В данной статье описана идентификация пироптотических клеток с помощью проточной цитометрии после двойного окрашивания антителами против N-концевого фрагмента куриного GSDME (chGSDME-NT) и йодида пропидия (PI).
Методическая статья
В данной статье описана идентификация пироптотических клеток с помощью проточной цитометрии после двойного окрашивания антителами против N-концевого фрагмента куриного GSDME (chGSDME-NT) и йодида пропидия (PI).
Пироптоз — это воспалительный тип запрограммированной гибели клеток, вызванный преимущественно образованием пор плазматической мембраны N-концом, образованным из расщепленных белков семейства Gasdermin (GSDM). Исследование прикрепленного к мембране GSDM-NT методом вестерн-блоттинга является наиболее часто используемым методом оценки пироптоза. Однако дифференцировать клетки с пироптозом от других форм клеточной гибели с помощью этого метода сложно. В этом исследовании клетки DF-1, инфицированные вирусом инфекционной бурсальной болезни (IBDV), были использованы в качестве модели для количественной оценки доли клеток, подвергающихся пироптозу, с помощью проточной цитометрии с использованием специфических антител против N-концевого фрагмента куриного GSDME (chGSDME-NT) и окрашивания йодидом пропидия (PI). ChGSDME-NT-положительные клетки были легко обнаруживаемы с помощью проточной цитометрии с использованием меченых Alexa Fluor 647 антител против chGSDME-NT. Более того, доля двойных положительных клеток chGSDME-NT/PI в клетках, инфицированных IBDV (около 33%), была значительно выше, чем в контрольной группе с фиктивным инфицированием (P < 0,001). Эти результаты указывают на то, что исследование мембраносвязанного chGSDME-NT с помощью проточной цитометрии является эффективным подходом для определения пироптотических клеток среди клеток, подвергающихся клеточной гибели.
Пироптоз является воспалительным типом запрограммированной гибели клеток, который в основном зависит от образования пор плазматической мембраны газдермином (GSDM) D у млекопитающих 1,2,3. Из-за генетической недостаточности GSDMD у цыплят 4,5 механизм пироптоза у цыплят остается неуловимым. Семейство Gasdermin включает консервативные белки, включая GSDMA, GSDMB, GSDMC, GSDMD, GSDME и DFNB59 3,6. Исследования показали, что GSDME из костистых рыб и уток расщепляется каспазой-1/3/7 или каспазой-3/7, вызывая гибель пироптотических клеток 7,8. Тем не менее, роль GSDME-опосредованного пироптоза в ответе хозяина на патогенные инфекции у цыплят еще предстоит выяснить.
Инфекционная бурсальная болезнь (ВЗК) — это острое, высококонтагиозное и иммуносупрессивное заболевание домашней птицы, вызываемое ВЗК9. IBDV, безоболочечный двухцепочечный РНК-вирус, принадлежит к роду Avibirnavirus семейства Birnaviridae10. Предыдущие исследования, проведенные другими организациями и нашей лабораторией, показали, что инфекция ВЗК вызывает гибель клеток хозяина различными путями 11,12,13,14. Предыдущие результаты показали, что инфекция IBDV вызывает высвобождение лактатдегидрогеназы (LDH), показателя гибели литических клеток 6,15, что позволяет предположить, что инфекция IBDV вызывает гибель литических клеток в клетках-хозяевах. Кроме того, данные показывают, что клетки, инфицированные IBDV, демонстрируют морфологические особенности пироптотической гибели клеток, включая набухание клеток с крупными пузырьками, выдувающимися из плазматической мембраны, и положительное окрашивание пропидида йодидом (PI), что позволяет предположить, что инфекция IBDV вызывает пироптоз в клетках.
