RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Mevcut protokol, akış sitometrisi veya spektroflorometre kullanarak florojenik bir substrat yoluyla kaspaz aktivitesini ölçmek için iki yöntem tanımlamaktadır.
Kaspazlar olarak bilinen sistein proteazlarının aktivasyonu, birçok hücre ölümü formunda önemli bir süreç olmaya devam etmektedir. Kaspazlar, programlanmış hücre ölümünün en çok çalışılan şekli olan apoptozun kritik başlatıcıları ve uygulayıcılarıdır. Apoptozis gelişimsel süreçlerde ortaya çıkar ve doku homeostazında gerekli bir olaydır. Piroptoz, kaspazları kullanan başka bir hücre ölümü şeklidir ve enflamatuarın aktivasyonu yoluyla bağışıklık sistemini aktive etmede kritik bir süreçtir, bu da interlökin-1 (IL-1) ailesinin üyelerinin salınmasına neden olur. Kaspaz aktivitesini değerlendirmek için hedef substratlar değerlendirilebilir. Bununla birlikte, tek hücreleri veya düşük seviyeli aktiviteyi incelerken duyarlılık bir sorun olabilir. Florojenik bir substratın, popülasyon bazlı bir tahlil veya akış sitometrisi ile tek hücreli bir tahlil ile nasıl kullanılabileceğini gösteriyoruz. Uygun kontrollerle, hangi kaspazların aktif olduğunu belirlemek için farklı amino asit dizileri kullanılabilir. Bu tahliller kullanılarak, tümör nekroz faktörü (TNF) stimülasyonu üzerine apoptoz proteinlerinin inhibitörlerinin eşzamanlı kaybı tanımlanmıştır, bu da öncelikle diğer hücre ölümü biçimlerinden ziyade makrofajlarda apoptozu indükler.
Kaspazlar, programlanmış hücre ölümünün çeşitli biçimlerinde rol oynar. Apoptoz, programlanmış hücre ölümünün en çok çalışılan şeklidir ve kaspaz aktivitesi1 ile ilişkilidir. Tüm kaspazlar büyük ve küçük bir katalitik alt birime sahiptir. Kaspaz-1, kaspaz-4, kaspaz-5, kaspaz-9 ve kaspaz-11 bir kaspaz aktivasyon ve işe alım alanına (CARD) sahiptir ve kaspaz-8 ve kaspaz-10 ölüm efektör alanları (DED) 2,3,4,5 içerir (Tablo 1). Apoptoz iki ana yolla başlatılabilir: ekstrinsik yol ve intrinsik yolak. Ekstrinsik apoptotik yolak, tümör nekroz faktörü süper ailesinin (TNFSF) bir parçası olan ölüm reseptörleri tarafından tetiklenir. Ölüm reseptörleri DED alanlarına sahiptir ve kaspaz-8 aktivitesini kolaylaştırır6. İntrinsik apoptotik yolak, apoptozom oluşumundan sonra kaspaz-9'un aktivasyonunu içerir ve sitokrom c ve Apaf-17'nin salınmasını gerektirir. Başlatıcı kaspaz, kaspaz-8 veya kaspaz-9'un aktivasyonu, kaspaz-3, kaspaz-6 ve kaspaz-7 olan cellat kaspazlarının bölünmesine ve ardından aktivasyonuna yol açar. Cellat kaspazlarının aktif olduğunu belirlemek, hücrelerin apoptoza uğradığını gösterir ve bu aktivasyon, hücre ölümünün modunu tanımlamada önemli bir faktör olarak kabul edilir.
