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우리는 높은 처리량 방식으로, 여러 세포 프로세스와 구조를 시각화하고 수치 높은 콘텐츠를 이미지로 자동 셀 culturing를 결합 방법을 설명합니다. 이러한 방법은 genomes의 추가 기능 주석의 도움뿐만 아니라 질병 유전자 네트워크 및 잠재적 약물 표적을 식별할 수 있습니다.
genomes의 기능 주석, 분자 네트워크 및 소설 약물 표적 식별 건설은 아주 위급 1-4 문제로 해결되어야 할 중요한 과제입니다. 여러 보완 'omics'접근 방식은 유전 위험 요소 및 여러 neurodegenerative 질병을 기본 병원성 메커니즘에 대한 단서를 제공하지만, 대부분의 결과는 아직 기능 검증 5가 필요합니다. 예를 들어, 파킨슨병 (PD), 질병에 대한 위험 요인으로 식별 많은 새로운 loci하지만, 기본 원인이되는 변종 (S) 또는 병원성 메커니즘에 대한 최근의 게놈 넓은 협회 연구는 6, 7을 알 수 없습니다. 각 관련 영역에 여러 개의 유전자를 포함하는 수 있듯이, 전통적인 세포 생물학 기법을 사용하여 질병와 관련된 phenotypes에있는 유전자의 각의 기능 평가 너무 오래 걸립니다.
분자 네트워크를 이해하는 필요도있다는 것을 링크그들은 원인 phenotypes에 유전 변이. 그것은 질병 phenotypes이 중단되었습니다 여러 상호 작용의 결과 것으로 기대된다. 전통적인 분자 방법을 사용하여 이러한 네트워크의 재건은 시간이 소요됩니다. 또한, 개별 구성 요소의 독립적인 연구, reductionism 방식에서 네트워크 예측은 아마 네트워크의 복잡 8 과소 평가합니다. 이 싼 견적이 부분에서 원하지 않는 또는 독성 부작용으로 인해 약물 승인의 낮은 성공률을 설명할 수 있습니다. HT / HC 세포 검사 방법을 사용하여 이러한 경로 내에서 핵심 노드를 식별하는 질병 관련 경로의 네트워크 관점을 확보하면, 치료 개입에 대한 더 적합한 목표의 식별을 초래할 수 있습니다.
하이 스루풋 스크리닝 (HTS)은 9-12 이러한 문제를 해결하기 위해 이상적인 방법입니다. 하지만 전통적인 방법은 simpli를 사용하여 1 차원 전체 - 음 세포 assays, 있었다stic 복잡한 생물 학적 과정에 대한 설치 했어요. 그들은 동시에 같은 형태의 속성 13, 14 axonal 교통 결손 또는 변경과 같은 neurodegenerative 질병에서 관찰 많은 phenotypes를 정할 수 없습니다. 이 접근법은 세포의 일부에서 발생 셀룰러 프로세스 또는 병원성 사건의 동적 특성을 조사하는 데 사용할 수 없습니다. 하나가 다차원 phenotypes로 이동이 이러한 기능을 계량하기 위해서는 높은 콘텐츠 심사 (HCS) 4, 15-17을 칭했다. HCS는 HTS에 비해 다양한 perturbations에 대한 세포 반응의 자세한 표현을 제공하는 동시에 여러 프로세스의 세포 기반 부량입니다.
HCS는 HTS 18, 19 이상의 많은 장점을 가지고 있지만,의 연결 모델에 높은 처리량 (HT) - 높은 콘텐츠 (HC) 화면을 실시하는 것은 인해 높은 비용, 환경 변화와 인간의 오류로 문제가있다. 'phenomics'규모의 세포 반응을 감지하기 위해HC 이미지 하나를 사용하여 감도와 재현성을 증가하는 동안 변화하고 오류를 줄일 수있다.
여기에 우리는 정확하고 안정적으로 세포의 연결을 모델로 자동 세포 culturing 20 HC 이미징을 사용하여 shRNA 화면을 수행하는 방법을 설명합니다. 우리는 변이된 것은 autosomal 열성 parkinsonism 21 원인이 하나의 특정 단백질, DJ1에 대한 모듈 레이터를 식별하는이 방법론을 사용한 방법에 대해 설명합니다.
HT의 방법으로 HC 이미징의 융통성 결합, 그것은 정확하게 phenotypes의 과다를 정할 수 있습니다. 이것은 이후에뿐만 아니라 잠재적인 치료 표적을 식별로 게놈에 대한 우리의 이해, 질병 pathogenesis에 관련된 경로를 사전에 활용 수 있습니다.
1. 자동 자기편 세포 배양 과정 (그림 1) 20
2. 검정 접시에 shRNA 바이러스 제작 및 도금 (소요 시간 : 6 일)
3. Lentiviral 전달 및 SH - SY5Y 세포 (소요 시간 : 6 일)의 분화의 연결
4. 검정 접시의 자동 immunostaining (소요 시간 : 2 일)
이미지 품질 paramoun입니다민감하고 신뢰할 수있는 HCS를 실시하기 위해 T. 정확 pipetting에 의한 세포 monolayer에 손상이 좋지 이미지 품질과 irreproducible 결과를 초래할 수 있습니다. 셀 계층 피해를 최소화하기 위해 immunostaining는 로봇 스테이션을 사용하여 실시되었다. 절차는 이전 26 설명했습니다 하나 비슷하지만 처리량을 증가시키고 소모품 사용량을 줄이기 위해 정의되었습니다.
5. (소요 시간 : 5 일) 높은 콘텐츠 이미지 수집 및 이미지 분석
6. 데이터 정규화 및 분석
7. 대표 결과
DJ1 내에서 변이는 초기 발병 - 열성 parkinsonism 21 야기할하지만 DJ1의 손실은 질병 표현형에 상승을 제공하는 방법 확실하지 않다. 그것은 DJ1의 결함 세포가 더 산화 스트레스 유발 세포 죽음에 감염될과 산화 스트레스, mitochondria 29 세포질에서 DJ1 translocates, 30에 대응되는 것으로 알려져 있습니다. 이 phenotypes을 모니터 HC의 assays를 구축함으로써, 우리는 DJ1와 관련된 phenotypes을 조절하거나 영향을 미치는 유전자를 확인할 수 있습니다. 이 방법은 해독 기능 DJ1하고이 질병 pathogenesis에 관여 수있는 내의 경로 도움이 될 수 있습니다.
DJ1과 epistatic 상호 작용 (그림 5)의 예 : 노출 셀에 DJ1의 최저세포 생존에 큰 손실 독소 결과 (BAR - B : 이미지 - B) 스크램블 lentivirus에 감염된 세포에 비해 (BAR - A : 이미지). 대상 유전자의 최저 A는 DJ1 최저 (이미지 - C 바 - C)과 세포에서 관찰 것과 비슷한 효과가 있습니다. DJ1 및 대상 유전자 혼자 두 유전자의 손실 (이미지 - D BAR - D)보다 세포 생존 능력이 상당히 큰 손실 결과를 모두 최저. 이것은 DJ1과 대상 사이의 유전자 A. epistatic 상호 작용을 제시
세포가 독소에 노출되고, mitochondria으로 세포질에서 DJ1 translocates, DJ1 간의 높은 중복 계수와 mitochondria (BAR - A에 의해 계량입니다 : : 이미지 비교 DJ1 translocation (그림 6)을 조절 유전자의 예 BAR - C : 이미지 C). 대상 유전자 B가 침묵되었습니다 세포에서 적은 mitochondria에 DJ1 translocates은 세포가 독소에 노출된 경우. 이것은 목표 유전자 B는 mitochondria에 DJ1의 전송에 관련되어 제안합니다. (BAR - B : 이미지 B 및 BAR - D : 이미지 D)
neurite 길이 크게 증가 야생 타입 SH - SY5Y 세포 결과에서 대상 유전자 C의 최저 :의 연결을 가지 (그림 7)에 참여 유전자의 예 (BAR - B는 : 이미지 - B) 스크램블을 표현 lentivirus에 감염된 세포에 비해 shRNA (BAR - A : 이미지). 이 효과는 독소 (BAR - C 및 D)과 함께 incubated 셀에 손실됩니다.
mitochondrial 형태 (그림 8)에 참여 유전자의 예 : mitochondrial SER - 릿지 세분화 값 (그림 8, 이미지 C 및 D)의 감소에 유전자 D 결과를 타겟팅하는 shRNA와 야생 타입 SH - SY5Y 세포의 감염에 비해 세포 잡음이 lentivirus (그림 8, 이미지 A와 B)에 감염된.
ntent ">
그림 3. HC 이미징 인수 세포의 복합 이미지. A) 치료 세포, B) 세포는 H 2 O 2 치료. DJ1은 녹색, 빨간색과 파란색의 핵에 mitochondria에 표시됩니다. Neurite의 얼룩이 강조 표시되지 않습니다.
그림 4. HCS에서 얻은 몇 가지 세포 기능의 부량. AD) 치료 SH - SY5Y 세포. EH) H 2 O 2 처리 SH - SY5Y 세포. 투자 수익 (ROI)의 A, E) 핵의 세분화 및 정의, mitochondria, 투자 수익 (ROI) B의 B, F) 확인 및 부량, C, G) DJ1의 확인, 대상 채널 II, 평균 neurite 길이의 D, G) 식별 및 계산. 이미지의 가장자리에 가까운 세포는 분석에서 제외됩니다. 삽입 이미지 사전 분석에 이미지 수 있습니다.
그림 5. DJ1 (바에있는 글자가 이미지에있는 문자에 해당)와 epistasis에서 유전자의 식별. 이미지는 D를 통해 A는 세포 건강 부량 사용되었다 Mitotracker CMXRos (적색)으로 표시 SH - SY5Y 세포 수 있습니다.
그림 6. DJ1 translocation을 (바에있는 글자가 이미지에있는 문자에 해당하는) 규제 유전자의 식별. 이미지는 D를 통해 A는 mitochondria에 DJ1 translocation의 부량 사용되었습니다 mitochondria DJ1 (녹색), (빨간색)과 핵 (파란색)에 대한 표시 SH - SY5Y 세포 수 있습니다.
그림 7. 파생물의 연결과 관련된 유전자의 식별 (바에있는 글자가 이미지에있는 문자에 해당). D를 통해이 neurite 길이의 부량에 사용된 β - III의 tubulin (녹색)과 핵 (파란색)에 대한 표시 SH - SY5Y 세포있는 이미지.
그림 8. mitochondrial 형태와 규제에 관련된 유전자의 식별. 이미지 및 C는 각각 스크램블 shRNA 또는 shRNA 대상으로 유전자 D에 감염 SH - SY5Y 세포 합성 이미지입니다. 핵이 파란색으로 색깔있는 동안 Mitochondria는 빨간색으로 물들어 있습니다. 이미지 B와 D는 SER - 리지의 부량의 시각화 있습니다.
유전자 기능을 수정하는 강력한 게놈 - 광범위한 도구의 가용성과 함께 HT / HC 세포 검사 시스템의 비용 감소와, HT / HC 화면 학계에서 일상지고 있습니다. 접근 방식은 이미 성공적으로 이러한 암 9, 31-33 및 34-36 배아 개발의 약물 표적의 식별과 같은 연구의 다양한 분야에 적용되고 심지어 neuropsychiatric 장애 37,38에 관련된 경로를 파악의 응용 프로그램에 대한 잠재력을 갖고있다. 그러나 이러한 시스템의 구현은 시간과 종종 6 개월 최소 복용 공정 최적화를 통해 노력의 상당한 투자를 필요로합니다. 이러한 trypsinization 시간, pipetting 속도와 시딩 밀도 등 모든 단계는 세포가 건강한 것을 확인하고 지속적으로 성장하기 위해 조정해야합니다. 세균 오염의 방지는 C에서 매주 청소 프로토콜과 자동 세포 배양을 직면하고있는 가장 어려운 문제 중 하나입니다오염 무료로 문화가 필요하고 70 % 에탄올로 모든 액체 베어링 라인 rinsing 상수와 ombination. 그것은 로봇을 향상시키기 위해 또한 필요합니다 그래서 이러한 높은 해상도와 -80 화합물 스토리지 ° C 냉동고가 통합될 수에 대한 공촛점 현미경 같은 추가 악기.
유전자 네트워크를 연구하고 병원성 분자 경로에 관련된 유전자를 확인하기 위해이 방법의 민감한, 속도 및 유틸리티를 개선하기 위해 해결되어야 할 한계도 있습니다.
HT / HC 화면을 실시하고 신뢰할 수있는 데이터가 수집되었는지 확인하기 위해 몇 가지 측면 최적화해야합니다. 첫째, 측정의 신뢰도는 파라마운트이며, 분석의 견고하고 감도에 의존적일 수 밖에 없습니다. 예를 들어, assays 위에서 설명한 작은 화면에 적합하지만, 인해 이미지 수집하기 전에 필요한 숫자 처리 단계에 게놈 넓은 규모에 구현하기가 어렵습니다.따라서, 하나는 직접 영상에 대한 허용 및 가공 단계의 수를 감소로 인해 감소 변화로 이어질 것입니다 리포터 유전자를 표현하는 안정적인 세포 라인을 구축해야합니다. 현재 정확하게 묘사하고 안정적으로 관심 표현형이 HC 심사 과정에서 주요 병목이다 quantifies 분석을 설계.