Учитывая, что образование мембранных пор в пироптотических клетках N-концевым фрагментом расщепленного GSDM (GSDM-NT) является отличительной чертой пироптоза, теоретически пироптотические клетки могут быть обнаружены методом проточной цитометрии путем исследования GSDM-NT на клеточной мембране с использованием специфических антител. В пироптотических клетках птиц N-концевой фрагмент куриного гасдермина Е (chGSDME-NT) образует мембранные поры, позволяя йодиду пропидия (PI) проходить через ДНК и связываться с ней. Таким образом, долю пироптотических клеток можно определить с помощью проточной цитометрии, тем самым отличая пироптоз от других форм гибели клеток, таких как апоптоз и некроз. Однако о методе исследования пироптотических клеток методом проточной цитометрии не сообщалось. В этом исследовании клетки DF-1 были инфицированы IBDV, и была проведена проточная цитометрия для изучения пироптотических клеток с использованием моноклональных антител (MCAB) против фрагмента chGSDME-NT (мембранно-связанного) и окрашивания PI. Удивительно, но пироптотические клетки были эффективно обнаружены с помощью проточной цитометрии. Кроме того, можно количественно определить долю пироптотических клеток. Эти результаты являются мощным и эффективным средством для определения пироптоза.
В данной статье описан метод исследования пироптоза в клетках, инфицированных IBDV, методом проточной цитометрии с использованием окрашивания анти-chGSDME-NT McAb и PI. Этот метод также может быть распространен на другие клетки, инфицированные патогенами, и применен для исследования различных типов клеток с пироптозом, отличая их от других форм клеточной смерти.
Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованном в исследовании, приведена в Таблице материалов.
1. Подготовка образцов ячеек
2. Окрашивание клеток для проточной цитометрии
3. Проведение анализа проточной цитометрии
4. Анализ данных проточной цитометрии
chGSDME-NT на мембране клеток DF-1 с инфекцией IBDV может быть легко обнаружен с помощью проточной цитометрии
Одной из наиболее важных особенностей пироптотических клеток является образование мембранных пор фрагментами GSDM-NT, образующимися в результате расщепления Gasdermin. Таким образом, пироптотические клетки теоретически могут быть обнаружены с помощью проточной цитометрии путем исследования GSDM-NT на клеточных мембранах с использованием специфических антител. Таким образом, клетки DF-1 были инфицированы IBDV, а пироптотические клетки были исследованы с помощью проточной цитометрии с использованием меченого Alexa Fluor 647 анти-chGSDME-NT McAb и окрашивания PI. Значительное количество chGSDME-NT-положительных клеток было обнаружено с помощью проточной цитометрии после инфекции IBDV (Рисунок 1). Напротив, фиктивно инфицированные контрольные клетки или клетки, окрашенные контролем изотипа IgG, показали минимальное количество Alexa Fluor-647-положительных клеток. Эти результаты демонстрируют эффективное и специфичное обнаружение мембраносвязанного chGSDME-NT с помощью проточной цитометрии. Следует отметить, что, поскольку С-концевые фрагменты расщепленного chGSDME (chGSDME-CT) оставались внутри цитоплазмы, а не перемещались на плазматическую мембрану, как chGSDME-NT, фрагменты chGSDME-CT были едва обнаруживаемы с помощью проточной цитометрии с использованием окрашивания поверхности мембраны антигеном, что согласуется с тем фактом, что пироптоз был связан с мембранно-связанными фрагментами chGSDME-NT.
Пироптоз в клетках DF-1 может быть определен с помощью проточной цитометрии с использованием двойного окрашивания клеток мечеными флуоресцеином анти-chGSDME-NT MCAB и PI
Когда клетки подвергали двойному окрашиванию мечеными Alexa Fluor 647 анти-chGSDME-NT McAb и PI, с последующим анализом проточной цитометрии в флуоресцентных каналах FL3 и FL4, пироптотические клетки можно было определить по положительному окрашиванию chGSDME-NT и PI. Как показано на рисунках 2A, B, значительное количество cGSDME-NT-положительных клеток с инфекцией IBDV было обнаружено с помощью анализов проточной цитометрии, и доля двойных положительных клеток chGSDME-NT/PI в клетках, инфицированных IBDV (около 33%), была значительно выше, чем у фиктивно-инфицированных контрольных групп (P < 0,001), что позволяет предположить, что образование мембранных пор chGSDME-NT был синхронен с разрушением клеточных мембран, тем самым вызывая пироптотическую гибель этих инфицированных IBDV клеток. Эти данные ясно показывают, что инфекция IBDV индуцирует chGSDME-опосредованный пироптоз в клетках хозяина. В то время как одиночные положительные клетки PI могут представлять другие формы клеточной гибели, вызванные инфекцией IBDV. Таким образом, исследование порообразующего chGSDME-NT с помощью проточной цитометрии является ценным методом дифференциации пироптотических клеток от тех, которые подвергаются другим формам клеточной гибели.

