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* Estes autores contribuíram igualmente
Este artigo descreve um método para visualizar a formação de uma sinapse envelope de HIV-1 induzida por virológica em vidro suportados bicamadas planares por reflexão total interna de fluorescência microscopia (TIRF). O método pode também ser combinado com coloração de imunofluorescência para detectar a activação e redistribuição de moléculas de sinalização que ocorrem durante o HIV-1 a formação de sinapses envelope induzida virológica.
Vírus da imunodeficiência humana tipo 1 (HIV-1) a infecção ocorre de forma mais eficiente através de célula para célula de transmissão 2,10,11. Esta célula para a transferência de células entre células T CD4 + envolve a formação de uma sinapse virológica (VS), que é uma F-actina-dependente junção célula-célula formada a partir do envolvimento do HIV-1 envelope gp120 na célula infectada com CD4 e o receptor de quimiocina (CKR) CCR5 ou CXCR4 na célula alvo 8. Além disso a gp120 e seus receptores, outras proteínas da membrana, em particular a molécula de adesão LFA-1 e os seus ligandos, a família ICAM, desempenham um papel importante na formação VS e transmissão de vírus em que estejam presentes na superfície das células infectadas pelo vírus de doadores e células alvo, bem como no envelope de HIV-1 viriões 1,4,5,6,7,13. Formação VS é também acompanhada por eventos de sinalização intracelulares que são transduzidas como um resultado da gp120-engajamento dos seus receptores. Na verdade, temos recentemente mostrou que os CD4 <sup> + interacção das células T com gp120 induz o recrutamento e fosforilação de moléculas de sinalização associados com o signalosome TCR incluindo Lck, CD3ζ, ZAP70, LAT, SLP-76, ITK, e PLCγ 15.
Neste artigo, apresentamos um método para visualizar arranjo supramolecular e eventos membrana proximais de sinalização que ocorrem durante a formação do VS. Nós tirar vantagem do vidro suportada sistema bi-camada plana como um modelo reducionista para representar a superfície de células infectadas pelo HIV munidos do envelope viral gp120 e da molécula de adesão celular ICAM-1. O protocolo descreve procedimentos gerais para a monitorização do HIV-1 gp120 induzida por VS montagem e os eventos de sinal de activação que incluem i) preparação bi-camada e de montagem de uma célula de fluxo, ii) A injecção de células e de coloração de imunofluorescência para detectar moléculas de sinalização intracelulares em células interagindo com HIV-1 de aquisição de imagem gp120 e ICAM-1 em bi-camadas, iii) por microscopia TIRF, umand iv) análise dos dados. Este sistema gera imagens de alta resolução de VS interface além que a obtida com o sistema de célula-célula convencional uma vez que permite a detecção de grupos distintos de componentes individuais moleculares de VS, juntamente com moléculas de sinalização específicas recrutados para essas sub-domínios.
1. Marcando GP120
Corantes fluorescentes utilizados neste protocolo são eficazes para a ligação a proteínas, são suficientemente foto-estável para imagens de microscopia, e combinar os comprimentos de onda de excitação de os lasers disponíveis com o nosso microscópio. Estes três critérios precisam ser atendidas ao selecionar moléculas fluorescentes para proteínas de marcação.
2. Assembléia fluxo de células e Preparação bicamada
O procedimento geral para a célula de fluxo e de preparação bicamada tenha sido descrita em detalhe anteriormente 14. Aqui destacamos especificamente o protocolo para preparar bicamadas contendo 6-Sua marcado gp120 DH12 em uma célula de fluxo Bioptech. Para estudos envolvendo vírus infecciosos ou células infectadas e quando pequenos volumes são necessárias devido aos reagentes limitados, uma câmara de fluxo descartável Ibidi (Slide pegajoso I 0,2 Luer) pode ser utilizado e seguido com o procedimento de preparação mesma camada de bi-nos Passos 2,4-2,9. Informações para câmaras de fluxo Ibidi podem ser obtidas no site da empresa, http://www.ibidi.com/service/display_material/CA_8p_EN_150dpi.pdf .
3. Controle de Qualidade de Bicamadas através FRAP
Proteínas em bicamadas deve ser lateralmente difusível. Antes de adicionar as células em bicamadas, é importante para assegurar amobilidade das proteínas na bicamada preparada. Aqui nós descrevemos uma recuperação Fluorescente Após Fotodegradação (FRAP) Método 3, que podem ser executadas manualmente em mais objetiva iluminada TIRF, epifluorescência amplo campo, ou laser de microscópios de varredura confocal. O objectivo é o de campos de imagem totalmente uniformes de fluorescência na bicamada lipídica, lixívia um local, e para controlar o regresso das moléculas unquenched para a área branqueada. Uma recuperação de 50% em 2 minutos pode ser aceitável. Todos os fabricantes principais do microscópio (Leica, Nikon, Olympus, Zeiss) vender objetivas sistemas TIRF iluminados que funcionam bem para esta aplicação. Embora cada companhia fornece variações de iluminação TIRF e outras características operacionais, a qualidade da imagem é essencialmente a mesma.
Nota: Em nosso microscópio atual, podemos entregar 0,9 mW de 641 nm de luz para um ponto circular com uma área de 240 mM 2, que branqueia ICAM fluorescente em concentrações típicas em menos de 4 segundos. Os leitores devem encontrar que o alinhamento crítica de uma lâmpada de Hg ou Xe com o branqueamento vezes menos do que 30 segundos é mais que suficiente para realizar este ensaio de uma forma reproduzível. Gostaríamos também de encaminhá-lo para fazer referência a 3 para det adicionalaflige.
4. A injeção de células e imunofluorescência
5. A aquisição de imagens por microscopia TIRF
Microscopia TIRF permite excitação de sinais fluorescentes limitados a um 250 nm ou mais fino plano no substrato de vidro e de interface celular. Isto garante a aquisição da imagem dos sinais de apenas a partir da bicamada lipídica e das membranas celulares imediatamente apostos. Portanto, apenas moléculas na sinapse são gravadas. Como as imagens TIRF apenas a área de membrana proximal, na parte inferior da célula, proteínas que são internalizados ou redistribuído para a membrana dorsal não será detectado. Pode então ser importante para aquisição de imagens, adicionalmente, pela norma Widefield ou microscopia confocal para determinar a acumulação ou a distribuição das proteínas na área sináptica, em comparação com os outros volumes da célula.
Todos os fabricantes principais do microscópio (Leica, Nikon, Olympus, Zeiss) vender objetivas sistemas TIRF iluminados que funcionam bem para este applicatura. Embora cada companhia fornece variações de iluminação TIRF e outras características operacionais, a qualidade da imagem é essencialmente a mesma. Cada microscópio TIRF tem seus próprios detalhes para a operação, mas as regras gerais a seguir aplicam para obter imagens de alta resolução.
6. Análise de Dados
Para estudar os sinais intracelulares activados como um resultado de células CD4 + T de interacção célula com gp120 na VS, análises quantitativas de imagens TIRF são feitos para determinar se ou não moléculas de sinalização intracelulares, tais como Lck e Fyn são activados e recrutados para a sinapse 15. Aqui nós descrevemos um método simples para análise mais aplicável imagempacotes de aplicativos como o ImageJ e Metamorph. Temos usado ImageJ, que roda em Windows, Macintosh e Linux, para o nosso método aqui 12.
No> guia Set analisar as medidas, marque as caixas para a área e valor médio de cinza. Quando você faz uma região de interesse na imagem que é um polígono ou um traçado à mão livre de forma fechada e não Analise Medida>, o software irá colocar os dados a partir dessa medida, em uma tabela de resultados. A Área será em número de pixels ou em 2 uM. A média é a intensidade média em unidades arbitrárias. Deve ter intensidade de fundo subtraído a partir dele. Multiplicando o fundo média menos por área retorna a intensidade integrada da proteína em unidades arbitrárias.
7. Os resultados representativos
Para medir a activação e recrutamento dos iniciais membrana proximal moléculas de sinalização Lck e Fyn como um resultado da interacção com gp120 na VS, CD4 + humanas primárias de células T foram introduzidos no bicamadas munidos gp120 e ICAM-1 15. Células introduzidas para bicamadas com apenas ICAM-1 serviu como um controlo para definir os níveis basais de sinalização. Speintensidade de fluorescência específica foi medida no interior da área de contacto gp120 para células em gp120 e ICAM-1 bicamadas contendo e dentro de toda a área de contacto para as células interagindo com o ICAM-1 bicamada. Um aumento da intensidade de fluorescência média é um sinal de aumentada recrutamento e activação da molécula de sinalização para o VS. Isto irá ser adicionalmente demonstrada por um aumento comparável na intensidade integrada de fluorescência. Se, no entanto, não há alteração na intensidade de fluorescência integrada, isso indica uma redistribuição da molécula de sinalização.
Após as células interagiu com bicamadas contendo gp120 e ICAM-1, total de Lck e pLck (Y394) foram recrutados para a interface VS e colocalized com gp120 (Figs. 1 e 2). A intensidade média do total Lck (Fig. 1) foi mais elevada na bicamada contendo tanto gp120 e ICAM-1 do que com ICAM-1 por si só, mas os níveis de intensidade integrada (Fig. 1) foram semelhantes, sugerindo que Lck é redistribuído paraum cluster central sobre CD4 + de células T de ligação para gp120. No entanto, a quantificação de pLck (Y394) (Fig. 2) mostrou que a intensidade média na gp120 e ICAM-1 bicamadas contendo foi maior do que em ICAM-1 bicamadas sozinho, ea intensidade integrada foi maior em bicamadas com ambos gp120 e ICAM -1 do que em ICAM-1 bicamadas sozinho. Isto indica que, embora os níveis de total de Lck na interface são semelhantes em células aderentes para gp120 e ICAM-1 e ICAM-1 por si só, bicamadas gp120 de fosforilação de ligação aumentada de resíduo Y394 no Lck lacete de activação. Em contraste, não foi Fyn recrutados para o VS (Fig. 3), como mais Fyn estava presente na área de contacto das células em ICAM-1 bicamadas sozinho do que em bicamadas contendo tanto gp120 e ICAM-1. Consequentemente, nós concluímos que não Lck, Fyn, é a cinase activa no HIV-1 VS gp120-induzido.
Figuras: Membrana-proximal de sinalização na HIV-1 VS gp120-induzido. Imagens de células representativas nogp120 + ICAM-1 bicamada (painéis superiores) e da ICAM-1 bicamada (painéis inferiores) são mostrados. Intensidades de fluorescência das células individuais foram quantificados dentro de áreas manualmente traçados das pegadas das células, como ilustrado pela região marcada com a linha amarela na Figura 1. Quantificação de intensidades médios e integrada detectados por microscopia TIRF são apresentados nos gráficos da esquerda e da direita, respectivamente. Um total de 30 a 350 células foram quantificadas para cada condição. Bares = 5 mm. Dados de um dos três experimentos repetidos são mostrados.
Figura 1. Células T CD4 + foram introduzidos em bicamadas contendo gp120 e ICAM-1 ou ICAM-1 sozinha durante 45 min e, em seguida, fixadas e coradas para o total Lck.
Figura 2. Células T CD4 + foram introduzidos em bicamadas, contendo gp120 e ICAM-1 ou ICAM-1 sozinha durante 45 min e depois fixadas e coradas para pLck (Y394).
Figura 3. Células T CD4 + foram introduzidos em bicamadas contendo gp120 e ICAM-1 ou ICAM-1 sozinha durante 45 min e depois fixadas e coradas para Fyn total.
Estudos anteriores têm VS visualizado no sistema conjugado célula-célula, porém esses estudos não fornecem imagens de resolução alta o suficiente para visualizar as estruturas supramoleculares na sinapse. No nosso laboratório, utilizamos o vidro suportada sistema bicamada planar para representar a superfície das células infectadas que expressam o gp120 envelope do vírus e da molécula de adesão celular ICAM-1. Em conjunção com TIRF microscopia, que detecta sinais de fluorescência dentro 100-200 nm a partir da superfície bicamada com uma relação sinal-ruído elevado, fomos capazes de detectar a segregação supramolecular da gp120 a partir de ICAM-1 no VS. Além disso, o método de imunocoloração padrão pode ser aplicada ao sistema de bicamada e foi utilizado aqui para detectar e quantificar o recrutamento específico de Lck activa, mas não Fyn, para a área de contacto gp120-at VS 15. Assim, a bicamada planar oferece um sistema experimental para geração de imagens de alta resolução de interface de sinapse num plano 2D por TIRF microescopia, bem como métodos de iluminação de campo ou gama-confocal. No entanto, o sistema também tem limitações como ajustar mobilidade ligante, fora do plano de flexão, e as flutuações de membranas biológicas não são reproduzidas por bicamadas planas. Além disso, este é um sistema in vitro e, portanto, tem outras limitações, tais como falta de moléculas da membrana outros que estariam presentes em uma célula infectada e as máquinas citoesqueleto, que regula a mobilidade molecular e da motilidade celular. Além disso, as dinâmicas e distribuição das moléculas, tais como trímeros, versus monómeros de gp120, não podem ser representados fisiologicamente sobre a bicamada. No entanto, mesmo com estas limitações, este sistema é ainda muito valiosa para o estudo do vírus na célula ou interacções célula-célula, e estes métodos podem servir como um guia útil para os investigadores que procuram imagens de alta resolução para detectar organização supramolecular que não é perceptível no sistema conjugado convencional célula-célula.
Os autores declaram nenhum conflito de interesses.
Este trabalho foi financiado pelo NIH concede AI071815 (CEH) e do Roteiro Nanomedicina prêmio Centro de Desenvolvimento PN2EY016586 (MLD).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comentários |
Sua HIV marcados gp120 | Presente do Dr. Cho | DH12 | |
Sua HIV marcados gp120 | Tecnologia imune | Vários X4 ou R5 trópico | |
HSA | Williams Medical Company | 521302 | Soro Humano 25% de albumina |
Amicon Ultra Filtros Centrífugos | Millipore | UFC803024 | Ultracel-30K |
Lck Coelho mAb | Sinalização celular | 2787 | |
p-Lck coelho pAb | Santa Cruz Biotechnology Inc. | Sc-101728 | Tyr 394 |
Fyn Coelho mAb | Millipore | 04-353 | |
Alexa Fluor 568 2 °; Ab | Molecular Probes | A11034 | Cabra anti-coelho IgG (H + L) |
Alexa Fluor 488 | Molecular Probes | Um-20000 | carboxilico succinimidil éster |
FCS2 Câmara | Bioptechs | 060319-2-03 | |
Microaqueduct slide | Bioptechs | 130119-5 | |
Rodada 30 milímetros w / furos | Bioptechs | 1907-08-750 | 0,75 milímetros de espessura |
Retângulo Junta | Bioptechs | 1907-1422-250 | 14x24 0,25 milímetros de espessura |
Tubulação de Tygon | Bioptechs | 20202275 | 1/16 "(25 pés) |
Torneira de três vias | BioRad | 7328103 | |
Two-way Torneira | BioRad | 7328102 | |
Deslize pegajoso eu 0,2 Luer | Ibidi | 80168 | |
Cubra óculos | Ibidi | 10812 | |
Seringa de 1ml | BD | 309659 | |
CÃES-NTA | Avanti Polar Lipids | 790404C | |
DOPC | Avanti Polar Lipids | 850375C | |
Vidro lamela | Bioptechs | 40-1313-0319 | 40 milímetros |
Microscópio TIRF | Nikon | ||
ImageJ | National Institutes of Health | http://rsbweb.nih.gov/ij/~~V |
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