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Method Article
미세아교세포와 뇌 대식세포의 식세포 특성 평가는 분자 프로파일링 연구에 중요한 기능적 차원을 제공할 수 있습니다. 우리는 유세포 분석을 사용하여 마우스 모델에서 급성 분리된 미세아교세포와 뇌 대식세포에 의한 형광 미세구 및 아밀로이드 베타 피브릴의 식세포작용을 빠르고 안정적으로 정량화하는 검증된 프로토콜에 대해 설명합니다.
총칭하여 CNS 단핵 식세포(CNS-MP)라고 하는 미세아교세포와 중추신경계(CNS) 침투 대식세포는 신경변성 및 뇌졸중을 포함한 신경 질환에서 중심적인 역할을 합니다. CNS-MP는 병리학적 단백질, 파편 및 신경 세포 시냅스의 식세포 제거에 관여하며, 각각 고유한 기본 분자 경로를 가지고 있습니다. 이러한 식세포 특성을 특성화하면 기존의 유세포 분석, 전사체학 및 단백질체학 접근법을 사용하여 미세아교세포의 분자 프로파일링을 보완하는 기능적 판독값을 제공할 수 있습니다. 미세아교세포의 식세포 프로파일링은 마우스 신생아 미세아교세포의 현미경 시각화와 체외 배양에 의존해 왔습니다. 전자의 접근법은 제한된 샘플링으로 어려움을 겪는 반면, 후자의 접근법은 본질적으로 성인 CNS-MP의 실제 생체 내 상태를 제대로 반영하지 못합니다. 이 논문은 유세포 분석을 통해 급성 분리된 마우스 CNS-MP의 식세포 특성을 표현형하기 위한 최적화된 프로토콜에 대해 설명합니다. CNS-MP는 기계적 해리 후 밀도 구배 원심분리를 사용하여 성체 쥐의 뇌에서 급성으로 분리하고, 형광 미세구 또는 형광 Aβ 원섬유로 배양하고, 세척한 다음, 표면 마커(CD11b, CD45)에 대한 항체 패널로 표지합니다. 이 접근법을 사용하면 뇌 상주 미세아교세포와 CNS 침투 대식세포의 식세포 특성을 비교한 다음 이러한 식세포 표현형에 대한 노화 및 질병 병리의 영향을 평가할 수 있습니다. 이 신속한 방법은 또한 사후 검시 또는 수술 뇌 표본에서 급성으로 분리된 인간 CNS-MP를 기능적으로 표현형화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 또한, CNS-MP subset에 의한 식세포작용의 특정 메커니즘은 선택적 식세포 경로를 억제하여 조사할 수 있습니다.
중추신경계(CNS)의 선천성 면역 세포는 주로 미세아교세포와 침윤 단핵구/대식세포로 구성되며, 이를 통틀어 CNS-단핵 식세포(CNS-MPs)라고 합니다1. CNS-MP는 알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD), 신경염증성 질환, 뇌졸중과 같은 신경퇴행성 질환과 관련이 있다 2,3,4. CNS-MP는 성상세포(astrocyte), 주위세포(pericyte) 및 뇌실막세포(ependymal cell)와 함께 식세포 기능을 가지고 있습니다 5,6. 항상성 상태에서 CNS-MP는 자가사멸 세포 파편 및 단백질의 식세포 제거, 뉴런 연결을 리모델링하기 위한 시냅스 가지치기와 함께 국소 미세환경에 대한 지속적인 감시에 관여합니다 7,8,9,10. 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에서 CNS-MP는 응집된 아밀로이드-베타(Aβ) 및 신경 요소의 제거, 염증성 사이토카인 및 인자 방출을 포함한 병리학적 역할을 할 수 있는 뚜렷한 질병 관련 분자 및 기능적 표현형을 채택하여 복잡한 전염증, 해로운 및 항염증, 보호 역할을 수행할 수 있습니다 11,12,13,14. CNS-MP에 의한 거대 입자, 세포 파편, 단백질 및 기타 감염 입자의 식세포작용은 표면에 발현되는 별개의 수용체에 의해 매개됩니다9. 이러한 식세포 경로의 붕괴는 결함 제거와 Aβ의 점진적인 축적으로 이어질 수 있으며, 궁극적으로 AD 4,9에서 진행성 신경 세포 손상으로 이어질 수 있습니다. 전사체(transcriptomic) 및 단백질체학(proteomic) 접근법을 사용한 CNS-MP의 분자 프로파일링의 발전은 신경 질환에서 CNS-MP 내의 분자 이질성에 대한 귀중한 통찰력을 제공했지만(15,16), CNS-MP와 그 하위 집합의 식세포 특성에 대한 기능적 특성화는 현재 부족합니다. CNS-MP의 식세포 특성의 기능적 특성화는 분자 프로파일링 전략을 보완하고, 더 나은 기능적 표현형을 촉진하며, 질병 모델에서 결함 있는 식세포작용을 교정할 수 있는 치료제의 효능을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다17.
CNS-MP에 대한 전통적인 식세포작용 분석법에는 Aβ 또는 라텍스/폴리스티렌 입자와 같은 형광 기질과 함께 1차 미세아교세포를 배양하는 것이 포함됩니다. 그런 다음 식세포작용(phagocytosis)을 면역형광 현미경 검사법을 사용하여 형광 기질의 흡수 함수로 연구합니다 18,19,20. CNS-MP가 긴 배양에서 유지될 때 형태와 전사 프로파일을 극적으로 변화시킬 수 있다는 것은 잘 알려진 사실입니다21,22. 이는 CNS-MP의 대리 상태에서 CNS-MP의 식세포 특성을 연구하는 데 방해가 됩니다. 급성 분리된 살아있는 CNS-MP를 프로파일링하기 위한 기능적 유세포 분석 분석은 식세포 특성을 신속하게 평가할 수 있으며 현미경 접근 방식보다 훨씬 더 큰 CNS-MP 풀을 샘플링할 수 있습니다 9,23. 또한, 유세포 분석은 배양에서 CNS-MP를 유지할 필요성을 없앨 뿐만 아니라 CNS-MP의 다양한 하위 집단에서 식세포 특성을 연구할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 이 원고는 유세포 분석을 통해 급성으로 분리된 마우스 CNS-MP의 식세포 특성을 표현형하기 위한 최적화된 프로토콜을 설명합니다. 유세포 분석을 사용하여 phagocytosis assay를 조정하면 면역 표현형과 결합된 CNS-MP의 phagocytic 표현형을 신속하게 multiplexing할 수 있으므로 단일 세포 분해능에서 CNS-MP 내 phagocytic 특성의 이질성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
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모든 마우스 연구는 Emory University의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받은 후 수행되었으며 National Institutes of Health의 Guide for the Care and Use of Laboratory Animals에 따라 엄격하게 수행되었습니다.
1. 격리 당일의 준비
2. 성체 마우스 미세아교세포의 급성 격리
3. 식세포작용(Phagocytosis) 설정 및 유세포 분석 염색(flow cytometric staining)
4. 유세포 분석 및 분석
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급성 고립된 CNS-MP에 의한 미세구 및 Aβ42 피브릴의 식세포 흡수의 전형적인 결과를 예시하기 위해, 과도성 중대뇌동맥 폐색(MCAO) 8 후 동측 반구에서 급성 고립된 CNS-MP를 얻었습니다. MCAO 모델에서 CNS-MP의 식세포 특성에 대한 자세한 내용은 이전 간행물8을 참조하십시오. 간단히 말해서, 72시간의 회복 후 CNS-MP는 기계적 해리 후 밀도 구배...
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유세포 분석(Flow-cytometry)은 형광 표지 프로브(일반적으로 항체)를 사용하여 세포 표면 또는 세포 내 구획에서 관심 있는 단백질 또는 마커의 발현을 검출하여 이러한 관심 마커를 라벨링할 수 있는 기술입니다. 세포 표면 또는 세포 내 항체는 일반적으로 고유한 방출 스펙트럼을 가진 레이저 여기성 형광 색소와 결합됩니다. 이러한 항체로 배양된 세포는 이러한 마커의 발...
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이 연구는 Rangaraju 박사(NINDS K08 NS099474-1 및 R01 NS114130-01A1)와 Rayaprolu 박사(NIA F32AG064862)에게 NIH 상을 수여했습니다. 이 연구는 EICF(Emory Integrated Core Facilities) 중 하나인 EFCC(Emory Flow Cytometry Core)의 일부 지원을 받았으며 Emory University School of Medicine의 보조금을 받았습니다. NIH의 Georgia Clinical & Translational Science Alliance(UL1TR002378)에서 추가 지원을 제공했습니다. 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 NIH의 공식 견해를 반드시 반영하는 것은 아닙니다.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Hank's balanced salt solution(10x HBSS) | ThermoFisher | 14065056 | Store at 4 °C. Used to make SIP as described in the protocol |
1x Hank's balanced salt solution(1x HBSS) | ThermoFisher | 14175095 | Store at 4 °C. Used to make 35% SIP as described in the protocol |
1x Phosphate Buffered Saline (PBS) | https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/western-blotting/buffers-recipes/10x-phosphate-buffered-saline.html Store 10xPBS at Room temperature. Prepare fresh 1xPBS by diluting one part 10xPBS to nine parts of MilliQ dH20 and store it at 4 °C for an hour before use. Make sure the pH of the 1xPBS is 7.0 before refridgeration. | ||
35% SIP | To make 20 mL of 35% SIP, use 7 mL of SIP and 13 mL of ice-cold 1× HBSS. Keep on ice until further processing | ||
APC-Cy7 rat anti-CD11b | BD Pharmingen | 557657 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
FITC rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 553080 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
LIVE/DEAD Fixable Blue Dead Cell Stain Kit | ThermoFisher | L34961 | Store at -20 °C. Add 50ul of DMSO to one tube of the dye, vortex throughly and centrifuge at maximun speed for 1 min. Make 10µL aliquots and store them at -20 °C. Use a fresh aliquot for each experiment and add to the samples at 1:500 dilution. |
OneComp eBeads compensation beads | ThermoFisher | 01-1111-42 | Store at 4 °C, throughly vortex the tube before adding to the sample tube(s), keep on ice when in use. |
PE-Cy7 rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 552848 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
Percoll pH8.5-9.5 | Sigma | P1644 | Store at 4 °C. To make 10 mL of Standard Isotonic Percoll (SIP): Use 9 mL of cold Percoll and 1 mL of cold 10× HBSS. |
Phycoerythrin-conjugated microspheres | ThermoFisher | F13083 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. |
β-Amyloid (1 - 42), HiLyte Fluor 488 - labeled, Human | AnaSpec | AS-60479-01 | The final concentration of Ab fibrils is 200µM which is then diluted prior to use. Store at -20 °C. Prepare fresh working solution for each experiment. |
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