JBは、ウェルカムトラスト博士課程の学生で、SRラボがCRUK主任研究フェローシップ（C99667/A12918）によって資金を供給されているされているように、CRUK臨床仲間です。この作品は、2ウェルカムトラスト戦略アワード（097945/B/11/Zと095931/Z/11/Z）によってサポートされていました。

1。細胞培養および治療<ol><li>培養ヒト骨肉腫（U2OS）細胞に、表1に挙げた試薬や機器を収集します。全ての試薬を調製し、無菌性を保証するために、層流フード内のすべての組織培養技術を実施</li><li>以下のように培養培地を準備し、10％（FCS）の最終濃度を達成するために、DMEM、50ミリリットルFCSを5mlのL-グルタミン、5mlのペニシリン/ストレプトマイシンを追加し、2 mMの（L-グルタミン）、50 U / mlの（ペニシリン）および50 U / mlの（ストレプトマイシン）。水浴中で37℃で培養液を温める。 </li><li>治療用の細胞を準備します。 <ol><li> 70％エタノール中でいくつかのカバースリップを殺菌、乾燥空気と6台の3.5 10cmプレートの底に1を配置することができます。 </li><li> 2ミリリットル中のカバーガラスを、彼らはウェルの底に付着したままであることを確実にするためにカバースリップピンセットで押し下げ、完全DMEM（37℃）を温め浸す。 </li><li>それらの組織カルトからのU2OS細胞を切り離す4ミリリットルを印加3mlのPBSで一回洗浄することによりウレアプレートを0.05％トリプシン-EDTA（1％）を加温し、7分間37℃でインキュベートする。 </li><li> 6ミリリットルに再懸濁細胞を、トリプシン-EDTAを不活性化し、血球計数器を用いてカウントする完全DMEMを温めた。 </li><li> 1.3.1点で調製が3.5cmプレートの各プレートに2×10 5細胞。穏やかにさえ細胞分布を確実にするためにプレートを揺する。細胞が治療前に一晩を付着させる。 </li></ol></li><li>低酸素ワークステーションに4台の3.5 10cmプレートを配置することで細胞を処理し、通常の酸素条件下で、37℃のインキュベーター内で、他の2台の3.5 10cmプレートを残す。低酸素処理が終了する前に（低酸素処理された細胞のための低酸素室で）1時間処置した条件の下でRNA標識アッセイを開始する準備ができて。 </li><li> 1時間15分、1時間30分、2時間、および24時間低酸素状態に細胞​​を公開します。これらの時点は、柔軟でユーザーが決定している。 </li><li> normoを使う陽性対照および陰性対照として4時間アクチノマイシンD（10μg/ mlの最終濃度）で処理した正常酸素3.5センチメートル板としてXIC 3.5センチメートルプレート。アクチノマイシンDは、グローバルなRNA合成の阻害剤である。 </li></ol>注意： ヘキスト33342は、既知の変異原物質である。 DMSOは、組織への有機分子の進入を容易にすることが知られている。 NaOHが腐食性である。 HClが腐食性である。 ホルムアルデヒドは、すべての動物に非常に毒性であり、ヒトに死を引き起こす可能性があります。 TRITON X-100は、直接接触後の皮膚刺激を引き起こす可能性があります。 皮膚に接触したり飲み込んだときアクチノマイシンDは有毒である。 すべての有害化学物質を取り扱う場合は、適切な予防措置をとる。 2。クリックイットアッセイ<ol><li> - 7.6、PBS中の3.7％パラホルムアルデヒド（PFA）、1％トリトンXリン酸緩衝生理食塩水（PBS）pH7.2で：文脈イットアッセイキットに加えて必要とされている以下の試薬を収集PBS、脱イオン水（のdH 2 O）、ジメチルスルホキシド（DMSO）、10 M水 ​​酸化ナトリウム（NaOH）、および37％塩酸（HCl）-100;オプション - pH指示薬ストリップ。 </li><li>次のようにクリックし、それを反応を行う前に、新鮮なPFA原液を準備します。 <ol><li> 1.85グラムのPFA、50ミリリットルファルコンチューブに3.5ミリリットルのdH 2 OとのNaOH OF10 10μLを入れてください。水浴を行い、ドラフト内でこれを放置する電子レンジで大きなビーカー中のH 2 Oを400ミリリットル- 300を沸かす。 </li><li>水浴中の50mlファルコンを置き、静かにPFAが溶解するまで定期的に蓋を解放する、10分間攪拌する。 </li><li> 37％の溶液が得られ、別の50mlのFalconチューブに0.2μmのフィルターを通してPFA溶液をシリンジ。 </li><li> PBSを追加することで、この10倍希釈し、濃塩​​酸12μL程度添加することにより、6.8にpHを。オプション：ヒュームフード内のインジケーターストリップで正しいpHを確認してください。 </li><li>すぐに使用したり、店舗O4℃でvernight </li></ol></li><li>以下のように、RNAイメージングキットのストック溶液を準備します。 <ol><li> EUの100 mMのストック溶液を得コンポーネントAに373μlののdH 2 Oを追加します。最長1ヶ月間-20℃で保存してください。 </li><li>コンポーネントB（アレクサフルーア594）に、DMSOの85μlを加え、ピペッティングまたはボルテックスで混和。最長1年間-20℃での両方を格納します。 </li><li> RNAイメージングキットの反応バッファー添加剤の10倍液を作成するために、コンポーネントEに2ミリリットルのdH 2 Oを追加します。最長1年間-20℃で保存、溶液が褐色を開発する際に廃棄します。 </li></ol></li><li> EUとの細胞の標識：温めておいた完全培地（37℃）のステップ2.3で作成100 mMストックから、EUの2倍使用液を準備し、低酸素で処理した細胞のための低酸素室でこのステップとステップ2.5の残りの部分を実行します 。 メディア CONTにこの2倍使用液を等量加えることで1Xに希釈する細胞をaining。処理細胞培養条件下で1時間インキュベートする。 </li><li>細胞固定：ウェルのPBSで一回ずつ洗浄し、処理条件の下で、上記のステップ2.2で作成3.7％PFAの株式の1ミリリットルを加える。処理条件の下で15分間インキュベートする。 低酸素状態で処理された試料は、この時点で、低酸素チャンバから除去することができる 。固定液を除去して（ 責任を持って、PFAの廃棄物を処分するように注意してください ）PBSで一回各ウェルを洗浄します。室温で次の手順を実行します。 </li><li>透過処理：洗浄溶液を除去し、各ウェルにPBS中の1％のTriton X-100の1ミリリットルを加える。室温で15分間インキュベートする。透過化緩衝液を除去し、PBSで一回各ウェルを洗浄します。 </li><li>標識されたRNA検出： <ol><li>のdH 2 Oで1:10（ステップ2.3で調製された）10倍液で希釈することにより、RNAイメージングキット反応緩衝添加物の新鮮な1Xワーキング溶液を調製します</li><li> RNAイメージングキットを調製調製直後の使用のため、表2に従った反応カクテル。 </li><li>洗浄溶液を除去し、各サンプルにRNAイメージングキットの反応カクテルを500μlを加える。室温で30分間インキュベートし、 光から保護します 。 </li><li> RNAイメージングキットの反応カクテルを削除し、RNAイメージングキット反応リンス液（成分F）の1ミリリットルで1回洗浄し、RNAイメージングキットの反応リンスバッファを削除します。 </li></ol></li><li>オプションのマルチプレックス反応：製造業者の推奨に従って、この時点で、サンプルの追加の抗体標識を実行します。 </li><li> DNA染色：PBSで洗浄サンプルはその後、洗浄溶液を除去。ヘキスト33342（成分G）PBS中で1:1,000に希釈します。各ウェルに希釈したヘキスト33342 1 mLを加え、室温で15分間インキュベートし、 光から保護する 。ヘキスト33342溶液を除去し、PBSで2回細胞を洗浄。洗浄solutioを削除Nおよび光学顕微鏡に進みます。 </li></ol> 3。光学顕微鏡<ol><li>マウントカバーガラス： <ol><li>標準的な顕微鏡スライドの中央に封入液10μlを置きます。 </li><li>封入剤の一定量をカバーするために顕微鏡スライドの中央に細胞側でカバースリップを下に置きます。これは、後続の画像収集を不明瞭になるように封入剤中の気泡の発生を回避するように注意してください。 </li><li>その周囲に明確なマニキュアを適用することにより、顕微鏡スライドにカバーガラスを貼り付けます。室温で5分間乾燥させます。 光から保護してください 。サンプルは、次の実装-20℃で保存してもよい。 </li></ol></li><li>画像取得：蛍光検出が可能な広視野顕微鏡を用いて画像を取得する。 DNAに結合したアレクサフルーア染料ヘキスト33342のおおよその蛍光/励起発光最大値を表3に示す。 </li><li>パフォーマンスm個のイメージング40X/1.30 NA油浸レンズを使用して、冷却したCCDカメラで画像を取り込む。 </li></ol> 4。データ解析<ol><li>従来OMEROクライアントにインポートする画像処理ソフトを用いてデコンボリューション画像（材料の表を参照）。他の全ての条件を制御正常酸素細胞からレンダリング設定を適用することによって、顕微鏡画像の可視化および解析ソフトウェアの同じ実験における全画像のレンダリングの設定を正規化する。 </li><li>各画像から核を選択するには（材料の表を参照）顕微鏡画像の可視化と解析ソフトウェアにおける関心領域（ROI）ツールを使用します。各ROIのための平均強度を取得し、30〜50細胞との間の番号を含む、強度解析オプションを選択すると、各条件の平均値と標準偏差を計算します。 </li><li>ステップ4.2トンで得られたすべての個々の平均強度値をプロットしたデータのグラフ作成ソフトウェア（材料表を参照）を使用して散布図を構築O各条件下で細胞間の変動を反映している。代替的に、平均強度の平均プラス新生RNAの標準偏差を表すための棒グラフを構成する。 </li></ol>

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	<li>Kenneth, N. S., Rocha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+gene+expression+by+hypoxia.">Regulation of gene expression by hypoxia.</a> Biochem J. 414, 19-29 (2008).</li><li>Appelhoff, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+function+of+the+prolyl+hydroxylases+PHD1,+PHD2,+and+PHD3+in+the+regulation+of+hypoxia-inducible+factor.">Differential function of the prolyl hydroxylases PHD1, PHD2, and PHD3 in the regulation of hypoxia-inducible factor.</a> J Biol Chem. 279, 38458-38465 (2004).</li><li>Lancaster, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+dimerization+and+substrate+phosphorylation+inhibit+factor+inhibiting+hypoxia-inducible+factor+(FIH)+activity.">Disruption of dimerization and substrate phosphorylation inhibit factor inhibiting hypoxia-inducible factor (FIH) activity.</a> Biochem J. 383, 429-437 (2004).</li><li>Rocha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+regulation+under+low+oxygen:+holding+your+breath+for+transcription.">Gene regulation under low oxygen: holding your breath for transcription.</a> Trends Biochem Sci. 32, 389-397 (2007).</li><li>Schodel, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+genome-wide+mapping+of+HIF-binding+sites+by+ChIP-seq.">High-resolution genome-wide mapping of HIF-binding sites by ChIP-seq.</a> Blood. 117, (2011).</li><li>Jao, C. Y., Salic, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+RNA+transcription+and+turnover+in+vivo+by+using+click+chemistry.">Exploring RNA transcription and turnover in vivo by using click chemistry.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 15779-15784 (2008).</li><li>Breinbauer, R., Kohn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Azide-alkyne+coupling:+a+powerful+reaction+for+bioconjugate+chemistry.">Azide-alkyne coupling: a powerful reaction for bioconjugate chemistry.</a> Chembiochem. 4, 1147-1149 (2003).</li><li>Wang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioconjugation+by+copper(I)-catalyzed+azide-alkyne+[3+++2]+cycloaddition.">Bioconjugation by copper(I)-catalyzed azide-alkyne [3 + 2] cycloaddition.</a> J Am Chem Soc. 125, 3192-3193 (2003).</li><li>Rostovtsev, V. V., Green, L. G., Fokin, V. V., Sharpless, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stepwise+huisgen+cycloaddition+process:+copper(I)-catalyzed+regioselective+"ligation"+of+azides+and+terminal+alkynes.">A stepwise huisgen cycloaddition process: copper(I)-catalyzed regioselective "ligation" of azides and terminal alkynes.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 41, 2596-2599 (2002).</li><li>Kolb, H. C., Finn, M. G., Sharpless, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Click+Chemistry:+Diverse+Chemical+Function+from+a+Few+Good+Reactions.">Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 40, 2004-2021 (2001).</li><li>Allan, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OMERO:+flexible,+model-driven+data+management+for+experimental+biology.">OMERO: flexible, model-driven data management for experimental biology.</a> Nat Methods. 9, 245-253 (2012).</li><li>Culver, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+hypoxia-induced+NF-kappaB.">Mechanism of hypoxia-induced NF-kappaB.</a> Mol Cell Biol. 30, 4901-4921 (2010).</li><li>Darzynkiewicz, Z., Traganos, F., Zhao, H., Halicka, H. D., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytometry+of+DNA+replication+and+RNA+synthesis:+Historical+perspective+and+recent+advances+based+on+"click+chemistry.">Cytometry of DNA replication and RNA synthesis: Historical perspective and recent advances based on "click chemistry.</a> Cytometry A. 79, 328-337 (2011).</li></ol>

JRSはグレンコー·ソフトウェア株式会社、OMEROに貢献するオープンソースの米国を拠点とする営利企業の創設者である。

我々は、骨肉腫（U2OS）細胞におけるRNA合成に対する低酸素の効果を調べるためにRNA撮像キットの私達の使用を記載している。この技術は、比較的簡単であり、単一細胞レベルでの包括的な転写に関するデータを提供する。我々は、低酸素室でのラベリングを組み込むために、このキットのための従来のプロトコルを変更しました。我々の知る限り、これは低酸素状態でのRNA合成の変化を測定するこの技術の使用の最初の報告である。それは、放射性同位元素を必要とせず、制御された雰囲気のワークステーションでの作業の制限が技術的に互換性があるので、我々が使用するRNAイメージングキットは、低酸素状態での実験に適しています。この手法の問題、効率的な固定とサンプルのラベリングに関する一般的な問題。それは、PFAが新鮮で説明したように「クリック」反応を追跡の洗浄工程は、試料の低いバックグラウンド染色を確保するために実施されているサンプルを固定するために使用されることが非常に重要です。 Bの場合ackground蛍光は、ステップ2.7.4の後に1ミリリットルセンスRNAイメージングキットの反応リンス緩衝液で1回以上洗浄することをお勧めし問題となる。 ここでいうRNAイメージングキットは、使用および反応の特異性及び速度の容易さの観点からRNAイメージング技術の著しい進歩を表す。この技術は、主に、試料を標識するのにかかる時間によって制限される。 RNAイメージングキットは通常、この期間内に発生するグローバルRNAの急速な変化の検査を妨げる1時間の​​標識期間を必要とします。それは私たちの最初の時点で1時間と15分に制限されているのはこのためである。技術は、主に、たとえば、このRNAイメージングキットはファロイジン染色と互換性がありません、他の蛍光マーカーとの互換性を試薬に関連するいくつかの他の制限に関連している。 細胞内のRNA合成を研究するすべての既存のアプローチはに修飾されたヌクレオシドの取り込みに基づいている新生RNAと異なる手段によって援用標識の検出。先駆的なアプローチは、オートラジオグラフィーによる検出が続く放射性標識されたRNA前駆体を使用してに基づいていた。この方法は、細胞周期の段階および他の重要な知見の発見につながった。しかしながら、そのような放射能作業、長時間露光時間およびオートラジオグラフィー6の低解像度画像の面倒な性質の欠点の多くを有する。フィールド内の次の進歩は、放射能の必要性を排除するために免疫化学の手段を利用した。 RNAは、免疫化学検出が続くのBrUの取り込みにより標識した。しかしながら、効率的な抗体は、細胞形態の喪失を引き起こし、多くのタンパク質のエピトープを損傷し、蛍光標識抗体13とそれらのさらなる検出を防止DNAまたはRNAへのアクセスを向上させるために必要な核酸変性の結合。 「クリックケミストリー」技術の導入は、検出ステップとTを簡素化彼手続きオートラジオグラフィーおよび免疫化学と比較。技術は5-ethyniluridineの末端アルキンは、Cu（I）の存在下で蛍光団と接合し、アジと特異的に結合するアジド - アルキン付加環の環化反応に基づいています。反応は、急速に、固有のもので、追加の手順を必要とせず、他の細胞成分の免疫化学的検出と簡単に互換性があります。 このRNAイメージング技術を用いて、我々は、細胞は、同じ単層集団で、低酸素に応答して異なるRNA合成のレベルを有することを示した。我々は、RNAの生産のみの影響を調べるために我々の実験を制限し;しかし、RNA産生のより複雑な分析を可能に変更され、追加の多重反応を実行するには、このRNAイメージングキットで完全に可能です。例えば、リン酸化RNAポリメラーゼII又は換算は偶数成分のレベルとしての活性、転写のマーカーに特異的な抗体を用いた二次染色タンパク質に変換され、この新たに生成したRNAの量の指標を得たTiON機構が可能である。このようなアクチン、低酸素症によって大きく変化してはならないタンパク質などの追加のタンパク質は、追加のコントロールとしてテストすることができる。それは、異なるセルが異なるRNA合成速度および低酸素症にさえ異なる応答を有する可能性が非常に高いようにさらに、異なる細胞型は、テストすることができる。 このRNAイメージングキットの使用が記載されるようにステップが実行される設け非常に簡単である。プロトコルにおける重要なステップは、細胞播種、細胞の固定および染色および画像取得を伴う。それが大幅に結果に影響を与えるであろう実験で上や合流点の下に防ぐために説明した密度で細胞をプレートすることが重要です。これは、セルの最高の &quot;スナップショット&quot;を確保することがBACを低減するために取得され、細胞を洗浄したときに染色した後、世話をするために、新鮮な固定液を使用することも重要である効率的な解析のための許容可能なレベルまでkground。最後に、画像取得の方法は、その後の分析のために十分によい品質である画像を実現するために極めて重要である。私たちは、光学的にこのような世界的にほとんどの研究集約的なセンターで提供されています。このプロトコルで使用される顕微鏡などの試料を検査するために利用可能な最良の光学顕微鏡を使用することをお勧めします。

低酸素（低酸素圧）は、組織への通常の酸素供給が乱れた場合に発生します。環境酸素が多くの細胞型のための重要な手がかりを提供し、栄養素およびシグナル伝達分子の両方である。酸素環境の変化は、低酸素誘導因子（HIFS）として知られている必須の転写因子ファミリーの活性を制御するジオキシゲナーゼのグループによって感知される。 HIFSは2つのサブユニットαとβから構成されている。 3つの既知のHIF-αのアイソフォーム（1,2、および3）およびHIF-1βの多数のスプライスバリアントが存在する。 HIF-1βは、構成的に発現し、環境の酸素レベル1によって調節されない。 HIF-αファミリーのメンバーを動的にプロリル-ヒドロキシラーゼ（PHDは）および因子阻害HIF（FIH）のクラスによって制御されている。 HIF-αのヒドロキシル化2,3を触媒する補因子として酸素を必要とし、どちらも。酸素正常状態におけるHIF-αファミリーのメンバーは、ヒドロキシル化され、proteosomのためにタグ付けされたE3-リガーゼ、フォン·ヒッペル·リンドウ（VHL）アラバマ劣化。低酸素ではPHDはとFIHは非アクティブであるか、減少した活性を有する。 HIF-αアイソフォームは、安定するHIF-1βとヘテロダイマーを形成し、低酸素環境（ 図1A）に対する細胞応答を提供する遺伝子の転写をもたらす4。 RNA解析のための現在の技術は、所定の細胞集団全体の平均値の定量化に焦点を当てています。細胞は、彼らの厳しい環境5に適応することができ、遺伝子の無数の転写を開始することにより、低酸素刺激に応答します。しかし、低酸素症は、多くの場合、グラデーションのように存在し、低酸素環境下で細胞が均一な低酸素刺激を受けない。我々は、低酸素状態での単一細胞レベルでグローバルなRNA合成を調べるために、酸素制御ステーション内をクリックイットRNAイメージングキットの実装について説明します。 RNAイメージングキットは、αを使用してlkyne修飾ヌクレオシド、5 -エチニルウリジン（EU）、細胞および組織6に時間的かつ空間的にグローバルなRNA合成の検出を可能にする化学選択的ライゲーション。簡単に述べると、細胞を、EUの存在下で低酸素培養で処理される。次いで、それらを固定し、透過性にし、新生RNAへのEUの取り込みは、染料を含有するアジ化、EUの化学選択的連結反応によって検出されています。この反応のための一般的なワークフローは、 図1Bに示されている。我々は、低酸素状態での治療から生じた単一細胞レベルでのRNA合成を調べるためにRNA撮像キットを使用した。 アルキンタグのサイズが小さいので、特にRNAに修飾ヌクレオシドの効率的な取り込みを可能にします。化学選択的連結または「クリック」反応は非常に効率的、高速で7月10日 、特定のです。反応成分のすべては、生体不活性であり、反応は極端な温度または溶媒を必要としない。クリック反応は否定従来の放射性標識し、出力が軽いので、結果を直接可視化を可能にするための要件。また、検出分子が容易にRNA-インタラクティブタンパク質の検出のための抗体を含む多重分析を可能にする複雑なサンプルに浸透することができる。このRNAイメージングアッセイは、アレクサフルーアとフルオレセイン（FITC）を含む有機染料と互換性があります。 私たちは、リモートオブジェクトのオープン顕微鏡環境（OMERO）の実装を使用して我々の細胞の治療後のRNA合成の変化を測定した。 OMEROは、利用可能なオープンソースのソフトウェアです<a href="http://openmicroscopy.org/">http://openmicroscopy.org/</a> 。この顕微鏡画像の可視化と解析ソフトウェアへのアクセス、および多次元、異種のデータセットの管理を含む生物学的データ、広い範囲の使用を可能にします。クライアント·アプリケーションは、複雑な生物学的画像データ11の遠隔可視化および分析を可能にする;我々は、グローバルな単一細胞RNA合成の視覚的変化を定量化するためにそれを使用した。この顕微鏡画像の可視化および解析ソフトウェアを使用して、これらのデータは、我々のRNAイメージング実験を解析するために必要な手順を以下に示す。 私たちは、最大24時間のための低酸素症にヒト骨肉腫（U2OS）細胞の処理は、次のグローバルRNA合成の変化を見た。全ての条件では、RNA産生のレベルにおける細胞間の変動を検出した。低酸素暴露の短い時間は、細胞内の新生RNAのレベルに大幅な変更をもたらさなかった。しかしながら、低酸素状態の24時間の曝露は、細胞内で産生されるRNAの量の有意な増加をもたらした。低酸素に対する細胞応答の大部分は、例えば、4〜24時間である露光長期間、続いて測定される。しかし、いくつかの機構が、例えば、かなり早い場所に置かれる; NF-κB活性化は、低酸素曝露12の5〜15分以内に発生します。短いハイポを調査夏の露光時間が保証され、したがって、そのような細胞周期およびアポトーシスのようなより複雑な応答を損なう可能性がある。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1313px;" width="1314">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">U-2 OS Primary Cells</td>
			<td style="width:92px;">European Collection of Cell Cultures</td>
			<td align="right" style="width:115px;">92022711</td>
			<td style="width:168px;"></td>
			<td style="width:703px;"><a href="http://www.hpacultures.org.uk/products/celllines/generalcell/search.jsp?searchtext=u2os&amp;dosearch=true">http://www.hpacultures.org.uk/products/celllines/generalcell/search.jsp?searchtext=u2os&#38;dosearch=true</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td align="right">14190094</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://products.invitrogen.com/ivgn/product/14190094">http://products.invitrogen.com/ivgn/product/14190094</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMEM</td>
			<td>Gibco</td>
			<td align="right">41966029</td>
			<td></td>
			<td><a href="https://products.invitrogen.com/ivgn/product/41966029?ICID=search-41966029">https://products.invitrogen.com/ivgn/product/41966029?ICID=search-41966029</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FCS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td align="right">10270106</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://products.invitrogen.com/ivgn/product/10270106?ICID=search-10270106">http://products.invitrogen.com/ivgn/product/10270106?ICID=search-10270106</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>DE17-603E</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.lonza.com/products-services/bio-research/cell-culture-products/reagents/antibiotics-antimycotics/penicillin-streptomycin.aspx">http://www.lonza.com/products-services/bio-research/cell-culture-products/reagents/antibiotics-antimycotics/penicillin-streptomycin.aspx</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L-Glutamine</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>BE17-605E</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.lonza.com/products-services/bio-research/cell-culture-products/reagents/cell-culture-reagents/l-glutamine-200mm.aspx">http://www.lonza.com/products-services/bio-research/cell-culture-products/reagents/cell-culture-reagents/l-glutamine-200mm.aspx</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">0.05% Trypsin-EDTA (1%)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25300062</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://products.invitrogen.com/ivgn/product/25300062">http://products.invitrogen.com/ivgn/product/25300062</a></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Hypoxia Chamber</td>
			<td>Ruskinn</td>
			<td>InVivo2 300</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.ruskinn.com/products/invivo2300">http://www.ruskinn.com/products/invivo2300</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Click-iT assay Kit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C-10329/C10330</td>
			<td></td>
			<td>http://products.invitrogen.com/ivgn/en/US/adirect/invitrogen?cmd=catDisplayStyle&#38;catKey=601107&#38;filterDispName=Nascent%2BRNA%2BDetection%2B%2526amp%253B%2BCapture%2BKits&#38;_bcs_=H4sIAAAAAAAAAMWP3WrDMAyFn8Y3MwtOUrrcZg0dpVAGZbs3jpYIEjvYSoLffvK6jbKV3Q6EhP44%0A37nPhaqevWtnQ0GKYivP4Bc0EP6Y90STKGtR7DnWdc3QLkjedWAz40YeBiTgMgdOYDn1boSsp3Hg%0Ad1GUKVRFfobUqwfFJVc5H1aFyu%2B4O%2BJFV48s9SjrEHT8pT19Av4EKOtK8RqXzn4BvJw56RY9GEqr%0A7wdR7s3YirI5vD6djKYGwzTouNMEnfOREXh4hMgXie2a%2F00P4aYBLsV2czFyms0AaGRtsJUNEOuj%0As9fWrB5iwCCT5X92%2BEF9y%2BI7x9UoYCgCAAA%3D</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">pFA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>76240</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/76240?lang=en&amp;region=GB">http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/76240?lang=en&#38;region=GB</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>X-100</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/x100?lang=en&amp;region=GB">http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/x100?lang=en&#38;region=GB</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">10M NaOH</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>72068</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/72068?lang=en&amp;region=GB">http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/72068?lang=en&#38;region=GB</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">37% HCl</td>
			<td>VWR</td>
			<td>20252.335</td>
			<td></td>
			<td><a href="https://uk.vwr.com/app/search/Search?keywords=%2720252.244%27%20%2720252.290%27%20%2720252.324%27%20%2720252.335%27%20%2720252.368%27%20%2720252.420%27%20%2720252.448%27%20%2720252.980%27&amp;searchOp=or">https://uk.vwr.com/app/search/Search?keywords=%2720252.244%27%20%2720252.290%27%20%2720252.324%27%20%2720252.335%27%20%2720252.368%27%20%2720252.420%27%20%2720252.448%27%20%2720252.980%27&#38;searchOp=or</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">VectaShield Mounting Medium</td>
			<td>Vector Laboratories</td>
			<td>H-1400</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.vectorlabs.com/catalog.aspx?prodID=1483">http://www.vectorlabs.com/catalog.aspx?prodID=1483</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Actinomycin D</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A9415</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a9415?lang=en&amp;region=GB">http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a9415?lang=en&#38;region=GB</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Deltavision Core Microscope</td>
			<td>Applied Precision</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.appliedprecision.com/">http://www.appliedprecision.com/</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">softWoRx [Refered to in text as image processing software]</td>
			<td>Applied Precision</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.api.com/softworx.asp">http://www.api.com/softworx.asp</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">CoolSnap HQ2 CCD Camera</td>
			<td>Photometrics</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php">http://www.photometrics.com/products/ccdcams/coolsnap_hq2.php</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Open Microscopy Environment for Remote Objects (OMERO) [refered to in text as microscope image visualisation and analysis software]</td>
			<td>OME</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://openmicroscopy.org/">http://openmicroscopy.org/</a></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">SigmaPlot v12.0 [Refered to in text as data graphing software]</td>
			<td>Systat Software Inc.</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sigmaplot.co.uk/products/sigmaplot/sigmaplot-details.php">http://www.sigmaplot.co.uk/products/sigmaplot/sigmaplot-details.php</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analysis of global rna synthesis at the single cell level following hypoxia

低酸素または酸素利用の低下は、多くの生理学的および病理学的過程に関与している。分子レベルでは、細胞は、適切かつ協調的な細胞応答をマウントするために、特定の転写プログラムを開始する。細胞は、それらの活性のための補因子として分子状酸素を必要とする複数の酸素センサ酵素を有する。プロリル-ヒドロキシラーゼからヒストン脱メチル化酵素に対するこれらの範囲。低酸素に対する細胞応答を解析する研究の大部分は、細胞集団の平均的研究に基づいており、低酸素細胞のような単一細胞解析などめったに行われません。ここでは、顕微鏡分析および定量に続く酸素制御ワークステーション、クリック·イットRNAイメージング用キットを用いて、低酸素状態での単一細胞レベルでグローバルなRNA合成の分析の方法について説明します。異なる長さの時間、低酸素に曝露された癌細胞を用いて、RNAを、各セルに標識し、測定される。この分析はできます低酸素ストレス次のグローバルRNA合成における時間的および細胞間の変化の可視化。

RNAイメージングキットの反応の概略を、 図1Bに示されている。私たちは、定量的に、個々の（単セル）およびグローバルレベル（細胞の集団）の両方に低酸素で処理した後のU2OS細胞の総RNA合成を決定するために、この反応を使用していました。細胞が低酸素症とEUの存在下で培養して処理した。そして、彼らは、固定、膜透過し、EUの取り込みは、アジド含有する染料と、EUの化学選択的連結反応により検出されたされた。これは、検出された蛍光顕微鏡を用いて定量化することができる蛍光発光の反応結果を「クリック」。 図2Aは、この実験からの典型的な結果を示している。蛍光標識された細胞が赤く疑似カラーされ、画像は、リモートオブジェクト（OMERO）オープン顕微鏡環境で開かれている。この顕微鏡画像の可視化および分析ソフトウェアが内蔵しており、個々の細胞下構造を選択するために使用することができるROIツール量的トゥーレス、選択した領域内の画像強度を解析する。クライアントプログラムでは、このツールを使用する次のデータ出力の典型的な例は図2Bに見られる;個々のセル強度は、データの妥当性を確保するための視覚的なチェックとして機能した実験からの代表的な画像と一緒に表示されます。 個々の細胞の蛍光強度は、処理された細胞集団内の個々の細胞の強度の分布を示す散布図としてプロットすることができる。このタイプのグラフの一例が図2Cに見られる。それは治療結果の迅速な比較を可能にし、明らかに他の標準的なデータ表現を使用して隠される処置細胞集団内に有意な異質性を実証するため、この方法で強度データをプロットすると便利である。応答の不均一性は、この実験で興味深い均一な低酸素刺激であったがために細胞にpplied、同じ単層集団からのすべての細胞がこの刺激に対して異なる応答することが明らかである。 図2Dは ​​、我々の実験からの全体的な結果を示している。治療集団内のすべてのセルからの蛍光強度を平均し、この棒グラフにプロットした。スチューデントt検定は、対照と有意に異なる各処置群の統計的な確率を計算するために使用されている。興味深いことに、これらのデータは、U2OS細胞を1時間30分を超える時間で（低酸素状態で処理される経時的なグローバルRNA合成の統計的に有意な増加があることを示す*はp &lt;0.01、**はp &lt;0.05と***のp &lt;0.001およびN&gt; 30）。これらのデータは、低酸素症の治療の長い期間後、細胞はさらに、この敵対的な低酸素環境におけるRNAの生産に力をフォーカスすることを示している。アクチノマイシンD処理は、完全に予想されるように蛍光強度を切除する。<img alt="図1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51420/51420fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51420/51420fig1.jpg" /> 図1。A.ザ·HIFシステムは、細胞の酸素の変化に応答します。この簡略化した回路の低酸素にフォン·ヒッペルリンダウタンパク質（VHL）でプロリルヒドロキシラーゼ酵素（PHDの）とその後のpolyubquitinationによって、HIF-αのヒドロキシル化（-OH）を防止することにより、HIFのヘテロ二量体を安定化させる。セルラー低酸素に対する細胞応答を助ける無数の遺伝子の活性化におけるHIF安定化をもたらすB. RNA合成は、文脈-ITアッセイを用いて検出することができ;細胞は、クリック反応は蛍光強度と光学顕微鏡により定量することができるRNA合成を検出し処理した後に、EUが付されている。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51420/51420fig1highres.jpg" target="_blank">大きなVERSを表示するには、こちらをクリックしてください。</a>この図のイオン。 <img alt="図2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51420/51420fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51420/51420fig2.jpg" /> 図2。OMEROからA.スクリーンショットは、RNA標識後の典型的なミクロな出力が表示されます。この顕微鏡画像の可視化および解析ソフトウェアは、迅速に作り付けのROIマクロを使用して個々の細胞レベルでの強度データを抽出することができる。このコマンドの出力のスクリーンショットは、B.グローバルRNA合成において示されている個々の細胞の強度から推測することができ、これらの集約データの散布図C. A正式な表現で見ることができるの範囲は、D. *はp見ることができる&lt;0.01; ** P &lt;0.05、***はP &lt;0.001であり、n&gt; 30。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51420/51420fig2highres.jpg" target="_blank">拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。</a> <tablE国境= &quot;0&quot; CELLPADDING = &quot;0&quot; CellSpacingの= &quot;0&quot;&gt; <tbody><tr><td> 細胞培養試薬 </td></tr><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水（PBS）pHが7.2から7.6まで</td></tr><tr><td>ダルベッコ改変イーグル培地（DMEM） </td></tr><tr><td>ウシ胎児血清（FCS）濾過滅菌</td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトマイシン</td></tr><tr><td> L-グルタミン酸</td></tr><tr><td> 0.05％トリプシン-EDTA（1％） </td></tr><tr><td> 70％エタノール</td></tr><tr><td>アクチノマイシンD（1μgの/μLストック） </td></tr><tr><td> 細胞培養器材 </td></tr><tr><td>無菌パスツールピペット</td></tr><tr><td>培養中の細胞の維持および治療に適​​した細胞培養処理したプラスチック製品の範囲</td></tr><tr><td>水浴は37℃に設定</td></tr><tr><td>層流フード</td></tr><tr><td> 37℃、5％CO 2に設定したインキュベータ</td></tr><tr><td>低酸素ワークステーションは、37℃、5％CO 2、1％O 2に設定</td></tr><tr><td>カバーガラス</td></tr><tr><td>精密ピンセット</td></tr><tr><td>血球計</td></tr></tbody></table> 表1。U2OS細胞の培養に必要な試薬および器具。 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="514"><tbody><tr><td rowspan="2"> 反応成分 </td><td colspan="6"> カバースリップの数 </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 2 </td><td> 4 </td><td> 5 </td><td> 6 </td><td> 10 </td></tr><tr><td>クリックイットのRNA反応バッファー（成分C） </td><td> 428μL </td><td> 856μL </td><td> 1.7ミリリットル</td><td> 2.1ミリリットル</td><td> 2.58ミリリットル</td><td> 4.3ミリリットル</td></tr><tr><td> 硫酸銅（成分D） </td><td> 20μL </td><td> 40μL </td><td> 80μL </td><td> 100μL </td><td> 120μL </td><td> 200μL </td></tr><tr><td>アレクサフルーアアジド（ステップ2.3で製造） </td><td> 1.8μL </td><td> 3.7μL </td><td> 7.4μL </td><td> 9.3μL </td><td> 11.28μL </td><td> 18.8μL </td></tr><tr><td> （ステップ2.3で作成）をクリックし、それを反応バッファー添加剤</td><td> 50μL </td><td> 100μL </td><td> 200μL </td><td> 250μL </td><td> 300μL </td><td> 500μL </td></tr><tr><td>おおよその総容積</td><td> 500μL </td><td> 1ミリリットル</td><td> 2ミリリットル</td><td> 2.5ミリリットル</td><td> 1.5ミリリットル</td><td> 5ミリリットル</td></tr></tbody></table> 表2 RNAイメージングキットの反応カクテル：染色されるカバースリップの数に従ってRNAイメージングキットの反応のためのマスターミックス成 ​​分の比率を詳細に参照するテーブル。 <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 蛍光色素分子 </td><td> 励起（NM） </td><td> エミッション（NM） </td></tr><tr><td>アレクサフルーア488 </td><td> 495 </td><td> 519 </td></tr><tr><td> DNAに結合し、ヘキスト33342、 </td><td> 350 </td><td> 461 </td></tr></tbody></table> 表3蛍光/励起発光極大：アレクサフルーア色素およびDNAに結合し、ヘキスト33342のためのおおよその蛍光/励起発光最大。

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Analysis of Global RNA Synthesis at the Single Cell Level following Hypoxia

我々は、イメージングを用いて低酸素症のグローバルRNA合成の分析のための手法を記載している。 RNAのクリック化学標識は、以前は、低酸素下で実施し、単一細胞レベルでのグローバルRNAの変化の視覚化を可能にされていない。このアプローチは、世界的なRNA合成における細胞間の変更の直接可視化を可能にし、既存の平均化されたRNAの技術を補完します。

低酸素症後単一細胞レベルでのグローバルのRNA合成の分析

Hypoxia or lowering of the oxygen availability is involved in many physiological and pathological processes. At the molecular level, cells initiate a ...

analysis-global-rna-synthesis-at-single-cell-level-following

Research

JoVE Journal

Biology

12.2K ビュー.  University of Dundee, UK. 我々は、イメージングを用いて低酸素症のグローバルRNA合成の分析のための手法を記載している。 RNAのクリック化学標識は、以前は、低酸素下で実施し、単一細胞レベルでのグローバルRNAの変化の視覚化を可能にされていない。このアプローチは、世界的なRNA合成における細胞間の変更の直接可視化を可能にし、既存の平均化されたRNAの技術を補完しま?...

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Method for Measurement of Viral Fusion Kinetics at the Single Particle Level

Membrane fusion is an essential step during entry of enveloped viruses into cells. Conventional fusion assays typically report on a large number of fusion events, making it difficult to quantitatively analyze the sequence of the molecular steps involved. We have developed an in vitro, two-color fluorescence assay to monitor kinetics of single virus particles fusing with a target bilayer on an essentially fluid support.
Influenza viral particles are incubated with a green lipophilic fluorophore to stain the membrane and a red hydrophilic fluorophore to stain the viral interior. We deposit a ganglioside-containing lipid bilayer on the dextran-functionilized glass surface of a flow cell, incubate the viral particles on the planar bilayer and image the fluorescence of a 100 x 100 &mu;m2 area, containing several hundreds of particles, on a CCD camera. By imaging both the red and green fluorescence, we can simultaneously monitor the behavior of the membrane dye (green) and the aqueous content (red) of the particles.
Upon lowering the pH to a value below the fusion pH, the particles will fuse with the membrane. Hemifusion, the merging of the outer leaflet of the viral membrane with the outer leaflet of the target membrane, will be visible as a sudden change in the green fluorescence of a particle. Upon the subsequent fusion of the two remaining distal leaflets a pore will be formed and the red-emitting fluorophore in the viral particle will be released under the target membrane. This event will give rise to a decrease of the red fluorescence of individual particles. Finally, the integrated fluorescence from a pH-sensitive fluorophore that is embedded in the target membrane reports on the exact time of the pH drop.
From the three fluorescence-time traces, all the important events (pH drop, lipid mixing upon hemifusion, content mixing upon pore formation) can now be extracted in a straightforward manner and for every particle individually. By collecting the elapsed times for the various transitions for many individual particles in histograms, we can determine the lifetimes of the corresponding intermediates. Even hidden intermediates that do not have a direct fluorescent observable can be visualized directly from these histograms.

We present an in vitro, two-color fluorescence assay to visualize the fusion of single virus particles with a fluid target bilayer. By labeling viral particles with fluorophores that differentially stain the viral membrane and its interior, we are able to monitor the kinetics of hemifusion and pore formation.

単一粒子レベルでのウイルス融合動態の測定法

Membrane fusion is an essential step during entry of enveloped viruses into cells. Conventional fusion assays typically report on a large number of fusion ...

生物学

Direct Analysis of Single Cells by Mass Spectrometry at Atmospheric Pressure

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell types exhibit heterogeneous biochemical makeup depending on their physiological conditions and interactions with the environment. Conventional methods of mass spectrometry (MS) used for the analysis of biomolecules in single cells rely on extensive sample preparation. Removing the cells from their natural environment and extensive sample processing could lead to changes in the cellular composition. Ambient ionization methods enable the analysis of samples in their native environment and without extensive sample preparation.1 The techniques based on the mid infrared (mid-IR) laser ablation of biological materials at 2.94 &mu;m wavelength utilize the sudden excitation of water that results in phase explosion.2 Ambient ionization techniques based on mid-IR laser radiation, such as laser ablation electrospray ionization (LAESI) and atmospheric pressure infrared matrix-assisted laser desorption ionization (AP IR-MALDI), have successfully demonstrated the ability to directly analyze water-rich tissues and biofluids at atmospheric pressure.3-11 In LAESI the mid-IR laser ablation plume that mostly consists of neutral particulate matter from the sample coalesces with highly charged electrospray droplets to produce ions. Recently, mid-IR ablation of single cells was performed by delivering the mid-IR radiation through an etched fiber. The plume generated from this ablation was postionized by an electrospray enabling the analysis of diverse metabolites in single cells by LAESI-MS.12 This article describes the detailed protocol for single cell analysis using LAESI-MS. The presented video demonstrates the analysis of a single epidermal cell from the skin of an Allium cepa bulb. The schematic of the system is shown in Figure 1. A representative example of single cell ablation and a LAESI mass spectrum from the cell are provided in Figure 2.

Single cell analysis is performed by mass spectrometry on plant and animal cells at atmospheric pressure by using a sharpened optical fiber to sample the cells for laser ablation electrospray ionization (LAESI) mass spectrometry.

大気圧質量分析法による単一細胞の直接分析

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell ...

Analysis of Single-cell Gene Transcription by RNA Fluorescent In Situ Hybridization (FISH)

Adhesion of Plasmodium falciparum infected erythrocytes (IE) to human endothelial receptors during malaria infections is mediated by expression of PfEMP1 protein variants encoded by the var genes.
The haploid P. falciparum genome harbors approximately 60 different var genes of which only one has been believed to be transcribed per cell at a time during the blood stage of the infection. How such mutually exclusive regulation of var gene transcription is achieved is unclear, as is the identification of individual var genes or sub-groups of var genes associated with different receptors and the consequence of differential binding on the clinical outcome of P. falciparum infections. Recently, the mutually exclusive transcription paradigm has been called into doubt by transcription assays based on individual P. falciparum transcript identification in single infected erythrocytic cells using RNA fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis of var gene transcription by the parasite in individual nuclei of P. falciparum IE1.
Here, we present a detailed protocol for carrying out the RNA-FISH methodology for analysis of var gene transcription in single-nuclei of P. falciparum infected human erythrocytes. The method is based on the use of digoxigenin- and biotin- labeled antisense RNA probes using the TSA Plus Fluorescence Palette System2 (Perkin Elmer), microscopic analyses and freshly selected P. falciparum IE. The in situ hybridization method can be used to monitor transcription and regulation of a variety of genes expressed during the different stages of the P. falciparum life cycle and is adaptable to other malaria parasite species and other organisms and cell types.

Analysis of Single-cell Gene Transcription by RNA Fluorescent In Situ Hybridization FISH

Fluorescent in situ hybridization (FISH) to identify mRNA transcripts in individual cells allows analysis of polygenic activity such as the simultaneous transcription of more than one member of the var multigene family in Plasmodium falciparum infected erythrocytes 1. The technique is adaptable and can be used on different types of genes, cells and organisms.

RNAの蛍光による単一細胞遺伝子転写の解析<em&gt; in situで</em&gt;ハイブリダイゼーション（FISH）

Adhesion of Plasmodium falciparum infected erythrocytes (IE) to human endothelial receptors during malaria infections is mediated by expression of PfEMP1 ...

Studying Proteolysis of Cyclin B at the Single Cell Level in Whole Cell Populations

Equal distribution of chromosomes between the two daughter cells during cell division is a prerequisite for guaranteeing genetic stability 1. Inaccuracies during chromosome separation are a hallmark of malignancy and associated with progressive disease 2-4. The spindle assembly checkpoint (SAC) is a mitotic surveillance mechanism that holds back cells at metaphase until every single chromosome has established a stable bipolar attachment to the mitotic spindle1. The SAC exerts its function by interference with the activating APC/C subunit Cdc20 to block proteolysis of securin and cyclin B and thus chromosome separation and mitotic exit. Improper attachment of chromosomes prevents silencing of SAC signaling and causes continued inhibition of APC/CCdc20 until the problem is solved to avoid chromosome missegregation, aneuploidy and malignant growths1.
Most studies that addressed the influence of improper chromosomal attachment on APC/C-dependent proteolysis took advantage of spindle disruption using depolymerizing or microtubule-stabilizing drugs to interfere with chromosomal attachment to microtubules. Since interference with microtubule kinetics can affect the transport and localization of critical regulators, these procedures bear a risk of inducing artificial effects 5.
To study how the SAC interferes with APC/C-dependent proteolysis of cyclin B during mitosis in unperturbed cell populations, we established a histone H2-GFP-based system which allowed the simultaneous monitoring of metaphase alignment of mitotic chromosomes and proteolysis of cyclin B 6.
To depict proteolytic profiles, we generated a chimeric cyclin B reporter molecule with a C-terminal SNAP moiety 6 (Figure 1). In a self-labeling reaction, the SNAP-moiety is able to form covalent bonds with alkylguanine-carriers (SNAP substrate) 7,8 (Figure 1). SNAP substrate molecules are readily available and carry a broad spectrum of different fluorochromes. Chimeric cyclin B-SNAP molecules become labeled upon addition of the membrane-permeable SNAP substrate to the growth medium 7 (Figure 1). Following the labeling reaction, the cyclin B-SNAP fluorescence intensity drops in a pulse-chase reaction-like manner and fluorescence intensities reflect levels of cyclin B degradation 6 (Figure 1). Our system facilitates the monitoring of mitotic APC/C-dependent proteolysis in large numbers of cells (or several cell populations) in parallel. Thereby, the system may be a valuable tool to identify agents/small molecules that are able to interfere with proteolytic activity at the metaphase to anaphase transition. Moreover, as synthesis of cyclin B during mitosis has recently been suggested as an important mechanism in fostering a mitotic block in mice and humans by keeping cyclin B expression levels stable 9,10, this system enabled us to analyze cyclin B proteolysis as one element of a balanced equilibrium 6.

Metaphase to anaphase transition is triggered through anaphase-promoting complex (APC/C)-dependent ubiquitination and subsequent destruction of cyclin B. Here, we established a system which, following pulse-chase labeling, allows monitoring cyclin B proteolysis in entire cell populations and facilitates the detection of interference by the mitotic checkpoint.

全細胞集団の単一細胞レベルでサイクリンBの分解を勉強

Equal distribution of chromosomes between the two daughter cells during cell division is a prerequisite for guaranteeing genetic stability 1. Inaccuracies ...

Measurement of Heme Synthesis Levels in Mammalian Cells

Heme serves as the prosthetic group for a wide variety of proteins known as hemoproteins, such as hemoglobin, myoglobin and cytochromes. It is involved in various molecular and cellular processes such as gene transcription, translation, cell differentiation and cell proliferation. The biosynthesis levels of heme vary across different tissues and cell types and is altered in diseased conditions such as anemia, neuropathy and cancer. This technique uses [4-14C] 5-aminolevulinic acid ([14C] 5-ALA), one of the early precursors in the heme biosynthesis pathway to measure the levels of heme synthesis in mammalian cells. This assay involves incubation of cells with [14C] 5-ALA followed by extraction of heme and measurement of the radioactivity incorporated into heme. This procedure is accurate and quick. This method measures the relative levels of heme biosynthesis rather than the total heme content. To demonstrate the use of this technique the levels of heme biosynthesis were measured in several mammalian cell lines.

Altered intracellular heme levels are associated with common diseases such as cancer. Thus, there is a need to measure heme biosynthesis levels in diverse cells. The goal of this protocol is to provide a fast and sensitive method to measure and compare the levels of heme synthesis in different cells.

哺乳動物細胞におけるヘム合成レベルの測定

Heme serves as the prosthetic group for a wide variety of proteins known as hemoproteins, such as hemoglobin, myoglobin and cytochromes. It is involved in ...

Identification of Key Factors Regulating Self-renewal and Differentiation in EML Hematopoietic Precursor Cells by RNA-sequencing Analysis

Hematopoietic stem cells (HSCs) are used clinically for transplantation treatment to rebuild a patient&#39;s hematopoietic system in many diseases such as leukemia and lymphoma. Elucidating the mechanisms controlling HSCs self-renewal and differentiation is important for application of HSCs for research and clinical uses. However, it is not possible to obtain large quantity of HSCs due to their inability to proliferate in vitro. To overcome this hurdle, we used a mouse bone marrow derived cell line, the EML (Erythroid, Myeloid, and Lymphocytic) cell line, as a model system for this study.
RNA-sequencing (RNA-Seq) has been increasingly used to replace microarray for gene expression studies. We report here a detailed method of using RNA-Seq technology to investigate the potential key factors in regulation of EML cell self-renewal and differentiation. The protocol provided in this paper is divided into three parts. The first part explains how to culture EML cells and separate Lin-CD34+ and Lin-CD34- cells. The second part of the protocol offers detailed procedures for total RNA preparation and the subsequent library construction for high-throughput sequencing. The last part describes the method for RNA-Seq data analysis and explains how to use the data to identify differentially expressed transcription factors between Lin-CD34+ and Lin-CD34- cells. The most significantly differentially expressed transcription factors were identified to be the potential key regulators controlling EML cell self-renewal and differentiation. In the discussion section of this paper, we highlight the key steps for successful performance of this experiment.
In summary, this paper offers a method of using RNA-Seq technology to identify potential regulators of self-renewal and differentiation in EML cells. The key factors identified are subjected to downstream functional analysis in vitro and in vivo.

RNA-sequencing and bioinformatics analyses were used to identify significantly and differentially expressed transcription factors in Lin-CD34+ and Lin-CD34- subpopulations of mouse EMLcells. These transcription factors might play important roles in determining the switch between self-renewing Lin-CD34+ and partially differentiated Lin-CD34- cells.

RNAシーケンシング解析によりEML造血前駆細胞における自己再生および分化を調節する重要な要因の同定

Hematopoietic stem cells (HSCs) are used clinically for transplantation treatment to rebuild a patient&#39;s hematopoietic system in many diseases such as ...

Analysis of LINE-1 Retrotransposition at the Single Nucleus Level

Long interspersed nuclear element-1 (Line-1 or L1) accounts for approximately 17% of the DNA present in the human genome. While the majority of L1s are inactive due to 5' truncations, ~80-100 of these elements remain retrotransposition competent and propagate to different locations throughout the genome via RNA intermediates. While older L1s are believed to target AT rich regions of the genome, the chromosomal targets of newer, more active L1s remain poorly defined. Here we describe fluorescence in situ hybridization (FISH) methodology that can be used to track patterns of L1 insertion and rates of ectopic L1 incorporation at the single nucleus level. In these experiments, fluorescein isothiocyanate/cyanine-3 (FITC/CY3) labeled neomycin probes were employed to track L1 retrotransposition in vitro in HepG2 cells stably expressing ectopic L1. This methodology prevents errors in the estimation of rates of retrotransposition posed by toxicity and account for the occurrence of multiple insertions into a single nucleus.

Here we employ FISH methodology to track LINE-1 retrotransposition at the single nuclei level in chromosome spreads of HepG2 cell lines stably expressing synthetic LINE-1.

単核レベルでのLINE-1レトロ転位の分析

Long interspersed nuclear element-1 (Line-1 or L1) accounts for approximately 17% of the DNA present in the human genome. While the majority of L1s are ...

CUBIC Protocol Visualizes Protein Expression at Single Cell Resolution in Whole Mount Skin Preparations

The skin is essential for our survival. The outer epidermal layer consists of the interfollicular epidermis, which is a stratified squamous epithelium covering most of our body, and epidermal appendages such as the hair follicles and sweat glands. The epidermis undergoes regeneration throughout life and in response to injury. This is enabled by K14-expressing basal epidermal stem/progenitor cell populations that are tightly regulated by multiple regulatory mechanisms active within the epidermis and between epidermis and dermis. This article describes a simple method to clarify full thickness mouse skin biopsies, and visualize K14 protein expression patterns, Ki67 labeled proliferating cells, Nile Red labeled sebocytes, and DAPI nuclear labeling at single cell resolution in 3D. This method enables accurate assessment and quantification of skin anatomy and pathology, and of abnormal epidermal phenotypes in genetically modified mouse lines. The CUBIC protocol is the best method available to date to investigate molecular and cellular interactions in full thickness skin biopsies at single cell resolution.

This report describes a CUBIC protocol to clarify full thickness mouse skin biopsies, and visualize protein expression patterns, proliferating cells, and sebocytes at the single cell resolution in 3D. This method enables accurate assessment of skin anatomy and pathology, and of abnormal epidermal phenotypes in genetically modified mouse lines.

CUBICプロトコルは、全マウントスキン準備中の単一細胞の解像度でのタンパク質発現を可視化

The skin is essential for our survival. The outer epidermal layer consists of the interfollicular epidermis, which is a stratified squamous epithelium ...

Analysis of Beta-cell Function Using Single-cell Resolution Calcium Imaging in Zebrafish Islets

Pancreatic beta-cells respond to increasing blood glucose concentrations by secreting the hormone insulin. The dysfunction of beta-cells leads to hyperglycemia and severe, life-threatening consequences. Understanding how the beta-cells operate under physiological conditions and what genetic and environmental factors might cause their dysfunction could lead to better treatment options for diabetic patients. The ability to measure calcium levels in beta-cells serves as an important indicator of beta-cell function, as the influx of calcium ions triggers insulin release. Here we describe a protocol for monitoring the glucose-stimulated calcium influx in zebrafish beta-cells by using GCaMP6s, a genetically encoded sensor of calcium. The method allows monitoring the intracellular calcium dynamics with single-cell resolution in ex vivo mounted islets. The glucose-responsiveness of beta-cells within the same islet can be captured simultaneously under different glucose concentrations, which suggests the presence of functional heterogeneity among zebrafish beta-cells. Furthermore, the technique provides high temporal and spatial resolution, which reveals the oscillatory nature of the calcium influx upon glucose stimulation. Our approach opens the doors to use the zebrafish as a model to investigate the contribution of genetic and environmental factors to beta-cell function and dysfunction.

Beta-cell functionality is important for blood-glucose homeostasis, which is evaluated at single-cell resolution using a genetically encoded reporter for calcium influx.

ゼブラフィッシュ ランゲルハンス島における単一セルの解像度カルシウム イメージングを用いた β-細胞機能の解析

Pancreatic beta-cells respond to increasing blood glucose concentrations by secreting the hormone insulin. The dysfunction of beta-cells leads to ...

Visualizing the Interaction Between the Qdot-labeled Protein and Site-specifically Modified &#955; DNA at the Single Molecule Level

The fluorescence microscopy&#160;has made great contributions in dissecting the mechanisms of complex biological processes at the single molecule level. In single molecule assays for studying DNA-protein interactions, there are two important factors for consideration: the DNA substrate with enough length for easy observation and labeling a protein with a suitable fluorescent probe. 48.5 kb &#955; DNA is a good candidate for the DNA substrate. Quantum dots (Qdots), as a class of fluorescent probes, allow long-time observation (minutes to hours) and high-quality image acquisition. In this paper, we present a protocol to study DNA-protein interactions at the single-molecule level, which includes preparing a site-specifically modified &#955; DNA and labeling a target protein with streptavidin-coated Qdots. For a proof of concept, we choose ORC (origin recognition complex) in budding yeast as a protein of interest and visualize its interaction with an ARS (autonomously replicating sequence) using TIRFM. Compared with other fluorescent probes, Qdots have obvious advantages in single molecule studies due to its high stability against photobleaching, but it should be noted that this property limits its application in quantitative assays.

Visualizing the Interaction Between the Qdot-labeled Protein and Site-specifically Modified &amp;#955; DNA at the Single Molecule Level

Here, we present a protocol to study DNA-protein interactions by total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) using a site-specifically modified &#955; DNA substrate and a Quantum-dot labeled protein.

した Qdot 標識タンパク質と Site-specifically 変更された λ DNA の単一分子レベルでの相互作用の可視化

The fluorescence microscopy&#160;has made great contributions in dissecting the mechanisms of complex biological processes at the single molecule level. ...