Method Article
* 这些作者具有相同的贡献
本文提供了使用碱性磷酸酶偶联的 ScFv D11 抗体通过免疫荧光测量组织中异左旋前列腺素的详细方法。小鼠和人类的高血压模型用于解释与组织样本中异左旋蛋白测量相关的分步程序和基本原理。
异左旋前列腺素(IsoLGs)是由H2-异前列烷通过脂质过氧化和交联蛋白形成的高反应性γ酮醛,导致炎症和包括高血压在内的各种疾病。检测组织中的IsoLG积累对于揭示它们参与疾病过程至关重要。然而,组织中IsoLGs的测量非常困难,目前可用的工具,包括质谱分析,既费力又极其昂贵。在这里,我们描述了一种使用碱性磷酸酶偶联的D11 ScFv和通过免疫荧光显微镜在大肠杆菌中产生的重组噬菌体展示抗体原位检测组织中IsoLGs的新方法。四种对照用于验证染色:(1)使用和不使用D11染色,(2)用碱性磷酸酶接头用细菌周质提取物染色,(3)无关的scFV抗体染色,以及(4)染色前与IsoLG竞争性对照。我们证明了碱性磷酸酶偶联D11在有或没有高血压的人和小鼠组织中的有效性。这种方法可能会成为研究IsoLGs在各种疾病过程中的作用的重要工具。
异左旋前列腺素(IsoLGs),也称为异酮醇,是4-酮醛家族的异构体,是脂质过氧化的产物,与蛋白质1,2上的伯胺反应并加合。IsoLGs与多种疾病有关,包括心血管,阿尔茨海默氏症,肺部和肝脏疾病以及许多类型的癌症3。IsoLGs在对心血管疾病(CVD)的贡献方面得到了最广泛的研究,心血管疾病是包括美国在内的全球重大健康和经济负担。据估计,9210 万美国成年人至少患有一种类型的心血管疾病,预计 2030 年将达到美国成年人口的 43.9%4。降低血压、胆固醇和戒烟可降低心血管疾病事件的总体风险和发生率5.
高血压是心血管疾病的主要危险因素,影响大约一半的美国人口6。以前的研究发现,炎症是高血压的根本原因,IsoLGs发挥作用7。高血压刺激,包括血管紧张素 II、儿茶酚胺、醛固酮和过量膳食盐,诱导 IsoLG 在包括树突状细胞 (DC) 在内的抗原呈递细胞中积累,进而激活 T 细胞增殖并产生导致高血压的炎性细胞因子8,9。
以前,IsoLGs 已通过免疫组织化学、质谱、酶联免疫吸附测定和流式细胞术10,11 进行测量。为了便于测量IsoLGs,开发了一种针对IsoLGs12的单链片段变量(scfv)重组抗体(D11)。最初,该 D11 抗体含有 11 个氨基酸 E-tag,需要二抗进行免疫组织化学检测11。然而,在制造商停止生产E-tag后,很难找到可靠的针对E-tag的二抗。因此,我们开发了一种可靠的方案,用于使用与碱性磷酸酶(D11-AP)偶联的D11对IsoLGs进行免疫荧光染色,我们已经在有和没有高血压的小鼠和人体组织中证明了这一点。
范德比尔特大学的机构动物护理和使用委员会批准了本手稿中描述的所有程序。根据《实验动物护理和使用指南》饲养和照顾小鼠。所有受试者在参加研究之前都给予了书面知情同意,并得到了范德堡大学机构审查委员会的批准。所有程序均按照《赫尔辛基宣言》执行。
1. 编码D11碱性磷酸酶融合蛋白和阴性对照载体的质粒的制备
2. 蛋白表达与周质提取物的产生
注意:周质提取物的生成是噬菌体展示中蛋白质表达的常用方法,主要是因为二硫键的形成在scFv和抗体生成中很重要。该方法避免了生成裂解物(通常含有包涵体)的需要,并确保蛋白质正确折叠。pCANTAB在D11-BAP融合蛋白的scFv部分上游具有gIII信号序列。信号序列确保蛋白质穿梭到细菌的周质空间,然后切割信号序列。周质空间提供氧化环境,这对于二硫键的正确形成至关重要。渗透休克用于获得周质提取物,因为它破坏外膜足以将周质蛋白释放到周围培养基中,同时保持细菌完整。
4. 酶联免疫吸附中D11-AP滴度的表征
5. 免疫荧光
6. 阴性对照
注意:可以进行四个阴性对照实验来确认 D11-AP 染色对 IsoLG 的特异性。阴性对照实验应在相同条件下的相同染色组中进行。
在代表性实验中,具有碱性磷酸酶偶联(D11-AP)的D11 scfv用于免疫荧光,以检测血管紧张素II处理小鼠中存在的IsoLGs与正常假小鼠和高血压患者相比与正常血压的人相比。用血管紧张素II以490ng / kg / min的剂量治疗小鼠两周,与假小鼠10相比,收缩压升高证实了高血压。为了确保D11-AP的特异性,组织在存在或不存在D11-AP的情况下进行染色。如D11-AP染色所示,与对照小鼠相比,血管紧张素II诱导的高血压小鼠的主动脉显示出IsoLGs浓度升高(图1)。背景染色或自发荧光受到限制,如未用D11-AP染色的阴性对照所示。
D11-AP用于检测高血压(HTN)或正常血压人类(NTN)患者肠道组织中存在的IsoLG。高血压状态是根据医院记录确定的,收缩压高于140,舒张压高于80 mmHg。开发D11-AP免疫荧光方案的研究人员对人体组织的高血压状态不知情。在存在和不存在D11-AP的情况下对切片进行染色,以确保抗体特异性并显示背景染色或自发荧光。如图 2所示,我们发现与NTN患者相比,HTN患者的组织IsoLGs浓度升高。无D11-AP染色也显示出最小的背景染色和自发荧光。内源性碱性磷酸酶由肠上皮表达,因此在没有D11-AP染色的组织上的有限荧光表明该协议中使用的抗原修复足以灭活组织中存在的内源性碱性磷酸酶。结合小鼠的结果,这些结果还表明,与血压正常状态相比,免疫荧光方案有效地显示高血压中的IsoLGs升高。
分离D11-AP并储存在细菌周质提取物中。用D11-AP和含有不含D11的AP接头的周质提取物对小鼠和人体组织进行染色,以确保周质提取物中可能存在的其他因子,例如过量或非偶联碱性磷酸酶,不会有助于在用D11-AP处理的组织中观察到的染色(图3)。与用周质提取物染色的组织相比,用D11-AP染色的组织导致更明亮的染色。这些结果证实D11-AP正在对组织进行染色,并且染色不是由于非偶联细菌碱性磷酸酶引起的,这种酶可能存在于周质提取物中并导致IsoLG的假染色或导致背景染色。
通过在组织染色之前将D11-AP与IsoLG加合到MSA或非加合MSA预孵育来进行竞争性对照,以显示D11-AP对IsoLG的特异性。如果 D11-AP 对 IsoLG 具有特异性,则抗体将与 IsoLG-MSA 结合,导致 D11-AP 用于染色组织的可用性耗尽,并且与非加合的 MSA 一起孵育的 D11-AP 的染色与正常 D11-AP 相似。在与IsoLG竞争物预孵育的D11-AP染色组织中,我们发现与未经任何预孵育的D11-AP染色的组织相比,染色减少(图4)。在用D11-AP染色的组织与非加合MSA预孵育的组织中,我们发现染色与在D11-AP组织中观察到的染色相似。这些结果表明,当D11-AP与IsoLG/MSA预孵育时,D11-AP对IsoLGs的特异性降低,但非加合MSA没有。在最终阴性对照中,用D11-AP或不相关的scFv抗体D20染色小鼠组织。与D20相比,用D11-AP对小鼠主动脉进行染色会产生强烈的染色,表明D11-AP对高血压主动脉中IsoLGs的特异性(图5)。
图1:高血压和正常血压小鼠主动脉的免疫荧光。 用和不带D11-AP(D11)染色来自血管紧张素II和假输注小鼠的动脉以显示IsoLGs的存在。(A)用D11-AP(绿色)和核复染(洋红色)探测的血管紧张素II处理小鼠的动脉,(B)用D11-AP探测的对照假处理小鼠的动脉,(C)没有D11-AP的血管紧张素II处理小鼠的动脉,(D)没有D11-AP的对照假处理小鼠的动脉(比例尺= 100μm)。 请点击此处查看此图的大图。
图2:高血压和正常血压患者对人肠道组织的免疫荧光。 对高血压患者(HTN)和正常血压人类(NTN)的组织进行染色和不加D11-AP(D11)染色,以显示高血压患者存在IsoLGs。(A)用D11-AP(绿色)和核复染(洋红色)染色的HTN组织,(B)用D11-AP染色的NTN组织,(C)没有D11-AP染色的HTN组织,(D)没有D11-AP染色的NTN组织(比例尺= 100μm)。 请点击此处查看此图的大图。
图 3:用有和没有 D11-AP 的周质提取物染色的小鼠和人体组织。 小鼠和人体组织用有和没有D11-AP的周质提取物染色。图像显示没有D11-AP的周质提取物对组织进行有限的染色,这表明染色主要是由于D11-AP结合,而不是周质提取物中可能存在的另一种成分。(A)用D11-AP(绿色)和核复染(品红色)染色的Ang小鼠主动脉,(B)用周质提取物染色的Ang小鼠主动脉,(C)用D11-AP染色的假鼠主动脉,(D)用周质提取物染色的假鼠主动脉,(E)用D11-AP染色的高血压人肠道组织,(F)用周质提取物染色的高血压人肠组织,(G)用D11-AP染色的正常血压人肠道组织, (H)用周质提取物染色的正常血压的人肠道组织(比例尺=100μm)。 请点击此处查看此图的大图。
图4:Ang和Sham小鼠血管中的竞争性控制。 在这种竞争性对照中,D11-AP与IsoLG加合的MSA或非加合的MSA一起预孵育。使用没有任何预孵育的D11-AP作为对照。这些结果显示了D11-AP对IsoLG的特异性,因为与D11-AP相比,IsoLG-MSA竞争对手的组织染色减少。这种减少是由于IsoLG而不是MSA,因为未加入的MSA预孵育导致与D11-AP对照相似的染色。用D11-AP(绿色)和核复染(洋红色)染色的血管紧张素II(A)和假(B)小鼠主动脉,血管紧张素II(C)和假(D)小鼠主动脉在与IsoLG-MSA孵育后用D11-AP染色,血管紧张素II(E)和假(F)小鼠主动脉与非内收的MSA孵育后用D11-AP染色(比例尺= 100μm)。 请点击此处查看此图的大图。
图 5:用 D11 和不相关的 scFv 染色的小鼠主动脉,D20。用D11-AP染色小鼠组织,并与对糖蛋白A2具有特异性的不相关的对照抗体D20进行比较。与D20(绿色)和核复染(品红色)(B)相比,用D11-AP(绿色)和核复染(品红色)(B)对组织进行染色会产生强烈的免疫荧光,这表明D11-AP对IsoLGs的特异性(比例尺= 100μm)。请点击此处查看此图的大图。
D11已被广泛用于检测细胞或组织中的IsoLG加合蛋白,作为疾病8,9,20中炎症或氧化应激的标志物。以前,D11包含一个E标签,IHC开发需要使用与HRP10,20,21偶联的二级抗E标签抗体。在这里,我们开发并优化了使用与碱性磷酸酶偶联的D11抗体代替E标签检测IsoLG加合蛋白的方案,这消除了二抗孵育的需要。
为了确定D11-AP的特异性,进行了四个阴性对照实验。我们在没有D11的情况下执行了协议,并且几乎没有开发。这些结果具有双重指示:内源性碱性磷酸酶对发育没有贡献,观察到的染色是由于D11而不是另一个促成因素。接下来,我们用不含D11的AP接头对载玻片进行染色。该实验导致很少的染色,这表明周质提取物中的游离AP或其他因素不会导致我们在存在D11的情况下观察到的染色。为了确保D11对IsoLG的特异性,我们在载玻片染色前将D11-AP与纯化的IsoLG预孵育。我们看到发育的减少,这表明D11-AP与IsoLG蛋白结合,从而耗尽了游离D11-AP与组织中存在的IsoLG结合的量。最后,为了确保D11-AP与IsoLG结合,而不是IsoLG结合的MSA蛋白,我们仅用MSA预孵育D11-AP。发育没有变化,表明D11-AP不与MSA结合,而是与IsoLG蛋白结合。最后,开发染色方案的研究人员对人类肠道组织的高血压状态视而不见。高血压患者和血压正常患者之间观察到的染色差异不是由于偏倚,之前已经描述过22,23。
尽管我们使用与碱性磷酸酶偶联的D11抗体代替E-tag检测IsoLG加合蛋白的方案严格而稳健,并且无需二抗孵育,但它存在一些局限性。一个限制是,我们在周质提取物中使用了与碱性磷酸酶偶联的D11,并且在周质提取物或某些组织(例如肠24)中可能存在内源性碱性磷酸酶的假染色。然而,开发该协议的第一步包括禁用可能存在于组织中的内源性碱性磷酸酶25。最初,对冷乙酸,BME和左旋咪唑26 进行效率测试。这些都没有完全减少活性内源性碱性磷酸酶的存在。热量已被用于使碱性磷酸酶27失活,因此我们测试了碱性磷酸酶在不同缓冲液中的热失活。我们发现柠檬酸盐缓冲液中的加热安装和水合载玻片消除了大多数内源性碱性磷酸酶。载玻片最初使用化学发光/荧光底物开发,但是当没有这种底物成像时,存在大量的自发荧光。VectorRed是一种底物,在碱性磷酸酶存在下形成,产生可以在德克萨斯红/ TRITC通道范围内可视化的显色原。使用这种底物,我们能够更容易地观察背景自发荧光以上的信号。在染色过程中应小心,以尽量减少人为染色。水合后在载玻片上干燥组织,直到成像导致发育加速。D11-AP应等分并储存在-20°C。 使用 D11-AP 时,应避免多次冻融循环。磷酸盐缓冲盐水(PBS)也可影响碱性磷酸酶的酶活性,不应用作洗涤缓冲液28。与任何基于抗体的方法一样,必须进行彻底的测试和优化,以确保染色具有特异性,并且信号不会过度放大或放大不足。
总之,我们开发了一种强大、严格且稳健的优化方案,使用与碱性磷酸酶偶联的 D11 抗体代替 E-tag 来检测 IsoLG 加合蛋白。该方案具有几个优点:首先,使用D11作为碱性磷酸酶融合蛋白更便宜。D11最初来源于噬菌体抗体库,该库无法商业化且纯化成本高昂。尽管 大肠杆菌 周质提取物中的D11可以提供廉价的替代品,但在大多数测定中无效。其次,碱性磷酸酶融合方法允许D11 scfv具有有用的报告基因15 (碱性磷酸酶)融合,并且不需要纯化用于免疫测定,因为底物是市售的。第三, 大肠杆菌 碱性磷酸酶形成二聚体29。所以D11与碱性磷酸酶融合时也会形成二聚体,这增加了抗体的亲和力和结合活性30。最后,D11与周质提取物中的碱性磷酸酶偶联,可以使用Cibacron Blue Sepharose轻松清洁。D11具有高等电点(~9.2 pH)。因此,它带正电,可以通过pi阳离子相互作用与Cibacron Blue结合。 大肠杆菌 周质提取物中的大部分杂质都可以从树脂中洗脱出来。然后可以使用高盐(~1.5M NaCl)在水中洗脱与碱性磷酸酶偶联的D11。与碱性磷酸酶偶联的洗脱D11在高盐溶液中在4-8°C下相当稳定。因此,我们开发了一种方案,不仅可以以低成本提供D11抗体,还可以消除二抗孵育的额外步骤和需求。该协议有助于IsoLGs的可重复测量,IsoLGs在氧化应激增加的多种疾病中积累在组织中。
作者没有什么可透露的。
这项工作得到了美国国立卫生研究院拨款K01HL130497,R01HL147818,R01HL144941和R03HL155041的支持。我们感谢数字组织学共享资源 - 范德比尔特健康中心田纳西州纳什维尔 https://www.vumc.org/dhsr/46298 可视化和玻片扫描。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 ml TALON HiTrap column (Cobalt-CMA) | Cytiva | 28953766 | |
200 Proof Ethanol | Pharmco | 111000200 | |
2xYT powder | MP Biomedicals | 3012-032 | |
384-well, clear, flat-bottom polystyrene microplates | ThermoFisher (NUNC) | 242757 | |
4-Nitrophenyl phosphate disodium salt hexahydrate (pNPP) | Carbosynth | EN08508 | |
5-Bromo-4-chloro-3indoxyl phosphate, p-toluidine salt (BCIP) | Carbosynth | EB09335 | |
Ampicillin, sodium salt | Research Products International (RPI) | A40040 | |
Bovine Serum Albumin | RPI | A30075 | |
Chemically competent TG1 E. coli | Amid Biosciences | TG1-201 | |
Diethanolamine, >98% | Sigma-Aldrich | D8885 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | ED | |
Fluoromount-G | SouthernBiotech | 0100-01 | Mouting medium |
Glucose | Research Products International (RPI) | G32045 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G7893 | |
Histoclear | National Diagnostics | HS-200 | Xylene alternative |
Hoechst 33342 | ThermoFisher | H3570 | stock solution = 10 mg/mL |
Hydrochloric acid (HCl), 30%, Macron Fine Chemicals | ThermoFisher | MK-2624-212 | |
Imidazole | Research Products International (RPI) | I52000 | |
MgCl2 (anhydrous) | Sigma-Aldrich | M8266 | |
Mouse Serum Albumin (MSA) | Sigma-Aldrich/Calbiochem | 126674 | |
Nitroblue tetrazolium chloride (NBT) | Carbosynth | EN13587 | |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P4504 | |
Potassium phosphate, monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P0662 | |
Pressure Cooker | Cuisinart | CPC-600 | |
Slide-a-Lyzer Dialysis cassettes, 10K MWCO, 3 ml | ThermoFisher | 66380 | |
Sodium chloride (NaCl) | Research Products International (RPI) | S23020 | |
Sodium Citrate | Sigma-Aldrich | 1064461000 | |
Sodium phosphate, dibasic (Na2HPO4) | Research Products International (RPI) | S23100 | |
Sucrose | Research Products International (RPI) | S24065 | |
Tris base | Research Products International (RPI) | T60040 | |
Tris-buffered Saline | Boston Bio-Products | 25mM Tris, 2.7mM KCl, 137 mM NaCl, pH 7.4 | |
Tris-HCl | Research Products International (RPI) | T60050 | |
Tween20 | Sigma-Aldrich | P9416 | |
Vector Red | Vector Labs | SK-5105 |
An erratum was issued for: Direct Detection of Isolevuglandins in Tissues using a D11 scFv-Alkaline Phosphatase Fusion Protein and Immunofluorescence. The Authors section was updated from:
Cassandra Warden1
Alan J. Simmons2
Lejla Pasic3
Sean S. Davies4
Justin H. Layer5
Raymond L. Mernaugh3
Annet Kirabo4,6
1Vanderbilt Eye Institute, Vanderbilt University Medical Center
2Department of Cell and Developmental Biology, Vanderbilt University
3Department of Biochemistry, Vanderbilt University
4Division of Clinical Pharmacology, Department of Medicine, Vanderbilt University Medical Center
5Division of Hematology and Oncology, Indiana University School of Medicine
6Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University
to:
Cassandra Warden1
Alan J. Simmons2
Lejla Pasic3
Ashley Pitzer4,6
Sean S. Davies4
Justin H. Layer5
Raymond L. Mernaugh3
Annet Kirabo4,6
1Vanderbilt Eye Institute, Vanderbilt University Medical Center
2Department of Cell and Developmental Biology, Vanderbilt University
3Department of Biochemistry, Vanderbilt University
4Division of Clinical Pharmacology, Department of Medicine, Vanderbilt University Medical Center
5Division of Hematology and Oncology, Indiana University School of Medicine
6Department of Molecular Physiology and Biophysics, Vanderbilt University
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