Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Method Article
Este protocolo describe cómo utilizar el método analítico MEDUSA para cuantificar el efecto regulador de la muerte de cada gen knockout. Incluye instrucciones sobre cómo determinar las condiciones experimentales que optimizan la sensibilidad y un tutorial paso a paso sobre cómo realizar el análisis.
El cribado sistemático de las perturbaciones genéticas de ganancia o pérdida de función puede utilizarse para caracterizar las dependencias genéticas y los mecanismos de regulación de prácticamente cualquier proceso celular de interés. Estos experimentos suelen implicar la elaboración de perfiles a partir de un conjunto de perturbaciones de un solo gen y cómo cada perturbación genética afecta a la aptitud relativa de la célula. Cuando se aplican en el contexto de estudios de eficacia de fármacos, a menudo denominados perfiles quimiogenéticos, estos métodos deben ser eficaces para identificar los mecanismos de acción de los fármacos. Desafortunadamente, los estudios de perfiles quimiogenéticos basados en la aptitud física son ineficaces para identificar todos los componentes de la respuesta a un medicamento. Por ejemplo, estos estudios generalmente no logran identificar qué genes regulan la muerte celular inducida por fármacos. Varios problemas contribuyen a oscurecer la regulación de la muerte en las pruebas de detección basadas en la aptitud física, incluidos los efectos de confusión de la variación de la tasa de proliferación, la variación en la coordinación inducida por el fármaco entre el crecimiento y la muerte y, en algunos casos, la incapacidad de separar el ADN de las células vivas y muertas. MEDUSA es un método analítico para identificar genes reguladores de la muerte en datos convencionales de perfiles quimiogenéticos. Funciona mediante el uso de simulaciones computacionales para estimar las tasas de crecimiento y mortalidad que crearon un perfil de aptitud observada en lugar de puntuar la aptitud en sí. El uso efectivo del método depende de la valoración óptima de las condiciones experimentales, incluida la dosis del fármaco, el tamaño de la población inicial y la duración del ensayo. Este manuscrito describirá cómo establecer un estudio de perfil quimiogenético para el análisis basado en MEDUSA, y demostraremos cómo usar el método para cuantificar las tasas de mortalidad en los datos de perfil quimiogenético.
En el perfil quimiogenético, las perturbaciones genéticas sistemáticas se utilizan para comprender la contribución de cada gen a una determinada respuesta a un fármaco 1,2,3. Estos experimentos son valiosos y pueden revelar información importante sobre las respuestas a los fármacos, incluido el objetivo de unión del fármaco y los mecanismos de entrada/eflujo del fármaco. Sin embargo, debido a que estos experimentos generalmente se realizan de manera combinada para evaluar todos los genes simultáneamente, la generación de conocimientos mecanicistas a partir de los datos de perfiles quimiogenéticos puede ser un desafío.
Los mecanismos de control y las dependencias genéticas para la muerte celular inducida por fármacos tienden a ser difíciles de resolver en los datos de perfiles quimiogenéticos. Hay varias razones para este problema, pero muchas de ellas se derivan de los impactos de la variación en la proliferación celular4. Por ejemplo, debido a que las células proliferan exponencialmente, el efecto de una perturbación genética en la tasa de proliferación tiene un mayor impacto en el tamaño de la población que el cambio en las tasas de mortalidad celular. Además, debido a que esta sensibilidad sesgada se exacerba con el tiempo y debido a que estos experimentos generalmente se realizan durante varias semanas, la mayoría de los estudios están optimizados para ser altamente sensibles a los defectos de proliferación y esencialmente insensibles a los cambios en la muerte celular inducida por fármacos. Otras cuestiones relacionadas con la proliferación incluyen la coordinación variada entre la proliferación y la muerte (por ejemplo, qué tan rápido crece cada clon mientras también muere, y si esto varía entre las perturbaciones genéticas) y las variaciones en las tasas de proliferación para cada clon en ausencia de un medicamento, lo que cambia el número esperado de células que deberían/podrían haberse recuperado si el medicamento no fuera efectivo. La conclusión es que los experimentos de perfiles quimiogenéticos generalmente califican el impacto de las perturbaciones genéticas utilizando mediciones que son proporcionales al tamaño relativo de la población, comparando poblaciones tratadas y no tratadas. Debido a que el tamaño de la población es un producto tanto del crecimiento celular como de las tasas de muerte celular, desde la perspectiva de la muerte celular, la proliferación representa una influencia confusa.
Para remediar estos problemas, creamos un Método para Evaluar la Muerte Utilizando un Enfoque Asistido por Simulación (MEDUSA)5. MEDUSA trabaja interpretando los datos de tamaño relativo de la población observados a través de la lente de simulaciones computacionales para inferir la combinación de las tasas de crecimiento y mortalidad inducidas por fármacos que generaron la respuesta observada a los fármacos para cada clon genético. Los datos previos sugieren que el método puede inferir con precisión cómo las perturbaciones genéticas afectan la tasa de mortalidad inducida por fármacos, pero la precisión de este método depende de una comprensión detallada de cómo la proliferación celular y la muerte celular son coordinadas por un fármaco y cómo estas tasas varían con el tiempo 5,6. Además, las inferencias basadas en MEDUSA requieren que se pruebe un fármaco en una dosis que cause una muerte celular sustancial. Es importante destacar que estas condiciones de farmacograma crean preocupaciones adicionales sobre el tamaño de la población inicial y la duración de los ensayos, que deben considerarse y optimizarse cuidadosamente. En este protocolo, describimos cómo establecer un estudio de perfil quimiogenético para el análisis basado en MEDUSA y proporcionamos un uso detallado de este método analítico. El objetivo general de MEDUSA es determinar cómo la deleción de cada gen afecta las tasas de crecimiento y mortalidad inducidas por fármacos.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Optimización de la dosis del fármaco para inducir la muerte celular
NOTA: El siguiente protocolo es para optimizar una combinación de línea celular, fármaco y dosis utilizando el ensayo FLICK 7,8. Los datos de ejemplo para este protocolo describen la optimización y el cribado de 5 μM de etopósido en células U2OS, pero los mismos pasos de optimización podrían aplicarse a cualquier otra combinación deseada de línea celular y fármaco/dosis. Este protocolo no requiere la recolección o análisis de células muertas. Este protocolo se puede utilizar para cultivos en suspensión, siempre que se eliminen las células muertas. En el caso de los cultivos en suspensión, las células muertas pueden clasificarse/separarse utilizando un marcador de viabilidad o un marcador específico de muerte celular.
2. Selección de la longitud del ensayo
3. Determinación del tamaño de la población inicial
4. Realización de la pantalla CRISPR
NOTA: Las células se pueden analizar utilizando métodos de detección CRISPR establecidos después de la optimización de la dosis del fármaco y la duración del ensayo. Los protocolos establecidos, como el protocolo de cribado TKO del laboratorio Moffat 10,11, pueden utilizarse para preparar la biblioteca de cribado CRISPR, producir virus, realizar el cribado CRISPR y preparar las bibliotecas para la secuenciación (Figura 1A-B). El protocolo a continuación describe los pasos específicos del análisis MEDUSA, que debe llevarse a cabo con datos a nivel de recuento después de la secuenciación.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Usando este protocolo, exploramos las dependencias genéticas de la muerte inducida por etopósido en células U2OS. El etopósido es una quimioterapia comúnmente utilizada que daña el ADN15. Este experimento de perfil quimiogenético se realizó utilizando la biblioteca GeCKOv216 en células U2OS que expresan Cas95. En este tipo de experimentos, la función génica se infiere típicamente de la abundancia relativa...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
En este protocolo, describimos el uso del método analítico MEDUSA para cuantificar los datos de perfiles quimiogenéticos para determinar cómo las perturbaciones genéticas alteran el crecimiento inducido por fármacos y las tasas de mortalidad. Debido a que el resultado principal de un experimento de perfil quimiogenético está relacionado con el tamaño de la población, no con las tasas, las tasas subyacentes se infieren mediante simulaciones. Por lo tanto, los pasos críticos en ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Agradecemos a todos los miembros del Laboratorio Lee, pasados y presentes, por sus contribuciones al punto de vista de nuestro laboratorio sobre la evaluación de las respuestas a los medicamentos. Este trabajo fue apoyado por el financiamiento de MJL y MEH de los Institutos Nacionales de Salud (U01CA265709, R21CA294000 y R35GM152194 a MJL, y F31CA268847 a MEH), el financiamiento MJL de la Fundación Jayne Koskinas Ted Giovanis.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100mm Fisherbrand TC Dishes | Fisher Scientific | FB012924 | For growing cells and optimizing population size |
150mm Fisherbrand TC Dishes | Fisher Scientific | FB012925 | For growing cells and optimizing population size |
DESeq2 | R Package | v1.44.0 | For calculating fold-change |
DMEM | Corning | 10017CV | For seeding and drugging cells |
DMSO | Fisher Scientific | MT-25950CQC | For seeding and drugging cells |
Fisherbrand 96-Well, Cell Culture-Treated, U-Shaped-Bottom Microplate | Fisher Scientific | FB012932 | For seeding and drugging cells (pin plate) |
Greiner Bio-One CELLSTAR μClear 96-well, Cell Culture-Treated, Flat-Bottom Microplate | Greiner | 655090 | For seeding and drugging cells |
MATLAB | Mathworks | R2024a | For performing FLICK, GRADE, and MEDUSA |
Microplate fluorescence reader | Tecan | Spark | For dead cell measurements |
Sytox Green | Thermo Fisher Scientific | S7020 | For dead cell measurements |
TKOV3 CRISPR library | Addgene | 125517 | For performing CRISPR screen |
Triton-X 100 | Thermo Fisher Scientific | J66624-AP | For permeabilizing cells |
Trypan blue | Corning | MT25900CI | For measure live/dead cells |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados