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Determinar la posición del ciclo celular de una población de células, o la comprensión de cómo afectan a la proliferación de señales, puede ser fácilmente medido por citometría de flujo utilizando este protocolo. Se presenta un enfoque simple experimental para la tinción de células y la cuantificación de su posición en el ciclo celular.
La regulación de la proliferación celular es esencial para la morfogénesis de tejidos durante el desarrollo de organismos multicelulares. Además, la pérdida de control de la proliferación celular subyace a la patología de enfermedades como el cáncer. Como tal, hay una gran necesidad de ser capaces de investigar la proliferación celular y cuantificar la proporción de células en cada fase del ciclo celular. También es de vital importancia para identificar indistintamente las células que se replican su ADN dentro de una población más grande. Desde la decisión de una célula a proliferar se realiza en la fase G1 inmediatamente antes de iniciar la síntesis de ADN y el avance en el resto del ciclo celular, la detección de la síntesis de ADN en esta etapa permite una determinación inequívoca de la situación de la regulación del crecimiento en cultivo celular experimentos.
Contenido de ADN en las células pueden ser fácilmente cuantificado por citometría de flujo de células teñidas con yoduro de propidio, un tinte de ADN intercalantes fluorescentes.Del mismo modo, la síntesis de ADN activo puede ser cuantificada por el cultivo de células en presencia de la timidina radiactiva, de recoger las células, y midiendo la incorporación de radiactividad en una fracción insoluble en ácido. Tenemos una experiencia considerable con el análisis del ciclo celular y recomendar un enfoque diferente. Se investiga la proliferación celular utilizando bromodesoxiuridina / fluorodesoxiuridina (abreviado simplemente como BrdU) tinción que detecta la incorporación de estos análogos de la timina en el ADN sintetizado recientemente. El etiquetado y la tinción de las células con BrdU, junto con la tinción de ADN total de yoduro de propidio y análisis por citometría de flujo 1 ofrece la medida más precisa de las células en las distintas fases del ciclo celular. Es nuestro método preferido, ya que combina la detección de la síntesis de ADN activa, mediante la tinción de BrdU basados en anticuerpos, con un contenido total de ADN de yoduro de propidio. Esto permite la separación clara de las células en el G1 de primera fase S, o S a finales de la fase G2 / M.Además, este enfoque puede ser utilizado para investigar los efectos de muchos estímulos diferentes de células y agentes farmacológicos en la regulación de la progresión a través de estas diferentes fases del ciclo celular.
En este informe se describen los métodos para el etiquetado y la tinción de las células en cultivo, así como su análisis por citometría de flujo. También se incluyen ejemplos experimentales de cómo este método puede ser utilizado para medir los efectos de las señales que inhiben el crecimiento de las citocinas como el TGF-β1, y los inhibidores de proliferación, como el inhibidor de la quinasa dependiente de ciclina, p27Kip1. También se incluye un protocolo alternativo que permita el análisis de la posición del ciclo celular en una subpoblación de células dentro de una cultura más amplia 5. En este caso, se demuestra cómo detectar una detención del ciclo celular en células transfectadas con el gen del retinoblastoma, aun cuando en gran medida superados en número por las células no transfectadas en la misma cultura. Estos ejemplos ilustran las muchas formas en que la tinción de ADN ycitometría de flujo pueden ser utilizados y adaptados para investigar cuestiones fundamentales de control de ciclo celular de mamífero.
1. El etiquetado y la fijación de las células
2. La desnaturalización y la tinción de BrdU y el ADN
3. El análisis por citometría de flujo
4. Análisis de datos
5. Protocolo alternativo para el análisis del ciclo celular en una población mixta de células
6. Los resultados representativos:
Ofrecemos tres ejemplos de análisis experimental del ciclo celular utilizando nuestros enfoques. El primero utiliza la expresión retroviral de la dependiente de ciclina p27Kip1 inhibidor de la cinasa en fibroblastos de embriones de ratón. Veinticuatro horas después de la selección de medicamentos para la infección viral se completa, las células fueron pulso marcado con BrdU durante una hora. En este experimento, la expresión ectópica del inhibidor se utiliza para detener la proliferación de las células (Fig. 3 A y B). Como se muestra en la fig. 3B poco eventos BrdU positivos son evidentes en la puerta de la fase S en respuesta a p27. Asimismo, el porcentaje de células en fase S de células que expresan p27 es muy bajo como el diagrama de la figura. 3C. Este tipo de análisis ha sido muy eficaz en la caracterización de los defectos de control del ciclo celular en células derivadas de varias cepas de gene-dirigido ratones 6, 7, 8.
En el segundo experimento, sin transformar las células epiteliales mamarias (MCF10A) fueron tratados con la citoquina inhibidora del crecimiento, factor de crecimiento transformante beta uno (TGF-β1) durante 24 horas. Las células fueron marcadas con BrdU durante cuatro horas, inmediatamente antes de la cosecha. Como se muestra en la fig. 4 BrdU etiquetado en células en fase S disminuye en gran medida por el TGF-β1 señalización, la especificidad de nuestra coloración también se valida con un control de IgG negativo (Fig. 4C). La cuantificación de las diferentes fases del ciclo celular confirma que el TGF-β1 inhibe la proliferación de todo en la fase G1 del ciclo celular, dando lugar a una acumulación en esta fase.
En nuestro último ejemplo, el PRB deficiente SAOS-2 células son transfectadas con un vector CMV-CD20 y la expresión ya sea CMV-RB o CMV-β-Gal como control. Tres días después de transfección las células fueron cosechadas, se tiñe y fija. Análisis por citometría de flujo de estas célulass se muestra en la fig. 5. Esto demuestra la distribución del ciclo celular de las células transfectadas de control negativo (Fig. 5) en comparación con la distribución de las 72 horas siguientes de expresión pRb (Fig. 5B). Después de ajuste de curvas por el software de ciclo múltiple, una comparación directa de la proporción de las fases del ciclo celular se muestra en la fig. 5C. Esto revela la acumulación de células en la expresión G1 siguientes pRb y la disminución relativa de las células de las fases S y G2 / M. Hemos utilizado las variaciones en este ensayo para probar los mecanismos de G1 arresto ampliamente 9, 10, 11, 12, 13.
Estos ejemplos demuestran cómo el control del ciclo celular puede ser medida en respuesta a una variedad de estímulos o manipulaciones de la célula. Este enfoque por lo tanto, puede adaptarse a muchas aplicaciones que requieren la medición de la posición del ciclo celular en los experimentos de tipo cultural.
Figura 1. Quantitción de las fases del ciclo celular con yoduro de propidio combinado y la tinción de BrdU (PI-BrdU). (A) Este panel muestra tres dimensiones de la citometría de flujo con yoduro de propidio y las células BrdU manchado. Tenga en cuenta que las células con el contenido de ADN 2N y 4N se centran en los 200 y 400 marcas en la escala del eje X para la intensidad de tinción con yoduro de propidio. La intensidad de la tinción de BrdU se mide en una escala logarítmica en el eje. Tenga en cuenta la posición de compuertas utilizadas para cuantificar las células en el G1, S y G2 / M fases del ciclo celular. (B) La proporción relativa de células en cada una de las puertas de la G1, S y G2 / M de A se muestran en este gráfico.
Figura 2. La cuantificación de las fases del ciclo celular en las células seleccionadas con yoduro de propidio y el CD20 de la superficie celular marcador. (A) Este panel muestra yoduro de propidio y CD20 tinción de una mezcla de células, algunas de las cuales ectópica expresan CD20 y pRB. Tenga en cuenta que las células con2N y 4N del ADN (las poblaciones más abundantes) se centran en los 200 y 400 marcas en el eje X. La posición de la puerta de CD20 + selecciona las celdas que están manchados por lo menos 10 veces más brillante que el fondo. (B) Un gráfico de los recuentos de células en comparación con tinción con yoduro de propidio se muestra de células CD20 negativas en el panel A que están proliferando de forma asíncrona. (C) Un gráfico similar se muestra de células CD20 positivas desde el panel A, que han sido inducidos a la detención con la expresión de pRb y contienen células con contenido de ADN principalmente 2N. Esto demuestra que un detenido sub-población se puede distinguir de otras células en esta cultura a través de esta técnica de tinción.