Kaspaz aktivasyonu ayrıca inflamasyonu düzenlemek ve programlanmış hücre ölümünün alternatif formlarının indüksiyonu için kritik bir kavşaktır. Örneğin, kaspaz-1 aktivasyonu, interlökin-1 ailesinin pro-inflamatuar sitokinlerinin olgunlaşmasına yol açar8. Bu aileden, özellikle IL-1β ve IL-18'den sitokinlerin salınımı ve aktivasyonu, plazma zarı 9,10'da gasdermin D bölünmesi ve gözenek oluşumundan kaynaklanır. Gazdermin D gözeneklerinin yetersiz membran onarımı, pirotoz11 olarak bilinen bir tür hücre ölümüne neden olabilir. Ayrıca, kaspaz-8 aktivitesi, nekrotoz12 olarak bilinen kaspazdan bağımsız hücre ölümünün inhibisyonu ile sonuçlanır. Reseptör etkileşiminde bulunan serin / treonin protein kinaz 1 (RIPK1), nekroptozda ve NF-kB tarafından düzenlenen inflamasyonun yönlendirilmesinde kritik faktörlerden biridir. modeller, RIPK1'in kaspaz-8 tarafından bölündüğünü ve NF-kB sinyalini, apoptozu ve nekroptozu13,14'ü sınırladığını göstermiştir. Bu nedenle, farklı kaspazların aktivitesini tanımlamak, ortaya çıkan inflamasyonu ve hücre ölümü modalitesini anlamada yardımcı olabilir.
Hücre ölümü modalitelerinin düzenlenmesinde kaspazların işlevinden bağımsız olarak, kaspaz aktivitesi enfeksiyona yanıt olarak interferon (IFN) gibi diğer sitokin ailelerini de düzenleyebilir15,16. Ek olarak, kaspazlar hücre kaderi kararları, doku onarımı ve rejenerasyonu, DNA onarımı yoluyla tümörigenez ve nöronal sinaps fonksiyonu dahil olmak üzere hücre dışı ölüm fonksiyonlarında rol oynar. Bu ölümcül olmayan rollerdeki kaspazların aktivitesinin hücresel lokalizasyon ve kaspaz miktarı ile sınırlı olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle, kaspaz aktivitesinin seviyesini ölçmek, bir hücrenin hücre ölümüne maruz kalıp kalmadığını veya kaspazın hücre dışı bir ölüm fonksiyonunda rol oynayıp oynamadığını iyi tanımlayabilir 4,17,18.
Kaspaz aktivitesi birden fazla yöntemle değerlendirilebilir. Parçalanmış kaspazlar ve substratları için batı lekelenmesi aktivitenin bir göstergesi olarak kullanılmıştır, ancak bu testler en iyi ihtimalle nitelikseldir. Kaspaz aktivitesinin hücre ölümü ile ilişkili olup olmadığını belirlemek için, nicel bir ölçüm idealdir. Kaspazlar substratları dört amino asitten oluşan bir tanıma bölgesinde parçaladığından, kolorimetrik, lüminesans veya florometrik yöntemler geliştirilmiştir. Bununla birlikte, kaspazların substrat tanıma 19,20'lerinde plastisiteye sahip oldukları görülmektedir. Tanıma dizisi protein alanları ile ilişkili değildir (Tablo 1). Bununla birlikte, tetrapeptit dizisi DEVD, kaspaz-3 ve kaspaz-7 aktivitesi 20,21'i tespit etmek için kullanılabilir.
Smac mimetikleri, apoptoz proteinlerinin (IAP'ler) inhibitörlerini hedef alan bileşiklerdir. Kanser hücrelerinin bir alt kümesinde Smac mimetiklerinin kullanılması, hücrelerin TNF kaynaklı hücre ölümüne duyarlı hale gelmesine neden olur22. Primer makrofajlarda, Smac mimetikleri, TNF 23,24'ün eksojen ilavesi olmadan hücre ölümüne neden olur. Smac mimetik kaynaklı bozunma ile cIAP1 kaybı, TNF üretimi ile sonuçlanır. Kaspaz aktivitesi tespit edilirse, bu, hücrelerin nekroptozla değil, apoptotik bir şekilde öldüğü anlamına gelir. Bu yöntemde, yarıklı DEVD substratının tespiti, kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesini tanımlamak için kullanılır. Apoptotik hücre ölümünü doğrulamak için daha fazla deney daha önceyayınlanmıştır 24.
Bu çalışma, Zürih Üniversitesi hayvan etik komitesinin onayı ve yönergeleri doğrultusunda gerçekleştirilmiştir (#ZH149/19). Bu çalışmada 8-16 haftalık erkek C57Bl/6J fareleri, spesifik patojensiz (SPF) koşullarda yetiştirilmiş ve barındırılmıştır. Bozulmamış kemikler, steril Hank'in tamponlanmış salin çözeltisinde (HBSS) buz üzerinde tutulabilir ve %2 ısı ile inaktive fetal sığır serumu (FBS) elde edilebilir. Kemik iliği, farklılaşma gününde fare25'in femur ve tibiasından toplandı. Kaspaz aktivitesini değerlendirmek için her iki yöntem de hem birincil hem de dönüştürülmüş dahil olmak üzere diğer hücre tipleri için kullanılabilir.
1. Kemik iliği kaynaklı makrofajları (BMDM'ler) ayırt etme
NOT: Bir doku kültürü laminer akış başlığındaki tüm adımları uygulayın ve steril aseptik teknikler kullanın.
2. Hücrelerin toplanması, tohumlanması ve işlenmesi
NOT: Bir doku kültürü laminer akış başlığındaki tüm adımları uygulayın ve steril aseptik teknikler kullanın. Tamamen farklılaşmış makrofajlar plakaya yapışır ve kolay ayrılmaya izin verirken, yüzen hücreler atılabilir. Fosfat tamponlu salin (PBS), Ca 2+ve Mg 2+ ile birlikte veya bunlar olmadan kullanılabilir.
3. Tedavi edilen hücrelerden hücre lizatlarının hazırlanması
NOT: Bu adım buz üzerinde yapılmalı ve reaktifler ve malzemeler önceden soğutulmalıdır.
4. BCA tahlili kullanılarak protein niceliği
NOT: Her numunedeki protein miktarını ölçmek için diğer reaktifler veya testler kullanılabilir. Popülasyon bazlı tahlilde, numuneler tahlilde kullanılan protein miktarını normalleştirerek karşılaştırılabilir.
5. Kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesi için popülasyona dayalı tahlil
NOT: Plakadaki hücre lizatlarının buz üzerinde 3 saatten fazla oturmasına izin vermeyin. Kaspaz aktivitesi varsa, numunenin buz üzerinde olmasına rağmen bu zamanla artar. Numuneler dondurulmuşsa, onları buz üzerinde çözün ve lizatlar çözüldükten hemen sonra devam edin.

6. Kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesi için tek hücreli tahlil (akış sitometri analizi)
Primer fare makrofajları 6 gün boyunca farklılaştı. 6 gün sonra, hücreler toplandı, sayıldı ve tohumlandı. Aşağıdaki tedaviler kullanıldı: tedavi yok ve 250 nM'de Smac mimetik (Bileşik A)22 ve 16 saat boyunca 500 nM (Şekil 1). Deney, kaspaz-3 / kaspaz-7 aktivasyonunun popülasyon tabanlı bir tahlil veya akış sitometrisi kullanılarak tek hücreli analiz ile değerlendirilmesine izin vermek için çift olarak gerçekleştirildi.
Hücre lizatlarının protein konsantrasyonu, BCA testi kullanılarak ölçüldü (Ek Tablo 1). Bu, kaspaz-3 / kaspaz-7 aktivite testinde kullanılan protein miktarının numuneler arasında aynı olmasını sağlamak için gereklidir. Bu popülasyon bazlı tahlilde, veriler iki şekilde sunulabilir. Birincisi, ayarlanan floresansı (y ekseni) zamana (x ekseni) karşı çizerek kinetiği göstermektir (Şekil 2A). Alternatif olarak, eğim numuneleri doğrudan karşılaştırmak için hesaplanabilir (Şekil 2B). 500 nM Smac mimetik tedavisine göre eğimdeki artış, çoklu karşılaştırmalara sahip sıradan bir tek yönlü ANOVA'ya dayanarak anlamlı değildi (Dunnett'in çoklu karşılaştırma testi28).
Akım sitometrisi kullanılarak kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesinin analizi için hücreler ve süpernatant toplandı. Lekesiz hücreler veya floresan eksi bir, tedavi edilmemiş hücrelerin yanı sıra negatif kontrol olarak kullanılmıştır. Akış sitometrisi ile toplanan hücrelerin histogramı, tedavi edilmemiş hücrelere kıyasla Smac mimetiği ile tedavi edilen hücreler için floresanda bir kayma gösterdi (Şekil 2C). Veriler medyan floresan yoğunluğu (Şekil 2D) veya tedavi edilmemiş hücreler üzerinde bir kıvrım değişimi (Şekil 2E) olarak gösterilebilir.

Şekil 1: Çalışmanın akış şeması . (A) Femurlar ve tibiaslar C57Bl/6 farelerden eksize edildi. Kemikler 6 gün boyunca 20 ng/mL M-CSF ile yıkandı ve farklılaştırıldı. (B) 6. günde, makrofajlar hasat edildi ve tedavi için yeniden tohumlandı. Bir hücre seti lizatlar için toplandı ve florojenik aktivite ile değerlendirilirken, diğer set toplandı, florojenik substrat ile inkübe edildi ve akış sitometrisi ile değerlendirildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Akım sitometrisi ile kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesi ve substrat bölünmesi için kinetik tahlil. (A,B) Kaspaz-3/kaspaz-7 aktivitesi (C-E) ve akım sitometrisi ile substrat bölünmesi için kinetik tahlilin temsili verileri. Makrofajlar, 16 saat boyunca iki konsantrasyonda Smac mimetik (Bileşik A; 250 nM ve 500 nM) ile muamele edildi. (A) Zamanla parçalanmış DEVD AFC substratının tespiti. Veriler, numunedeki protein konsantrasyonuna normalleştirildi. (B) Her numune için DEVD AFC'nin bölünme hızı (eğimi), işlenmemiş eğime normalleştirildi ve işlenmemiş hücreler üzerinde kıvrım değişimi olarak sunuldu. (C) Kaspaz-3 substratı ile inkübe edilen hücrelerin akış sitometrik histogramları. (D,E) İşlenmemiş numuneye kıyasla MFI karşılaştırması ve MFI'daki katlama değişimi. Her veri noktası bağımsız bir örneği temsil eder; ortalamanın standart hatası ± gösterilmiştir; *p < tek yönlü ANOVA ve çoklu karşılaştırma testleri (Dunnett'in çoklu karşılaştırma testi) kullanılarak 0.05'tir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Kaspaz | Tür | Substrat sırası | Protein alanları |
| Kaspaz-1 | Hs, Mm | (W/L) İHB | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-2 | Hs, Mm | DEXD | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-4 | Hs | (W/L) İHB | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-5 | Hs | (W/L) İHB | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-9 | Hs, Mm | (I/V/L) E(H/T)D | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-11 | Mm | (W/L) İHB | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-12 | Mm | ATAD | CARD, büyük etki alanı, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-8 | Hs, Mm | (I/V/L) E(H/T)D | DED, büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-10 | Hs | (I/V/L) E(H/T)D | DED, büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-3 | Hs, Mm | DEXD | büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-6 | Hs, Mm | (I/V/L) E(H/T)D | büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| Kaspaz-7 | Hs, Mm | DEXD | büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| kaspaz-14 | hs, mm | (W/L) İHB | büyük alan, küçük katalitik etki alanı |
| KART | caspase aktivasyon ve işe alım domain | ||
| DED | ölüm efektör alanı | ||
| Hs | homo sapien | ||
| Mm | mus musculus |
Tablo 1: Substrat özgüllüğü ve kaspazların protein alanları. Tablo McStay ve ark.20'den uyarlanmıştır; Shalini ve ark.3; ve van Opdenbosch ve Lamkanfi4.
