Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

的细胞内信号与相邻小区发生细胞凋亡通过互动活细胞诱导活动标识

Published: December 27, 2016 doi: 10.3791/54980
* These authors contributed equally

Abstract

细胞凋亡奄奄一息,也被称为调控细胞死亡,获得多种新的活动,使他们能够影响相邻的活细胞的功能。重要的活动,如存活,增殖,生长,分化,是由凋亡细胞所调制的许多细胞功能中。识别并响应凋亡细胞的能力似乎是所有单元的普遍特征,无论谱系或始发的器官。然而,多样性和应对凋亡细胞的任务是非常谨慎的解剖负责任何特定结果的信号事件和途径采取的复杂性。特别是,必须由凋亡细胞可以存活应答细胞内影响细胞内信号通路,包括多种机制区分:受体介导的识别凋亡细胞的,由神经细胞凋亡的可溶性介质的释放和/或接合的吞噬细胞性机械。这里,我们提供了用于鉴定正在追踪其暴露于细胞凋亡诱导存活应答细胞的细胞内信号事件的协议。该协议的主要优点在于它支付由细胞凋亡调节信号反应细胞内事件的机制,解剖的注意。而该协议是专用于一个条件永生鼠标近端肾小管细胞系(BU.MPT细胞),它很容易适应于处于原点非上皮和/或从除肾脏等器官的细胞系。作为刺激使用死细胞的引入,可以阻碍细胞内信号传导事件的检测几个独特的因素。这些问题,以及策略来最小化或规避它们,在协议范围内进行讨论。该协议中的应用应援我们的广泛影响力的死亡或濒临死亡的细胞在他们的现场发挥的邻居扩展知识,无论是在健康和disea本身。

Introduction

细胞凋亡,或调控细胞死亡1,有助于在一个基本的方式组织的维持和发展。看过最简单地说,细胞凋亡证岁,损坏或不损害被淘汰到周围组织2,3多余的细胞。凋亡组织稳态的贡献,但是,是相当多的动态和变化。细胞凋亡垂死采集多个新的活动,既分泌和细胞相关,这使他们能够影响相邻活细胞4-10的功能。早期的研究集中于凋亡细胞以抑制炎症11-16的能力,但凋亡细胞也调节范围广泛的细胞功能,包括诸如生命活动作为生存4,9,10,增殖4,9,10,分化17迁移1819的增长。而且,这些效果并不限于专业吞噬细胞,巨噬细胞样S,但是延伸到几乎所有类型的细胞和谱系,包括传统的非吞噬细胞,例如上皮细胞和内皮细胞7,9,10,18-21。

相邻活细胞暴露于细胞凋亡的特异性响应取决于涉及两个活应答细胞和凋亡细胞本身多种因素。例如,虽然暴露于凋亡细胞同时抑制小鼠巨噬细胞,肾近端小管上皮细胞(PTECs)的增殖,这两种类型的细胞显着地在他们的生存响应于凋亡细胞4,6,9,10不同。凋亡细胞巨噬细胞促进的生存,但诱发PTECs 4,6,9,10的凋亡。值得注意的是,与凋亡细胞的反应可能响应之间一脉相承的细胞,取决于产地10( 例如 ,肾PTECs 乳腺上皮的细胞反应的器官,甚至不同细胞)或激活状态22( 中性粒细胞)。相反,凋亡细胞可以在视细胞凋亡的性质非常相同的细胞唤起的响应不同刺激10,23或凋亡10,14的阶段。

鉴于响应于凋亡细胞的多种多样和复杂性,大必须小心在解剖负责任何特定结果的信号转导事件和通路。首先,需要可行和凋亡细胞之间的直接物理相互作用的反应必须从那些由凋亡细胞3,6-10释放或生成可溶性介质引起的分化。如果需要的物理相互作用,然后进一步分化应该执行。信号事件可能取决于结合的凋亡细胞的凋亡细胞,随后独立的吞噬,或巨噬细胞吞噬,独立于特定的受体的受体介导的认可 3-7,9,10,19。在后一种情况下,响应不特定于凋亡细胞,并且可以通过任何吞噬材料4,6被触发。

这些区别的重要性可以再次通过对比巨噬细胞和肾PTECs的反应可以理解。对于这两种类型的细胞,暴露于凋亡细胞改变了促存活激酶Akt的活性。调制是依赖于物理作用,因为响应的分离和细胞凋亡由0.4微米的聚碳酸酯膜废除响应4,9,10,19。然而,PTECs的响应是受体介导的和独立的吞噬作用的,而巨噬细胞的反应是由吞噬4,9,10,19驱动。这个结论是通过以下事实暴露于乳胶珠,中性细胞吞噬的刺激,对在PTECs Akt活性没有影响,但模拟凋亡细胞在巨噬细胞4,9的效果增强。

“>虽然少很好的研究,细胞坏死,或意外的细胞死亡1垂死,还调制附近活细胞的功能3-10,19一样凋亡细胞,坏死细胞通过各种机制,特别是在泄漏发挥它们的作用通过其破裂细胞膜3,5,6,9,24细胞内的内容。很多细胞,包括PTECs和巨噬细胞,具有明显的非竞争受体细胞死去坏死5,9。这些受体参与诱导是信号事件常相反的那些细胞凋亡4-10,19诱导的受体的接合。例如,在PTECs,坏死细胞增加的Akt的磷酸化,而凋亡细胞减少的磷酸化9,10,19。

