Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Cell-to-cell transfer of protein aggregates, or proteopathic seeds, may underlie the progression of pathology in neurodegenerative diseases. Here, a novel FRET flow cytometry assay is described that enables specific and sensitive detection of seeding activity from recombinant or biological samples.
Increasing evidence supports transcellular propagation of toxic protein aggregates, or proteopathic seeds, as a mechanism for the initiation and progression of pathology in several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease and the related tauopathies. The potentially critical role of tau seeds in disease progression strongly supports the need for a sensitive assay that readily detects seeding activity in biological samples.
By combining the specificity of fluorescence resonance energy transfer (FRET), the sensitivity of flow cytometry, and the stability of a monoclonal cell line, an ultra-sensitive seeding assay has been engineered and is compatible with seed detection from recombinant or biological samples, including human and mouse brain homogenates. The assay employs monoclonal HEK 293T cells that stably express the aggregation-prone repeat domain (RD) of tau harboring the disease-associated P301S mutation fused to either CFP or YFP, which produce a FRET signal upon protein aggregation. The uptake of proteopathic tau seeds (but not other proteins) into the biosensor cells stimulates aggregation of RD-CFP and RD-YFP, and flow cytometry sensitively and quantitatively monitors this aggregation-induced FRET. The assay detects femtomolar concentrations (monomer equivalent) of recombinant tau seeds, has a dynamic range spanning three orders of magnitude, and is compatible with brain homogenates from tauopathy transgenic mice and human tauopathy subjects. With slight modifications, the assay can also detect seeding activity of other proteopathic seeds, such as α-synuclein, and is also compatible with primary neuronal cultures. The ease, sensitivity, and broad applicability of FRET flow cytometry makes it useful to study a wide range of protein aggregation disorders.
Hücre içi tau amiloid birikimi, Alzheimer hastalığı gibi tauopatıler tanımlar. Hastalığın erken evrelerinde, patoloji genellikle beynin farklı bölgelerinde lokalize, ancak hastalığın ilerlemesi ile, patoloji kaçınılmaz farklı sinir ağları 1-5 boyunca yayılır. Biriken deliller toksik protein agrega transselüler yayılımı (6-10 gözden) Bu patoloji altında yatan göstermektedir. Bu modelde, proteopathic tohumları (örneğin, tau) verici hücrelerden salınan ve şablonu konformasyonal değişiklik 11-15 ile yanlış katlanmış formda doğal tau proteini dönüşürken, komşu hücreleri girin. Burada açıklanan tahlil hassas tür tohum aktivitesini tespit etmek için geliştirilmiştir. Bu rekombinant proteinin ve biyolojik numuneler ile uyumlu ve proteopathic tohumlama aktivitesi 16 dakikalık seviyelerinin ölçümü sağlar.
Stabil tau tekrar d ifade HEK 293T hücreleriCFP ya YFP da kaynaşmış hastalıkla ilişkili P301S mutasyonu içeren OMain (RD) tohumlama aktivitesi stabil biyosensör olarak hizmet (bundan sonra tau-RD-CFP / YFP hücreleri olarak da adlandırılır). Proteopathic tohum yokluğunda, hücreler, bir çözünür bir monomer olarak tau korumak ve kayda değer bir plan FRET sahiptir. Hücrelerin içine spontan alma ya da tau tohumların lipozom-aracılı iletim Bununla birlikte, akış sitometrisi ile, tek hücreler içinde ölçüldüğü bir FRET sinyali üretir RD-CFP ve RD-YFP agregasyonu ile sonuçlanır.
Bu testte çok sayıda bileşenleri duyarlılığını artırmak ve değişkenliği azaltmak için geliştirilmişti. Bir 1 monoklonal hücre çizgisi: en uygun sinyal sağlar olarak 1 RD-CFP / YFP sentezleme oranı seçildi: gürültü. Hassasiyetini artırmak için, fosfolipidler, doğrudan hücre içine tohum tanıtmak için kullanılan (uptake biyolojik mekanizmaları incelemek için, ancak bu ihmal edilebilir). Son olarak, nüfus düzeyi ve tek bir hücre de izler FRET akım sitometri seviye, diğer protein kümeleme deneyleri aksine. Nihai sonuç ölçüsü, entegre FRET yoğunluğu, yüksek kantitatif ve agregasyonu ile hücrelerin sayısında ve kümeleme her hücrede meydana geldi hangi derecede hem hesapları. Bu optimize tüm parametreler duyarlılığını artırmak ve tekrarlanabilirlik sağlamak.
Bu sistem son zamanlarda yaygın olarak kullanılan diğer tau patolojik belirteçleri temporal başlamasını ve tau tohumlama faaliyetleri göreli ilerlemesini (örneğin, MC1, AT8, PG5 ve ThioflavinS) değerlendirildi transgenik P301S tauopathy farelerde 17 kapsamlı bir çalışmada kullanılmıştır. Tohum etkinlik bugüne kadar en az 6 hafta histolojik algılama önceki değerlendirilen tau patolojisi en eski ve en güçlü işaret vardır. Tohum aktivite başlangıcı ve / veya nörodejenerasyonda 16 ilerlemesinde proteopathic tohumların nedensel rolünü düşündürmektedir 1.5 ay ve ilerleyen yaşla birlikte artar görünür.
e_content "> biyolojik örneklerden tohum malzemesi dakika seviyelerinin hassas kantitatif. Erken hastalığın ilerlemesini izlemek çalışmaları kolaylaştırabilir deneme süresinin kısaltılması ve genç hayvanların kullanılmasını sağlayarak, bu klinik öncesi hayvan deneylerinde verimliliği ve doğruluğunu artırabilir. Örneğin, P301S fare daha önce tarif edilen, kurşun bileşikleri erken 4-6 hafta kadar teslim edilebilir, ve 2-4 hafta sonra etki için izlenir. deney doğru tohumlama herhangi bir azalma ölçmek gerekir (ya da ekim aktivitesi başlangıcında hemen önce) faaliyet. sitometrisi in vitro tarama uygulamaları da. Örneğin, anti-tau reaktifler (örneğin, antikorlar, küçük moleküller, vs.) ya da rekombinant tau kullanılarak yapılmış, kültür doğrudan indüksiyon tohumlama bloke etme kapasitesi hızlı bir şekilde test edilebilir olan akış FRET bir tohum kaynağı (Şekil 5). Bu düzenleme ile, tohum malzemesi hazırlandıktan sonra, eski olarak agrega ya da beyin türevli lisatlarperiment veri analizi de dahil olmak üzere, tamamlamak için sadece üç gün sürer. Proteopathic tohumlama faaliyetinin hızla kantitatif böylece nörodejenerasyon birçok çalışma kolaylaştırabilir.Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
NOT: Bu protokol FRET kullanımı fare biyolojik örneklerden tohumlama aktivitesini tespit etmek için flow sitometri vurguluyor. Aynı zamanda, rekombinant fibriller ve insan biyolojik numuneler ile uyumludur. Fare ötanazi ve beyin hasat IACUC onaylı prosedürlere uygun olarak gerçekleştirildi.
1. Beyin Ekstraksiyon
Biyolojik Tohum Materyali 2. Hazırlık
3. şarjı Biyosensör Hücreler
NOT:Bu deney için, dört hücre çizgileri kullanın: HEK 293T (hücre çizgisi # 1), RD-P301S-CFP (hücre çizgisi # 2), RD-P301S-YFP (3 hücre çizgisi #) ve RD-P301S-CFP / YFP ( hücre çizgisi # 4). Tahlile her hücre hattının katkılarından dolayı Tablo 1 başvurun.
4. tedavi edilmesi Hücreler
NOT: ertesi gün, tau biyosensör hücreleri aşağıdaki gibi tohum iletim kompleksleri hazırlamak,% 60-65 konfluent:
FRET Akım Sitometrisi 5. Hasat Hücreleri
NOT: hücrelerini-genel hasat önce 24-48 saat tedavi sonrası-standart bir ters floresan mikroskop GFP filtresi kullanılarak tohumlama faaliyetinin ön okuma almak mümkündür. Tohum malzeme ile tedavi edilen hücreler yoğun noktasal ve retiküler hücre içi kapanımlar (- B Şekil 1A) gösterecektir oysa tohum malzemesi (yani, boş lipozomlar) olmadan tedavi hücreler, yaygın floresan gösterecektir.6. FRET Akım Sitometri
Not: Lazer hattı ve filtre setleri (Tablo 2) ile uyumlu bir FRET donatılmıştır MACSQuant VYB, gibi bir akış sitometrisi kullanın. Bu bölümde her adım için, yazılımın 96 kuyu şablonu kullanarak ilgi kuyusunu tıklatın ve tıklatın"Play" örnek alımı ve akışını başlatmak için. 'Yeni analiz pencere' simgesini tıklayarak araziler ya da istatistik tabloları yapın. X veya Y ekseni ya da üzerinde başlığını tıklayarak ve uygun filtreyi seçerek bireysel değişkenli araziler üzerinde eksen parametrelerini değiştirin. Hücre popülasyonlarının veya floresan sinyalleri kaydırmaya artırmak veya uygun filtreler ile ilgili gerilimleri azaltmak. Bu alet sayesinde, doğru tek hücreli izlenmesini sağlamak için <1,000 olay / sn çalıştırın.
7. Veri analizi
NOT: X veya Y ekseni ya da üzerinde başlığını tıklayarak ve uygun filtreyi seçerek bireysel değişkenli araziler üzerinde değiştirme eksen parametreleri.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
FRET akım sitometri duyarlı, nicel ve rekombinant veya biyolojik örneklerden tohumlama faaliyetinin hızlı algılama sağlar. Deney ayarları yüzeysel olduğu: Tau-RD-CFP / YFP ifade monoklonal türetilen stabil hücre hatları 24-48 saat için kuluçkalanmıştır, tohum malzemesi ile transduse ve analizi (Şekil 1A) akış sitometrisi tabi tutulur. Tohumların yokluğunda, biyosensör hücreleri çözünür, monomerik formda (Şekil 1B) tau korumak. Tohumların varlığında ise,...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Burada anlatılan FRET akım sitometri sistemi hızlı ve kantitatif tau tohumlama aktivitesini değerlendirmek için güçlü bir araçtır. Sadece orta hücre kültürü deneyim ve FRET çalışan bir bilgi ve akım sitometri gerektirir. Beta bilanço yapısı bağlandığı zaman floresan gelişmiş sergileyen - - örneğin Thioflavin T gibi diğer ekim deneyleri, zahmetli ve saf, rekombinant protein alt tabakayı gerektirir. Ayrıca, tau için in vitro tohumlama deneyleri sadece semi-kantitatif ve tohum mal...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
This assay has been licensed to Janssen Pharmaceuticals.
This work was supported by the Tau Consortium (M.I.D); National Institutes of Health Grant 1R01NS071835 (M.I.D.), a Department of Defense Grant PT110816 (to M.I.D.), 1F32NS087805 (to J.L.F.), and 1F31NS079039 (to B.B.H.).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
TBS | Sigma | T5912 | |
cOmplete Protease Inhibitors (EDTA-free) | Roche | 4693159001 | |
Cryo-vials | Sarstedt | 72.694.006 | |
Analytical Balance | Mettler Toledo | XSE 105DU | |
Weighing Boats | Fisher Scientific | 13-735-743 | |
15 ml conical tube | USA Scientific | 1475-0501 | |
Omni Sonic Ruptor Ultrasonic Homogenizer | Omni International | 18-000-115 | |
Micro-Tip for Ultrasonic Homogenizer | Omni International | OR-T-156 | |
2-Propanol | Fisher Scientific | A451 | |
Noise Cancelling Ear Muffs | Fisher Scientific | 19-145-412 | |
Kimwipes | Fisher Scientific | S47299 | |
1.5 ml tubes | USA Scientific | 1615-5510 | |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5424 000.215 | |
DPBS | Life Technologies | 14190-136 | |
DMEM | Life Technologies | 11965-084 | |
Fetal Bovine Serum | HyClone | SH30071.03 | |
Penicillin-Streptomycin | Life Technologies | 15140-122 | |
GlutaMax | Life Technologies | 35050-061 | |
Trypsin-EDTA | Life Technologies | 25300-054 | |
50 ml Conical Tubes | Phenix Research | SS-PH15 | |
25 ml reagent resevoirs | VWR | 41428-954 | |
Multi channel pipet | Fisher Scientific | TI13-690-049 | |
96 well flat bottom plates | Corning | 3603 | |
Opti-MEM | Life Technologies | 31985-070 | |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668019 | |
96 well round bottom plates | Corning | 3788 | |
16% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | RT 15710 | |
PBS | Sigma-Aldrich | P5493 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | ED2SS | |
HBSS | Life Technologies | 14185-052 | |
Sorvall ST 40 Centrifuge | Thermo Scientific | 75004509 | |
BIOLiner Swinging Bucket Rotor | Thermo Scientific | 75003796 | |
Hemacytometer | VWR | 15170-172 | |
MACSQuant VYB Flow Cytomter | Miltenyi Biotec | 130-096-116 | |
Chill 96 Rack | Miltenyi Biotec | 130-094-459 | |
Flow Jo analysis software | Flow Jo | ||
20 μl pipet tips | Rainin | GPS-L10 | |
200 μl pipet tips | Rainin | GPS-250 | |
1 ml pipet tips | Rainin | GPS-1000 | |
200 μl pipet tips | USA Scientific | 1111-1800 | |
5 ml serological pipett | Phenix Research | SPG-606180 | |
10 ml serological pipett | Phenix Research | SPG-607180 | |
25 ml Serological pipett | Phenix Research | SPG-760180 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır