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Este método descreve um protocolo de imunofluorescência e pipeline de quantificação para avaliar a distribuição de proteínas com padrões variados de organização nuclear em linfócitos T humanos. Este protocolo fornece orientação passo a passo, começando pela preparação da amostra e continuando com a execução da análise semiautomatizada em Fiji, concluindo com o tratamento de dados por um notebook Google Colab.
Vários processos nucleares, como o controle transcricional, ocorrem dentro de estruturas discretas conhecidas como focos que são discerníveis através da técnica de imunofluorescência. Investigar a dinâmica desses focos sob diversas condições celulares por meio de microscopia produz informações valiosas sobre os mecanismos moleculares que governam a identidade e as funções celulares. No entanto, a realização de ensaios de imunofluorescência em diferentes tipos de células e a avaliação de alterações na montagem, difusão e distribuição desses focos apresentam inúmeros desafios. Esses desafios abrangem complexidades na preparação de amostras, determinação de parâmetros para análise de dados de imagem e gerenciamento de volumes substanciais de dados. Além disso, os fluxos de trabalho de imagem existentes geralmente são adaptados para usuários proficientes, limitando assim a acessibilidade a um público mais amplo.
Neste estudo, apresentamos um protocolo de imunofluorescência otimizado adaptado para investigar proteínas nucleares em diferentes tipos de células T primárias humanas que podem ser personalizadas para qualquer proteína de interesse e tipo de célula. Além disso, apresentamos um método para quantificar de forma imparcial a coloração de proteínas, quer elas formem focos distintos ou exibam uma distribuição nuclear difusa.
Nosso método proposto oferece um guia abrangente, desde a coloração celular até a análise, aproveitando um pipeline semiautomatizado desenvolvido em Jython e executável em Fiji. Além disso, fornecemos um script Python fácil de usar para simplificar o gerenciamento de dados, acessível publicamente em um notebook do Google Colab. Nossa abordagem demonstrou eficácia em produzir análises de imunofluorescência altamente informativas para proteínas com diversos padrões de organização nuclear em diferentes contextos.
A organização do genoma eucariótico é governada por múltiplas camadas de modificações epigenéticas1, coordenando várias funções nucleares que podem ocorrer dentro de compartimentos especializados chamados corpos nucleares ou condensados2. Dentro dessas estruturas, ocorrem processos como iniciação da transcrição3, processamento de RNA 4,5,6, reparo de DNA 7,8, biogênese do ribossomo 9,10,11 e regulação da heterocromatina12,13. A regulação dos corpos nucleares se ajusta às dimensões espaciais e temporais para acomodar as necessidades celulares, guiada pelos princípios de separação de fases14,15. Consequentemente, esses corpos funcionam como fábricas transitórias onde os componentes funcionais se montam e se desmontam, sofrendo mudanças de tamanho e distribuição espacial. Portanto, entender as características das proteínas nucleares por microscopia, incluindo sua propensão a formar corpos e seu arranjo espacial em diferentes condições celulares, oferece informações valiosas sobre seus papéis funcionais. A microscopia de fluorescência é um método amplamente utilizado para o estudo de proteínas nucleares, permitindo sua detecção por meio de anticorpos fluorescentes ou expressando diretamente alvos com um repórter de proteína fluorescente16,17.
Nesse contexto, os corpos nucleares aparecem como focos ou pontos brilhantes, com notável grau de esfericidade, tornando-os facilmente distinguíveis do ambiente circundante16,18. Técnicas de super-resolução como STORM e PALM, ao fornecer resolução aprimorada (até 10 nm) 19, permitem uma caracterização mais precisa da estrutura e composição de condensados específicos20 . No entanto, sua acessibilidade é limitada pelas despesas com equipamentos e pelas habilidades especializadas necessárias para a análise de dados. Portanto, a microscopia confocal continua popular devido ao seu equilíbrio favorável entre resolução e uso mais amplo. Essa popularidade é facilitada pela remoção inerente da luz fora de foco, o que diminui a necessidade de extensos procedimentos de pós-processamento para segmentação precisa, sua ampla disponibilidade em institutos de pesquisa, seu tempo efetivo de aquisição e preparação de amostras que normalmente é eficiente. No entanto, medir com precisão a distribuição, montagem ou difusão de proteínas usando ensaios de imunofluorescência em diversas condições celulares apresenta desafios, pois muitos métodos existentes carecem de orientação sobre a seleção de parâmetros adequados para proteínas com padrões de distribuição variados21. Além disso, lidar com o grande volume de dados resultante pode ser assustador para usuários com experiência limitada em análise de dados, comprometendo potencialmente o significado biológico dos resultados.
Para enfrentar esses desafios, introduzimos um protocolo passo a passo detalhado para preparação de imunofluorescência e análise de dados, com o objetivo de fornecer um método imparcial para quantificar a coloração de proteínas com vários padrões de organização (Figura 1). Este pipeline semiautomatizado foi projetado para usuários com experiência limitada em análise computacional e de imagem. Ele combina as funcionalidades de dois plug-ins estabelecidos em Fiji: FindFoci22 e 3D suite23. Ao integrar a capacidade precisa de identificação de focos do FindFoci com os recursos de identificação e segmentação de objetos no espaço 3D oferecidos pelo 3D suite, nossa abordagem gera dois arquivos CSV por canal para cada campo de aquisição. Esses arquivos contêm informações complementares que facilitam o cálculo de métricas adequadas para vários tipos de distribuição de sinal, como a contagem de focos por célula, a distância dos focos do centróide nuclear e o coeficiente de heterogeneidade (IC), que introduzimos para a coloração difusa de proteínas. Além disso, reconhecemos que a extrapolação de dados pode ser demorada para usuários com habilidades limitadas de manuseio de dados. Para agilizar esse processo, fornecemos um script Python que compila automaticamente todas as medidas coletadas em um único arquivo para cada experimento. Os usuários podem executar este script sem a necessidade de instalar nenhum software de linguagem de programação. Disponibilizamos um código executável no Google Colab, uma plataforma baseada em nuvem que permite a escrita de scripts Python diretamente no navegador. Isso garante que nosso método seja intuitivo e prontamente acessível para uso imediato.
Demonstramos a eficácia do nosso protocolo na análise e quantificação de alterações na distribuição de sinal de duas proteínas nucleares: proteína 4 contendo bromodomínio (BRD4) e supressor de zeste-12 (SUZ12). BRD4 é uma proteína coativadora bem documentada dentro do complexo Mediador conhecida por formar condensados associados à iniciação transcricional dependente da polimerase II24,25. SUZ12 é um componente proteico do Complexo Repressivo Polycomb 2 (PRC2) responsável por regular a deposição da modificação da histona H3K27me326,27. Essas proteínas exibem padrões diferentes dentro de dois tipos distintos de células: células T CD4+ virgens humanas recém-isoladas, que são quiescentes e exibem taxas lentas de atividade transcricional, e células TH1 CD4+ diferenciadas in vitro, que são células efetoras especializadas em proliferação mostrando transcrição aumentada28.
O uso de amostras humanas para fins de pesquisa foi aprovado pelos Comitês de Ética da Fondazione Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) Cà Granda Ospedale Maggiore Policlinico (Milão), e o consentimento informado foi obtido de todos os sujeitos (números de autorização: 708_2020). O protocolo é organizado em três seções principais: execução de imunofluorescência, aquisição de imagem e análise de imagem. Em média, são necessários 4 dias úteis para ser concluído (Figura 1).
1. Preparação de imunofluorescência
NOTA: Este protocolo de imunofluorescência pode ser facilmente personalizado para vários tipos de células e alvos de proteínas, ajustando as condições de fixação e permeabilização. A preparação da imunofluorescência normalmente leva menos de 3 dias para ser concluída, com a duração da incubação do anticorpo primário variando com base na qualidade do anticorpo e na proteína alvo (Figura 1).
2. Aquisição de imagem
NOTA: A duração da aquisição da imagem depende do instrumento e das configurações selecionadas.
3. Análise de imagem
O protocolo descrito neste método facilita a visualização e quantificação de alterações na coloração de proteínas nucleares em células T primárias humanas e pode ser personalizado para diversos tipos de células e alvos de proteínas. Como estudos de caso, conduzimos e analisamos a coloração de BRD4 e SUZ12 em células virgens e TH1 CD4+ .
O BRD4 exibe um padrão de coloração bem pontilhado em células TH1 CD4 + virge...
Neste estudo, apresentamos um método para a realização de experimentos de imunofluorescência em proteínas nucleares em linfócitos T humanos. Esse método oferece flexibilidade para uso com vários tipos de células por meio de pequenas modificações nas etapas de fixação e permeabilização, conforme descrito anteriormente30,31.
Nosso fluxo de trabalho de imagem baseia-se em técnicas estabelecidas descritas na literatura, esp...
A RV tem uma colaboração científica com a startup T-One Therapeutics Srl; B.B. e F.M. são cofundadores da startup T-One Therapeutics Srl; E.P. é atualmente empregado pela T-One Therapeutics Srl; Todos os outros autores declaram não ter interesses conflitantes.
Agradecemos a assistência científica e técnica do INGM Imaging Facility, em particular, C. Cordiglieri e A. Fasciani, e do INGM FACS Facility em particular M.C Crosti (Istituto Nazionale di Genetica Molecolare 'Romeo ed Enrica Invernizzi' (INGM), Milão, Itália). Agradecemos a M. Giannaccari por seu suporte técnico de informática. Este trabalho foi financiado pelas seguintes doações: Fondazione Cariplo (Bando Giovani, concessão nº 2018-0321) e Fondazione AIRC (concessão nº MFAG 29165) para F.M. Ricerca Finalizzata, (concessão nº GR-2018-12365280), Fondazione AIRC (concessão nº 2022 27066), Fondazione Cariplo (concessão nº 2019-3416), Fondazione Regionale per la Ricerca Biomedica (FRRB CP2_12/2018), Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) (concessão nº G43C22002620007) e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) (concessão nº 2022PKF9S) para B. B.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL Safe-Lock Tubes | Eppendord | #0030121503 | Protocol section 1 |
10 mL Serological pipettes | VWR | #612-3700 | Protocol section 1 |
20 µL barrier pipette tip | Thermo Scientific | #2149P-HR | Protocol section 1 |
50 mL Polypropylene Conical Tube | Falcon | #352070 | Protocol section 1 |
200 µL barrier pipette tip | Thermo Scientific | #2069-HR | Protocol section 1 |
antifade solution - ProlongGlass - mountingmedia | Invitrogen | #P36984 | Step 1.3.12 |
BSA (Bovine Serum Albumin) | Sigma | #A7030 | Step 1.3.6., 1.3.8. |
CD4+ T Cell Isolation Kit | Miltenyi Biotec | #130-096-533 | Step 1.1.2. |
DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) | Invitrogen | Cat#D1306 | Step 1.3.10. |
Dry ice | Step 1.3.1. | ||
Dynabeads Human T-activator anti-CD3/anti-CD28 bead | Life Technologies | #1131D | magnetic beads step 1.1.4. |
EtOH | Carlo Erba | #4146320 | Step 1.2.1.1. |
FACSAria SORP | BD Bioscences | Step 1.1.3. Equipped with BD FACSDiva Software version 8.0.3 | |
FBS (Fetal Bovine Serum) | Life Technologies | #10270106 | Step 1.1.4 |
FICOLL PAQUE PLUS | Euroclone | GEH17144003F32 | Step 1.1.1. |
FIJI Version 2.14.0 | - | - | Protocol section 3 |
Glass coverslip (10 mm, thickness 1.5 H) | Electron Microscopy Sciences | #72298-13 | Step 1.2.1. |
Glycerol | Sigma | #G5516 | Step 1.2.7-1.3.1. |
Goat anti-Rabbit AF568 secondary antibody | Invitrogen | A11036 | Step 1.3.8. |
HCl | Sigma | #320331 | Step 1.3.4. |
human neutralizing anti-IL-4 | Miltenyi Biotec | Cat#130-095-753 | Step 1.1.4. |
human recombinant IL-12 | Miltenyi Biotec | Cat#130-096-704 | Step 1.1.4. |
human recombinant IL-2 | Miltenyi Biotec | Cat#130-097-744 | Step 1.1.4. |
Leica TCS SP5 Confocal microscope | Leica Microsystems | - | Protocol section 2, Equipped with HCX PL APO 63x, 1.40 NA oil immersion objective, with an additional 3x zoom. Pinhole size : 0.8 AU. Line average 2×. Frame size 1024×1024 pixel. |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Life Technologies | #11140035 | Step 1.1.4. |
Microscope Slides | VWR | #631-1552 | Step 1.3.12. |
Mouse monoclonal anti-Human CD4 APC-Cy7 (RPA-T4 clone) | BD Bioscience | #557871 | Step 1.1.3. |
Mouse monoclonal anti-Human CD45RA PECy5 (5H9 clone) | BD Bioscience | #552888 | Step 1.1.3. |
Mouse monoclonal anti-Human CD45RO APC (UCHL1 clone) | Miltenyi Biotec | #130-113-546 | Step 1.1.3. |
Multiwell 24 well | Falcon | #353047 | Protocol section 1 |
Normal Goat Serum | Invitrogen | PCN5000 | Step 1.3.6., 1.3.8. |
PBS | Life Technologies | #14190094 | Protocol section 1 |
Penicillin/Streptomycin solution | Life Technologies | #15070063 | Step 1.1.4. |
PFA | Sigma | #P6148 | Step 1.2.4. |
poly-L-lysine | Sigma | #P8920 | 1.2.1. |
Primary antibody - BRD4 | Abcam | #ab128874 | Step 1.3.6. |
Primary antibody - SUZ12 | Cel Signalling | mAb #3737 | Step 1.3.6. |
RPMI 1640 W/GLUTAMAX-I | Life Technologies | #61870010 | Step 1.1.4. |
Sodium Pyruvate | Life Technologies | #11360039 | Step 1.1.4. |
Triton X-100 | Sigma | #T8787 | Step 1.2., 1.3. |
TWEEN 20 | Sigma | #P9416 | Step 1.3. |
Tweezers | - | - | Protocol section 1 |
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