在这里,我们描述了一种协议,用于识别通过相邻凋亡PTECs的受体介导的识别诱导存活肾PTECs细胞内信号传导事件9,10,19,25,26一个条件永生PTEC细胞系,它很容易适应于处于原点非上皮和/或从大于其它器官的细胞系肾。重要的是,使用细胞凋亡作为细胞刺激造成不存在与可溶性配体的某些固有的实验困难。最重要的是凋亡细胞必须加入以悬浮液,而不是作为一种解决方案。这些困难,以及策略来最小化或规避它们,在协议范围内进行讨论。几乎所有的在协议中描述的技术简单,标准的细胞培养。此协议的优势在于它关注由凋亡细胞应答调节细胞内的信号转导多种机制。这些机制包括经由表面决定簇的结合,或对重桥接分子的特异性受体应的小区,可溶性介质的释放,和/或吞噬机械的接合。坏死细胞被包括在所有的实验中,以确保结果是特定细胞死亡的模式,而不是广义响应于死细胞。细心的方法,因为在这个协议中建议,是对我们不断扩大的影响力正在死亡的细胞上发挥他们的现场的邻居,在健康和疾病的认识至关重要。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1.准备

注意:在这个协议中,两个或更多的细胞系,或原代细胞培养,在特定条件下独立地制备。这些制剂包括凋亡的细胞(协议1),坏死细胞(协议2),和健康应答细胞(协议3)。独立制备后,凋亡或坏死的细胞加入到应答细胞,将所得的信号转导被监视(协议4,5和6)。

  1. 制备培养基和试剂
    1. 制备500培养毫升培养基A(使用允许条件下生长的细胞时,请参阅1.2节)通过组合以下:含有4.5g / L葡萄糖,584毫克/升ʟ谷氨酰胺1X Dulbecco氏改良的Eagle氏培养基(DMEM),110毫克/升丙酮酸钠,100单位/ mL青霉素 - 链霉素,10%(体积/体积)胎牛血清(FBS),和10单位/干扰素γ(IFN-γ)的溶液。
    2. 准备500毫升培养液中的B(使用WH烯非允许的条件下血清饥饿细胞中,看到的是从培养基A.向生长非允许条件(前血清饥饿下细胞)的配方省略FBS和IFN-γ的第1.2节),加10%体积/ v FBS为培养基B.
    3. 制备0.4%(体积/体积)低聚甲醛,pH值7.2,在4%多聚甲醛的库存1X Dulbecco氏磷酸盐缓冲盐水(DPBS)为死细胞的固定。
      注意:多聚甲醛是有毒的,并且适当的应谨慎在其使用行使。
  2. 文化BU.MPT细胞
    1. 从液氮中解冻BU.MPT小区之一小瓶中。
      注意:BU.MPT是小鼠肾近端肾小管上皮细胞(PTEC)从转基因小鼠的小鼠主要的控制下轴承SV40大肿瘤抗原(TAG)的温度敏感性(TS)突变(tsA58)衍生的线组织相容性复合体(MHC)H-2K b类I启动子25,26。
    2. 无菌polystyr板细胞烯真空气体等离子体处理过的组织培养皿(〜每100毫米直径的培养皿5×10 6个细胞)。
    3. 生长在允许的条件下细胞在湿润的5%(体积/体积) CO 2气氛中。
      注意:在允许的条件,其被定义为培养33 - 中的IFN-γ的存在下37ºC,启用tsA58突变标记的转基因的稳定表达。不像小鼠肾脏PTEC的原代培养,其不超过一个单一的通道或两个生存以上,BU.MPT培养下在允许的条件可以无限期地传代。
      1. 解冻后传代细胞至少三次实验中的使用之前。
        1. 到传代细胞,在37ºC添加1毫升每100mm培养皿0.05%胰蛋白酶,并孵育在湿润的5%(体积/体积) CO 2气氛中进行5分钟。通过加入培养基A.吸液10毫升的分离的细胞中和胰蛋白酶,和分裂1:3至1:5到新100毫米无菌聚苯乙烯真空气体等离子体处理做卷烟UE培养皿。加入介质A,使体积最多可达到每100毫米的菜10毫升。
    4. 在实验使用制剂作为应答细胞,生长的细胞在湿润的5%至汇合(体积/体积) CO 2气氛非允许的条件下( 在39ºC在不存在的IFN-γ[含10%v培养基B / v FBS])。
      注意:在非允许的条件下,tsA58突变标签转基因的表达是由“95%的抑制,并且BU.MPT细胞行为类似于小鼠肾PTEC的初级培养物。

2.准备凋亡BU.MPT细胞(协议1)

注意:此协议是专用于BU.MPT细胞凋亡细胞的来源,和星形孢菌素的细胞凋亡诱导的方法。可替代地,另一种细胞系,或原代细胞培养中,可使用作为凋亡细胞的来源,与细胞凋亡通过标准化protoco诱导LS对细胞凋亡诱导的特定细胞类型和方法。

  1. 通道到100毫米直径的无菌聚苯乙烯真空气体等离子体处理过的组织培养皿后,生长BU.MPT细胞在湿润的5%汇合允许的条件下(体积/体积) CO 2气氛中( 在37ºC在培养基A以每100mm培养皿10mL)中,在部分1.2.3中描述。
  2. 冲洗贴壁细胞单层用培养基B三次,用每​​漂洗10毫升。
  3. 通过在37ºC在湿润的5%(体积/体积)CO孵育在培养培养基B含有星形孢菌素,非选择性的蛋白激酶抑制剂,所述细胞以1微克/毫升3小时2气氛诱导细胞凋亡。
  4. 吸出含有星形孢菌素的培养基包含已经从单层脱离“浮动”细胞凋亡。离心机在500 xg离心10分钟该培养基中,弃去上清液,洗涤沉淀用培养基B三次,并添加粒料返回到下一步骤,2.5收集的细胞。
  5. 通过加入5mM的(乙二胺四乙酸)的EDTA在1×的Ca分离来自步骤2.3和2.4剩余的贴壁细胞2+ -和Mg 2+ -free DPBS以每培养皿1毫升5分钟。吸入包含分离的细胞凋亡的含有EDTA的培养基,并凝聚分离的细胞与来自步骤2.4的“浮动”凋亡细胞在无菌的15毫升的聚苯乙烯离心管中。
  6. 洗凋亡细胞离心三次,每次500 XG 10分钟和再悬浮在1X 10毫升钙+ 2 -和Mg + 2每洗-免费DPBS。
  7. 在最后一次洗涤后,悬浮在新鲜培养基B中的凋亡细胞以每毫升〜5×10 6个细胞在使用前,以刺激应答细胞。可替代地,固定洗涤凋亡细胞0.4%(体积/体积)低聚甲醛在1×DPBS 30分钟,然后用培养洗涤三次培养基B,悬浮在培养基B之前
  8. 如适当,确认细胞凋亡的诱导通过流式细胞术使用细胞凋亡的一个单独的制剂(或通过保留一些细胞用于此目的),如前所述6,9,10,15。
    注意:早期凋亡细胞具有完整的细胞膜,并且显示为碘化丙啶(PI)阴性和膜联蛋白V阳性细胞减少单元尺寸(相对于活细胞)。晚期凋亡细胞具有非完整细胞膜,并且显示为的PI阳性和膜联蛋白V阳性细胞减少单元尺寸。使用当前协议,典型的制剂含有〜85%早期凋亡和〜15%的晚期凋亡细胞。
  9. 添加凋亡细胞到BU.MPT应答细胞(协议3)以1凋亡对应答细胞:1的比例,无论是直接或凋亡细胞固定30分钟,用0.4%在1×DPBS(体积/体积)低聚甲醛后。
    注:凋亡细胞固定反应的刺激前应不影响的结果,除非所观察到的信号事件是由于释放可溶性介质( 表1)的。

3.坏死BU.MPT细胞的制备(协议2)

注意:此协议是专用于BU.MPT细胞坏死细胞的来源,并加热作为坏死诱导的方法。可替代地,另一种细胞系,或原代细胞培养,可以用作坏死细胞的来源,与由为坏死诱导特定细胞类型和方法标准化协议诱导坏死。

  1. 通道到100毫米直径的无菌聚苯乙烯真空气体等离子体处理过的组织培养皿后,生长BU.MPT细胞在湿润的5%汇合允许的条件下(体积/体积) CO 2气氛中( 在37ºC在培养基A以每盘10毫升),如第1.2.3所述。
  2. 冲洗贴壁细胞单层用培养基B三次,用每漂洗10毫升。
  3. 和Mg + 2 -免费DPBS,每道菜1毫升5分钟-加入5毫米EDTA在1X钙+ 2分离的细胞。吸入包含分离的细胞的含EDTA的培养基,并且将细胞悬浮液添加到无菌的15毫升的聚苯乙烯离心管中。
  4. 洗涤细胞离心三次,每次500 XG 10分钟和再悬浮在10毫升钙+ 2 -和Mg + 2每洗-免费DPBS。
  5. 在最后一次洗涤后,悬浮在新鲜培养基B中的细胞以每毫升〜5×10 6个细胞。
  6. 通过在水浴中加热细胞到70ºC45分钟,轻轻涡旋将细胞悬液,每10分钟诱导坏死。
  7. 孵育2小时的细胞在湿润的5%(体积/体积) CO 2气氛中于37℃。轻轻涡旋细胞悬液每15分钟。
  8. 适当时,确认坏死的诱导,流式细胞仪使用NE的单独准备crotic细胞(或通过保留一些细胞用于此目的),如前所述6,9,10,15。
    注意:坏死细胞已破裂细胞膜,并显示为(相对于活细胞)增加细胞尺寸的PI阳性细胞。使用目前的协议,典型的制剂含有≥95%的坏死细胞。可替代地,坏死和膜完整性的丧失的诱导可以通过台盼蓝染色来确认。

4.准备BU.MPT响应细胞(协议3)

注意:此协议是专用于BU.MPT细胞作为应答细胞的来源。可替代地,另一种细胞系,或原代细胞培养,可以用作应答细胞。在此之前实验使用,寂灭可以在一夜之间由实验室内的标准化协议引起的。

  1. 生长在培养基中一个宽容的条件下,无菌100mm组织培养皿BU.MPT细胞以每盘10毫升,直到他们达到〜85%汇合。
  2. 吸培养基A,并冲洗细胞培养基B三次,每冲洗10毫升。血清饥饿细胞过夜18至24小时,在湿润的5%非允许的条件下(体积/体积) CO 2气氛中( 在以每皿10毫升39ºC在培养基B)中,如在第1.2节中描述4,以诱导平静。可替代地,生长的细胞在培养基中B加10%(V / V)FBS的39ºC一天血清饥饿细胞前在培养介质B过夜无FBS。
  3. 标签汇合BU.MPT细胞的分离组织培养皿每个实验条件。
  4. 包括以下六个条件:用15分钟载体或表皮生长因子(EGF)的活BU.MPT应答的刺激,之后他们接触30分钟到或者没有细胞,凋亡细胞,或坏死的细胞。
    注意:暴露于死细胞可以刺激或抑制胃肠的活动水平VEN信号分子。刺激上述的低基线最佳检测( 例如 ,不存在的EGF),而抑制最好由高基线检测( 例如 ,表皮生长因子的存在下)。因为刺激与死细胞的作用是先验未知的,则建议在不存在和EGF存在两者都执行所有的研究。

5.凋亡和坏死细胞(协议4)效应器细胞的刺激

  1. 从静态的预标记的菜肴吸培养基B(血清饥饿)BU.MPT反应细胞(协议3)。
    注意:在非许可条件下过夜培养,BU.MPT细胞应该表现得像小鼠肾脏PTEC的小学文化。
  2. 每100毫米的菜,添加下列之一的2毫升:培养基B(无细胞);在每毫升〜5×10 6个细胞在培养基B(方案1)的凋亡细胞悬浮液;在或坏死细胞悬浮〜5×10 6每毫升I细胞N培养中B(协议2)。
    1. 分发2毫升悬浮死细胞均匀地分布在100mm培养皿,并保持时间他们结到最低限度。为了实现这一目标,分发一滴死细胞悬液滴具有宽尖端吸管上的应答器单元的菜肴的整个表面。用2毫升的体积为最小的稳定时间并避免死细胞的聚集之间的折衷。
      注意:使用的悬浮液的死细胞作为刺激蕴涵A号码的特殊的考虑,其更详细地( 表2和讨论)说明如下。
    2. 加入2毫升的死细胞以每毫升〜5×10 6个细胞至汇合100mm培养皿,它含有〜10×10 6个细胞1:达到〜1的死对应答细胞的比率。可替代地,为了建立任何观察到的信号事件的剂量依赖性,通过在崇拜渐进稀释连续变化的死应答细胞的比率在协议1和2制备的死细胞悬浮液茜培养基B。
  3. 轻轻转动菜,然后在37ºC在湿润的5%(体积/体积) CO 2气氛中孵育。
  4. 30分钟后,刺激应答细胞用载体或50nM的EGF,根据培养皿的预标记。
  5. 在潮湿的5%(体积/体积) CO 2气氛中孵育在37℃下15分钟。
  6. 通过加入5毫升冰冷的1X DPBS的,涡旋盘,并且吸取洗涤液洗去死细胞。重复三次。
  7. 立即将应答细胞菜在冰上进行进一步处理。
  8. 准备细胞裂解液
    1. 制备含有以下细胞裂解缓冲液:1×Tris缓冲盐水(TBS)中,10毫焦磷酸钠,0.5%w / v的脱氧胆酸盐,0.1%w / v的SDS,10%甘油,25mM的氟和钠。
      1. 细胞裂解,在该IND给出的确切顺序添加以下前夕icated浓度:迷你无EDTA蛋白酶抑制剂混合物(每10毫升的裂解缓冲液的片剂),10%(体积/体积)的Triton X-100,1mM的二硫苏糖醇(DTT),1mM的苯甲基磺酰氟(PMSF),和10 1mM原钒酸钠。
    2. 从步骤5.7添加每冰上新鲜刺激的应答细胞的100mm培养皿冰冷细胞裂解缓冲液的700微升。刮去细胞用细胞刮刀,并传送裂解液预冷1.5mL的微管中。保持在冰上的管15分钟。
    3. 与20赫兹,每个小于一秒的持续时间的10个脉冲冰超声裂解物。避免在气/液界面的泡沫的产生,因为这可能会过热的样品。完全浸入超声波仪探测到开关上的超声波仪之前含有裂解液的微管,并从裂解物中除去所述探针之前切换超声波仪关闭。
    4. 离心机以20,000×g离心10分钟,在4℃下,转移上清液至新鲜预冷的微管,并在-70ºC店。
    5. 执行凝胶电泳和免疫印迹上裂解物的上清液,如前所述6,9,10,15。

6.预防目标和响应之间的直接物理接触使用的半透膜聚碳酸酯(协议5)

  1. 根据协议3准备BU.MPT应答细胞,但有一个例外;生长的细胞在无菌聚苯乙烯组织培养物处理的12孔簇。
  2. 在选择的孔,将含有0.4微米聚碳酸酯膜,防止死亡和响应细胞之间的物理相互作用可渗透支持系统。包括对照孔而不在同一实验中的膜。
  3. 从血清饥饿BU.MPT反应细胞的实验孔吸出物培养介质B。
  4. 遵循协议4为应答细胞与细胞凋亡或坏死的细胞,用下列修改的刺激:
    1. 每孔的12井群,添加下列之一的0.1毫升:培养基B(无细胞);在每毫升〜5×10 6个细胞在培养基B(方案1)的凋亡细胞悬浮液;或以每毫升〜5×10 6个细胞在培养基B(协议2)坏死细胞悬浮液。
      注意:作为一个12孔簇的汇合孔含有〜0.5×10 6个细胞,加入0.1毫升的死细胞中的〜 每毫升5×10 6个细胞产生的死对应答细胞的比率〜1:1。
    2. 到包含可渗透支撑系统井,添加在透气性支承系统内的0.4微米的聚碳酸酯膜的顶部的死细胞,所以死和应答细胞之间没有直接的物理相互作用。

7.抑制吞噬作用与细胞松弛素D(协议6)

  1. 根据协议3准备BU.MPT反应细胞。
  2. 在准备的dimeth骨架抑制剂松弛素D基砜(DMSO),在4毫克/毫升(1,000×)。添加BU.MPT应答细胞的标记的前向碗碟溶媒的10微升(DMSO)或细胞松弛素的D10μL的实现在10mL培养基B的4微克/毫升的最终浓度
    注:在通过BU.MPT细胞和巨噬细胞系此浓度细胞松弛素D,吞噬被≥90%9,10抑制。
  3. 在潮湿的5%(体积/体积) CO 2气氛中孵育在37ºC2小时。
  4. 按照协议4与凋亡或坏死的细胞应答细胞的刺激。
  5. 如适当,确认死细胞的吞噬作用的抑制通过流式细胞术使用(用于此目的保留或细胞)死亡,应答细胞的单独制剂,如前所述9,10。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

图1中 ,我们提供的示意性描绘的定时和临界参与凋亡细胞的制备(方案1)(方案2)的步骤和坏死细胞和应答细胞与凋亡和坏死细胞的悬浮液的刺激(协议4)。

图2中,我们提供了示出凋亡细胞的丝氨酸-苏氨酸激酶糖原合酶激酶-3(GSK-3),GSK-3α和GSK-3β的两种同种型的磷酸化的影响的代表性结果。 GSK-3α/β具有在细胞增殖和存活的调节了突出的作用,以及其在葡萄糖代谢的重要作用。在丝氨酸-21和GSK-3β,GSK-3α的磷酸化丝氨酸-9抑制激酶活性,进而,导致减少的磷酸化和增加的β连环蛋白的稳定化。 β-连环蛋白然后易位至细胞核,在那里它促进已知刺激细胞增殖,抑制细胞凋亡的基因的转录。因此,增加了GSK-3α/β的磷酸化与增加的增殖和存活相关,而降低GSK-3α/β的磷酸化降低增殖和存活有关。