Figura 3. La inhibición de la proliferación celular por p27Kip1. (A) PI-BrdU análisis se utiliza para medir las fases del ciclo celular en una población de forma asíncrona la proliferación de células que se transduced con un vacío vecto retroviral pBaber. (B) Un análisis similar de las células transducidas con pBabe-p27. Nótese la ausencia de células en la fase S y la mayor intensidad de los eventos en G1 y puertas G2 / M. (C) La cuantificación de las células en las respectivas fases del ciclo celular en forma asíncrona de control y la proliferación de las células que expresan p27.
Figura 4. La inhibición de la proliferación celular por el TGF-β1 (A) PI-BrdU análisis de la proliferación de células MCF10A forma asíncrona. (B) Análisis de las células tratadas con 100 pM de TGF-β1 durante 24 horas. Tenga en cuenta la acumulación de células principalmente en la fase G1 del ciclo celular. (C) Validación de la tinción de BrdU sustituyendo el anticuerpo anti-BrdU primaria con un control no IgG específica en las células proliferan de forma asíncrona. (D) la cuantificación gráfica de las fases del ciclo celular respectivos de A y B.
Figura 5. La inhibición de la proliferación celular por pRB. (A) Los recuentos de células en comparación con la tinción con yoduro de propidio de CD20 y ß-gal células transfectadas se muestra. Este es un importante control como parte de la transfección se puede sincronizar las células, haciendo que la población no transfectadas (CD20 - las células) como un control inadecuado de la transfectadas sub-población. Transfectadas las células deben ser comparadas con otras células transfectadas de forma análoga. (B) Los recuentos de células en comparación con el gráfico de yoduro de propidio de CD20 y pRB transfectadas las células. Tenga en cuenta la presencia casi exclusiva de un máximo de 2N. (C) La representación gráfica de las proporciones de células determinada fase del ciclo de A a B y el uso de métodos de ajuste de curvas en el software de ciclo múltiple.
En nuestra experiencia, el éxito de estas técnicas depende de unos pocos controles clave y las condiciones experimentales. Uno de ellos es el establecimiento de un control de la proliferación de manera asíncrona para su uso en estos experimentos. Este control tiene tres propósitos importantes. En primer lugar, asegura que las condiciones de cultivo utilizado para todas las muestras experimentales son suficientes para apoyar la proliferación continua de la ausencia de tratamiento. Este ejemplo también sirve el propósito de un control positivo de la metodología de tinción para asegurarse de que BrdU o células CD20 positivas se pueden detectar cuando están presentes. Por último, la muestra se utiliza para calibrar el citómetro de flujo. Esta muestra de control se puede utilizar para ajustar la intensidad de tinción con yoduro de propidio para detectar células 2N y 4N a 200 y 400, respectivamente. Además, la sensibilidad de detección de BrdU o CD20 se puede ajustar para que las señales positivas y negativas se centran, como se muestra en las figuras 1A y 2A. Cuando todas las muestras tienen una concentración similar de células en el PI-RNase solución, entonces algunos ajustes en el citómetro se necesitan muestras posteriores se ejecutan. Esto es importante por razones de la figura. 4B y 5B, donde la acumulación de G1 fuerte crea esencialmente un pico G1 único que podría ser mal interpretada como G2 / M.
Los experimentos representante también hacen otros puntos importantes. En primer lugar, demuestran que la captación de BrdU y el etiquetado pueden variar entre los tipos de células. Por esta razón es importante para determinar empíricamente la duración del pulso y de las condiciones de coloración necesarias para detectar adecuadamente las células en fase-S. En general, los tipos de células que hacen las veces de la cultura en 24 horas o menos se pueden etiquetar con BrdU en una hora. De crecimiento más lento tipos de células pueden requerir más tiempo las legumbres y las alteraciones a las condiciones de la tinción de anticuerpos y la duración. MCF10A células son un excelente ejemplo en este sentido, ya que fueron marcadas con BrdU durante cuatro horas y se tiñeron con el doble de la concentración normal de anticuerpos en cuatro veces más. Los investigadoresdebe tener cuidado de no exceder de 6 horas de BrdU a pesar de las células de crecimiento muy lento, ya que erróneamente puede conducir a la inclusión de G2 / M en la población de células en fase S. En segundo lugar, en la comparación de los efectos de p27Kip1 expresión con los de TGF-β1, está claro que p27 puede inducir a una acumulación en cualquiera de las fases G1 y G2 / M, mientras que el TGF-β1 señalización induce una detención en G1. Los medios tradicionales de detección de la proliferación como la 3 H-timidina y recuento de centelleo son incapaces de distinguir estas posibilidades.
En nuestro protocolo alternativo que demuestran la detección de una subpoblación de células en una población mayor no transfectadas. Es importante determinar empíricamente el reportero más apropiado para la detección de las células transfectadas. En nuestra experiencia, algunos tipos de células de la superficie celular o bien expresan marcadores de mal, o no puede apropiadamente el tráfico a la membrana plasmática, resultando en una incapacidad para detectar las células transfectadas. Likewise no todas las células tolerar la forma unida a la membrana de las buenas prácticas agrarias. La selección de la reportera más apropiado debe ser hecha por la evaluación de la eficacia de transfección de la periodista, así como la intensidad relativa de expresión en comparación con los controles no transfectadas. Lo ideal es la expresión heteróloga de estas moléculas es bien tolerado y esto sugiere que los marcadores tienen poco o ningún efecto sobre la distribución del ciclo celular.
Una limitación de este tipo de métodos de citometría de flujo es que sólo son capaces de establecer las abundancias relativas de las fases del ciclo celular en comparación con los otros. Por esta razón, es ambigua si la expresión de p27 en la Figura 3 realmente induce un arresto en G1 y G2 / M, o si sólo se disminuye la progresión a través de estas fases en relación con la fase S. Estas posibilidades pueden ser investigados aún más por el tratamiento de una muestra paralela de células con un inhibidor de la mitosis, como nocodazole, o G1 / S, como inhibidor de la aphidicolin. Ya que estos fármacos crear una dominaciónnt arresto en la fase M o principios de la fase S, respectivamente, las células proliferan lentamente se acumula en el punto de arresto por drogas inducida. Por ejemplo, células detenidas en G1, debido a la expresión pRb se mantendrá en el G1 a pesar del tratamiento, mientras que nocodazole control de las células se acumulan en la fase-M 13.
En conjunto, estos enfoques experimentales ofrecen una metodología flexible que puede aplicarse a una amplia gama de preguntas de investigación de células de mamíferos ciclo. Ellos fácilmente pueden detectar alteraciones en la progresión del ciclo celular y cuantificar las diferencias en comparación con los controles.
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer a los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR) y la Sociedad Canadiense del Cáncer para financiar la investigación del ciclo celular en el laboratorio. MJC es un beneficiario de una beca de MD / PhD de la CIHR. MJC y MA son miembros del programa de formación CaRTT.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo / equipo | Empresa | Número de catálogo | Comentarios (opcional) |
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La proliferación de células de etiquetado de reactivos | GE Amersham | RPN201 | |
Los anticuerpos anti-BrdU | BD Biosciences | 347580 | |
Anti-ratón conjugado con FITC Anticuerpos | Vector de los laboratorios | FI-2000 | |
Filtros de células cepa | BD Falcon | 352235 | |
Anticuerpos anti-CD20 | BD Biosciences | 347673 | |
Cycle Software Multi | Phoenix Sistemas de Flujo | N / A |
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