Protokol, hücrelerde enerji metabolizmasını incelemek için kimyayı kullanan akış sitometrisi tabanlı bir yöntemi göstermektedir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Protokol, hücrelerde enerji metabolizmasını incelemek için kimyayı kullanan akış sitometrisi tabanlı bir yöntemi göstermektedir.
Antijen stimülasyonu üzerine, naif T hücreleri hızlı proliferasyona ve efektör T hücrelerine genişlemeye uğrar. Metabolizma, hızla çoğalan bu hücreler için gerekli olan biyokütlenin üretilmesinde ve enfeksiyon veya kanserlerde adaptif bağışıklık tepkisinin sonucunu etkileyen efektör T hücresi farklılaşması ve işlevi için gerekli moleküllerin üretilmesinde önemli bir rol oynar. Naif T hücreleri, büyümelerini, biyosentezlerini ve efektör fonksiyonlarını desteklemek için gerekli olan ATP oluşumunu artırmak için antijenik stimülasyon üzerine metabolizmalarını yeniden programlar. ATP, bir hücrede mitokondriyal-oksidatif fosforilasyon (OXPHOS) yolu veya glikolitik yol ile üretilebilir. Bölünen, büyüyen bir hücrede üretilen ATP'nin çoğu proteinlerin sentezi için kullanıldığından, protein sentezi ATP seviyeleri için bir vekil olarak kullanılmıştır. Protein sentezi, modifiye edilmiş bir tirozin ile yüklenmiş bir tRNA'nın 3' adenosinini taklit eden ve protein translasyonunun kendiliğinden sonlandırılmasına yol açan puromisinin dahil edilmesiyle ölçülebilir. Glikolitik yolu bloke eden 2-deoksiglukoz (2DG) ve elektron taşıma zincirinin (ETC) kompleks 5'ini bloke eden Oligomisin (O) gibi metabolik inhibitörler, hücresel ATP üretiminin bu iki yol üzerindeki bağımlılıklarını incelemek için kullanılabilir. Burada, kimya kullanarak akış sitometrisi ile puromisin katılımını tespit eden bu yöntemin bir varyasyonunu açıklıyoruz. Metabolizmayı incelemek için bu yöntem nispeten kolaydır ve nadir hücre popülasyonlarının yanı sıra hasta örneklerini akış sitometrisi ile değerlendirmek için kullanılabilir.
Son yıllarda, T hücrelerinin düzenlenmesinde metabolizmanın önemli rolü giderek daha fazla takdir edilmektedir. Hücresel metabolizma, patojene özgü T hücrelerinin klonal genişlemesi ve patojenleri öldürmek için gerekli olan inflamatuar sitokinler ve sitolitik granzimler dahil olmak üzere çeşitli efektör molekülleri sentezleyen efektör hücre alt kümelerine farklılaşması dahil olmak üzere lenfositlerde birçok kritik işlevi düzenler1. Bu nedenle T hücresi metabolizmasının incelenmesi hem normal T hücresi fonksiyonunun değerlendirilmesi hem de potansiyel terapötiklerin geliştirilmesi için önemlidir.
Naif T hücreleri metabolik olarak hareketsizdir ve enerji ihtiyaçları için katabolik metabolizmaya ve oksidatif fosforilasyona (OXPHOS) güvenir 1,2. T hücresi reseptörü (TCR) aktivasyonu üzerine, T hücreleri, kısmen hücrelerin yüzeyindeki besin taşıyıcılarının yukarı regülasyonu tarafından yönlendirilen hızlı metabolik yeniden programlamaya uğrar, bu da glikoz ve glutamin dahil olmak üzere çoklu amino asitlerin çevreden alımını arttırır. Bu besin yapı taşları daha sonra hücresel büyümeye katkıda bulunan makromolekülleri yapmak ve artan hücre büyümesi ve bölünmesi ile ilişkili artan enerji taleplerini desteklemek için anabolik yollarda kullanılır 1,2,3. Aktive edilmiş T hücrelerinde metabolik yeniden programlama, hücreleri enerji ihtiyaçları için aerobik glikoliz ve glutaminolize daha bağımlı hale getirir 1,2,3. TCR stimülasyonu üzerine, besinlerin alımı da aşağı akış moleküler yollarının3 aktive edilmesinde kritik bir rol oynar. Örneğin, amino asitlerin alımı ve artan yerel amino asit konsantrasyonu mTORC1 sinyaliniaktive eder 4. Tersine, hücre içi amino asitlerin mevcudiyetini azaltmak, mTORC1 sinyal yolu 2,3,5,6,7'yi azaltır. Böylece, metabolizma ve hücresel fonksiyon, bir efektör T hücresinde sıkı bir şekilde bağlanır.
Hızla bölünen T hücreleri için gerekli olan biyokütledeki büyük artış, protein sentezinin / translasyonunun yukarı regülasyonunu gerektirir8. Protein sentezi, bir hücrede, translasyon ribozomlarındanuzayan polipeptit zincirlerini dahil ederek, işaretleyerek ve serbest bırakarak translasyonu bloke eden bir tirozil-tRNA taklidi olan puromisin 9'un dahil edilmesini inceleyerek ölçülebilir. Protein translasyonu, yüksek enerjiye bağımlı bir süreçtir; gerçekten de, bölünen, büyüyen hücrelerde üretilen ATP'nin çoğu, proteinlerin sentezi için kullanılır. Bu nedenle, protein sentezi, hücresel ATP10 için vekil bir ölçüm olarak kullanılmıştır. ATP üretmek için hücreler genellikle glikolize ve/veya mitokondriyal OXPHOS yoluna11 güvenir. Glikoliz, glikoz molekülü başına iki ATP molekülü üretir. OXPHOS yolu, glikoz12,13 başına 36 ATP üretir, ancak glikoliz ATP'yi daha hızlı üretebilir14. Bu nedenle, kanser hücreleri gibi hızla bölünen aktive T hücreleri, ATP üretimi için büyük ölçüde glikolitik yola dayanır.
Bir hücrenin her bir metabolik yola bağımlılığı, spesifik inhibitörlerin kullanılmasıyla incelenebilir. Bir glikoz analoğu olan glikolitik yol inhibitörü 2-Deoksiglukoz (2-DG), glikolitik enzim hekzokinaz15 için rekabetçi bir inhibitör görevi görür. 2-DG, hekzokinaz tarafından 2DG-fosfata (2DG-P) fosforile edilir. 2DG-P, normalde glikoz-6-fosfatı (G-6-P) fruktoz-6-fosfat16'ya dönüştüren fosfoheksoz izomeraz tarafından daha fazla metabolize edilemez. Bu nedenle 2DG-P hücrelerde hapsolur ve birikir, bu da glikolizin inhibisyonuna ve hücresel ATP'nin tükenmesine yol açar, böylece protein sentezini bloke eder17. Benzer şekilde, hücrelerin mitokondriyal OXPHOS yoluna bağımlılığı, elektron taşıma zincirinin (ETC) ATP sentazının proton kanalına bağlanan ve böylece mitokondriyal ATP sentezini bloke eden Oligomisin kullanılarak incelenebilir (Şekil 1). Bu inhibitörlerin protein sentezinin değerlendirilmesi ile birlikte kullanılması, hücrelerin metabolik durumunun bir resmini sağlayabilir ve akış sitometrisi10 kullanarak puromisin katılımını değerlendiren SCENITH olarak bilinen güçlü bir tek hücreli yöntemde kullanılmıştır. Bununla birlikte, SCENITH reaktiflerinin mevcudiyeti sınırlayıcı olabilir. Glikoliz ve OXPHOS'u değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan diğer teknikler, deneysel olarak mümkün olmayabilecek daha büyük hücre sayıları gerektiren Denizatı hücre dışı akı analizlerini içerir. Bu makalede, ticari olarak temin edilebilen bir Click-it kimya reaktifi kullanarak puromisin katılımını değerlendirmek için alternatif bir yöntem açıklanmaktadır. Bu yöntemin kolaylığı, nadir hücre popülasyonları ve hasta örnekleri dahil olmak üzere lenfositlerin metabolik durumunun hızlı bir şekilde değerlendirilmesine izin verir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Hayvancılık ve deneyler, Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü Hayvan Kullanımı ve Bakımı Komitesi (NIH) tarafından onaylanan protokol G98-3'e ve Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü Hayvan Bakım ve Kullanımı Komitesi (NIH) tarafından onaylanan LISB 22E protokolüne uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma için 6-12 haftalık erkek C57Bl / 6J fareleri, belirli patojen içermeyen (SPF) koşullarda yetiştirildi ve barındırıldı. Dişi farelerde de benzer sonuçlar elde edildi. İnsan tam kanı, NIH Klinik Merkezi IRB onaylı protokol 99-CC-0168 In Vitro Araştırma Kullanımı için Sağlıklı Donörlerden Kan Bileşenlerinin Toplanması ve Dağıtımı kapsamında NIH Kan Bankasından elde edildi. Helsinki Bildirgesi'ne uygun olarak tüm deneklerden yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.
1. Fare naif CD4+ T hücre izolasyonu ve kültürü
2. İnsan PBMC'lerinin izolasyonu ve kültürü
3. Metabolik tahlil
NOT: Tüm hücreleri, inhibitörleri [Oligomisin (O), 2-Deoksiglukoz (2-DG), DMSO (Co)] ve O-propargil-puromisin (OPP) reaktifini mümkün olduğunca 37 ° C'ye yakın tutmak önemlidir. Hücreleri, inhibitörleri ve OPP reaktifini U tabanlı 96 plakaya alın ve plakaları mümkün olduğunca 37 ° C'lik bir inkübatörde bırakın. Aliquot inhibitörleri 2-DG ve O, çoklu donma-çözülmeleri önlemek için daha küçük hacimlere dönüştürülür.
4. Metabolik tahlilin analizi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Naif CD4 + T hücreleri, farelerin dalak ve lenf düğümlerinden izole edildi ve 72 saat boyunca Th0 veya polarize olmayan (NP) soylara farklılaştırıldı. Hücreler 0 saat, 48 saat ve 72 saat kültürden sonra hasat edildi ve OPP katılımı, OPP'nin MFI'sine bakılarak ölçüldü. Naif CD4 + T hücreleri, OPP'nin MFI'si tarafından görüldüğü gibi, aktive edilmiş T hücrelerinden daha az sentetikti (Şekil 3). Naif hücreler kısmen glikolize bağımlıydı, ancak MFI tarafından değerlendirile...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu makale, SCENITH teknolojisine dayanan, ancak dahil edilmiş puromisinin kimyasal etiketlemesini kullanan, akış sitometrisi ile lenfoid hücrelerdeki metabolizmayı incelemek için bir yöntem sağlar. Lenfositlere odaklanmış olsak da, bu protokol herhangi bir hücre tipinde metabolizmayı incelemek için ayarlanabilir. Bu yöntem aynı zamanda, Denizatı gibi diğer tekniklerin daha fazla sayıda hücre gerektirdiği nadir hücre popülasyonlarında ve hasta örneklerinde metabolizmayı incelemek için de ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
PBMC örnekleri ve değerli deneysel öneriler sağladıkları için Dr. Qin Xu ve Dr. Avik Dutta'ya teşekkür ederiz. Bu araştırma kısmen NIAID, NIH Intramural Araştırma Bölümü tarafından desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 2-Merkaptoetanol | Thermo Fisher | 21985-023 | |
| Alexa Fluor 488 anti-Puromisin Antikor Biolegend | 381506 | Kullanılan seyreltme: 1/100 | |
| Alexa Fluor 647 anti-insan CD4 Antikor | Biolegend | 357422 | Kullanılan seyreltme: 1/50 |
| BD Horizon BUV737 Sıçan Anti-Fare CD4 | BD Biosciences | 612761 | Kullanılan seyreltme: 1/200 |
| Click-iT Plus OPP Alexa Fluor 488 Protein Sentezi Test Kiti | Thermo Fisher | C10456 | |
| HEPES (1 M) | Thermo Fisher | 15630080 | |
| İnsan Serumu | Millipore Sigma | H4522 | |
| IMDM, GlutaMAX Takviyesi, 500 ml | Thermo Fisher | 31980030 | |
| InVivoMAb anti-fare CD28, Klon: 37.51 | BioXcell | BE0015-1 | |
| InVivoMAb anti-fare CD3ε, Klon: 145-2C11 | BioXcell | BE0001-1 | |
| InVivoMAb anti-fare IFNγ, Klon: XMG1.2 | BioXcell | BE0055 | |
| InVivoMAb anti-fare IL-12 p40, Klon: C17.8 | BioXcell | BE0051 | |
| InVivoMAb anti-fare IL-4, Klon: 11B11 | BioXcell | BE0045 | |
| L-Glutamin (200 mM) | Thermo Fisher | 25030081 | |
| CANLI/ÖLÜ Sabitlenebilir Aqua Ölü Hücre Leke Kiti, 405 nm uyarma için | Thermo Fisher | L34966 | Kullanılan seyreltme: 1/600 |
| LSM lenfosit ayırma ortamı | MP Biomedicals | 50494X | |
| MEM Esansiyel Olmayan Amino Asit Çözeltisi (100X) | |||
| Mitomisin C | Naif | ||
| EM Dereceli Elektron | Mikroskobu Bilimleri | 15710 | |
| PBS (1X), pH 7.4, 500 mL | Kaliteli Biyolojikler | 114-058-101 | |
| Penisilin-Streptomisin (10.000 U/mL). 100mL | Thermo Fisher | 15140122 | |
| Fitohemaglutinin-L (PHA-L) | Milipore Sigma | 11249738001 | |
| Premium Grade Fetal Sığır Serumu (FBS) | Avantor | 97068-085 | |
| RPMI 1640 Orta, glutamin içermez | Thermo Fisher | 21870076 | |
| Saponin | Thermo Fisher | A18820.22 | |
| Sodyum Piruvat (100 mM) | Thermo Fisher | 11360070 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