静态BU.MPT应答器暴露于凋亡为GSK-3α/β( 图2A)的30分钟强烈抑制基底磷酸化的细胞。同样地,前暴露于30分钟凋亡靶强烈抑制随后的表皮生长因子(EGF),GSK-3α/β( 图2A)的诱导磷酸化。与此相反,BU.MPT应答坏死细胞暴露对GSK-3α/β的任基底或EGF诱导的磷酸化没有影响。

为了防止措施BU.MPT反应和细胞凋亡之间的T物理相互作用,BU.MPT反应在渗透支持系统生长并通过0.4微米的聚碳酸酯膜从细胞凋亡的目标分开。 BU.MPT反应和凋亡细胞之间的物理相互作用的预防废除的凋亡的目标,以抑制GSK-3α/β( 图2B)的磷酸化的能力。来评价吞噬的作用,我们使用了细胞骨架抑制剂细胞松驰素D钮防止死亡细胞的巨噬细胞吞噬。响应于凋亡细胞GSK-3α/β的磷酸化的抑制发生在没有吞噬( 图2C)。之前我们已经表明,细胞松弛素D,在所使用的浓度,抑制PTEC和巨噬细胞吞噬经≥90%9,10。两者合计,我们的结果表明,GSK3α/β的磷酸化的细胞凋亡介导的抑制,需要直接的物理相互作用betwe恩目标和应答细胞,但是独立吞噬。

图1
1。架构细胞内信号的诱导事件存活反应细胞通过物理相互作用与经历细胞死亡相邻小区。该线图描绘了(A)细胞凋亡(APO)细胞和(B)坏死( 死灵 )BU.MPT细胞的细胞悬液的准备时间和关键事件,和可行的BU.MPT应答中的(C)的刺激细胞凋亡或坏死细胞的悬浮液。 请点击此处查看该图的放大版本。

/ftp_upload/54980/54980fig2.jpg“/>
2。在BU.MPT应答细胞GSK3α/β在暴露于凋亡细胞的磷酸化的抑制需要直接细胞-细胞相互作用,但是独立吞噬的。血清饥饿BU.MPT应答细胞预处理具有(A,B)的车辆或(C)的细胞松弛素D(4微克/毫升),2小时,然后刺激30分钟无细胞( - ),细胞凋亡( 载脂蛋白 ),在死细胞或坏死细胞(NEC)到响应的1细胞:1的比例。然后将应答细胞进行洗涤,并孵育在EGF(50纳米)的不存在或存在另外的15分钟,收获前。凋亡细胞的来源是星形孢菌素处理过的BU.MPT细胞。坏死细胞的来源进行热处理BU.MPT细胞。死细胞和BU.MPT响应者之间的互动要么(A,C)畅通,实现直接死细胞应答物理相互作用,或(B)与在可渗透支撑系统死细胞和应答的分离通过一个0.4微米的聚碳酸酯膜。死细胞和非贴壁应答细胞通过洗涤除去,BU.MPT应答细胞裂解物用抗磷酸化GSK3α/β抗体探测,如图所示。相等的加载被探测总甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)证实。 请点击此处查看该图的放大版本。

信令事件承担这一机制的影响
介入 可溶性调解员 受体介导的识别 吞噬作用
凋亡细胞固定* 消除坚持坚持
细胞凋亡和细胞应答的物理分离† 坚持消除消除
从发生凋亡的细胞stimulus¶超速离心条件培养基坚持消除消除
坏死细胞的刺激消除消除或方向相反的反应( 例如 ,抑制与刺激) 坚持
乳胶珠刺激消除消除坚持
吞噬的药物抑制坚持坚持消除 *预测结果假定固定不改变负责受体介导识别和/或吞噬作用临界表面决定簇。
预测结果意味着两个假设:第一,可溶性介体是小到足以穿过膜的分离凋亡和应答细胞,和第二孔,即任何棚囊泡或微泡,通常称为凋亡小体,过大而通过该膜的孔。一种泡或微泡的作用将通过与细胞凋亡和细胞应答与超离心条件培养基的物理隔离观察到的信号事件缺乏一致性来建议。
超速离心(30分钟,20000×g)为需要除去任何凋亡小体或其他棚可能模仿EFFE不溶物完整凋亡细胞的CTS。

1。 该机制(S)负责信令活细胞活动暴露于凋亡细胞的识别。提供了几个简单的实验策略的潜在机制(S)负责信号事件之间的区分观察暴露于凋亡细胞。这些机制包括:与特定的受体上的应答器单元中的凋亡细胞的物理相互作用,从凋亡细胞可溶性介质的释放,和应答细胞的吞噬机械的接合。

实验问题 对于最小化和/或规避现有策略
数量有限每响应细胞的凋亡细胞(〜1:1的比例)。 1.增加凋亡细胞的数量,但细胞凋亡对应答细胞的比率应保持<2:1。*
需要对凋亡细胞的重力依赖性沉降。 1.最小化,其中凋亡细胞悬浮介质的体积。
2.离心盘或板通过悬浮介质驱动凋亡细胞更迅速。
凋亡细胞的分布不均匀。 1.小心地与广泛尖端吸管超过应答细胞菜肴的整个表面分布一滴凋亡细胞悬液滴。
2.避免培养皿或水井,直径<35mm时,其半月板影响可能导致不均匀分布。
凋亡细胞群的异质性。 1.使用强诱导剂凋亡。
2.诱导后,修复细胞凋亡与多聚甲醛和排序流式细胞仪以获得更均匀的人口。
*在凋亡到应答细胞比率> 2:1,凋亡细胞会形成合流地毯和额外的细胞凋亡将不再使用应答细胞直接接触

表2中 。实验问题有关与使用细胞悬浮液作为细胞内信号事件的刺激。与使用的细胞悬浮液作为刺激的相关的几个实验的障碍被列出,以及它们的部分补救策略。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

我们在此提供用于表征下列其暴露于经历凋亡,或其他形式的细胞死亡的细胞的存活细胞诱导胞内信号事件的协议。协议强调由暴露于凋亡细胞可调节活应答细胞内的细胞内信号传导途径的多种机制。这些机制包括:互动(通过对死亡细胞或其棚泡和微泡架桥分子或表面决定,通常被称为凋亡小体)与应答细胞的特异性受体;可溶性介质(甚至他们的外代27)的释放;和吞噬机械的接合。下,其中大量的吞噬作用发生的情况下,要考虑的一个额外的机制是介体,例如微RNA,所述凋亡细胞或其囊泡21内富集的递送。我们的协议的意义,因为相比邻疗法的方法,在于通过其凋亡细胞能响应细胞内的调节信号转导的多重机制的仔细解剖。一个主要的优点是,大多数所需的技术是直接的和标准的细胞培养。

而该协议是专用于BU.MPT细胞,永生化小鼠肾PTEC线,因为这两个死和应答细胞的来源,该协议对其他细胞系或原代细胞培养的适应是直截了当和容易实现的。此外,如在我们以前的出版物,死亡和应答细胞的来源不必是相同9,10,19。尽管我们描述了使用星孢素和热量凋亡和坏死的诱导剂,分别为模式和细胞死亡的触发器也可以有所不同。而在暴露于凋亡细胞BU.MPT应答诱导的信号转导事件基本上独立凋亡诱导的方式,我们的HA已经观察到一些差异9,10。出于这个原因,我们推荐细胞凋亡的几种不同的触发器复制的主要成果。例如,如果高度吞噬细胞,例如巨噬细胞,被用作响应者4,6,或如果反应者和死细胞之间相互作用的持续时间足够长的时间以发生实质性的吞噬作用,那么可以考虑的一种无毒的诱导细胞凋亡,如紫外-或γ-辐射4,9,10,排除毒素的潜在吞噬递送。坏死的诱导替代方法,也可以考虑。虽然我们已获得具有加热和细胞的冻融相同的结果,大量细胞聚集和碎片与冻融发生使它的使用存在问题。

几个简单的策略可以帮助阐明对任何信号事件的具体机制观察暴露于凋亡细胞( 表1 表1中详述的,对所观察到的信号事件的效果能精确定位的负责机构。例如,在神经细胞凋亡的受体介导的识别的情况下,该信号事件应该坚持尽管凋亡细胞的固定,并应与由条件培养基或乳胶珠,以及与物理分离置换凋亡细胞被消除死亡和反应细胞。响应于坏死细胞,信令事件应消除或变得相对定向( 例如 ,抑制刺激)。

表2)的关键。大多数的这些问题得到从每个响应细胞凋亡细胞的实验的限制数量。这是相对于可溶性因子。在细胞因子的极低飞摩尔浓度特性即使使用,可溶性配体的数量远远超过应答细胞的数量。在凋亡细胞的情况下,然而,空间考虑排除在大大高于每可行响应单元一个死细胞的比例增加的死细胞。一个非常现实的程度,因此,每死细胞事宜。

有限制死对应答细胞比例可这几个后果导致减少或信号事件的遮蔽。与一个可行的应答细胞的物理相互作用,凋亡细胞必须首先通过悬浮介质的柱沉降。甚至以最小的体积,对细胞的沉降时间可以是明显的,只要10至20分钟。细胞内信号传递活动将因此反应细胞之间进行不协调。因此,应答器和死细胞之间的初始接触不能精确定时的,但稍微广泛的倍以内而下降。用于信令上的时间刻度比为解决需要较短发生的事件,这种缺乏同步的可导致信号,使得它不再从背景区分的遮蔽。甚至延长持续时间的信号,如果没有足够的大小,可以容易受到此问题。

除了这些时间问题,空间的事项也有不利的结果产生影响。半月板的效果,特别是在油井和s的菜商场直径( 例如 ,聚苯乙烯组织培养物处理的96孔簇),或由太有力的移液生成的可导致死亡的细胞的一个非均匀分布流体的电流,从而产生应答细胞中宴席或饥荒的状态。由于测得的信号与在单个孔或板所有应答细胞的衍生,在死细胞中的捕获变异可能会掩盖较弱的信号。

最后一个问题涉及凋亡细胞群的异质性。甚至与细胞凋亡的一个强有力的触发,如星形孢菌素,死细胞的任何制剂将包含在死亡过程的多个阶段的细胞。这成为相关的,如果响应于凋亡细胞的强度依赖于死亡过程10,14内的阶段。由于在平均每个响应单元遇到只是一个凋亡细胞,异质性在这种情况下可能会导致整个检测到的信号事件的削弱。 表2

有独特的使用死细胞作为刺激相关的几个其他实验的担忧。重要的是,培养条件可能会影响不仅应答细胞,也是死细胞本身。例如,血清蛋白,如果存在的话,可以连接到死亡细胞的表面上,并增强或通过响应细胞抑制其识别。在排除故障的不一致结果,或者,由在文献中报道的不同,应注意,以下面的培养条​​件(对于应答细胞和死细胞):汇合时,通道数,血清的存在下,血清热灭活的程度,与自然和平静的持续时间。最后,需要注意,细胞死亡是所有细胞培养的必然的方面,并且因此应答细胞持续暴露于死低水平细胞。这种接触可能会影响到死细胞的弹丸实验的反应,因为所研究的非常的信号正在不断诱导。信号调制可以随之而来通过正常的反馈通路,或甚至通过应答细胞的亚群的选择,特别是当诱导的信号传导事件涉及存活或增殖。

