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Macropinocitose, em grande escala absorção de fluido não-específica, é importante em muitas áreas da patologia clínica, incluindo Imunologia, infecção, câncer e doenças neurodegenerativas. Aqui, as técnicas existentes foram adaptadas para permitir a resolução alta produtividade, célula única medição de macropinocitose no macropinocitose modelo organismo Dictyostelium discoideum utilizando citometria de fluxo.
Captação de fluido específico em grande escala por macropinocitose é importante para a proliferação de determinadas células cancerosas, amostragem de antígeno, invasão de células do hospedeiro e a propagação de doenças neurodegenerativas. As cepas de laboratório comumente usados de ameba Dictyostelium discoideum têm taxas extremamente alta absorção de fluido quando cultivadas em meio nutritivo, mais de 90% do que é devido a macropinocitose. Além disso, muitos dos componentes principais conhecidos da macropinocitose mamíferos também estão presentes, tornando-se um sistema de excelente modelo para o estudo de macropinocitose. Aqui, a técnica padrão para medir o fluido interiorizado usando dextrano fluorescente como um rótulo é adaptada para um formato de placa de 96 poços, com as amostras analisadas por citometria de fluxo, usando um acessório de amostragem de alta produtividade (HTS).
As células são alimentadas não-extinguível dextrano fluorescente para um comprimento pré-determinado de tempo, lavado por imersão em buffer gelada e desanexado usando 5mm azida sódica também para a exocitose. Células em cada poço são então analisadas por citometria de fluxo. O método também pode ser adaptado para medir a absorção de membrana e fagocitose de grânulos fluorescentes ou bactérias.
Este método foi projetado para permitir a medição da absorção de fluido por Dictyostelium de forma eficiente da elevado-produção, trabalho e recursos. Permite comparação simultânea de várias cepas (por exemplo, os mutantes de nocaute de um gene) e condições (por exemplo, células em diferentes meios de comunicação ou tratados com diferentes concentrações do inibidor) em paralelo e simplifica o tempo-cursos.
Captação de fluido específico em grande escala por macropinocitose é importante em diversos contextos biológicos1, incluindo amostragem de antígeno por imune células2, entrada de patógeno no hospedeiro células3, câncer de células de proliferação4 e o propagação de doenças de príon5. Em mamíferos e células de Dictyostelium , actina6,7, PI (3,4,5) P38,9,10 (embora a natureza exata dos lipídios difere entre os dois,11), registrados Ras12,13e registrados Rac14,15 são importantes para a absorção de fluido eficiente por macropinocitose, embora ainda há muitas perguntas sem resposta sobre como é o patch macropinocytic formado, organizado e eventualmente interiorizado. Descobrir mais proteínas importantes para macropinocitose e a subsequente determinação de como eles são importantes nos diversos contextos biológicos, dará uma compreensão mais abrangente da macropinocitose e potencialmente permitir o desenvolvimento de tratamentos direcionados para uma variedade de condições.
Dictyostelium é um sistema de modelo ideal para o estudo de macropinocitose. O elevado nível de macropinocitose constitutiva em cepas de laboratório padrão significa que absorção de fluido mais é 90% devido a macropinocitose6. Isso permite que o macropinocitose a ser medido unicamente pela determinação de absorção de fluidos, ao contrário de células de mamíferos onde a proporção de absorção de fluidos devido a macropinocitose é muito menor. Que macropinocitose é tão bem definido e facilmente visualizado12 neste sistema da mesma forma oferece vantagens distintas para investigar núcleo componentes conservados da macropinosome sobre outros sistemas onde pode haver múltiplos sinais de regulamentação 16 , 17.
A técnica padrão usada para medir a macropinocitose por células de mamíferos envolve reparar células depois pulsando com dextran por um curto período de tempo, seguido por microscopia para determinar a área de uma célula que é ocupada por vesículas dextran-positivo18. Esta técnica não conta no entanto para a possibilidade de macropinosomes encolhendo ao entrar da célula, que tem sido relatada em Dictyostelium19e só leva em conta única aviões da célula, ou seja, o volume internalizado Não está claro. Uma técnica alternativa, da contagem do número de macropinosomes internalizados em um determinado tempo, tem as mesmas desvantagens20. Usar Dictyostelium evita estes problemas; no entanto, técnicas existentes para medir a absorção de líquido pelo Dictyostelium são relativamente quantidade de trabalho intensivo, utilizando um grande de células e dextrano21. As células são sacudidas em alta densidade em dextran fluorescente e amostras removidas em vários pontos de tempo para determinação da fluorescência interiorizada usando um fluorímetro. Células preparadas desta forma podem ser analisadas por citometria de fluxo para ganhar a única célula, ao invés de nível populacional, resolução22, embora isto permanece baixa produtividade.
