Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu protokolde, rekombinant SARS-CoV-2 spike'a konjuge edilen kuantum noktaları, hücre bazlı testlerin, plazma zarındaki hACE2'ye ve ardından bağlı proteinlerin sitoplazmaya endositozunu izlemek için hücre bazlı tahlilleri izlemesini sağlar.
Hücresel floresan mikroskobu için yeni teknolojilerin geliştirilmesi, ilaç keşfi için yüksek verimli tarama yöntemlerini kolaylaştırmıştır. Kuantum noktaları, parlak ve kararlı fotolüminesansın yanı sıra dar emisyon bantları ile aşılanmış mükemmel fotofiziksel özelliklere sahip floresan nanopartiküllerdir. Kuantum noktaları şekil olarak küreseldir ve yüzey kimyasının uygun modifikasyonu ile hücresel uygulamalar için biyomolekülleri konjuge etmek için kullanılabilir. Bu optik özellikler, onları biyomoleküllerle işlevselleştirme yeteneği ile birleştiğinde, onları reseptör-ligand etkileşimlerini ve hücresel kaçakçılığı araştırmak için mükemmel bir araç haline getirir. Burada, SARS-CoV-2 spike proteininin bağlanmasını ve endositozunu izlemek için kuantum noktaları kullanan bir yöntem sunuyoruz. Bu protokol, protein-protein etkileşimlerini ve hücresel fizyoloji bağlamında kaçakçılığı incelemek için kuantum noktalarını kullanmak isteyen deneyciler için bir rehber olarak kullanılabilir.
Floresan mikroskobu, araştırmacıların özel boyalar1, genetik olarak kodlanmış floresan proteinleri2 ve kuantum noktaları (QD'ler)3 şeklinde floresan nanopartiküller kullanarak hücrenin iç işleyişine bakmalarını sağlar. 2019'un şiddetli akut solunum sendromu koronavirüsü (SARS-CoV-2) küresel pandemisi için araştırmacılar, virüsün hem plazma zarında hem de sitoplazmada hücre ile nasıl etkileşime girdiğini anlamak için floresan mikroskobu kullandılar. Örneğin, araştırmacılar, viryonun yüzeyindeki SARS-CoV-2 Spike proteininin, insan hücrelerinin yüzeyindeki insan anjiyotensin dönüştürücü enzim 2'ye (hACE2) bağlanması, plazma zarında füzyon yoluyla daha sonra içselleştirilmesi ve Spike: hACE2 protein kompleksinin endositozu hakkında bilgi edinebildiler4,5. SARS-CoV-2'nin hücresel floresan görüntüleme kullanılarak lizozom yoluyla hücrelerden çıkışı hakkında da büyük bilgiler edinilmiştir; bu, daha önce diğer birçok virüste olduğu gibi, Golgi'den geleneksel vezikül tomurcuklanması yoluyla meydana geldiği düşünülen koronavirüslerin benzersiz bir özelliğidir6. Biyolojik araştırmanın hemen hemen tüm yönlerinin dayanak noktası olan hücresel floresan mikroskopi tekniği, tüm hayvanların süper çözünürlüklü görüntülemesinden, ilaç taraması için otomatik yüksek içerikli multi-parametrik görüntülemeye kadar uygulamaların genişliğinde ve kapsamında mutlaka ilerlemiştir. Burada, viral spike proteinine konjuge floresan QD'ler kullanılarak SARS-CoV-2 hücre girişinin incelenmesine otomatik yüksek içerikli konfokal mikroskopi uygulanır.
Biyolojik görüntüleme platformları tarafından üretilen görüntülerin yüksek içerikli analizi, değerli biyolojik içgörülerin, çok modlu bir plaka okuyucu kullanılarak elde edilebilecek tam kuyu yoğunluğu gibi tek parametrelerden daha fazla çıkarılmasına olanak tanır7. Otomatik segmentasyon algoritmaları kullanılarak bir görüş alanındaki nesneler ayrılarak, her nesne veya nesne popülasyonu, mevcut her floresan kanalındaki yoğunluk, alan ve doku gibi parametreler için analiz edilebilir8. Birçok ölçümü çok değişkenli veri kümelerinde birleştirmek, fenotipik profil oluşturma için yararlı bir yaklaşımdır. Puntta şeklinde QD içselleştirme gibi istenen fenotip bilindiğinde, bir tedavinin etkinliğini değerlendirmek için boyut, sayı ve yoğunluk gibi puncta ile ilgili ölçümler kullanılabilir.
Bulut tabanlı yüksek içerikli görüntüleme analiz yazılımı, yüksek içerikli görüntüleme platformu da dahil olmak üzere çok çeşitli cihaz veri çıkışlarını barındırabilir. Görüntü depolama ve çevrimiçi analiz için bulut tabanlı bir sunucu kullanarak, kullanıcı verilerini görüntüleme cihazından veya verilerin depolandığı ağ sürücüsünden yükleyebilir. Protokolün analiz kısmı bulut yazılım ortamında gerçekleştirilir ve veriler, aşağı akış veri görselleştirmesi için çeşitli dosya biçimlerinde dışa aktarılabilir.
SARS-CoV-2 virüsü, montajına ve replikasyonuna yardımcı olan yapısal olmayan ve yapısal proteinlerden oluşur. SARS-CoV-2 spike, plazma zarındaki hACE2 etkileşimlerinden sorumlu reseptör bağlayıcı alanı içeren S1 ile S1 ve S2 adı verilen iki alana sahiptir9. Spike'ın ayrıca plazma zarında hACE210,11'e ek olarak ko-reseptörler olarak işlev görebilecek diğer moleküllerle etkileşime girdiği bulunmuştur. Spike protein dizisi boyunca ve özellikle S1 / S2 arayüzünde, transmembran serin proteaz 2 (TMPRSS2) 12'den sonra membranda füzyonu sağlayan proteaz bölünme bölgeleri vardır. Araştırma faaliyetlerinde kullanılmak üzere bireysel reseptör bağlanma alanlarından S1, S2, S1'e ve araştırma faaliyetlerinde kullanılmak üzere birden fazla ticari satıcıdan tüm başak düzelticilere çeşitli rekombinant SARS-CoV-2 Spike proteinleri üretilmiştir13.
Bu çalışmada, QD'lerin yüzeyi, histidin etiketi (QD-Spike) içeren rekombinant spike trimers ile işlevselleştirilmiştir. Deniz Araştırma Laboratuvarı Optik Nanomalzemeler Bölümü tarafından üretilen QD'ler bir kadmiyum selenit çekirdeği ve bir çinko sülfür kabuğu içerir14,15. QD yüzeyindeki çinko, form ve işlev olarak SARS-CoV-2 viral parçacığına benzeyen işlevselleştirilmiş bir QD oluşturmak için rekombinant protein içindeki histidin kalıntılarını koordine eder. Nanopartiküllerin ve protein konjugasyonunun oluşumu daha önce QD-konjuge reseptör bağlanma alanı kullanılarak tanımlanmıştır15. Bu yöntem, bir insan hücresinin fizyolojik bağlamında SARS-CoV-2 Spike aktivitesini incelemede bir araştırmacıya rehberlik edebilecek hücre kültürü preparatlarını, QD tedavisini, görüntü elde etmeyi ve veri analizi protokolünü açıklar.
Bu çalışmada kullanılan HEK293T hücre hattı ölümsüzleştirilmiş bir hücre hattıdır. Bu çalışmada insan veya hayvan denek kullanılmamıştır.
1. Hücre kültürü ve tohumlama
2. QD-Spike ile hücrelerin tedavisi
3. Fiksasyon ve çekirdek boyama
4. Satın alma kurulumu ve görüntüleme
5. Veri analizi
6. Verileri dışa aktarma
7. Bir elektronik tablodaki verileri analiz edin
Tedavi üzerine, nanopartikül plazma zarındaki ACE2'ye bağlanacağı ve endositozu indükleyeceği için QD'ler içselleştirilecektir. Bir ACE2-GFP eksprese eden hücre hattı kullanılarak, hem QD'lerin hem de ACE2'nin translokasyonu, floresan mikroskobu kullanılarak görselleştirilebilir. İçselleştirildikten sonra, iki QD ve ACE2 sinyali güçlü kolokalizasyon gösterir. Bu görüntülerden, spot sayısı gibi ilgili parametreleri çıkarmak için görüntü segmentasyonu ve müteakip analizler yapılabilir (...
Bu makalede açıklanan yöntem, yüksek verimli konfokal mikroskopi kullanarak insan hücrelerinde işlevselleştirilmiş QD'lerin görüntülenmesi için gerekli adımları sağlar. Bu yöntem, SARS-CoV-2 Spike ve hACE2 endositozunun incelenmesini mümkün kıldığı için, endositozun TMPRSS2 ve membran füzyonunun aktivitesinden ziyade viral girişin ana yolu olduğu hücreler için en uygun yöntemdir. QD modelinin ve ticari olarak temin edilebilen Spike trimerindeki C-terminal His-etiketinin doğası gereği, Spik...
Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.
Bu araştırma kısmen Ulusal Translasyonel Bilimleri Geliştirme Merkezi, NIH'nin Intramural Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir. Deniz Araştırma Laboratuvarı, dahili Nanobilim Enstitüsü aracılığıyla finansman sağladı. Reaktif hazırlığı NRL COVID-19 temel fonu aracılığıyla desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
32% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714 | Used for fixing cells after quantum dot treatment, final concentration 3.2% Used for stabilizing QDs in Optimem I and preventing non-specific interactions, final concentration 0.1% |
7.5% Bovine Serum Albumin | Gibco | 15260-037 | Used as a cell viability dye for fluorescence cell counting |
Acridine Orange / Propidium Iodide Stain | Logos Biosystems | F23001 | Microwell plates used for seeding cells and assaying QD-Spike |
Black clear bottom 96 well coated plate coated with poly-D-lysine | Greiner | 655946 | Used to support cell culture, DMEM supplement |
Characterized Fetal Bovine Serum | Cytiva/HyClone | SH30071.03 | Cloud-based high-content image analysis software; V2.9.1 |
Columbus Analyzer | Perkin Elmer | NA | Used for labeling cell nuclei and cell bodies after fixation, deep red nuclear dye |
DRAQ5 (5 mM) | ThermoFisher Scientific | 62252 | Basal media for HEK293T cell culture |
Dulbecco's Minimal Essential Media, D-glucose (4.5g/L), L-glutamine, sodium pyruvate (110 mg/L), phenol red | Gibco | 11995-065 | Used for arranging data after export from Columbus; V2110 Microsoft 365 |
Excel | Microsoft | NA | Used to continue selection of hACE2-GFP positive cells, DMEM supplement |
G418 | InvivoGen | ant-gn-5 | Human embryonic kidney cell line stably expression human angiotensin converting enzyme 2 tagged with GFP |
HEK293T hACE2-GFP | Codex Biosolutions | CB-97100-203 | Automated cell counter |
Luna Automated Cell Counter | Logos Biosystems | NA | Used for fluorescence cell counting |
Luna Cell Counting Slides | Logos Biosystems | L12001 | High-content imaging platform |
Opera Phenix | Perkin Elmer | NA | Imaging media, used for incubating cells with quantum dots |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Gibco | 11058-021 | Phosphate-buffered saline without calcium or magnesium used for washing cells during passaging and assaying |
PBS -/- | Gibco | 10010-023 | Used to prevent bacterial contamination of cell culture, DMEM supplement |
Penicillin Streptomycin | Gibco | 15140-122 | Used for graphing, data visualization, and statistical analysis;V9.1.0 |
Prism | GraphPad | NA | Used for assaying SARS-Cov-2 Spike binding to hACE2 and monitoring Spike endocytosis |
Quantum Dot 608 nm-Spike (QD608-Spike) | custom made by Naval Research Laboratory | Used for inhibition of SARS-Cov-2 Spike binding to hACE2 | |
SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Spike Neutralizing Antibody, Mouse Mab | Sino Biological | 40592-MM57 | Used to dissociate cells from flask during passaging |
TrypLE Express | Gibco | 12605-010 |
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