많은 화면은 오프 대상 효과, 제한된 유전자 입을 효율성 및 불완전한 게놈 범위에서 고통받는 모든 것 중에서 다른 RNAi 라이브러리를 사용하여 포유류 세포에서 실시하고 있습니다. 따라서 도서관은보다 구체적인, 강력한하고 더 나은 범위를 보유하고있는하여야합니다. 노력은 만들 진행 등 그것은 이러한 노력은 HT / HC scre의 재현성을 향상시킬 계획이다 욕실 안타.
그들은 유전자 상대적으로 쉽게 조작 및 대형 숫자 교양 수 있기 때문에 많은 대형 셀 기반 화면의 제한은 그들이 neuroblastoma 세포에서 실시한다는 점입니다. 그러나, 생체내 기능에 전 (前) 생체내 세포 배양 모델에서 확인된 '히트'의 관련성이있는 두뇌는 고도로 통합된 단위로 기능 시냅스 연결의 밀도와 복잡한 네트워크를 형성 고도로 전문화된 세포 유형으로 구성되어 있습니다 특히, 의심됩니다. 그 결과로서, 그것은 위에서 설명한 심사 접근법을 사용 식별, 추가 기술을 사용하여 보조 화면에서보다 생리 관련 모델을 39 확인 아르 안타 것이 일반적입니다. HCS 동안 확인된 히트의 번역을 개선하기 위해 이러한 기본 세포와 차별화된 줄기 세포 또는 공동 문화 시스템과 같은 더 많은 대표와 정교한 모델 개발 및 HT / HC 방식에 맞게해야합니다.
자동 세포 culturing 및 HC 이미지 하나의 조합 ntent "> 빠르게 뉴런이 작동하는 방법에 새로운 통찰력을 얻고있는 경로는 질병 개발에 중요하다. 다른 'omics'접근 방식에서 생성된 정보와 HCS / HTS 데이터를 결합하여 확인할 수 있습니다, 그것은 것입니다 그리고 따라서 치료 개발을 촉진, 뇌 질환의 시스템 생물학의 개요를 구축하는 것이 가능합니다.우리는 공개 아무것도 없어
우리는 기술 지원에 대한 지속적인 지원과 에바 Blaas에 대한 해밀턴 프로그래머와 전문가를 주셔서 감사합니다. T5 - 207 : SJ는 티 - 제약에 의해 지원되며이 작품은 두 NWO 투자 보조금 (911-07-031 및 40-00506-98-10011), Prinses이 Beatrix Fonds Wetenschapsprijs 2009 신경 과학 캠퍼스 암스테르담에 의해 지원되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
시약의 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | |
AI.CELLHOST | 해밀턴 | http://www.hamiltonrobotics.com/en-uk/applications/cellomics/ | |
OPTI - 가상 | INVITROGEN | 31985-054 | |
RETINOIC ACID | 시그마 - 올드 리치 | R2625 | |
OMNITRAY 플레이트 | NUNC | 465,219 | |
96 음 문화 플레이트 | GRENIER | 655,086 | |
DJ1 N20 항체 | 산타 크루즈 | SC27004 | |
베타 - III의 TUBULIN 항체 | 시그마 - 올드 리치 | T3952 | |
MITOTRACKER의 CMXROS | INVITROGEN | M - 7512 | |
HOECHST - 33342 | INVITROGEN | H1399 | |
과산화수소 | 시그마 - 올드 리치 | 216763 - 100ML | |
트립신 | INVITROGEN | 25050014 | |
DULBECCO 'S 인산염은 염분 버퍼 | INVITROGEN | 14190086 | |
PROMEGA 마법사 MAGNESIL TFX | PROMEGA | A2380 | |
SHRNA 클론 | OPEN BIOSYSTEMS | http://www.openbiosystems.com / RNAi / shRNALibraries / TRCLibraryDetails / | |
CELLOMICS의 BIOAPPLICATIONS | 열 피셔 | http://www.thermo.com/hcs |
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