总之,我们已经描述了一种协议,用于通过与相邻的死亡或正在死亡的细胞的物理相互作用在活细胞中的诱导胞内信号传导事件的确定。虽然重点主要是信令由死细胞的受体介导的识别诱导事件,该协议还允许信令由巨噬细胞吞噬或可溶性介质从死细胞中释放诱导事件的识别。作为刺激使用死细胞的引入,可以阻碍细胞内信号传导事件的检测几个独特的因素。这些铀意识NIQUE因子,以及由死细胞调节细胞内信号传导的多种机制,是这种日益增长的研究领域内的设计和实验解释关键的。这里描述的协议应理解由死亡或濒临死亡的细胞影响他们生活的邻居都在健康和疾病的机理提供帮助。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cell culture materials
DMEM, 1x with [4.5 g/L] glucose, ʟ-glutamine & sodium-pyruvate Mediatech (Manassas, VA) 10-013-CV
HyClone Fetal Clone II, fetal bovine serum GE Healthcare (Logan, UT) SH30066.03 add 10% (v/v)  to the culture medium A
Penicillin-Streptomycin-Glutamine, 100x Life Technologies (Grand Island, NY) 10378-016 add 100 units/mL to the culture media A and B
γ-Interferon, mouse recombinant, from Escherichia coli Calbiochem, Millipore (Billerica, MA) 407303 add 10 units/mL to the culture medium A
Falcon polystyrene tissue-culture treated dishes, non-pyrogenic Corning (Durham, NC) 353003 sterile, 100 mm diameter
Falcon polystyrene centrifuge tubes, conical bottom Corning (Durham, NC) 352095 sterile, 15 mL
Trypsin-EDTA, 0.05%, Gibco Fisher (Waltham, MA) 25300062 sterile, 100 mL
Name Company Catalog Comments
Chemicals and inhibitors
Staurosporine, from Streptomyces sp. Sigma (St. Louis, MO) S4400 use at [1 μg/mL] for 3 h to induce apoptosis
Epidermal growth factor (EGF), [1 mg/mL] Millipore (Billerica, MA) EA140 use at 50 nM to stimulate responder cells
UltraPure, 0.5 M EDTA, pH 8.0 Life Technologies (Grand Island, NY) 15575-038 use 5 mM to detach adherent cells
Trypan blue solution, 0.4% MP Biomedicals (Santa Ana, CA) 91691049 for dead cells staining
Paraformaldehyde Solution, 4% in DPBS Affymetrix (Santa Clara, CA) 19943 use 0.4% (v/v) in 1x DPBS for cell fixation
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS), 1x, Gibco Life Technologies (Grand Island, NY) 14040133 stock solution
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS), Ca2+- and Mg2+-free, 1x, Gibco Life Technologies (Grand Island, NY) 14190367 stock solution
Cytochalasin D, 4 mM in dimethyl sulfoxide (DMSO), from Zygosporium mansonii Sigma (St. Louis, MO) C8273 use at [4 μg/mL] to inhibit phagocytosis
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma (St. Louis, MO) D2650 solvent for cytochalasin D
Name Company Catalog Number Comments
Cell lysis buffer ingredients
Tris-buffered saline (TBS), 10x, pH 7.4 BioRad (Hercules, CA) 1706435 for cell lysis buffer
Sodium pyrophosphate Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) 221368 10 mM for cell lysis buffer
Sodium deoxycholate Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) D6750 0.5% w/v for cell lysis buffer
Sodium dodecyl sulfate (SDS) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) L3771  0.1% w/v for cell lysis buffer
Glycerol Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) G5516 10% for cell lysis buffer
Sodium fluoride Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) 450022 25 mM for cell lysis buffer
Complete mini EDTA-free protease inhibitor cocktail tablet Roche Diagnostics (Indianapolis, IN) 4693159001 for cell lysis buffer, 1 tablet per 10 mL of buffer
Triton X-100 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) T8787 10% for cell lysis buffer
Dithiothreitol (DTT) MP Biomedicals (Santa Ana, CA) 11DTT00005 1 mM for cell lysis buffer
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) MP Biomedicals (Santa Ana, CA) 4800263 1 mM for cell lysis buffer
Sodium orthovandate MP Biomedicals (Santa Ana, CA) 2159664 10 mM for cell lysis buffer
Name Company Catalog Comments
Equipment
Sorvall T6000B centrifuge Du Pont (Wilmington, DE) T6000B
Fisher Tissuemat, water bath Fisher (Waltham, MA)
Sonic Dismembrator (sonicator), model 100 Fisher (Waltham, MA)
Miscellaneous
Cell counting chamber, Neubauer Hawksley (Lancing, Sussex, UK) AC2000
Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit II Millipore (Billerica, MA) CBA059 for PI and Annexin V staining to determine the stage of apoptosis
Eppendorf microcntrifuge tubes, 1.5 mL Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) T9661
Transwell permeable support, 0.4 μm polycarbonate membrane Corning (Corning, NY) 3413 sterile, polystyrene, tissue culture treated
Name Company Catalog Comments
Antibodies
Phospho-glycogen synthase kinase-3α/β (GSK-3α/β) (Ser21/9), polyclonal antibody Cell Signaling Technology 9331 rabbit polyclonal antibody
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) monoclonal antobody ( (14C10) ) Cell Signaling Technology 2118 rabbit monoclonal antibody

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Galluzzi, L., et al. Essential versus accessory aspects of cell death: recommendations of the NCCD 2015. Cell Death Differ. 22, 58-73 (2015).
  2. Wallach, D., Kang, T. -B., Kovalenko, A. Concepts of tissue injury and cell death in inflammation: a historical perspective. Nature Rev. Immunol. 14, 51-59 (2014).
  3. Hochreiter-Hufford, A., Ravichandran, K. S. Clearing the dead: Apoptotic cell sensing, recognition, engulfment, and digestion. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 5, a008748 (2013).
  4. Reddy, S. M., et al. Phagocytosis of apoptotic cells by macrophages induces novel signaling events leading to cytokine-independent survival and inhibition of proliferation: activation of Akt and inhibition of extracellular signal-regulated kinases 1 and 2. J. Immunol. 169, 702-713 (2002).
  5. Cvetanovic, M., Ucker, D. S. Innate immune discrimination of apoptotic cells: repression of proinflammatory macrophage transcription is coupled directly to specific recognition. J. Immunol. 172, 880-889 (2004).
  6. Patel, V. A., et al. Apoptotic cells, at all stages of the death process, trigger characteristic signaling events that are divergent from and dominant over those triggered by necrotic cells: implications for the delayed clearance model of autoimmunity. J. Biol. Chem. 281, 4663-4670 (2006).
  7. Cvetanovic, M., et al. Specific recognition of apoptotic cells reveals a ubiquitous and unconventional innate immunity. J. Biol. Chem. 281, 20055-20067 (2006).
  8. Birge, R. B., Ucker, D. S. Innate apoptotic immunity: the calming touch of death. Cell Death Differ. 15, 1096-1102 (2008).
  9. Patel, V. A., et al. Recognition of apoptotic cells by epithelial cells: conserved versus tissue-specific signaling responses. J. Biol. Chem. 285, 1829-1840 (2010).
  10. Patel, V. A., et al. Recognition-dependent signaling events in response to apoptotic targets inhibit epithelial cell viability by multiple mechanisms: implications for non-immune tissue homeostasis. J. Biol. Chem. 287, 13761-13777 (2012).
  11. Voll, R. E., Herrmann, M., Roth, E. A., Stach, C., Kalden, J. R., Girkontaite, I. Immunosuppressive effects of apoptotic cells. Nature. 390, 350-351 (1997).
  12. Fadok, V. A., Bratton, D. L., Konowal, A., Freed, P. W., Westcott, J. Y., Henson, P. M. Macrophages that have ingested apoptotic cells in vitro inhibit proinflammatory cytokine production through autocrine/ paracrine mechanisms involving TGF-β, PGE2, and PAF. J. Clin. Investig. 101, 890-898 (1998).
  13. Lucas, M., Stuart, L. M., Savill, J., Lacy-Hulbert, A. Apoptotic cells and innate immune stimuli combine to regulate macrophage cytokine secretion. J. Immunol. 171, 2610-2615 (2003).
  14. Ariel, A., et al. Apoptotic neutrophils and T cells sequester chemokines during immune response resolution through modulation of CCR5 expression. Nature Immunol. 7 (11), 1209-1216 (2006).
  15. Schwab, J. M., Chiang, N., Arita, M., Serhan, C. N. Resolvin E1 and protectin D1 activate inflammation-resolution programmes. Nature. 447, 869-874 (2007).
  16. Rothlin, C. V., Ghosh, S., Zuniga, E. I., Oldstone, M. B. A., Lemke, G. TAM receptors are pleiotropic inhibitors of the innate immune response. Cell. 131, 1124-1136 (2007).
  17. Li, F., et al. Apoptotic cells can activate the "phoenix rising" pathway to promote wound healing and tissue regeneration. Sci. Signal. 3, ra13 (2010).
  18. Peter, C., Wesselborg, S., Hermann, M., Lauber, K. Dangerous attraction: phagocyte recruitment and danger signals of apoptotic and necrotic cells. Apoptosis. 15 (2010), 1007-1028 (2010).
  19. Patel, V. A., et al. Apoptotic cells activate AMPK and inhibit epithelial cell growth without change in intracellular energy stores. J. Biol. Chem. 290, 22352-22369 (2015).
  20. Hess, K. L., Tudor, K. -S. R. S., Johnson, J. D., Osati-Ashtiani, F., Askew, D. S. Cook-Mills J.M. Human and murine high endothelial venule cells phagocytose apoptotic leukocytes. Exp. Cell Res. 236, 404-411 (1997).
  21. Zernecke, A., et al. Delivery of microRNA-126 by apoptotic bodies induces CXCL12-dependent vascular protection. Sci. Signal. 2, ra51 (2009).
  22. Esmann, L., et al. Phagocytosis of apoptotic cells by neutrophil granulocytes: diminished proinflammatory neutrophil functions in the presence of apoptotic cells. J. Immunol. 184, 391-400 (2010).
  23. Obeid, M., et al. Calreticulin exposure dictates the immunogenicity of cancer cell death. Nature Med. 13, 54-61 (2007).
  24. Peter, C., Wesselborg, S., Hermann, M., Lauber, K. Dangerous attraction: phagocyte recruitment and danger signals of apoptotic and necrotic cells. Apoptosis. 15, 1007-1028 (2010).
  25. Sinha, D., et al. Lithium activates the Wnt and phosphatidylinositol 3-kinase Akt signaling pathways to promote cell survival in the absence of soluble survival factors. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 288, F703-F713 (2005).
  26. Jat, P. S., et al. Direct derivation of conditionally immortal cell lines from an H-2Kb-tsA58 transgenic mouse. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 88, 5096-5100 (1991).
  27. Wakasugi, K., Schimmel, P. Two distinct cytokines released from a human aminoacyl-tRNA-synthetase. Science. 284, 147-151 (1999).

Tags

细胞生物学,118期,细胞死亡,调控细胞死亡,意外细胞死亡,细胞凋亡,坏死,信号转导,上皮细胞,先天免疫,肾脏,细胞培养,受体介导的识别
的细胞内信号与相邻小区发生细胞凋亡通过互动活细胞诱导活动标识
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Vujicic, S., Feng, L., Antoni, A.,More

Vujicic, S., Feng, L., Antoni, A., Rauch, J., Levine, J. S. Identification of Intracellular Signaling Events Induced in Viable Cells by Interaction with Neighboring Cells Undergoing Apoptotic Cell Death. J. Vis. Exp. (118), e54980, doi:10.3791/54980 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter