Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этом протоколе описывается, как использовать аналитический метод MEDUSA для количественной оценки смертельного регуляторного эффекта каждого нокаута гена. Он включает в себя инструкции по определению экспериментальных условий, оптимизирующих чувствительность, и пошаговое руководство по проведению анализа.
Систематический скрининг генетических возмущений, приводящих к приобретению или потере функции, может быть использован для характеристики генетических зависимостей и механизмов регуляции практически любого клеточного процесса, представляющего интерес. Эти эксперименты обычно включают в себя профилирование на основе пула возмущений одного гена и того, как каждое генетическое возмущение влияет на относительную приспособленность клетки. При применении в контексте исследований эффективности лекарств, часто называемых химико-генетическим профилированием, эти методы должны быть эффективными для выявления механизмов действия лекарств. К сожалению, исследования химиогенетического профилирования, основанные на физической подготовке, неэффективны для идентификации всех компонентов лекарственного ответа. Например, эти исследования, как правило, не могут определить, какие гены регулируют гибель клеток, вызванную лекарствами. Несколько проблем способствуют сокрытию регуляции смертности в скринингах, основанных на физической подготовке, в том числе сбивающие с толку эффекты изменения скорости пролиферации, вариации в вызванной лекарствами координации между ростом и смертью и, в некоторых случаях, неспособность отделить ДНК от живых и мертвых клеток. MEDUSA — это аналитический метод идентификации генов, регулирующих смерть, в обычных данных химико-генетического профилирования. Он работает с использованием вычислительного моделирования для оценки темпов роста и смертности, которые создали наблюдаемый профиль физической формы, а не для оценки самой физической формы. Эффективность использования метода зависит от оптимального титрования условий эксперимента, включая дозу препарата, начальный размер популяции и продолжительность анализа. В этой рукописи будет описано, как организовать исследование химико-генетического профилирования для анализа на основе MEDUSA, и мы продемонстрируем, как использовать этот метод для количественной оценки смертности в данных химико-генетического профилирования.
В химико-генетическом профилировании систематические генетические возмущения используются для понимания вклада каждого гена в данный ответ на лекарственное средство 1,2,3. Эти эксперименты являются ценными и могут раскрыть важную информацию о реакциях лекарств, в том числе о мишени связывания препарата и механизмах притока/оттока лекарств. Однако, поскольку эти эксперименты обычно проводятся в объединенном режиме, который оценивает все гены одновременно, получение механистических идей из данных химико-генетического профилирования может быть сложной задачей.
Механизмы контроля и генетические зависимости от лекарственно-индуцированной гибели клеток, как правило, сложно определить в данных химико-генетического профилирования. Существует несколько причин этой проблемы, но многие из них проистекают из влияния вариаций в клеточной пролиферации. Например, поскольку клетки пролиферируют экспоненциально, влияние генетического возмущения на скорость пролиферации оказывает большее влияние на размер популяции, чем изменение скорости гибели клеток. Кроме того, поскольку эта смещенная чувствительность со временем усугубляется и поскольку эти эксперименты обычно проводятся в течение нескольких недель, большинство исследований оптимизированы таким образом, чтобы быть высокочувствительными к дефектам пролиферации и по существу нечувствительными к изменениям в клеточной смерти, вызванной лекарственными препаратами. Другие вопросы, связанные с пролиферацией, включают в себя различную координацию между пролиферацией и смертью (например, как быстро растет каждый клон, одновременно умирая, и варьируется ли это в зависимости от генетических возмущений) и вариации в темпах пролиферации для каждого клона в отсутствие лекарства, что изменяет ожидаемое количество клеток, которые должны были / могли бы быть восстановлены, если бы препарат не был эффективным. Суть в том, что эксперименты по химико-генетическому профилированию обычно оценивают влияние генетических возмущений, используя измерения, пропорциональные относительным размерам популяции, сравнивая обработанные и необработанные популяции. Поскольку размер популяции является продуктом как роста клеток, так и скорости их гибели, с точки зрения клеточной смерти, пролиферация представляет собой искажающее влияние.
Чтобы решить эти проблемы, мы создали метод оценки смерти с использованием симуляционного подхода (MEDUSA)5. MEDUSA интерпретирует наблюдаемые данные об относительном размере популяции через призму компьютерного моделирования, чтобы сделать вывод о комбинации вызванного лекарствами роста и смертности, которые вызвали наблюдаемый ответ на лекарство для каждого генетического клона. Предварительные данные свидетельствуют о том, что метод может точно определить, как генетические возмущения влияют на уровень смертности, вызванной лекарствами, но точность этого метода зависит от детального понимания того, как пролиферация и гибель клеток координируются препаратом и как эти показатели изменяютсяс течением времени. Кроме того, выводы на основе MEDUSA требуют, чтобы лекарство тестировалось в дозе, вызывающей значительную гибель клеток. Важно отметить, что эти условия приема лекарств создают дополнительные опасения по поводу начальных размеров популяции и длины анализов, которые следует тщательно учитывать и оптимизировать. В этом протоколе мы описываем, как организовать химико-генетическое профилирующее исследование для анализа на основе MEDUSA, и подробно описываем использование этого аналитического метода. Общая цель MEDUSA состоит в том, чтобы определить, как делеция каждого гена влияет на рост и смертность, вызванные лекарствами.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Оптимизация дозы препарата для индуцирования гибели клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенный ниже протокол предназначен для оптимизации одной комбинации клеточной линии, препарата и дозы с использованием анализа FLICK 7,8. Пример данных для этого протокола описывает оптимизацию и скрининг 5 мкМ этопозида в клетках U2OS, но те же этапы оптимизации могут быть применены к любой другой желаемой комбинации клеточной линии и лекарственного средства/дозы. Этот протокол не требует сбора или анализа мертвых клеток. Этот протокол может быть использован для суспензионных культур при условии удаления мертвых клеток. Для суспензионных культур мертвые клетки могут быть отсортированы/отделены с помощью маркера жизнеспособности или маркера, специфичного для гибели клеток.
2. Выбор длины пробы
3. Определение начального размера популяции
4. Выполнение скрининга CRISPR
ПРИМЕЧАНИЕ: Клетки могут быть проверены с использованием установленных методов скрининга CRISPR после оптимизации дозы препарата и длины анализа. Установленные протоколы, такие как протокол скрининга TKO из лаборатории Моффата10,11, могут быть использованы для подготовки библиотеки скрининга CRISPR, производства вирусов, выполнения скрининга CRISPR и подготовки библиотек к секвенированию (рисунок 1A-B). В приведенном ниже протоколе описаны шаги, специфичные для анализа MEDUSA, который должен быть выполнен на данных на уровне подсчета после секвенирования.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Используя этот протокол, мы изучили генетические зависимости смерти, вызванной этопозидами в клетках U2OS. Этопозид является широко используемым химиотерапией, повреждающей ДНК15. Этот эксперимент по химико-генетическому профилированию был проведен с исп...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В этом протоколе мы описываем использование аналитического метода MEDUSA для количественной оценки данных химико-генетического профилирования для оценки того, как генетические нарушения влияют на рост и смертность, вызванные лекарственными препаратами. Поскольку пер...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Мы благодарим всех сотрудников Лаборатории Ли, бывших и нынешних, за их вклад в то, чтобы наша лаборатория могла оценить реакцию на лекарства. Эта работа была поддержана финансированием MJL и MEH от Национальных институтов здравоохранения (U01CA265709, R21CA294000 и R35GM152194 к MJL, и F31CA268847 к MEH), финансированием MJL от Фонда Джейн Коскинас Тед Джованис.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100mm Fisherbrand TC Dishes | Fisher Scientific | FB012924 | For growing cells and optimizing population size |
150mm Fisherbrand TC Dishes | Fisher Scientific | FB012925 | For growing cells and optimizing population size |
DESeq2 | R Package | v1.44.0 | For calculating fold-change |
DMEM | Corning | 10017CV | For seeding and drugging cells |
DMSO | Fisher Scientific | MT-25950CQC | For seeding and drugging cells |
Fisherbrand 96-Well, Cell Culture-Treated, U-Shaped-Bottom Microplate | Fisher Scientific | FB012932 | For seeding and drugging cells (pin plate) |
Greiner Bio-One CELLSTAR μClear 96-well, Cell Culture-Treated, Flat-Bottom Microplate | Greiner | 655090 | For seeding and drugging cells |
MATLAB | Mathworks | R2024a | For performing FLICK, GRADE, and MEDUSA |
Microplate fluorescence reader | Tecan | Spark | For dead cell measurements |
Sytox Green | Thermo Fisher Scientific | S7020 | For dead cell measurements |
TKOV3 CRISPR library | Addgene | 125517 | For performing CRISPR screen |
Triton-X 100 | Thermo Fisher Scientific | J66624-AP | For permeabilizing cells |
Trypan blue | Corning | MT25900CI | For measure live/dead cells |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены