Abreviaturas: DDAO = 9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridina-2-ona); DDAOG = DDAO-Galactoside; TIS = senescência induzida pela terapia; FL-Ab = anticorpo conjugado com fluoróforo; Baf = Bafilomicina A1; SA-β-Gal = beta-galactosidase associada à senescência; PBS = solução salina tamponada com fosfato; FACS = classificação celular ativada por fluorescência. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Fluoróforo | Detecta | Ex/Em (nm) | Citômetro a laser (nm) | Detector de citômetro / filtro passa-banda (nm) |
| DDAOG | SA-β-Gal | 645/6601 | 640 | 670 / 30 |
| AF | Lipofuscina | < 600 | 488 | 525 / 50 |
| CV450 | Viabilidade | 408/450 | 405 | 450 / 50 |
| PE | Anticorpo/marcador de superfície | 565/578 | 561 | 582 / 15 |
Tabela 1: Fluoróforos e especificações ópticas do citômetro. As especificações do citômetro utilizadas neste protocolo são listadas para um instrumento com um total de 4 lasers e 15 detectores de emissão. DDAOG detectado a 645/660 nm é a forma da sonda clivada por SA-β-Gal1. O Uncleaved DDAOG pode apresentar fluorescência de baixo nível a 460/610 nm, mas é removido por etapas de lavagem no protocolo. Abreviaturas: DDAO = 9H-(1,3-dicloro-9,9-dimetilacridina-2-ona); DDAOG = DDAO-Galactoside; FA = autofluorescência; EP = ficoeritrina; SA-β-Gal = beta-galactosidase associada à senescência.