Рисунок 1: Исследование связанных с chGSDME-NT клеток методом проточной цитометрии. Клетки DF-1 были фиктивно инфицированы или инфицированы IBDV при MOI 1. Через 24 ч после заражения клетки собирали и окрашивали меченным Alexa Fluor 647 анти-chGSDME-NT / анти-chGSDME-CT McAb или контротипом изотипа IgG, а также анализировали с помощью проточной цитометрии. Положительное окрашивание chGSDME-NT в анализе проточной цитометрии показало мембраносвязанные клетки chGSDME-NT с пироптозом, индуцированным IBDV. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Исследование пироптоза методом проточной цитометрии с использованием двойного окрашивания с помощью chGSDME-NT и PI. (A) Точечный анализ пироптотических клеток с помощью проточной цитометрии. Клетки DF-1 были инфицированы ВЗК при MOI 1. Через 24 ч после заражения клетки собирали, окрашивали меченными Alexa Fluor 647 анти-chGSDME-NT / анти-chGSDME-CT McAb и PI, а также анализировали с помощью проточной цитометрии. (В) Процентное соотношение пироптотических клеток в каждой группе в пункте (А) было построено на графике и подвергнуто статистическому анализу. Для анализа статистической значимости был использован двусторонний ANOVA. Данные представляли собой три независимых эксперимента и были представлены как средства ± SD. ***P < 0,001. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
В данной статье описан эффективный метод исследования пироптоза с помощью проточной цитометрии, полученный путем двойного окрашивания инфицированных клеток мечеными Alexa Fluor 647 анти-chGSDME-NT McAb и PI. Этот подход также может быть применен к различным типам клеток для дифференциации пироптоза от других типов клеточной гибели, таких как апоптоз и некроз.
Пироптоз, воспалительный тип запрограммированной гибели клеток, в первую очередь зависящий от образования D-индуцированных Gasdermin (GSDM) пор плазматической мембраны у млекопитающих 1,2,3, традиционно оценивался с помощью таких методов, как высвобождение LDH 6,15, морфологические особенности16 и обнаружение фрагментов GSDM-NT/GSDM-CT с помощью вестерн-блоттинга или анализов IFA17. Однако ни один из этих методов не позволяет точно количественно определить процент пироптотических клеток. В этом исследовании используются характерные поры плазматической мембраны в пироптотических клетках, образованные фрагментами GSDM-NT, для разработки стратегии их определения, основанной на проточной цитометрии.
Когда клетки подвергали двойному окрашиванию с помощью chGSDME-NT-Alexa Fluor 647 и PI и последующему анализу с помощью проточной цитометрии в флуоресцентных каналах FL3 и FL4, пироптоз можно было различить по двум параметрам одновременно: окрашивание chGSDME-NT-Alexa Fluor 647, указывающее на образование пор плазматической мембраны N-концевым фрагментом расщепленного chGSDME, и окрашивание PI, указывающее на разрыв плазматической мембраны. Данные показывают, что доля двойных положительных клеток chGSDME-NT/PI в клетках, инфицированных IBDV (примерно 33%), была значительно выше, чем в контрольной группе с фиктивным инфицированием (P < 0,001).
Экспериментальный метод требует нескольких соображений для обеспечения точности и надежности. Во-первых, каждая пробирка для образца, используемая для анализа потока, должна содержать не менее 1 x 106 ячеек для поддержания точности анализа потока. Учитывая многократность этапов промывки в протоколе, целесообразно увеличить начальное количество клеток в каждой пробирке на шаге 2.1 соответственно, например, до 2 х 106 ячеек. Очень важно обращаться с промывкой и переносом клеток с особой осторожностью, чтобы избежать непреднамеренного нарушения целостности клеток. Кроме того, имейте в виду, что плотность клеток, концентрация антител и продолжительность операции могут влиять на оптимальные настройки параметров. Поэтому необходимо корректировать параметры и настройки проточного цитометра исходя из конкретных условий эксперимента. В данном исследовании использовались следующие параметры: FSC AmpGain был установлен на 1,40, а напряжение SSC — на 490 В. Вентиль на графике FSC/SSC был настроен на покрытие всех популяций клеток для последующего анализа FL3/4-каналов. Напряжение флуоресценции было установлено на 600 В для канала FL3 (PI) и 600 В для канала FL4 (Alexa Fluor 647). Компенсация была установлена на уровне 38,0% между каналами FL4 и FL3. Скорость потока была установлена на уровне 200 событий/с, а пороговое значение событий было установлено на уровне 10 000.
Благодаря новому подходу понимание роли GSDME-опосредованного пироптоза в ответе хозяина на патогенные инфекции у цыплят и лежащих в его основе механизмов значительно продвинулось вперед. Благодаря использованию специфических антител мы смогли исследовать порообразующий chGSDME-NT с помощью проточной цитометрии, отличая пироптотические клетки от других и облегчая определение доли клеток, подвергающихся пироптозу. В результате, этот метод имеет явное преимущество перед вестерн-блоттингом или анализом IFA в обнаружении пироптотических клеток.
Однако ограничение этого протокола заключается в использовании N-концевого фрагмента куриного GSDME в клетках, инфицированных IBDV, в качестве экспериментальной модели для изучения пироптоза. Тем не менее, это исследование знаменует собой первое успешное использование проточной цитометрии для определения пироптоза.
Таким образом, описанный здесь метод проточной цитометрии для изучения пироптоза обладает большим потенциалом для углубления нашего понимания механизмов пироптоза как у млекопитающих, так и у птиц. Этот метод является эффективным инструментом, способствующим исследованиям клеточной смерти в науках о жизни.
Авторам нечего раскрывать.
Мы хотели бы поблагодарить доктора Цзюэ Лю за его любезную помощь. Данное исследование было поддержано грантами Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая (No 2022YFD1800300), Национального фонда естественных наук Китая (No 32130105) и Целевого фонда современной системы исследований в области агропромышленных технологий (No 2022YFD1800300), Национального фонда естественных наук Китая (No ) и Целевого фонда современной системы исследований в области агропромышленных технологий (No 2022YFD1800300). CARS-40), Китай.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Полистирольная трубка с круглым дном объемом 5 мл (12 & 75 мм) | Corning Falcon | 352052 | |
| 6 лунок Cell Culture Plate | Corning 3516 | ||
| Alexa Fluor 647 наборы для мечения антител | Thermo Fisher Scientific | A20186 | |
| Anti-chGSDME-CT McAb | SAE Biomedical Tech Company (Чжуншань, Китай) | EU0228 | |
| Anti-chGSDME-NT McAb | SAE Biomedical Tech Company (Чжуншань, Китай) | EU0227 | |
| Программное обеспечение CellQuest | BD Biosciences | ||
| CO2 | инкубатор Thermo Fisher Scientific | 3100 | |
| Криогенная замораживающая центрифуга | Eppendorf | 5810R | |
| Модифицированная орлиная среда Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco by Life Technologies | C11995500BT | |
| Фетальная сыворотка крупного рогатого скота (FBS) | Sigma-Aldrich | F0193-500ML | |
| Проточный цитометр | BD Biosciences | FACSКалибур | |
| Проточная цитометрия Окрашивающий буфер | Thermo Fisher Scientific | 00-4222-26 | |
| Гемоцитометр | Цю-цзин Биохимический реактив и Instrument Company (Шанхай, Китай) | YX-JSB52 | |
| штамм IBDV Lx штамм | IBDV Lx был любезно предоставлен доктором Цзюэ Лю, Пекинская академия сельского и лесного хозяйства, Пекин, Китай | ||
| Инвертированный микроскоп | Chongqing Photoelectric Instrument Company | XDS-1B | |
| Нормальная мышь IgG | Santa Cruz Biotechnology | sc-2025 | |
| Фосфатный буферный раствор (PBS) | Слияния и поглощения С Генная технология | CC017 | |
| Пропидид йодид(ПИ) | Сигма-Олдрич | P4170 | |
| Трипсин-ЭДТА, 0,25% | M& С Генотехника | CC008 | |
| Вихревой генератор | MIULAB | MIX-28+ |