Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu protokol, canlı kemik iliği kaynaklı makrofajların (BMDM'ler) izolasyonu, kültürü, polarizasyonu ve glikolitik metabolik durumunun ölçümü için ayrıntılı ve kapsamlı yöntemler sağlar. Bu makale, BMDM'lerin gerçek zamanlı olarak iş akışı ve glikolitik değerlendirmesi için gerçekçi görsel çizimlerle adım adım talimatlar sağlar.
Makrofajlar en önemli antijen sunan hücreler arasındadır. Makrofajların birçok alt kümesi, benzersiz metabolik imzalarla tanımlanmıştır. Makrofajlar genellikle M1 benzeri (inflamatuar) ve M2 benzeri (antienflamatuar) alt tipler olarak sınıflandırılır. M1 benzeri makrofajlar, LPS ve / veya INF-γ, IL-12 ve IL-2 gibi pro-inflamatuar sitokinler tarafından aktive edilen pro-inflamatuar makrofajlardır. M1 benzeri polarize makrofajlar, konağın çeşitli bakteri ve virüslere karşı savunmasına aracılık ederek çeşitli hastalıklarda rol oynar. Bu, LPS'nin neden olduğu M1 benzeri makrofajları ve enflamatuar hastalıklardaki metabolik durumlarını incelemek için çok önemlidir. M2 benzeri makrofajlar, anti-inflamatuar sitokinler ve stimülatörler tarafından aktive edilen anti-inflamatuar makrofajlar olarak kabul edilir. Pro-inflamatuar durum altında, makrofajlar glikolitik fonksiyonda artmış glikoliz gösterir. Glikolitik fonksiyon, hücre dışı akı (XF) analizörleri kullanılarak glikoliz, glikolitik kapasite, glikolitik rezerv, telafi edici glikoliz veya glikolitik olmayan asitleştirme bağlamında aktif olarak araştırılmıştır.
Bu makale, kemik iliğinden türetilmiş makrofajlar (BMDM'ler) solunum yaparken, tüketirken ve enerji üretirken glikolitik durumların takip etmesi kolay adımlarla gerçek zamanlı olarak nasıl değerlendirileceğini göstermektedir. Bu protokolde spesifik glikoliz inhibitörleri ve aktivatörleri kullanarak, hücrelerdeki glikolitik metabolik süreçlerin sistemik ve eksiksiz bir görünümünün nasıl elde edileceğini ve daha doğru ve gerçekçi sonuçların nasıl sağlanacağını gösteriyoruz. Birden fazla glikolitik fenotipi ölçebilmek için, BMDM'lerin polarizasyon değerlendirmesi için kolay, hassas, DNA tabanlı bir normalizasyon yöntemi sunuyoruz. BMDM'lerin fenotipinin ve metabolik durumunun kültürlenmesi, aktivasyonu / polarizasyonu ve tanımlanması, birçok farklı hastalık türünün araştırılmasına yardımcı olabilecek çok önemli tekniklerdir.
Bu yazıda, saf M0 makrofajlarını sırasıyla LPS ve IL4 ile M1 benzeri ve M2 benzeri makrofajlara polarize ettik ve hücre dışı akı analizi ve glikolitik aktivatörler ve inhibitörler kullanarak BMDM'lerde gerçek zamanlı ve zaman içinde uzunlamasına kapsamlı bir glikolitik parametre seti ölçtük.
Makrofajlar, doğuştan gelen bağışıklık sistemi M1'in en kritik hücrelerinden biridir. Bulaşıcı hastalıkların, fagositozun, antijen sunumunun ve inflamasyonun düzenlenmesinde rol oynarlar2. Ayrıca, makrofajların salgıladıkları çeşitli sitokinler aracılığıyla diğer bağışıklık hücrelerini düzenlemeleri gerekir3. Makrofaj fenotiplerinde büyük bir spektrum vardır4. Makrofajların maruz kaldığı sinyallere bağlı olarak, farklı enflamatuar ve metabolik durumlara doğru polarize olurlar5. Makrofajlar, makrofajların hangi dokuda bulunduğuna bağlı olarak çeşitli hastalıklarda metabolik değişiklikler gösterir6. Polarize makrofajlar, glikolitik metabolizmalarını, lipid metabolizmalarını, amino asit metabolizmalarını ve mitokondriyal oksidatif fosforilasyonlarını (OXPHOS) yeniden programlama veya değiştirme yeteneğine sahiptir7,8. Klasik olarak aktive edilmiş M1 benzeri makrofajlar ve alternatif olarak aktive edilmiş M2 benzeri makrofajlar, makrofajların en çok çalışılan iki fenotipidir3. Aktive edilmemiş hareketsiz makrofajlar M0 makrofajları olarak adlandırılır. M0 makrofajlarının M1 benzeri bir fenotipe doğru polarizasyonu, naif BMDM'lerin bakteriyel lipopolisakkarit (LPS) ile uyarılmasıyla indüklenebilir9. PI3K-AKT-mTOR-HIF1a sinyal yolu, enflamatuar sitokinler, interferon-gama (IFN γ,) veya tümör nekroz faktörü (TNF)10 varlığında makrofajlarda aktive edilebilir. M1 benzeri makrofajlar, glikoliz metabolizması seviyelerinde artışa, oksidatif fosforilasyon (OXPHOS) seviyelerinde azalmaya, bulaşıcı ve enflamatuar hastalıklarda rol oynayan inflamatuar sitokinler üretmeyesahiptir 8. Öte yandan, M2 benzeri fenotipe doğru polarizasyon, İnterlökin (IL)-4, JAK-STAT, PPAR ve AMPK yolları yoluyla veya (IL)-13 ve TGFβ yolları11,12 ile indüklenebilir.
M1 benzeri makrofajların aksine, M2 benzeri makrofajlar glikolizi azaltmış ve OXPHOS'u arttırmıştır ve anti-parazitik ve doku onarım aktivitelerinde rol oynarlar 8,13. BMDM'ler, kemik iliği kök hücrelerinden türetilen makrofajların incelenmesi için yaygın olarak kullanılan bir sistemdir. Glikoliz ve OXPHOS, hücrelerde önde gelen iki enerji üretim yoludur14. Mikro çevrelerine bağlı olarak, BMDM'ler bu yollardan herhangi birini kullanmayı seçebilir; Bazı durumlarda, birinden diğerine geçin veya her iki yoluda kullanın 14. Bu çalışmada aktive olmuş proinflamatuar makrofajlarda glikoliz metabolizması üzerine odaklandık. Sitoplazmadaki glikoz piruvata ve daha sonra laktata dönüştürüldüğünde, hücreler ortamda, M1 benzeri hücrelerin5 çevrili ortamında asitleşme oranında bir yükselmeye neden olan protonlar üretir. Hücre ortamının asitleşme hızını ölçmek için bir hücre dışı akı analizörü kullanıldı. Sonuçlar Hücre Dışı Asitleşme Hızı (ECAR) veya Proton Akış Hızı olarak rapor edilir.
Polarize makrofajlarda glikoliz seviyelerine erişmek için optimize edilmiş, hızlı ve kolay bir yöntem, glikolitik fenotipi, metabolit değişikliklerini ve inhibitörlerin/aktivatörlerin ve ilaçların polarize makrofajlar üzerindeki etkilerini belirlemek için gereklidir. Bu yazıda açıklanan yöntem, spesifik glikoliz faktörleri (Glikoliz, Glikolitik kapasite, Glikolitik rezerv ve glikolitik olmayan asitleşme) ve ayrıca glikolitik metabolizmanın metabolik yeniden programlanması hakkında bilgi vermek için optimize edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan inhibitör (2DG) açıkça glikoliz yolunu hedefler.
Bu optimize edilmiş protokol, yayınlanmış bir protokol16, üreticinin kullanıcı kılavuzlarının glikolitik tahlillerinin hücre dışı akı analizi ve üreticinin Ar-Ge bilim adamları ile doğrudan iletişimin kombinasyonuna dayalı olarak değiştirilmiş ve geliştirilmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Fareler, Laboratuvar Hayvanları Bakımının Değerlendirilmesi ve Akreditasyonu (AAALAC) ve Amerikan Laboratuvar Hayvanları Bilimi Derneği (AALAS) yönergelerine göre ve Texas A&M Üniversitesi kurumsal hayvan bakımı ve kullanımı komitesi (IACUC) tarafından onaylanan protokoller kullanılarak insancıl bir şekilde sakrifiye edildi.
1. Fareler, kemik iliği hasadı ve BMDM kültürü
2. Femur maruziyeti
NOT: Bir biyogüvenlik kabininde aşağıdaki adımları gerçekleştirin.
3. İlik yıkama
4. RBC lizisi
5. Kaplama ve kültür
6. Plakalardan hasat
Şekil 1: BM'den Türetilmiş Makrofajların fare kemik iliği kültürünün grafiksel iş akışı. (A) Bacak hasadı, Femur maruziyeti ve ilik yıkaması; (b) RBC Lizisi; (C) Kaplama ve kültür; (D) Plakalardan hücre hasadı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
7. Metabolik akı analizörü testinden bir gün önce: glikolitik test için hücrelerin tohumlanması ve polarizasyonu
Şekil 2: Hücrelerin tohumlanması ve polarizasyonunun grafiksel gösterimi. (A) Hücre dışı akı analizörü kurulumu ve kartuş hidrasyonu; (B) Hücrelerin polarizasyonu ve gece boyunca inkübasyon. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
8. Tahlil günü: XF Orta ve bileşik hazırlama
Enjeksiyon Stokları (Kitlerde bulunur) | Komple tahlil ortamı ekleyin (mL) | Nihai Stok konsantrasyonu (μM) |
Glikoz | 3 | 100 bin |
Oligomisin | 0.72 | 100 |
2-DG | 3 | 100 bin |
Tablo 1. Enjeksiyon stokları
Kartuş üzerindeki bağlantı noktaları | Stok çözümleri | Stok hacmi ekle | Tahlil ortamı ekleyin | Enjeksiyonların son konsantrasyonu (10x) | Bu hacmi belirlenen bağlantı noktasına (μL) ekleyin | Her kuyucuğa enjeksiyondan sonra son konsantrasyon |
A | Glikoz (100 mM) | 3000 μL + 0 μL | 100 milyon | 20 | 10 milyon | |
B | Oligomisin (100 μM) | 300 μL + 2700 μL | 10 μM | 22 | 1,0 μM | |
C | Rotenon / Antimisin A (50 μM) | 300 μL + 2700 μL | 5 μM | 25 | 0,5 μM | |
D | 2-DG (500 mM) | 300 μL + 0 μL | 500 milyon | 28 | 50 milyon |
Tablo 2. Son Enjeksiyon Konsantrasyonları
9. Test günü: Polarize makrofajlar üzerinde akut glikolitik testin yapılması
Şekil 3: Tahlil günü: besiyeri ve bileşik hazırlama ve tahlilin çalıştırılması. (A) Test için hücre hazırlığı; (B) Bileşiklerin hazırlanması, kalibrasyonu ve tahlilin çalıştırılması; (C) Normalleştirme ve veri analizi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Glikoliz ve mitokondriyal oksidatif fosforilasyon, hücrelerdeki iki ana ATP üretim yoludur (Şekil 4A). Bazı hücreler, enerji taleplerini karşılamak için bu iki yol arasında geçiş yapma yeteneğine sahiptir. Glikozun sitoplazmada piruvata dönüştürülmesine glikoliz denir. Pirüvatın iki kaderi vardır; ya laktata dönüştürülecek ya da TCA döngüsü boyunca ve sonunda daha fazla ATP üretmek için elektron ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Daha önce de belirtildiği gibi, hücre dışı akı analizörü makinesi, mitokondriyal OXPHOS aktivitesinin bir göstergesi olan OCR'yi (oksijen tüketim oranı) ve glikolizin bir göstergesi olan ECAR'ı (hücre dışı asitleşme hızı) ölçerek hücrelerin iki ana enerji üreten yolu hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlayabilir. Makrofajlar, mikro çevrelerine bağlı olarak her iki yolu da kullanabilirler. Ayrıca enerji üretim yollarını da değiştirebilirler
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Editoryal yardımı için Bayan Joanna Rocha'ya teşekkür ederiz. Çalışma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) R01DK118334 (Dr. Sun ve Alaniz'e) ve (NIH) R01A11064Z (Dr. Jayaraman ve Alaniz'e) tarafından desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
23G needles | VWR | BD305145 | |
2-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985023 | |
50ml Conical Tube | VWR | 21008-951 | |
ACK lysis buffer | Thermo Fisher Scientific | A1049201 | It can be lab-made |
Agilent Seahorse XF glycolysis stress test kit | Agilent Technologies | 103020-100 | |
Agilent Seahorse XF Glycolysis Stress Test Kit User Guide | Agilent Technologies | 103020-400 | |
Agilent Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Agilent Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit User Guide | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Alexa Fluor 488 anti-mouse CD206 (MMR) Antibody | BioLegend | 141710 | |
anti-mouse CD11b eFluor450 100ug | eBioscience | 48-0112-82 | |
BD 3ML - SYRINGE | VWR | BD309657 | Other syringes are acceptable too |
Cell counter-Vi-CELL- XR Complete System | BECKMAN COULTER Life Sciences | 731050 | Cells can be manually counted too |
Cell Strainer-70µm | VWR | 10199-656 | |
CyQUANT Cell Proliferation Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | C7026 | |
F4/80 monoclonal antibody (BM8) pe-Cyanine7 | eBioscience | 25-4801-82 | |
Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 16000-044 | |
Flow cytometer: BD LSFRFortessa X-20 | BD | 656385 | |
Kim Wipes | VWR | 82003-822 | |
LPS-SM ultrapure (tlrl-smpls) 5 mg | Invivogen | tlrl-smlps | |
MCSF | Peprotech | 315-02 | |
Murine IL-4 | Peprotech | 214-14 | |
PE Rat Anti-Mouse CD38 | BD Biosciences | 553764 | |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Life Technologies | 15140122 | |
Petri Dish 100mm x 15 mm | Fisher Scientific | F80875712 | |
RPMI, Glutamax, HEPES | Invitrogen | 72400-120 | |
Seahorse Calibrant Solution | Agilent Technologies | 103059-000 | |
Seahorse XF 200mM Glutamine Solution | Agilent Technologies | 103579-100 | |
Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Seahorse XFe96 FluxPaks | Agilent Technologies | 102416-100 | |
XF Glycolysis Stress Test Kit | Agilent Technologies | 103020-100 | |
XF RPMI Medium, pH 7.4 without phenol Red | Agilent Technologies | 103336-100 |
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