Aqui, a técnica padrão para medir o fluido interiorizado usando dextrano fluorescente como um rótulo é adaptada para um formato de placa de 96 poços, com as amostras analisadas por citometria de fluxo, usando um acessório de amostragem de alta produtividade (HTS). As células são alimentadas não-extinguível dextrano fluorescente para um comprimento pré-determinado de tempo, lavado por imersão em buffer gelada e desanexado usando 5mm azida sódica também para a exocitose. Células em cada poço são então analisadas por citometria de fluxo. Esse método foi projetado para superar as limitações dos métodos acima e permitir a comparação simultânea da absorção de fluidos de um grande número de estirpes/condições enquanto usando menos recursos e reduzir o trabalho envolvido.
1. preparação de células e materiais
2. como converter medidas qualitativas em quantitativos (opcionais)
3. absorção de fluido de medição.
Figura 1: esquemático do elevado-throughput medição de macropinocitose. (A) Grow Dictyostelium em um prato de SM inoculado com bactérias K. aerogenes (amarelo). Colher células de alimentação frente (laranja), evitando as células que já são desenvolvidas (verde), em 25 mL de tampão de2 KK. Vórtice de dissociar, de pelotas por 3 min centrifugação a 300 x ge, em seguida, lavar 3 vezes em 50 mL de tampão de2 KK, descartar o sobrenadante de cada vez. Resuspenda a 1 x 105 células/mL em meio de crescimento HL5 e adicionar 50 µ l em três poços, por exemplo de uma placa de 96 poços de fundo plano. Incube a 22 ° C por 24 h. (B) diluído TRITC-dextrano a 1 mg/mL em meio de crescimento HL5 de uma solução stock de 50 mg/mL. Adicionar 50 µ l de cada amostra (excluindo os poços de controle de absorção de 0 min) e incube a 22 ° C, durante 1 h, depois que adicionar o dextran para o controle de absorção de 0 min. (C) decantar imediatamente os meios de comunicação, pat a placa em um lenço de papel para remover o excesso de meio e mergulhe em um banho de gelada buffer de2 KK, enchendo os poços para lavar. Decantar o buffer e seque novamente. Adicione 100 µ l de 5 mM de azida de sódio dissolvida em KK2MC para separar as células. Leve ao fluxo citômetro para medição de fluorescência interiorizada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. realizando o tempo de absorção de fluido-cursos
5. curvas de resposta de dose
6. a fagocitose e a captação de membrana
Uma vez que a técnica tem sido realizada e as células são carregados com dextran e prontos para análise (Figura 1), certifique-se do que citômetro de fluxo não é bloqueado e ajustar o perfil de dispersão de dispersão para a frente/lado para olhar como o mostrado na Figura 2Adas células. Se a máquina está bloqueada, ele vai olhar mais como mostrada na Figura 2B e deve ser desbloqueado antes de continuar. Certifique-se de parâmetros mostram controle axénica células têm alta dextrano interiorizado fluorescência em pontos de tempo mais longos e baixa fluorescência interiorizada em curtos (Figura 2).
Ao olhar para as diferenças entre os mutantes, é provável que haja um dos três fenótipos. Os mutantes podem ter absorção de fluido normal, poderiam ter um defeito parcial ou absorção de fluido pode ser completamente abolida. Figura 2D mostra uma estirpe de absorção de fluido normal, neste caso a cepa padrão de laboratório Ax2, um mutante com um ~ 50% diminuição na captação de fluidos (Ax2 rasG-14) e um com aboliu a absorção de fluido (Ax3 gefB-28). Obter a média absorção de fluido mediana (seção 3.5) e usá-lo para calcular o volume de fluido internalizado (como na Figura 3B) ou comparar os dados a um controle (como na Figura 4B e 4C).
Ao realizar um curso de tempo de absorção de fluidos, como na Figura 3A, a fluorescência interiorizada deve aumentar para 60 – 90 min, após o qual o dextran começa a ser exocytosed e um platô é atingido (Figura 3B). Usando 60 min como o ponto de hora padrão quando comparar macropinocitose em mutantes/condições diferentes, portanto, permite um bom sinal para ser alcançado, e nenhum sinal é perdido devido a exocitose. Os mutantes onde exocitose é severamente obstruído podem demorar mais para atingir um platô29.
Quando tratando as células com inibidores que são eficazes contra macropinocitose em Dictyostelium (configurar como na Figura 4A), o dextrano internalizado em 1 h vai para baixo quase nada em altas concentrações de inibidor na maioria dos casos (Figura 4B). Alguns inibidores podem não ser 100% eficaz, no entanto, por exemplo, nocodazole apenas inibe até 50% de absorção de fluidos por macropinocitose quando adicionado de forma aguda (Figura 4). Se os inibidores não são eficazes, as células vão internalizar uma quantidade semelhante de dextrano como o controle, e uma diminuição na fluorescência não será vista. Esta técnica permite uma grande variedade de diferentes inibidores e concentrações do inibidor para ser rastreada para efeitos na absorção de fluido por macropinocitose muito rapidamente, reduzindo o tempo gasto, otimizando o tratamento inibidor.
Figura 2: configuração do fluxo citômetro e representante de dados. (A) a dispersão para a frente (FSC) e perfis de dispersão (SSC) do lado de células devem ser definidos para que as células podem ser facilmente distinguidas. É mostrado um exemplo de como as células Ax2 devem procurar. (B) se o citômetro de fluxo é bloqueado, como neste exemplo, as células possuem dispersão lateral muito baixa. O laser não excitará os fluorophores correctamente e a máquina deve ser desbloqueada antes de continuar. Quaisquer dados obtidos enquanto a máquina foi bloqueada devem ser descartados. (C) a fluorescência deve ser definida para que uma amostra de absorção 0 min tem baixa fluorescência, que aumenta quando as células têm sido incubadas durante mais tempo no meio de fluorescente, como mostrado neste exemplo tirado de Williams & Kay 201824. (D) exemplos de células que têm sido incubados com dextran TRITC para 1 h com normal macropinocitose (Ax2, verde), reduzido a macropinocitose (Ax2 rasG -, HM172614, laranja) e aboliu a macropinocitose (Ax3 gefB -, HM177628, azul). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: executando o tempo de absorção de fluidos-cursos em placas de 96 poços. (A) Dextran deve ser adicionado para cada conjunto de amostras sequencialmente, com o mesmo tempo de chegada. Em seguida, lavar os poços, desanexar e medir a fluorescência interiorizada por citometria de fluxo. Vezes de exemplo, para adicionar o dextrano são mostrados aqui. (B) absorção de fluido tempo-curso de Ax2 células realizada em placas de 96 poços. Tiradas de Williams & Kay 201824, barras de erro mostram o erro-padrão de três experimentos independentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: curvas de resposta de dose de absorção de fluidos. (A) adicionar o composto de interesse, neste caso a PI3K inibidor da LY294002, para HL5 contendo 1 mg/mL TRITC-dextrano pelo dobro da concentração máxima final desejado. Misture com HL5 crescimento médio + dextran de 1 mg/mL, contendo o veículo sozinho em diferentes proporções para gerar uma série de diluição do meio de 200 µ l por condição. Adicione aos poços como normal por 1h antes da lavagem e medição de fluorescência interiorizada. (B) curva de resposta de dose de absorção de fluidos para Ax2 células incubadas com o meio contendo LY294002 de A. Adaptado de Williams & Kay 201824. Absorção de fluido é normalizada para um controle não tratado. Barras de erro mostram o erro-padrão de três experimentos independentes. (C) curva de resposta de dose de absorção de fluidos para Ax2 células incubadas com o nocodazole. Adaptado de Williams & Kay 201824. Absorção de fluido é normalizada para um controle não tratado. Barras de erro mostram o erro-padrão de três experimentos independentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Considerando que outros métodos para avaliar a absorção de fluido são a baixa taxa de transferência, lavar as células em situ e a utilização de azida de sódio para separar as células é as etapas críticas neste método, que permitem alta produtividade medida da macropinocitose, absorção de membrana, ou fagocitose por Dictyostelium. Como as células são anexadas a uma superfície e o meio não é, podem ser anexados à esquerda enquanto o meio ao redor deles primeiro é jogado fora e então mudou por imersão em buffer e jogados fora novamente. Azida sódica, esgota o ATP celular e depolarizes a membrana30, é usada para separar as células e também impede que a exocitose, sem afetar de viabilidade celular24.
Enquanto usando citometria de fluxo para medir macropinocitose por Dictyostelium dá uma medida muito exata de absorção de fluidos muito rapidamente, para estabelecer a razão por que uma estirpe ou condição alterou a absorção de líquidos, promover a investigação usando a microscopia é necessário24. Também note que resultados publicados anteriormente, em alguns casos, mostraram uma diferença na captação de fluidos por cepas mutantes crescidas ou sobre uma superfície (como neste caso), ou em suspensão (como o protocolo padrão)31a tremer. Usar este método pode significar que, em casos raros, absorção de fluido aparente defeitos são perdidos. Além disso, quando se mede a fagocitose, somente a baixas concentrações de partículas podem ser usadas. A taxa máxima de fagocitose que pode ser determinado com esta técnica é muito abaixo do máximo real, embora ainda é possível medir diferenças relevantes na fagocitose entre estirpes e condições24. Para determinar a taxa máxima de fagocitose, captação deve ser medida numa suspensão a tremer por um protocolo alternativo de27. As células que têm fagocitados grânulos aumentaram dispersão de lado, então isso deve ser corrigido para em conformidade ao configurar o citômetro de fluxo.
Citometria de fluxo pode ser usada para medir a absorção de fluido em células de mamíferos32, no entanto a maior proporção de fluido fase captação por outras vias endocítica do visto em Dictyostelium é uma preocupação. Além disso, células normalmente são desanexadas usando tripsina a 37 ° C, permitindo que mais endocítica progressão de dextrano interiorizado. Azida de sódio gelado não causa macrófagos para desconectar-se de uma superfície (Williams, inédita de observação), fazendo com que esta técnica não se aplica às células dos mamíferos sem mais otimização.
Medição de alta taxa de transferência de macropinocitose tem potencial para ser usado para a tela de forma rápida e barata para os efeitos de inibidores, mutação genética ou knockdown do gene em células de Dictyostelium . Os mutantes sempre devem ser comparados ao seu progenitor direto só. Se o leitor não tem nenhuma preferência prévia para Dictyostelium estirpe, cepas não-axénica como DdB ou NC4 são mais "wild-type" do que os axénica e podem ser manipuladas tão eficazmente como cepas axénica33. Caso contrário, Ax2 cepas são o axénica tensões com o menor genoma duplicações34, enquanto muitas cepas de Ax4 são nocautes Talin A e devem ser evitado, se possível,23. Mais cepas previamente publicadas podem ser encomendadas a partir o Dicty Stock Center35.
Esta técnica permite maiores possibilidades de investigação do que era anteriormente possível sobre os efeitos de diferentes condições, inibidores e mutações na macropinocitose por Dictyostelium.
Os autores têm sem conflitos de interesse a divulgar.
Agradecemos o Medical Research Council UK para núcleo de financiamento (U105115237) para RRK.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
LSR_II flow cytometer | BD Biosciences | - | Other Flow cytometers can also do this role, e.g. the LSRFortessa by BD |
TRITC-dextran (155 kDa) | Sigma-Aldrich | T1287 | Other non-quenchable dextrans, and other sizes are also fine |
HL5 medium | Formedium | HLGCFG | |
96-well tissue culture plate | Corning | 3596 | Any flat-bottom tissue culture treated 96-well plate will work |
Dihydrostreptomycin sulfate | Sigma-Aldrich | PHR1517 | |
Ampicillin sodium | Formdium | AMP50 | |
Kanamycin monosulfate | Sigma-Aldrich | 60615 | |
Sodium azide | VWR | 103694M | |
Magnesium sulfate hydrate | VWR | 25169.295 | |
Calcium chloride dihydrate | VWR | 1.02382.0250 | |
Potassium dihydrogen phopshate | VWR | 1.04877.1000 | |
Di-potassium hydrogen phosphate | VWR | 1.05104.1000 | |
Fluorimeter | Perkin-Elmer | LS 50 B | |
FM1-43 | Thermofisher | T35356 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.00 µm | Polysciences | 15702-10 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.50 µm | Polysciences | 09719-10 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.75 µm | Polysciences | 17687-5 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 2.00 µm | Polysciences | 09847-5 | |
Texas Red E. coli bioparticles | Thermofisher | E2863 | |
Flow-set fluorospheres | Beckman Coulter | 6607007 | Calibration Beads |
SM agar | Formedium | SMACFG | |
0.22 µm syringe filter | Elkay Laboratory Products | E25-PS22-50S | |
10 mL Syringe | Becton Dickinson | 302188 | |
Round-bottom polystyrene tubes | Corning | 352058 | Use a tube that will fit onto your flow cytometer. |
70 µm cell strainer | Falcon | 352350 | |
50 mL centrifuge tube | Sarstedt | 62.547.004 | |
Repeating pipette | Eppendorf | M4-SK | |
5 mL repeating pipette tips | Eppendorf | 30089650 | |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650-100ML | |
LY294002 | Cayman Chemical Company | 70920 | |
Nocodazole | Sigma-Aldrich | M1404-2MG |
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