$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Протокол, изложенный в этом методе, облегчает визуализацию и количественную оценку изменений в окрашивании ядерных белков в первичных Т-клетках человека, и может быть адаптирован для различных типов клеток и белковых мишеней. В качестве примера мы провели и проанализировали окрашивание BRD4 и SUZ12 в наивных и TH1CD4+ клетках.
BRD4 демонстрирует хорошо пунктирный рисунок окрашивания как в покоящихся, так и в дифференцированных клетках TH1 CD4+, что позволяет использовать разработанные параметры для идентификации очагов для обоих типов клеток (рис. 3A). Наш конвейер позволяет количественно оценить различные параметры, включая количество, объем, сигнал флуоресценции (выраженный в виде средней интенсивности флуоресценции (MFI)), покрытие и пространственное расположение очагов BRD4 в ядре (рис. 3B-F). Кроме того, мы внедрили автоматический расчет для определения процентного соотношения очагов к объему ядра, что облегчает сравнение ячеек с различными размерами ядер (рис. 3E).
Наконец, мы предусмотрели возможность картографировать расстояния от фокусов до ядерного центра, что помогает понять их ядерное позиционирование (рис. 3F). Результаты, полученные в результате количественной оценки, указывают на заметные изменения в очагах BRD4 между TH1 и неподвижными CD4+ Т-клетками, включая увеличение количества, размера, яркости и объема очагов, а также различия в их распределении и локализации. Эти результаты согласуются с повышенной транскрипционной активностью активированных/пролиферирующих Т-клеток по сравнению с их неактивными аналогами28.
В отличие от него, СУЗ12 не участвует в образовании конденсата. В нашем исследовании мы наблюдали значительное расхождение в характере окрашивания SUZ12 между двумя клеточными состояниями: точечный рисунок в наивных Т-клетках переходит в диффузный паттерн в клетках TH1 CD4+ (рис. 4A). Этот значительный сдвиг в поведении белка затрудняет сопоставимость признаков очагов с использованием идентичных параметров, поскольку точечная идентификация в клетках TH1 CD4+ в значительной степени не увенчалась успехом (рис. 4A). Несмотря на то, что при сравнении иммунофлуоресцентного окрашивания в различных клеточных условиях обычно рекомендуется поддерживать согласованность параметров как сбора, так и анализа, корректировка становится необходимой в случаях существенных изменений в интересующей мишени.
В этом конкретном сценарии, как показано на рисунке 4B, несмотря на эксперименты с различными комбинациями параметров, включая адаптацию к параметрам фона, размытие по Гауссу и параметры поиска (как предложено на этапе протокола 3.4.5), FindFoci сталкивается с трудностями в различении истинных пиков сигнала от незначительных из-за присущей белку природы распределения. Более того, мы подчеркиваем, что обычные измерения, такие как ядерные MFI, могут вводить в заблуждение (рис. 4C), поскольку они не учитывают изменения в распределении сигнала.
Следовательно, для измерения таких изменений мы предлагаем использовать коэффициент вариации, метрику, которую мы ввели в этот протокол для характеристики диффузии белка, называемую коэффициентом неоднородности (IC). IC точно фиксирует диффузию фокусов SUZ12 в клетках TH1 CD4+ без их идентификации с помощью неправильных подходов к сегментации (см. рис. 4D). Наконец, используя DAPI в качестве контроля, который остается равномерно распределенным по обеим клеточным условиям, мы дополнительно проверяем эффективность этого параметра (рис. 4E).

Рисунок 1: Схематическое изображение иммунофлуоресцентного препарата и анализ данных. Протокол окрашивания и анализа иммунофлуоресценции ядерных белков состоит из трех основных этапов: подготовка образца, получение изображения и анализ, охватывающий примерно 4 рабочих дня. Скрипт использует два плагина: 3D Suite для проведения сегментации ядер и FindFoci для обработки белкового канала. Пространственная и количественная информация о очагах и ядре собирается в отдельных csv-файлах. Исполняемый скрипт в Google Colab связывает фокусные измерения с соответствующими ядрами с помощью ограничивающего прямоугольника ядра и вычисляет производные измерения на основе собранных данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Представление настроек конвейера количественного определения ядерных белков. (A) Всплывающее окно FindFoci, иллюстрирующее параметры для идентификации очагов (раздел протокола 3.4.3). (B) Всплывающее окно, представляющее макрос, записывающий выбранные параметры FindFoci. Скопированная строка вставляется в окно запуска (шаги протокола 3.4.6-3.5.3.4). (C) Панель, показывающая этап контроля качества сегментации ядер для ручного удаления или модификации представляющих интерес областей ядра с помощью 3D-менеджера (этапы протокола 3.5.5.1 -3.5.5.3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Сравнение различных клеточных состояний на основе анализа очагов BRD4. (A) Репрезентативные изображения конфокальной флуоресцентной микроскопии иммунофлуоресцентного окрашивания BRD4 (серого) в первичных наивных CD4+ Т-клетках человека и клетках TH1 CD4+ . Ядра окрашиваются DAPI (синим). Оригинальное увеличение 63x; масштабная линейка = 5 мкм. Дно, BRD4 очаги, выявленные трубопроводом, обозначены белыми стрелками и встречены желтым цветом (внизу). (B) Ящичковая диаграмма, представляющая число/ядро очагов BRD4 в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 индивидуума). (C) Ящичковое представление объема (мкм3) очагов BRD4 в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 особей). (D) Ящичковое представление очагов MFI BRD4 в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 особей). (E) Ящичковая диаграмма, представляющая процентное соотношение объема ядра, занимаемого очагами BRD4, по отношению к общему объему ядра (n = 2 особи). (F) Представление частот расстояний между фокусами BRD4 от ядерного центроида до ядерной периферии (n = 2 индивидуума). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Коэффициент неоднородности, метрика для количественной оценки перехода от точечной к дисперсной картине в иммунофлуоресцентных сигналах SUZ12. (A) Репрезентативные конфокальные флуоресцентные микроскопические изображения иммунофлуоресцентного окрашивания для SUZ12 (пурпурный) в первичных наивных CD4+ Т-клетках человека и TH1 CD4+ Клетки. Ядра окрашиваются DAPI (синим). Оригинальное увеличение 63x; масштабная линейка = 5 мкм. Внизу очаги СУЗ12, выявленные трубопроводом, обозначены белой стрелкой, а противопоставлены оранжевым (В). Примеры неправильной идентификации очагов в клетках TH1 CD4+ показаны белыми стрелками и оранжевой маской с двумя разными настройками параметров. (C) Ящичковое представление ядерного MFI SUZ12 в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 индивидуума). (D) Ящичковое представление SUZ12 IC в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 индивидуума). (E) Ящичковое представление DAPI IC в наивных и TH1 CD4+ клетках (n = 2 индивидуума). Сокращения: DAPI = 4',6-диамидино-2-фенилиндол; MFI = средняя интенсивность флуоресценции; IC = коэффициент неоднородности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Решение | Состав | Комментарии/Описание |
| TH1 средний | RPMI с GlutaMAX-I, 10% (v/v) фетальной сыворотки крупного рогатого скота (FBS), 1% (v/v) заменимых аминокислот, 1 мМ пирувата натрия, 50 МЕ/мл пенициллина, 50 мкг/мл стрептомицина, 20 МЕ/мл рекомбинантного IL-2, 10 нг/мл рекомбинантного IL-12, 2 мг/мл нейтрализующего анти-IL-4. | Шаг 1.1.4. |
| Решение для нанесения покрытий | 0,1% поли-L-лизина в ddH2O | Шаг 1.2.1. |
| ПБС-Т | 1x PBS/0.1% TWEEN 20 pH 7.0 | Шаг 1.3. |
| Раствор PFA для фиксации | 3% параформальдегид (PFA), разведенный в 0,1% PBS-TWEEN | Шаг 1.2.4. |
| СПБС | 0,05% Тритон Х-100, разведенный в 1х ПБС | Шаг 1.2., 1.3. |
| Решение для пермеабилизации | 0,5% TPBS разбавлен в 1x PBS | Шаг 1.2., 1.3. |
| Решение для хранения данных | 20% глицерин/1x PBS | Шаг 1.2.7., 1.3.1. |
| Буфер для разведения антител | 0,1% PBS-TWEEN/2% Козья сыворотка/1% BSA | Шаг 1.3.6., 1.3.8. |
Таблица 1: Состав сред и буферов, используемых в данном протоколе.
Дополнительный файл 1: "convert_to_TIFF.py". Этот файл содержит скрипт для преобразования любого файла изображения (например, ND2, LIF и т.д.) в файлы TIFF, необходимый для точных процессов количественной оценки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл 2: "nuclear_prot_q.py". Этот файл содержит скрипт, который позволяет измерять и количественно оценивать изображения, содержащие как минимум два канала (нуклеозное окрашивание, окрашивание ядерных белков). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл 3: "final_nuclear_protein metrics.ipynb". Этот файл содержит записную книжку Jupyter, которая извлекает и компилирует сводку всех соответствующих параметров в один файл Excel, используя в качестве входных данных вывод «nuclear_prot_q.py». Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.