Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu protokol, birincil hücre kültüründeki dinamik özelliklerini incelemek için EB3 protein transfeksiyonu ile mikrotübül artı-uç görselleştirmesine adanmıştır. Protokol, Huntington hastalığı hastalarından elde edilen insan primer deri fibroblastları üzerinde uygulandı.
Zaman atlamalı video mikroskopisi ile birlikte ilgi çekici floresan etiketli bir işaret proteini ile transfection, sitoskeletonun dinamik özelliklerini incelemek için klasik bir yöntemdir. Bu protokol, birincil hücre ekim koşullarının özellikleri nedeniyle zor olabilen insan primer fibroblast transfeksiyonu için bir teknik sunmaktadır. Ek olarak, sitoskeleton dinamik özellik bakımı, mikrotübül stabilizasyonuna neden olmadan iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için düşük düzeyde transfeksiyon gerektirir. Hücreleri ışık kaynaklı stresten ve floresan boya solmasından korumak için önlemler almak önemlidir. Çalışmalarımız boyunca, insan birincil fibroblast çalışmalarına uygun koşulların en iyi kombinasyonunu seçmek için farklı transfeksiyon yöntemlerini ve protokollerini ve farklı vektörleri test ettik. Ortaya çıkan hızlandırılmış videoları analiz ettik ve ImageJ kullanarak mikrotübül dinamiklerini hesapladık. Mikrotübüllerin farklı hücre parçalarındaki artı uçlarının dinamikleri benzer değildir, bu nedenle analizi alt gruplara ayırdık - merkezkant bölge, lamel ve fibroblastların kuyruğu. Özellikle, bu protokol hasta örneklerinde sitoskeleton dinamiklerinin in vitro analizi için kullanılabilir ve çeşitli hastalık gelişiminin dinamiklerini anlamaya yönelik bir sonraki adımı sağlar.
Huntington hastalığı (HD), mutasyonin gen kodlamasıhuntingtin proteini (HTT) nedeniyle tedavi edilemez bir nörodejeneratif patolojidir. HTT öncelikle veziklinler ve mikrotübüllerle ilişkilidir ve muhtemelen mikrotübül bağımlı taşıma süreçlerinde yer almaktadır1,2. Mutant HTT'nin mikrotübül dinamikleri üzerindeki etkisini incelemek için, büyüyen artı uçları bağlayarak ve stabilize ederek mikrotübüllerin dinamik özelliklerini düzenleyen EB3 proteininin in vitro görselleştirmesini kullandık. Floresan etiketli EB3'ü insan derisi fibroblastlarına yüklemek için plazmid transfeksiyon uygulandı. Bu çalışma için HD hastalarının cilt biyopsisinden elde edilen primer fibroblast kültürünü kullandık.
HTT protein geninde mutasyon poliglutamin sisteminin uzaması3. HTT, endositoz4,hücre taşıma1,2,protein bozulması5,vb. Bu süreçlerin önemli bir kısmı, mikrotübüller de dahil olmak üzere hücre sitoskeletonunun çeşitli unsurlarını içerir.
İnsan birincil hücreleri, hasta hücrelerinde meydana gelen olayları mümkün olduğunca yakından yeniden üretmek için en iyi modeldir. Bu tür modeller oluşturmak için, hücreleri insan biyopsi malzemesinden (örneğin cerrahi örneklerden) izole etmek gerekir. Ortaya çıkan primer hücre hattı, çeşitli genetik, biyokimyasal, moleküler ve hücre biyolojisi yöntemlerini kullanarak patogenez çalışmak için uygundur. Ayrıca, insan birincil hücre kültürleri çeşitli transdifferentiated ve transgenik kültürler oluşturmak için bir öncü olarak hizmet vermektedir6.
Bununla birlikte, ölümsüzleştirilmiş hücre kültürlerinin aksine, birincil hücrelerin önemli dezavantajı sınırlı geçiş kapasiteleridir. Bu nedenle, hücreleri erken geçiş aşamasında (15'e kadar) kullanmanızı öneririz. Eski kültürler çok hızlı bir şekilde dejenere lanır ve benzersiz özelliklerini kaybeder. Bu nedenle, yeni elde edilen birincil hücreler uzun süreli depolama için dondurulmalıdır.
Birincil hücre kültürleri yetiştirme koşullarına karşı hassastır. Bu nedenle, genellikle benzersiz yaklaşımlar ve büyüme koşullarının optimizasyonu gerektirirler. Özellikle, deneylerimizde kullanılan insan derisi birincil fibroblastları substrat üzerinde talep ediyor. Bu nedenle, deney türüne bağlı olarak çeşitli ek kaplamalar (örneğin jelatin veya fibronektin) kullandık.
Hücre sitoskeleton hücre şeklini, hareketliliğini ve hareketliliğini belirler. Sitoskeletonun dinamikleri hem interfaz hem de mitozda birçok hücre içi süreç için çok önemlidir. Özellikle, tübulinden polimerize edilen sitoskeleton, motor protein aracılı hücre içi taşımayı sağlayan son derece dinamik ve polar yapılardır. Mikrotübüllerin uçları sürekli yeniden düzenlenir, montaj aşamaları sökme aşamalarıyla değişir ve bu davranışa "dinamik kararsızlık"7,8,9denir. Çeşitli ilişkili proteinler polimerizasyon reaksiyonunun dengesini değiştirerek polimer oluşumuna veya protein monomer oluşumuna yol açtı. Tübulin alt ünüllerinin eklenmesi esas olarak mikrotübüllerin artı ucunda meydana gelir10. Son bağlayıcı (EB) protein ailesi üç üyeden oluşur: EB1, EB2 ve EB3. Artı uç izleme proteinleri (+TIP' ler) görevi gösterirler ve büyüyen artı uçlarını bağlayarak ve stabilize ederek mikrotübüllerin dinamik özelliklerinidüzenlerler 11.
Birçok çalışma, mikrotübülleri in vitroolarak görselleştirmek için zaman atlamalı görüntüleme ve video analizi ile floresan molekül etiketli tübulin mikroenjeksiyonu veya transfeksiyonu kullanır. Bu yöntemler istilacı ve hücrelere, özellikle birincil insan hücrelerine zararlı olabilir. En zorlu adım hücre transfeksiyon için koşulları bulmaktır. Canlılığı ve doğal hücre morfolojisini etkilemeden mümkün olan en yüksek transfeksiyon seviyesine ulaşmaya çalıştık. Bu çalışma, sağlıklı donörlerin ve Huntington hastalığı olan hastaların cilt fibroblastlarındaki mikrotübül dinamiklerindeki farklılıkları incelemek için klasik yöntemi uygular.
Bu protokol, Federal Tıbbi Biyolojik Ajansı Fiziksel-Kimyasal Tıp Federal Araştırma ve Klinik Merkezi'nin 08 Eylül 2015 tarihli yönergelerini takip eder.
NOT: Şekil 1 protokole genel bir bakış sağlar.
1. İnsan derisi fibroblastlarının birincil kültürünü elde etmek (Şekil2)
2. Birincil kültürün depolanmasını, dondurulmasını ve dondurulmasını
3. Hücre ekimi
4. Transfection
5. Görüntülemeye hazırlık
6. Görüntüleme parametrelerini ayarlama
Protokol kullanılarak üretilen GFP-EB3 filmleri (Şekil 1) mikrotübüllerin dinamik özelliklerini göstermektedir. Mikrotübüller farklı hücre süreçlerine dahil olur ve dinamik özellikleri hastaların biyopsi materyalinden birincil insan hücre kültürünün çeşitli yaşam özelliklerini etkiler (Şekil 2).
Aşağıdaki parametreler mikrotübüllerin dinamik kararsızlığını belirler: büyüme (polimerizasyon) ve küç...
Mikrotübüllerin dinamik analizi için daha kaliteli sonuçlar yüksek kaliteli mikroskobik görüntülerden elde edilebilir. Canlı hücrelerin hızlandırılmış görüntülemesi için gerekli tüm koşulları gözlemlemek ve görüntüleme parametrelerini doğru ayarlamak önemlidir. Cam tabanlı özel hücre kültürü yemekleri (konfokal yemekler) kullanmak önemlidir, çünkü cam plastikten farklı bir kırılma indeksine sahiptir. Camın kalınlığı ve tüm alanı üzerindeki homojenliği de son derece öneml...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu araştırma Rusya Federasyonu Bilim ve Yüksek Öğrenim Bakanlığı tarafından finanse edildi, Hibe No. 075-15-2019-1669 (fibroblastların transfeksiyon), Rusya Bilim Vakfı tarafından hibe 19-15-00425 (fibroblast in vitroekimi ile ilgili diğer tüm çalışmalar). Lomonosov Moskova Devlet Üniversitesi Geliştirme programı PNR5.13 (görüntüleme ve analiz) tarafından kısmen desteklendi. Yazarlar, A. N. Belozersky Fiziko-Kimyasal Biyoloji Enstitüsü'ndeki Nikon Mükemmeliyet Merkezi'nin desteğini kabul ediyor. Seslendirme konusundaki yardımları için Ekaterina Taran'a özel teşekkürlerimizi sunmak istiyoruz. Yazarlar ayrıca Pavel Belikov'a video düzenleme konusundaki yardımları için teşekkür etti. El yazmasındaki figürler BioRender.com ile oluşturulmuştur.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Instrumentation | |||
Camera iXon DU897 EMCCD | Andor Technology | ||
Eppendorf Centrifuge 5804 R | Eppendorf Corporate | ||
Fluorescence filter set HYQ FITC | Nikon | Alternative: Leica, Olympus, Zeiss | |
LUNA-II Automated Cell Counte | Logos Biosystems | L40002 | |
Microscope incubator for lifetime filming | Okolab | Temperature controller H301-T-UNIT-BL-PLUS | |
Gas controller CO2-O2-UNIT-BL | |||
Objective lens CFI Plan Apo Lambda 60x Oil 1.4 (WD 0.13) | Nikon | Alternative: Leica, Olympus, Zeiss | |
Widefield fluorescence light microscope Eclipse Ti-E | Nikon | Alternative: Leica, Olympus, Zeiss | |
Software | |||
Fiji (Image J version 2.1.0/1.53c) | Open source image processing software | ||
NIS Elements | Nikon | Alternative: Leica, Olympus, Zeiss | |
Additional reagents | |||
Mineral oil (Light white oil) | MP | 151694 | |
Cell culture dish | |||
Cell Culture Dish | SPL Lifesciences | 20035 | |
Confocal Dish (glass thickness 170 µm) | SPL Lifesciences | 211350 | Alternative: MatTek |
Conical Centrifuge tube | SPL Lifesciences | 50015 | |
Cryogenic Vials | Corning-Costar | 430659 | |
Microcentrifuge Tube | Nest | 615001 | |
Cultivation | |||
Lipofectamine 3000 Transfection Reagent | Thermo Fisher Scientific | L3000001 | |
Dimethyl sulfoxide | PanEko | ![]() | |
DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Media) | PanEko | C420![]() | |
DPBS (Dulbecco's phosphate-salt solution) | PanEko | P060![]() | |
Fetal bovine serum (FBS) | Hyclone | K053/SH30071.03 | |
Gelatin (bovine skin) | PanEko | ![]() | |
GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | |
Opti-MEM (1x) + Glutamax | Gibco | 519850026 | |
Penicillin-streptomycin | PanEko | A063![]() | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo Fisher Scientific | 25200072 | |
Transfection | |||
Plasmid DNA with EB3-GFP | Kind gift of Dr. I. Kaverina [Vanderbilt University, Nashville] with permission from Dr. A. Akhmanova [Erasmus University, Rotterdam] | Stepanova et al., 2003 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.23-07-02655.2003 |
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