Для стабильного воспроизведения результатов данного протокола иммунофлуоресценции с использованием покровных стекол критически важны несколько этапов. Все процедуры проводятся в ограниченном объеме лунки 24-луночного планшета для культивирования, что упрощает работу, ограничивает манипуляции с образцами и обеспечивает полное покрытие покровного стекла при использовании малых объемов реагентов, тем самым снижая расход антител на один эксперимент. Поскольку растворы малого объема склонны к испарению, инкубации рекомендуется проводить в увлажненной камере; образцы ни в коем случае не должны пересыхать, так как даже кратковременное высыхание увеличивает фоновую флуоресценцию и ухудшает морфологию клеток. При аспирации на покровном стекле оставляют тонкую пленку буфера, после чего немедленно добавляют следующий раствор.
Правильная плотность посева клеток и контролируемая степень слияния (конфлюэнтность) на момент фиксации необходимы для ограничения фона и сохранения морфологии, так как чрезмерный рост увеличивает фоновый сигнал и нарушает клеточную архитектуру. Аналогичным образом на всех этапах требуется точный контроль времени и температуры инкубации, поскольку оба этих параметра влияют на эффективность фиксации, связывание антител и фоновый сигнал5,13. При колебаниях условий окружающей среды использование инкубатора с регулируемой температурой или сухого шкафа, настроенного на 25 °C, в сочетании с единообразным временем инкубации для всех повторов, повышает воспроизводимость.
Фиксация является первым решающим этапом, так как она определяет сохранность антигенов и клеточной архитектуры5, и выбор фиксатора осуществляется в зависимости от локализации мишени и чувствительности эпитопов. PFA рекомендуется для большинства мембранных, цитоплазматических, ядерных и цитоскелетных мишеней, поскольку он сохраняет архитектуру, поддерживает распределение антигенов и совместим с окрашиванием F-актина фаллоидином. Метанол может быть предпочтительным для некоторых ядерных антигенов, которые плохо выявляются после сшивающей фиксации, в частности для фосфо-эпитопов или эпитопов, чувствительных к альдегидам, однако он нарушает целостность мембран, экстрагирует растворимые белки и ухудшает окрашивание фаллоидином/F-актином; совместимость должна быть проверена для каждой мишени 13,14,15,16. Для растворимых цитокинов и других быстро секретируемых белков фиксация PFA в сочетании с предварительной обработкой BFA позволяет сохранить внутриклеточный сигнал до фиксации: BFA блокирует транспорт белков из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи, что способствует внутриклеточному накоплению секретируемых белков и позволяет выявлять их методом иммунофлуоресценции. Если необходимо одновременно выявить мишени с противоречивыми требованиями к фиксации, требуется эмпирическая оптимизация. Глиоксаль, малогабаритный диальдегид, упоминается как альтернатива PFA, обеспечивающая более быстрое сшивание, улучшенную сохранность антигенов и совместимость с иммунофлуоресценцией и микроскопией сверхвысокого разрешения; у нас нет собственного прямого опыта использования фиксации глиоксалем, и мы представляем этот метод как вариант, подтвержденный литературой17,18.
После фиксации надлежащая пермеабилизация обеспечивает доступ антител к внутриклеточным и ядерным эпитопам при сохранении структурной целостности5. Недостаточная пермеабилизация обычно приводит к слабому или отсутствующему сигналу при сохранной морфологии, что указывает на ограниченный доступ антител, тогда как чрезмерная пермеабилизация приводит к экстракции растворимых белков, разрушению мембран, потере окрашивания цитоскелета и увеличению фона. Поэтому тип детергента, его концентрация и время инкубации оптимизируются под конкретную мишень. Адекватность пермеабилизации можно оценить по четырем критериям: (i) наличие специфического сигнала в ожидаемом субклеточном компартменте; (ii) сохранная морфология с четко выраженными границами ядра и цитоплазмы, визуализируемыми с помощью Hoechst 33342 и фаллоидина соответственно; (iii) четкое окрашивание F-актина, так как диффузный или отсутствующий сигнал цитоскелета указывает на избыточную пермеабилизацию; и (iv) низкий фон в отрицательных контролях. Если эти критерии не соблюдены, концентрация неионогенного детергента октилфенол этоксилата и/или время инкубации корректируются эмпирически. При объединении мембранно-ассоциированных и внутриклеточных антигенов в одной панели более мягкие условия (более низкая концентрация детергента, более короткая инкубация) позволяют сохранить мембранные эпитопы, обеспечивая при этом доступ внутрь клетки; в этом случае полезно использовать временную серию, начиная с 5 min с постепенным увеличением интервала. Если вместо него используется сапонин, его необходимо добавлять во все последующие буферы для антител и промывки, так как его пермеабилизирующий эффект обратим.
Концентрации антител определяют эмпирически путем титрования, а не на основании общих рекомендаций. Практический подход заключается в создании серии последовательных разведений, охватывающей как минимум 3–4 концентрации выше и ниже рекомендуемого производителем разведения (например, 1:50, 1:100, 1:200 и 1:400 при рекомендуемом 1:200), которые применяют к повторам на покровных стеклах в идентичных условиях. Каждое разведение оценивают по интенсивности специфического сигнала в ожидаемом компартменте; соотношению сигнал/фон путем сравнения окрашенных образцов с соответствующим контролем без первичных антител и фона вторичных антител с контролем без антител; а также по сохранности морфологии. Выбирают наименьшую концентрацию, обеспечивающую сильный специфический сигнал при минимальном фоне. Стойкий высокий фон обычно устраняют путем дальнейшего титрования, продления блокировки или повышения строгости промывки, в то время как слабый сигнал может быть следствием чрезмерной фиксации, субоптимальной концентрации антител, неспособности первичных антител распознать свой целевой эпитоп, несоответствия вторичных антител виду животного-хозяина первичных антител (например, использование антикроличьих вторичных антител для первичных антител, полученных от мыши) или потери сигнала флуорофора из-за деградации вторичных антител вследствие истечения срока годности или неправильного хранения, особенно при неоднократном воздействии света. Если сигнал отсутствует при всех разведениях, целесообразно увеличить время инкубации с первичными антителами или перевести ее на ночь при 4 °C, подтвердить экспрессию антигена в клеточной линии, проверить совместимость антител с условиями фиксации и пермеабилизации, проверить номер лота, условия хранения и срок годности первичных и вторичных антител, убедиться, что микроскоп оснащен подходящими фильтрами возбуждения и эмиссии для данного флуорофора, и, если проблема сохраняется, протестировать альтернативный клон. При приготовлении рабочих растворов необходимый объем коктейля рассчитывают как количество лунок, умноженное на 150 µL, плюс примерно 10% избытка для компенсации потерь при пипетировании; объем каждого стокового раствора антител равен этой общей сумме, деленной на коэффициент разведения (например, 825 µL ÷ 200 = 4.13 µL для разведения 1:200), остальной объем доводят раствором TBST–BSA 1%. Аналогичный расчет применяется к коктейлю из вторичных антител с подстановкой соответствующего коэффициента разведения.
Эффективность мультиплексного анализа в конечном счете зависит от дизайна панели флуорофоров. Флуорофоры, назначенные для основных мишеней, ядерного контрастирования и маркера цитоскелета, должны быть согласованы во избежание спектрального перекрывания или дублирования сигнала, а система визуализации должна поддерживать возбуждение и детектирование каждого выбранного флуорофора9,10; диапазоны возбуждения и эмиссии для каждого фильтр-куба приведены в Дополнительной таблице 1, что позволяет напрямую сравнить спектральную совместимость всех компонентов панели. Пользователям, адаптирующим эту панель под другие флуорофоры, рекомендуется по возможности выбирать комбинации с минимальным перекрыванием соседних каналов и проверять отсутствие перекрестных помех (crosstalk) на контролях с одним красителем перед объединением мишеней, как это было сделано в данной работе. Остаточный сигнал, обусловленный присутствием других флуорофоров, наблюдался во всех зарегистрированных каналах мультиплексной панели (Дополнительный рисунок 1), но отсутствовал в соответствующих контролях с одним красителем и только со вторичными антителами (Дополнительный рисунок 2), что указывает на спектральные перекрестные помехи из-за использования широкополосных наборов фильтров при широкопольном сканировании (которые, потенциально, можно уменьшить при использовании конфокального возбуждения лазером). Учитывая пространственное разделение между ядрышковой локализацией p14ARF и филаментозным/цитоплазматическим распределением актина и IFN-β, эти перекрестные помехи не влияют на интерпретацию локализации p14ARF в мультиплексной панели. Данный рабочий процесс основан на традиционном мультиплексировании с использованием флуорофоров, при котором количество одновременно разрешимых мишеней ограничено доступными видами животных, в которых вырабатывались антитела, и спектрально различимыми флуорофорами. Мультиплексирование более высокого порядка может быть достигнуто с помощью циклической иммунофлуоресценции или спектральной визуализации, которые позволяют проводить итеративное окрашивание/выжигание или линейное разделение (unmixing) перекрывающихся флуорофоров соответственно, но требуют специализированного оборудования и программного обеспечения, которые не рассматриваются в данной работе19,20.
Среда для заключения объектов влияет как на качество изображения, так и на стабильность сигнала. Можно использовать коммерческую самоотверждаемую среду с антифейдингом или, в качестве альтернативы собственного приготовления, 80% глицерин в PBS (без антифейдинга и без самоотверждения); препараты на основе глицерина собственного приготовления запечатывают бесцветным лаком для ногтей, чтобы предотвратить высыхание и смещение покровного стекла, а среды без ядерных красителей выбирают в том случае, если ядерное контрастирование уже было проведено. Снимки лучше всего делать сразу после отверждения. Если немедленное получение изображений невозможно, отвержденные стекла можно хранить в темном боксе при 4 °C в течение 2–4 недель или при −20 °C до 6 месяцев, учитывая, что высокофотолабильные флуорофоры (например, флуорофоры с зеленым излучением) теряют сигнал со временем даже при оптимальных условиях хранения. Коммерческие среды с антифейдингом существенно продлевают стабильность флуорофоров по сравнению со средами на основе глицерина собственного приготовления; при использовании последних настоятельно рекомендуется проводить съемку в течение 24–48 ч. Бесцветный лак для ногтей совместим с большинством флуорофоров и не оказывает заметного влияния на сохранность сигнала при условии, что перед хранением препараты выдерживаются в темноте не менее 30 мин для полного высыхания.
Начиная с этапа фиксации, соблюдение стерильности более не требуется, и окрашивание можно проводить на лабораторном столе, используя сертифицированный вытяжной шкаф только для реагентов с маркировкой CAUTION. Работа с клетками D17 и другими опухолевыми клеточными линиями осуществляется в соответствии с институциональными правилами биологической безопасности для материалов 1-й или 2-й группы риска, в зависимости от ситуации. Все материалы, контактировавшие с культивируемыми клетками, покровными стеклами, наконечниками, средой, а также жидкие отходы подвергаются деконтаминации перед утилизацией: жидкие отходы инактивируют отбеливателем до конечной концентрации 10% в течение не менее 30 min, а твердые отходы утилизируют в соответствующие контейнеры для биоотходов. Химические отходы, содержащие PFA, метанол или неионогенное моющее средство октилфенолэтоксилат, собирают отдельно и утилизируют в соответствии с институциональными правилами химической безопасности.
Несмотря на то, что данный рабочий процесс разработан для широкого применения, его следует рассматривать скорее как метод, допускающий адаптацию в зависимости от мишени, а не как жесткую универсальную процедуру; успех применения зависит от понимания исследователем локализации, растворимости, доступности эпитопа каждого антигена, а также его чувствительности к фиксации и пермеабилизации. Необходимо подчеркнуть два ограничения. Во-первых, оценка окрашивания в данной работе является качественной и основана на сравнении с отрицательными контролями и ожидаемой субклеточной локализацией, а не на формальном количественном определении отношения сигнал/фон; соответственно, сообщаемая здесь согласованность отражает воспроизводимое качественное окрашивание на повторных покровных стеклах и в контрольных условиях, а не количественно подтвержденную эффективность. Обобщенное руководство по устранению неполадок, в котором перечислены распространенные проблемы, их вероятные причины и корректирующие действия, приведено в Дополнительной таблице 2. Лаборатории, которым требуются количественные показатели, могут использовать программное обеспечение для анализа изображений с открытым исходным кодом для измерения средней интенсивности, вычитания фона, количественного анализа на основе выбранных областей интереса (ROI) и профилирования интенсивности21. Во-вторых, репрезентативные данные получены на одной адгезивной линии опухоли собак (D17), поэтому расширение метода на другие типы клеток, виды или комбинации антигенов потребует специфической для каждой мишени реоптимизации условий фиксации, пермеабилизации и использования антител.
Резюмируя, данный протокол представляет собой гибкий и экономичный рабочий процесс для моно- и мультиплексного иммунофлуоресцентного окрашивания адгезивных 2D-культур, сочетающий низкий расход реагентов со стабильными результатами окрашивания на стандартном лабораторном оборудовании и позволяющий вносить обоснованные коррективы в зависимости от конкретной мишени.