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
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Lipid hidroperoksit içeriği, ferroptotik hücre ölümünün en yaygın kullanılan göstergesini temsil eder. Bu makale, ferroptoz indüksiyonu üzerine hücrelerdeki lipid hidroperoksit içeriğinin adım adım akış sitometrisi analizini göstermektedir.
Demir ve oksijenin etkileşimi, Dünya'daki yaşamın gelişiminin ayrılmaz bir parçasıdır. Bununla birlikte, bu eşsiz kimya büyülemeye ve şaşırtmaya devam ederek yeni biyolojik girişimlere yol açıyor. 2012 yılında, bir Columbia Üniversitesi grubu, bu etkileşimi "ferroptoz" adı verilen yeni bir tür düzenlenmiş hücre ölümüne yol açan merkezi bir olay olarak kabul etti. Ferroptozun en önemli özelliği, (1) işlevsiz antioksidan savunma ve/veya (2) hücrede serbest kararsız demir içeriğinin artmasıyla çakışan ezici oksidatif strese bağlı lipid hidroperoksitlerin birikmesidir. Bu normalde sistin taşıyıcı xCT, glutatyon (GSH) ve GSH peroksidaz 4'ü (GPx4) içeren kanonik anti-ferroptotik eksen tarafından önlenir. Ferroptoz, programlanmış bir hücre ölümü türü olmadığından, apoptozun karakteristik sinyal yollarını içermez. Bu tip hücre ölümünü kanıtlamanın en yaygın yolu, bunu önlemek için lipofilik antioksidanlar (E vitamini, ferrostatin-1 vb.) kullanmaktır. Bu moleküller plazma zarındaki oksidatif hasara yaklaşabilir ve detoksifiye edebilir. Ferroptotik fenotipin ortaya çıkarılmasında bir diğer önemli husus, spesifik BODIPY C11 boyasının kullanıldığı önceki lipid hidroperoksit birikimini tespit etmektir. Bu el yazması, vahşi tip medulloblastom hücrelerinde farklı indükleyiciler kullanılarak ferroptozun nasıl indüklenebileceğini gösterecektir: erastin, RSL3 ve demir verici. Benzer şekilde, NAC varlığında büyüyen ve NAC çıkarıldıktan sonra ferroptoza uğrayan xCT-KO hücreleri kullanılacaktır. Karakteristik "köpüren" fenotip, ferroptozun tetiklendiği andan itibaren 12-16 saat içinde ışık mikroskobu altında görülebilir. Ayrıca, BODIPY C11 boyaması ve ardından PI boyama yöntemi kullanılarak lipid hidroperoksit birikimini ve bunun sonucunda hücre ölümünü göstermek için FACS analizi kullanılacaktır. Hücre ölümünün ferroptotik doğasını kanıtlamak için, ferrostatin-1 spesifik bir ferroptoz önleyici ajan olarak kullanılacaktır.
Ferroptoz, yeni bağlamsallaştırılmış, reaktif oksijen türüne (ROS) bağımlı bir hücre ölümü türüdür1. ROS'un yanı sıra, demir bu tip hücre ölümünde çok önemli bir rol oynar, bu nedenle2 adı verilir. Ferroptozun son ve yürütücü adımı, plazma zarındaki lipitlerin oksidatif hasarının demir katalizli birikimidir ve bu da sonunda zar bütünlüğünün ve seçici geçirgenliğin bozulmasına ve son olarak köpürme yoluyla hücre ölümüne yol açar. Lipid hidroperoksidasyon olayı doğal olarak meydana gelen bir olgudur; Bununla birlikte, hücre zarı boyunca yayılması, hücrenin antioksidan savunması tarafından engellenir. Bu bağlamdaki ana oyuncu, zara yaklaşabilen ve lipid hidroperoksitleri daha az toksik alkol türevlerinedönüştürebilen Se-protein glutatyon peroksidaz 4'tür (GPx4). GPx4 için indirgeme gücü, esas olarak, ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, esansiyel olmayan amino asitlerden oluşan bir tripeptit olan glutatyon (GSH) tarafından sağlanır: glisin, glutamat ve sistein. GSH'nin biyosentezi için hız sınırlayıcı amino asit sistein4'tür. Sistein, esansiyel olmayan bir amino asit olarak sınıflandırılmasına rağmen, gereksinimleri, yüksek oranda proliferatif hücrelerde (kanser hücreleri gibi) iç üretimini kolayca aşabilir. Bu nedenle yarı esansiyel amino asitler grubunda yeniden sınıflandırılmıştır. Gerekli sistein ithalatı, esas olarak, glutamat ihracatı pahasına oksitlenmiş (baskın) sistein (diğer adıyla sistin) formunun ithalatına izin veren Xc- sistemi yoluyla gerçekleşir5. Xc- sistemi, xCT olarak bilinen Na+'dan bağımsız, Cl'ye bağımlı bir taşıma alt biriminden ve CD98 olarak bilinen bir şaperon alt biriminden oluşur. Yakın zamana kadar, xCT-GSH-GPx4 ekseninin anti-ferroptotik özellikleri benzersiz ve kopyalanamaz olarak görülüyordu6. Bununla birlikte, 2019 yılında, ubikinol (Koenzim Q10) ve rejeneratif enzimi - ferroptoz baskılayıcı protein 1'den (FSP1) oluşan alternatif bir anti-ferroptotik yol tanımlanmıştır 7,8. Kısa bir süre sonra, GTP siklohidrolaz-1 / tetrahidrobiopterin (GCH1 / BH4) içeren başka bir lipid hidroperoksit detoksifiye edici sistem bildirilmiştir9. Bununla birlikte, xCT-GSH-GPx4 ekseninin ferroptozun önlenmesindeki merkezi rolü sorgulanmamış gibi görünmektedir.
Son on yılda, ferroptoz, çeşitli tümör tiplerinde kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve bir anti-kanser stratejisi olarak büyük potansiyel göstermiştir (Lei ve ark.10 tarafından gözden geçirilmiştir). Ayrıca, konvansiyonel kemoterapötiklere karşı yüksek direnç sergileyen ve/veya metastaz yapma eğilimi gösteren kanser hücrelerinin, GPx4 11,12,13 inhibitörleri gibi ferroptoz indükleyicilerine şaşırtıcı derecede duyarlı olduğu bildirilmiştir. Bununla birlikte, beyin tümörleri bağlamında, ferroptotik indükleyicilerin potansiyeli büyük ölçüde yeterince çalışılmamıştır. Bu tip hücre ölümü serebral iskemi-reperfüzyon hasarı14ve nörodejeneratif hastalıklar15 ile yakından ilişkili olsa da, beyin tümörleri bağlamındaki potansiyeli esas olarak en sık görülen malign kraniyoserebral tümör olan glioblastoma ile sınırlıdır (Zhuo ve ark.16 tarafından gözden geçirilmiştir). Öte yandan, en sık görülen malign pediatrik beyin tümörü ve çocukluk çağı mortalitesinin önde gelen nedenlerinden biri olan medulloblastomun ferroptoz indükleyicilerine duyarlılığı büyük ölçüde keşfedilmemiştir. Bildiğimiz kadarıyla, ferroptoz ve medulloblastomu birbirine bağlayan hakemli literatür azdır. Bununla birlikte, bazı çalışmalar, demirin hem medulloblastoma hem de glioblastoma kanseri kök hücrelerinin (CSC'ler) hayatta kalmasında, çoğalmasında ve tümörjenik potansiyelinde çok önemli bir rol oynadığını ortaya koymuştur17,18 ve potansiyel olarak onları ferroptoz indüksiyonuna karşı daha savunmasız hale getirir. Bu özellikle önemlidir, çünkü medulloblastom, tümör kemorezistansı, yayılması ve nüksünden büyük ölçüde sorumlu gibi görünen CSC'lerin alt popülasyonu veya tümör başlatan/yayılan hücreler ile ünlüdür19.
Ferroptoz indüksiyonuna duyarlılık tipik olarak hücre ölümüne yol açabilecek veya yol açmayacak lipid hidroperoksit içeriği/birikimi ölçülerek araştırılır. En yaygın olarak kullanılan ferroptoz indükleyicileri (1) xCT taşıyıcı20'nin bir inhibitörü olan erastin, (2) GPx4 enzimi2'nin bir inhibitörü olan RSL3 ve/veya (3) ferro-amonyum sitrat (FAC) gibi demir donörleridir.21. Lipid hidroperoksit içeriği, indirgenmiş durumda 581/591 nm'de uyarma ve emisyon maksimumlarına sahip seçici prob BODIPY 581/591 C1122 kullanılarak değerlendirilir. Lipid hidroperoksitlerle etkileşim ve oksidasyon üzerine, prob uyarma ve emisyon maksimumlarını 488/510 nm'ye kaydırır. Tipik olarak, lipid hidroperoksit içeriğinde önemli bir artış ferroptotik hücre ölümünden önce gelir. Ferroptoz programlanmış bir hücre ölümü olmadığından, yürütülmesine yol açan moleküler bir sinyal kaskadı yoktur. Bu nedenle, bunu doğrulamanın tek yolu, lipid hidroperoksit içeriğini izlemek ve bu tip hücre ölümü için ferrostatin 123 gibi spesifik inhibitörler kullanmaktır. Ferrostatin 1, hücrenin lipit bölmesine nüfuz edebilen ve lipit hidroperoksitleri detoksifiye edebilen ve böylece ferroptotik olayları önleyen lipofilik bir antioksidandır.
Bu çalışma, %8 FBS ile desteklenmiş DMEM ortamında %5 CO2 ile 37 °C'de kültürlenen DAOY vahşi tip (WT) medulloblastom hücre hatları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. xCT ile silinen hücre hattı, 1 mM N-asetilsistein (NAC) ile desteklenmiş ortamda gerçekleştirilen deneylerle aynı koşullar altında tutuldu. Hücreler, ticari olarak temin edilebilen bir Mikoplazma Tespit Kiti (Malzeme Tablosuna bakınız) kullanılarak mikoplazma için düzenli olarak tarandı ve 10.pasaja kadar kültürlendi.
1. Hücrelerin hasat edilmesi ve tohumlanması
NOT: Tüm adımlar, bir doku kültürü laminer akış başlığında steril aseptik teknikler kullanılarak gerçekleştirilir. DAOY medulloblastoma hücreleri yapışıktır, yani tüm bağlanmamış hücreler, Ca2 + ve Mg2 + olmadan fosfat tamponlu salin (PBS) ile yıkanarak atılabilir.
2. Hücrelerin tedavisi
NOT: Kontrol ve tedaviler üç nüsha halinde yapılmaktadır. Gruplar şu şekildedir: Kontrol (DMSO), 1 μM erastin, 0.3 μM RSL3, 250 μM FAC, 2 μM Ferrostatin 1, 1 μM erastin + 2 μM Ferrostatin 1, 0.3 μM RSL3 + 2 μM Ferrostatin 1, 250 μM FAC + 2 μM Ferrostatin 1. Deney için Tablo 1'de belirtildiği gibi dört adet 6 oyuklu plakaya ihtiyaç vardır). Gerekli tüm reaktiflerin ticari detayları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
3. BODIPY 581/591 C11 probu ile muamele edilen hücrelerin lipid hidroperoksitlerin boyanması
NOT: Lipid hidroperoksit spesifik probun stok çözeltisi, DMSO'da 1 mM'lik bir konsantrasyonda hazırlanır. Stok çözeltisinin alikotları -20 °C'de şeffaf olmayan tüplerde saklanır. Boyama için,% 8 FBS ile desteklenmiş DMEM ortamında probun 2 μM'lik bir çalışma solüsyonunu hazırlayın.
4. Tedavi edilen hücrelerdeki lipid hidroperoksit içeriğinin akış sitometrisi analizi
NOT: Aşağıdaki adımların tümü karanlıkta gerçekleştirilir (laminer akış başlığında ışık yok).
5. Tedavi sırasında ölü hücrelerin propidyum iyodür (PI) boyaması
NOT: Deney tasarımı, lipid hidroperoksit ölçümü ile tamamen aynıdır (bkz. adım 1 ve adım 2).
6. Tedaviden 24 saat sonra ölü hücrelerin akış sitometrisi analizi
NOT: FACS makine ayarları ve kalibrasyonu daha önce belirtildiği gibi yapılır (bkz. adım 4).
7. DAOY xCT-/- hücrelerindeki lipid hidroperoksit içeriğinin akış sitometrisi analizi
NOT: xCT-/- hücreleri daha önce açıklandığı gibi oluşturulmuştur24.
8. Akış sitometresi sonuçlarının analizi
Medulloblastoma hücre hattı DAOY, yaklaşık% 60 birleşmeye ulaşana kadar% 8 FBS ile desteklenmiş standart bir DMEM ortamında kültürlendi. Deney günü, hücreler hasat edildi ve Tablo 1'e göre oyuk başına 1.00.000 hücre 6 oyuklu plakalara kaplandı. Ertesi gün, hücreler (üç katlı) 1 μM erastin, 0.3 μM RSL3 veya 250 μM FAC ile muamele edildi. Plakalar daha sonra 37 °C ve% 5 CO2'de inkübatöre yerleştirildi. 6 saat sonra, Şekil 1'deki oklarla gösterildiği gibi, köpüren hücreleri tespit etmek için hücreler mikroskop altında gözlendi. Bu, hücreler lipid hidroperoksit boyaması ve müteakip FACS analizi için hazırlanmadan önce ilacın ferroptozu indüklemede etkili olduğunun bir göstergesi olarak hizmet etti.
Lipid hidroperoksit içeriğinin tespiti için, 30 dakika boyunca 2 μM'lik bir nihai konsantrasyonda spesifik boya BODIPY 581/591 C11 kullanıldı. Bu boya redoksa duyarlı olduğundan, hücrelerden herhangi bir işlemin çıkarılması ve önceden ısıtılmış PBS ile yıkanması gerekiyordu. Yarım saatlik boyamadan sonra, hücreler PBS ile iki kez yıkandı, hücre ayırma solüsyonu kullanılarak ayrıldı ve FACS analizi için hazırlandı. Bu adımda elde edilen veriler, her üç ilaçla da tedavi edilen numunelerde boyanın yeşil floresansının arttığını göstermiştir (Şekil 2). Bununla birlikte, en güçlü etki 0.3 μM RSL3 (Şekil 2B) ile gözlenirken, 1 μM erastin (Şekil 2A) ve 250 μM FAC (Şekil 2C) 6 saatlik tedaviden sonra biraz daha az etki göstermiştir.
Tespit edilen lipid hidroperoksit birikiminin hücre ölümüne, özellikle ferroptozise yol açtığını belirlemek için, Tablo 1'de belirtilen tedavilerin aynısı 24 saat boyunca uygulandı. Ölü hücrelerin akış sitometrisi ile analizi için hem hücreler hem de süpernatan hasat edildi. Canlı ve ölü hücreler santrifüjleme ile peletlendi ve daha sonra akış sitometrisi analizi için FACS tamponunda yeniden süspanse edildi. Şekil 3'te sunulan veriler, her üç tedavinin de ferroptoza özgü inhibitör ferrostatin-1 kullanılarak tamamen önlenen büyük hücre ölümüne neden olduğunu göstermiştir. Bu, medulloblastoma hücrelerinde xCT inhibisyonu, GPx4 inhibisyonu veya aşırı demir yükü üzerine ferroptotik hücre ölümünün oluşumunu açıkça desteklemektedir.
Üç ilacın, muhtemelen potensteki farklılıklar nedeniyle, lipid hidroperoksit birikimi üzerinde biraz farklı etkiler gösterdiği göz önüne alındığında, ferroptotik indükleyicilerin tam gücünü araştırmak için genetik bir yaklaşım kullanılmıştır. Daha önce elde edilen DAOY xCT-/- hücreleri (Ek Şekil 1A), WT muadilleriyle aynı ortamda, ancak NAC takviyesi ile kültürlendi. Bu pozitif seçilim, xCT-/- hücrelerinin kültürde büyümesine izin verdi. Bununla birlikte, NAC'nin kültür ortamından çıkarılmasından 6 saat sonra, hücreler lipid hidroperoksitleri RSL3 ile muamele edilen WT hücreleri ile aynı seviyede biriktirmeye başladı (Şekil 4). Farmakolojik inhibisyona benzer şekilde, NAC'nin ortamdan çıkarılması, 6 saat sonra xCT- / - hücrelerinin karakteristik kabarcıklanmasına neden oldu (Ek Şekil 1B).

Şekil 1: Medulloblastom hücrelerinin ferroptotik fenotipi. 2 μM ferrooptoz inhibitörü Ferrostatin-1 (Ferro-1) varlığında veya yokluğunda 1 μM erastin (ERA), 0.3 μM RSL3 veya 250 μM ferroamonyum sitrat (FAC) ile 6 saat boyunca tedavi edilen (veya edilmeyen) DAOY WT hücrelerinin temsili mikrografları. Beyaz oklar, ışık mikroskobu altında görülebilen ferroptotik bir fenotipi gösteren yuvarlak, "köpüren" hücreleri gösterir. Büyütme: 20x, uçlar: 40x. Ölçek çubukları: 50 μm, iç kısımlar: 10 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Medulloblastoma hücrelerinde ferroptozun anahtar belirteci olarak lipid hidroperoksit. (A, B) 1 μM erastin (ERA), (C, D) 0.3 μM RSL3 veya (E, F) 250 μM ferroamonyum sitrat (FAC) ile 6 saat boyunca tedavi edilen hücrelerde akış sitometrisi ile lipit hidroperoksit boyamasının temsili verileri, 2 μM ferrooptoz inhibitörü Ferrostatin-1 (Ferro-1) varlığında veya yokluğunda. (A,C,E) Kaydedilen olayların nokta grafikleri; (B,D,F) Lipid hidroperoksit içeriğinin histogram gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Farmakolojik yaklaşımla ferroptotik hücre ölümü indüksiyonu. 2 μM ferrooptoz inhibitörü Ferrostatin-1 (Ferro-1) varlığında veya yokluğunda 1 μM erastin (ERA), 0.3 μM RSL3 veya 250 μM ferroamonyum sitrat (FAC) ile 6 saatlik tedaviden sonra propidyum iyodür lekeli hücrelerin temsili akış sitometrisi nokta grafikleri. Geçitleme, hücrelerin canlı (Q4) ve ölü (Q3) popülasyonlarını ayırır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Genetik yaklaşımla ferroptoz indüksiyonu. 2 μM ferroptoz inhibitörü Ferrostatin-1 (Ferro-1) varlığında veya yokluğunda 6 saat sonra DAOY WT ve xCT-/- hücrelerinde akış sitometrisi ile lipid hidroperoksit boyamanın temsili verileri. Solda, lipid hidroperoksit içeriğinin histogram temsili bulunmaktadır. Sağ tarafta, kaydedilen olayların nokta grafikleri bulunur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Levha I | CTL I | CTL II | CTL III |
| 1 μM erastin I | 1 μM erastin II | 1 μM erastin III | |
| Levha II | 0,3 μM RSL3 I | 0,3 μM RSL3 II | 0,3 μM RSL3 III |
| 250 μM FAC I | 250 μM FAC II | 250 μM FAC III | |
| Levha III | 2 μM Ferro-1 I | 2 μM Ferro-1 II | 2 μM Ferro-1 III |
| 1 M erastin + 2 M Ferro-1 I | 1 M erastin + 2 M Ferro-1 II | 1 M erastin + 2 M Ferro-1 III | |
| Levha IV | 0,3 M RSL3 + 2 M Ferro-1 I | 0,3 M RSL3 + 2 M Ferro-1 II | 0,3 M RSL3 + 2 M Ferro-1 III |
| 250 m FAC + 2 m Ferro-1 I | 250 M FAC + 2 M Ferro-1 II | 250 M FAC + 2 M Ferro-1 III |
Tablo 1: Kontrol ve deney hücrelerinin tedavi detayları.
Ek Şekil 1: DAOY xCT-/- hücrelerinin ferroptotik hücre ölümü. (A) 2 μM Ferrostatin-1 ile takviye edilmiş veya edilmemiş DMEM ortamındaki DAOY WT ve xCT-/- hücrelerinde xCT seviyesinin Western blot analizi. (B) 6 saat boyunca 1mM N-asetilsistein varlığında (solda) ve yokluğunda (sağda) DAOY xCT-/- hücrelerinin temsili mikrografları. Beyaz oklar, ışık mikroskobu altında görülebilen ferroptotik bir fenotipi gösteren yuvarlak, "köpüren" hücreleri gösterir. Büyütme: 40x. Ölçek çubukları: 10 μm. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Burada sunulan çalışma için herhangi bir çıkar çatışması beyan etmiyoruz.
Lipid hidroperoksit içeriği, ferroptotik hücre ölümünün en yaygın kullanılan göstergesini temsil eder. Bu makale, ferroptoz indüksiyonu üzerine hücrelerdeki lipid hidroperoksit içeriğinin adım adım akış sitometrisi analizini göstermektedir.
Bu çalışma, Monako Prensliği hükümetinin yanı sıra 'Le Groupement des Entreprises Monégasques dans la Lutte contre le cancer' (GEMLUC) ve BD FACS Melody satın alımı için gerekli araçları sağlayan Flavien Vakfı tarafından desteklendi.
| BODIPY 581/591 C11 | Thermo Fisher | D3861 | |
| Hücre sayacı | Beckman | Coulter Z1 | |
| DMEM orta | Gibco | 10569010 | |
| Erastin | Sigma-Aldrich | E7781-5MG | |
| Ferroaminyum sitrat | Acros Organics | 211842500 | |
| Ferrostatin-1 | Sigma-Aldrich | SML0583-25MG | |
| Fetal bovin serumu (FBS) | Dominique Dutcher | 500105N1N | |
| Akış Sitometresi | BD Biosciences | FACS Melodisi | |
| Gibco StemPro Accutase Hücre Ayrışma Reaktifi | Thermo Fisher | 11599686 | |
| N-asetilsistein | Sigma-Aldrich | A7250 | |
| PlasmoTest Mikoplazma Tespit Kiti | InvivoGen | rep-pt1 | |
| propidium iyodür | Invitrogen | P3566 | |
| RSL3 | Sigma-Aldrich | SML2234-25MG | |
| Tripsin - EDTA 10X - 100 mL | Dominique Dutcher | X0930-100 |