Стареющие клетки обычно накапливаются в организмах в течение многих лет во время нормального биологического старения, но также могут быстро развиваться в опухолевых клетках в ответ на повреждение, вызванное различными методами лечения рака, включая лучевую и химиотерапию. Хотя опухолевые клетки больше не размножаются, вызванные терапией стареющие (ТИС) опухолевые клетки могут способствовать резистентности к лечению и вызывать рецидив 1,2,3. Факторы, секретируемые клетками TIS, могут усугубить злокачественность опухоли, способствуя иммунному уклонению или метастазированию 4,5. Клетки TIS развивают сложные, контекстно-зависимые фенотипы, измененные метаболические профили и уникальные иммунные реакции 6,7,8. Поэтому идентификация и характеристика опухолевых клеток TIS, индуцированных различными подходами к лечению рака, является темой, представляющей постоянный интерес для сообщества исследователей рака.
Для обнаружения опухолевых клеток ТИС широко используются обычные анализы старения, в первую очередь основанные на обнаружении повышенной активности фермента маркера старения, лизосомальной бета-галактозидазы GLB19. Обнаружение при почти нейтральном (а не кислом) лизосомальном рН позволяет специфическо обнаруживать бета-галактозидазу, связанную со старением (SA-β-Gal)10. Стандартный анализ SA-β-Gal, который использовался в течение нескольких десятилетий, использует X-Gal (5-бром-4-хлор-3-индолил-β-D-галактопиранозид), синюю хромогенную субстрату бета-галактозидазы, для обнаружения SA-β-Gal в фиксированных клетках с помощью световой микроскопии11. Анализ X-Gal позволяет качественно визуально подтвердить ТИС с использованием общедоступных реагентов и лабораторного оборудования. Базовый микроскоп пропускаемого света является единственным прибором, необходимым для оценки присутствия синего хромогена. Тем не менее, процедура окрашивания X-Gal может не иметь чувствительности, иногда требуется более 24 часов для развития цвета. Окрашивание сопровождается низкопроизводительным, субъективным подсчетом отдельных стареющих клеток на основе подсчета клеток, демонстрирующих некоторый уровень интенсивности синего хромогена под световым микроскопом. Поскольку X-Gal непроницаем, для этого анализа требуются ячейки, фиксированные растворителем, которые не могут быть восстановлены для последующего анализа. При работе с ограниченными образцами от животных или пациентов это может быть серьезным недостатком.
Улучшенные анализы SA-β-Gal с использованием клеточно-проникающих, флуоресцентных ферментных субстратов, включая C12-FDG (5-додеканоиламинофлуоресцеин Ди-β-D-галактопиранозид, зеленый) и DDAOG (9H-(1,3-дихлор-9,9-диметилакридин-2-один-7-ил) β-D-галактопиранозид, дальний красный) ранее появлялись в литературе 12,13,14,15. Структура химического зонда и оптические характеристики DDAOG показаны на дополнительном рисунке S1. Эти зонды, пронизывающие клетки, позволяют анализировать живые (а не фиксированные) клетки, а флуоресцентные, а не хромогенные зонды облегчают использование быстрых высокопроизводительных флуоресцентных аналитических платформ, включая инструменты скрининга с высоким содержанием и проточные цитометры. Сортировочные проточные цитометры позволяют восстанавливать обогащенные популяции живых стареющих клеток из клеточных культур или опухолей для последующего анализа (например, вестерн-блоттинг, ИФА или «омикс»). Флуоресцентный анализ также обеспечивает количественный сигнал, позволяющий более точно определить процент стареющих клеток в данном образце. Дополнительные флуоресцентные зонды, включая зонды жизнеспособности и флуорофорные антитела, могут быть легко добавлены для мультиплексированного анализа мишеней за пределами SA-β-Gal.
Подобно DDAOG, C12-FDG является флуоресцентным зондом для SA-β-Gal, но его зеленое флуоресцентное излучение перекрывается с внутренней клеточной ФП, которая возникает во время старения из-за накопления агрегатов липофусцина в клетках16. Используя дальний красный зонд DDAOG, зеленая клеточная AF может быть использована в качестве вторичного параметра для подтверждения старения17. Это повышает надежность анализа за счет использования второго маркера в дополнение к SA-β-Gal, который часто может быть ненадежным в качестве одного маркера старения18. Поскольку обнаружение эндогенной ФП в стареющих клетках является подходом без меток, это быстрый и простой способ расширить специфичность нашего анализа на основе DDAOG.
В этом протоколе мы демонстрируем использование DDAOG и AF в качестве быстрого двухпараметрического анализа проточной цитометрии для идентификации жизнеспособных опухолевых клеток TIS из культур in vitro или выделенных из обработанных лекарственными средствами опухолей, установленных у мышей (рисунок 1). Протокол использует флуорофоры, совместимые с широким спектром стандартных коммерческих анализаторов и сортировщиков проточной цитометрии (таблица 1). Возможность количественного определения процента жизнеспособных стареющих клеток с помощью стандартного анализа проточной цитометрии. При желании может быть выполнен необязательный этап иммуномаркировки для оценки интересующих антигенов клеточной поверхности одновременно со старением. Идентифицированные стареющие клетки также могут быть обогащены с использованием стандартной методологии флуоресцентно-активированной сортировки клеток (FACS).

Рисунок 1: Экспериментальный рабочий процесс. Схема, обобщающая ключевые моменты анализа DDAOG. (A) Препарат, индуцирующий ТИС, добавляют к культивируемым клеткам млекопитающих или вводят мышам, несущим опухоль. Затем допускается время для начала ТИС: для клеток - 4 дня после лечения; для мышей , всего 22 дня, с тремя процедурами каждые 5 дней плюс 7 дней восстановления. Клетки собираются или опухоли диссоциируют на суспензию. (B) Образцы обрабатываются Baf для регулировки лизосомального рН для обнаружения SA-β-Gal в течение 30 минут; затем зонд DDAOG добавляется в течение 60 минут для обнаружения SA-β-Gal. Образцы промывают 2 раза в PBS, и ненадолго добавляется пятно жизнеспособности (15 мин). Необязательно образцы могут быть окрашены флуоресцентными антителами в открытых флуоресцентных каналах и/или зафиксированы для последующего анализа. (C) Образцы анализируются с использованием стандартного проточного цитометра. Жизнеспособные клетки визуализируются на точечных графиках, показывающих красный DDAOG (указывающий на SA-β-Gal) по сравнению с зеленой автофлуоресценцией (липофусцин). Затвор для определения процента клеток TIS устанавливается на основе необработанных контрольных образцов (не показан). Если используется сортировочный цитометр (FACS), клетки TIS могут быть собраны и помещены обратно в культуру для дальнейших анализов in vitro или лизированы и обработаны для анализов молекулярной биологии. Сокращения: DDAO = 9H-(1,3-дихлор-9,9-диметилакридин-2-он); DDAOG = DDAO-галактозид; TIS = старение, вызванное терапией; FL-Ab = флуорофор-конъюгированное антитело; Baf = Бафиломицин A1; SA-β-Gal = бета-галактозидаза, связанная со старением; PBS = фосфатно-буферный физиологический раствор; FACS = флуоресцентно-активированная сортировка клеток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| Флуорофор | Обнаруживает | Ex/Em (нм) | Цитометр лазерный (нм) | Детектор цитометра / полосовой фильтр (нм) |
| ДДАОГ | СА-β-Гал | 645/6601 руб. | 640 | 670 / 30 |
| Автофокусиров | Липофусцин | < 600 | 488 | 525 / 50 |
| CV450 | Жизнеспособность | 408/450 | 405 | 450 / 50 |
| ЧП | Маркер антител/поверхности | 565/578 | 561 | 582 / 15 |
Таблица 1: Оптические характеристики флуорофоров и цитометров. Спецификации цитометра, используемые в этом протоколе, перечислены для прибора с 4 лазерами и 15 детекторами излучения. DDAOG, обнаруженный при 645/660 нм, является формой зонда, расщепленного SA-β-Gal1. Неочищенный DDAOG может проявлять флуоресценцию низкого уровня при 460/610 нм, но удаляется шагами промывки в протоколе. Сокращения: DDAO = 9H-(1,3-дихлор-9,9-диметилакридин-2-он); DDAOG = DDAO-галактозид; AF = автофлуоресценция; ПЭ = фикоэритрин; SA-β-Gal = бета-галактозидаза, связанная со старением.