Ek Tablo 1: DEVD kinetik analizi. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Mevcut protokol, akış sitometrisi veya spektroflorometre kullanarak florojenik bir substrat yoluyla kaspaz aktivitesini ölçmek için iki yöntem tanımlamaktadır.
W.W.W. Clöetta Medical Research Fellow hibesi, S.R. CanDoc UZH Forschungskredit ve J.T. Çin Burs Konseyi tarafından desteklenmektedir.
| 1.5 mL mikrofüj tüpleri | Sarstedt | 72.706.400 | |
| 15 cm Petri | plakaları Sarstedt | 82.1184.500 | |
| 37 derece inkübatör çalkalayıcı | IKA çalkalayıcı KS 4000i | 97014-816 | VWR tarafından dağıtılan |
| 6 oyuklu hücre kültürü kabı | Sarstedt | 83.392 | |
| 96 kuyulu düz tabanlı, beyaz polistiren, steril olmayan | Sigma | CLS3600 | |
| 96 kuyulu düz plaka | Sarstedt | 82.1581 | |
| Ac-DEVD-AFC | Enzo Yaşam Bilimleri | ALX-260-032-M005 | Kaspaz-3 substrat |
| BD Fortessa | BD | uygun uyarma ve emisyon dedektörüne sahip herhangi bir akış sitometresi | |
| çalışacaktır b-gliserolfosfat | Sigma | G9422-10G | |
| kaspaz-3 rekombinant | Enzo Yaşam Bilimleri | ALX-201-059-U025 | |
| CHAPS | Sigma | 1.11662 | |
| DMEM, düşük glikoz, piruvat | Termobilimsel | 31885023 | |
| DMSO | Sigma | D8418-250ML | |
| EDTA | Sigma | 03685-1KG | |
| EGTA | Sigma | 324626-25GM | |
| Etoposid | MedChem Express | HY-13629 | |
| FBS | Thermoscientific | 26140 | |
| Akış sitometri tüpleri | Falcon | 352008 | |
| Flowjo | Flowjo | A lisansı gereklidir ancak .fcs dosyalarını analiz edebilen herhangi bir program yeterli olacaktır | |
| Glycerol | Sigma | G5516-500ML | |
| HEPES | Sigma | H4034 | |
| Sihirli Kırmızı kaspaz-3/7 test kiti; akış sitometrisi veya görüntüleme | İmmünokimya Teknolojileri | 935 | |
| M-CSF | ebioscience | 14-8983-80 | ,şimdi Thermoscientific |
| M-Plex | Tecan'ın | bir yan kuruluşu olan | herhangi bir florometrik okuyucu, uygun uyarma ve emisyon dedektörleri ile çalışacaktır |
| NaCl | Roth | 3957.1 | |
| PBS pH 7.4 | Termobilimsel | 10010023 | |
| Penisilin-Streptomisin-Glutamin (100X) | Termobilimsel | 10378016 | |
| Pierce BCA Protein Test Kiti | ThermoFisher Scientific | 23225 | protein konsantrasyon testi |
| proteaz inhibitörleri | Biomol | P9070.100 | |
| Smac mimetik, Bileşik A | 12911 olarak da bilinentetralogics | ; Vince ve ek şekillerde gösterilen yapı al., Hücre 2007 | |
| Sodyum Florür | Sigma | S7920-100G | |
| sodyum ortovanadat | Sigma | S6508-10G | |
| sodyum pirofosfat | Sigma | P8010-500G | |
| Staurosporin | MedChem Express | HY-15141 | |
| sükroz | Sigma | 1.07687 | |
| Tris Baz | Sigma | T1503-1KG | |
| Triton X100 | Sigma | T8787-50ML | |
| TrypLE | Termobilimsel | A1285901 | Protokolde Tripsin olarak listelenmiştir |