Для определения оптимальной концентрации пуромицина для стабильного селектирования родительские клетки 16HBE14o− подвергали воздействию возрастающих концентраций пуромицина (0,5–4 µg/mL), и жизнеспособность клеток оценивали через 24, 48 и 72 h с помощью теста на жизнеспособность клеток. Пуромицин снижал жизнеспособность клеток дозо- и времязависимым образом, причем при всех концентрациях жизнеспособность снижалась до уровня менее 20% через 48–72 h (Рисунок 3). Концентрация 1 µg/mL была минимальной концентрацией, которая полностью элиминировала нетрансдуцированные клетки, снижая остаточный сигнал жизнеспособности примерно до 4,5% в течение 48 h (p < 0,0001). Увеличение концентрации пуромицина не приводило к дополнительному снижению жизнеспособности клеток. Таким образом, для последующего селектирования трансдуцированных клеток была выбрана концентрация пуромицина 1 µg/mL.
Для оптимизации эффективности лентивирусной трансдукции клетки 16HBE14o− трансдуцировали лентивирусом с люциферазным репортером STAT6 с кратностью заражения (MOI) 1, 5, 10 и 20 в течение 48 ч, после чего стимулировали IL-4 и IL-13 (по 10 ng/mL каждого) в течение 24 ч для активации сигналинга STAT6. Как показано на рисунке 4, относительные единицы люминесценции (RLU) увеличивались зависимо от MOI. При MOI 20 наблюдалась наибольшая индукция репортера, что привело к примерно 50-кратному увеличению люминесценции по сравнению с нестимулированным контролем (p < 0.0001). На основании этих результатов для последующих экспериментов было выбрано значение MOI 20.
После трансдукции и селекции пуромицином в оптимизированных условиях в нетрансдуцированных клетках наблюдалась массовая гибель, в то время как трансдуцированные клетки сохранили нормальную морфологию и жизнеспособность (Рисунок 5). Выжившие клетки впоследствии подвергли предельному разведению для создания моноклональных репортерных клеточных линий STAT6.
Три моноклональные репортерные клеточные линии, полученные из отдельных клеток, были оценены на предмет репортерной активности STAT6. Все клоны продемонстрировали низкую базальную люминесценцию (<1 000 RLU). Стимуляция IL-4 и IL-13 индуцировала выраженную репортерную активность в клонах 2 и 3, при этом люминесценция превышала 20 000 RLU, что соответствовало более чем 20-кратному усилению (Рисунок 6A). Клон 3 продемонстрировал самую низкую базальную люминесценцию и, следовательно, был выбран для дальнейшей характеристики. Репортерная активность в клоне 3 оценивалась на протяжении последовательных пассажей (P9–P21) для анализа долгосрочной стабильности. Как показано на Рисунке 6B, STAT6-зависимая индукция репортера оставалась стабильной в течение всего оцениваемого диапазона пассажей. Клон считался подходящим для последующих экспериментов, если он демонстрировал нормальную скорость роста, базальную люминесценцию ниже примерно 1 000 RLU и более чем 20-кратную индукцию после стимуляции цитокинами.
Поскольку IL-4 и IL-13 могут активировать дополнительные члены семейства STAT, включая STAT3 и STAT5, была проведена дополнительная оценка специфичности репортерного анализа17,18. Репортерные клетки STAT6 стимулировали IL-4 и IL-13 в присутствии или отсутствие селективных ингибиторов, нацеленных на STAT6, STAT5 или STAT3, в течение 24 ч19,20,21. Жизнеспособность клеток оставалась выше 90% при всех условиях обработки (ингибитор STAT6 AS1517499, 100 nM: 98,4%; ингибитор STAT5 AC-4-130, 2.5 µM: 97,4%; ингибитор STAT3 Stattic, 2.5 µM: 96,2%; Рисунок 7A). Ингибирование STAT6 заметно снизило активность люциферазы (p < 0,0001), тогда как ингибирование STAT5 или STAT3 не оказало значимого влияния на активность репортера (p = 0,2593 и p = 0,8857 соответственно; Рисунок 7B). Эти результаты подтвердили, что активация репортера была преимущественно зависима от STAT6.
Робастность анализа оценивали путем расчета Z′-фактора, используя клетки, стимулированные IL-4 и IL-13, в качестве контроля с высоким сигналом, и клетки, обработанные ингибитором STAT6, в качестве контроля с низким сигналом. Z′-фактор анализа составил 0,703 ± 0,097, что свидетельствует об отличных рабочих характеристиках анализа, широком окне сигнала и пригодности метода для высокопроизводительного скрининга.
Наконец, репортерный анализ STAT6 был применен для скрининга отдельных компонентов твердых частиц окружающей среды на предмет их способности модулировать сигналинг STAT6. После 24 ч воздействия бензо[b]флуорантен (10 µM) значительно увеличил активность репортера STAT6 примерно в 1,75 раза (p = 0,0006), в то время как твердые частицы (100 µg/mL) увеличили активность репортера примерно в 1,5 раза (p = 0,0398; Рисунок 8). Напротив, остальные полициклические ароматические углеводороды и соединения тяжелых металлов, включая CdCl2, HgCl2 и NiSO4 (по 10 µM каждого), не оказали значительного влияния на активность репортера. В совокупности эти результаты демонстрируют, что репортерный анализ STAT6 является стабильным, специфичным, надежным и подходящим для высокопроизводительного скрининга соединений окружающей среды, модулирующих сигналинг STAT6.

Рисунок 1: Схема создания репортерных клеток 16HBE14o− STAT6. Схематический обзор протокола создания клеток 16HBE14o−, стабильно экспрессирующих люциферазный репортер STAT6. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Рабочий процесс постановки и применения репортерного анализа STAT6. Схематический обзор репортерного анализа STAT6 для валидации метода и скрининга токсикантов окружающей среды. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Определение оптимальной концентрации пуромицина для селекции стабильных клеток. 親клетку 16HBE14o− обрабатывали пуромицином (0,5, 1, 2 или 4 µg/mL) в течение 24, 48 или 72 ч. Клетки контрольной группы получали 0,1% диметилсульфоксида (DMSO). Жизнеспособность клеток определяли с помощью теста на жизнеспособность клеток. Жизнеспособность клеток рассчитывали на основе разности оптической плотности при 450 и 650 nm после вычитания фона и нормализации относительно контрольной группы. Данные представлены как среднее значение ± SD по трем независимым биологическим повторностям с техническими дубликатами (n = 3). Статистическую значимость определяли с помощью однофакторного ANOVA с последующим множественным сравнением по тесту Даннетта. Указаны значения p для сравнений с контрольной группой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Оптимизация эффективности лентивирусной трансдукции. Клетки 16HBE14o− трансдуцировали лентивирусом с люциферазным репортером STAT6 с множественностью заражения (MOI), равной 1, 5, 10 или 20, в течение 48 ч. После 24-часового периода восстановления клетки стимулировали IL-4 и IL-13 (по 10 ng/mL каждого) в течение 24 ч. (A) Относительные единицы люминесценции (RLU) в контрольных клетках (mock-трансдукция) и клетках, трансдуцированных репортером при указанных MOI. Статистический анализ проводили с помощью однофакторного ANOVA с последующим тестом множественных сравнений Даннетта. (B) Кратность индукции после стимуляции цитокинами относительно нестимулированного контроля при MOI 20. Статистический анализ проводили с помощью unpaired Student's t-test. Данные представлены как среднее ± SD по трем независимым биологическим повторам (n = 3). Указаны p-значения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Репрезентативные изображения клеток после селекции пуромицином. Клетки 16HBE14o− трансдуцировали или не трансдуцировали лентивирусом с репортером люциферазы STAT6 (MOI = 20), после чего обрабатывали 1 µg/mL пуромицина в течение 5 дней. Изображения были получены с помощью фазово-контрастного инвертированного микроскопа при увеличении 100× в идентичных условиях съемки. Необработанные родительские клетки образовали нормальный эпителиальный монослой (слева). Нетрансдуцированные клетки, обработанные пуромицином, продемонстрировали массовую гибель и открепление клеток (в центре), в то время как трансдуцированные клетки, прошедшие селекцию пуромицином, остались жизнеспособными и сохранили нормальную морфологию (справа). Масштабная линейка = 50 µm. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Идентификация клонов с репортером STAT6 и оценка стабильности репортера. После лимитирующего разведения три моноклональные клеточные линии с репортером STAT6 были экспансированы и стимулированы IL-4 и IL-13 (по 10 ng/mL каждого) в течение 24 ч. (A) Люциферазная активность отдельных репортерных клонов после стимуляции цитокинами по сравнению с нестимулированными контролями. (B) Стабильность активности репортера STAT6 в клоне 3 в ходе последовательных пассажей (P9–P21). Данные представлены как среднее значение ± SD по техническим дубликатам. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7: Селективное ингибирование активности репортера STAT6 без влияния на жизнеспособность клеток. Репортерные клетки STAT6 стимулировали IL-4 и IL-13 (по 10 ng/mL каждого) в течение 24 ч в присутствии ингибитора STAT6 AS1517499 (100 nM), ингибитора STAT5 AC-4-130 (2.5 µM) или ингибитора STAT3 Stattic (2.5 µM). Группа контроля с носителем, стимулированная цитокинами, получала 0.1% DMSO. (A) Жизнеспособность клеток определяли с помощью анализа жизнеспособности клеток. (B) STAT6-зависимая люциферазная активность, нормализованная по контролю, стимулированному цитокинами. Данные представлены как среднее ± SD по трем независимым биологическим повторностям (n = 3). Указаны значения p. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 8: Оценка модулирующих эффектов STAT6 под воздействием токсикантов окружающей среды. Репортерные клетки STAT6 подвергали воздействию в течение 24 ч твердых частиц (100 µg/mL) или указанных токсикантов окружающей среды, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и тяжелые металлы (по 10 µM каждого). Люциферазную активность, зависимую от STAT6, нормализовали относительно контроля с растворителем (0.1% DMSO). Данные представлены как среднее значение ± SD по трем независимым биологическим повторам (n = 3). Статистическая значимость определялась путем сравнения с контролем с растворителем; указаны значения p. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительная таблица 1: Характеристики культуральных сосудов и параметры пассирования для культуры клеток 16HBE14o−.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 2: Сравнение методов измерения активности STAT6.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.