원심 Elutriation에 의해 다른 세포 주기 단계에서 기본 급성 림프 구성 백혈병 세포의 준비
Summary
이 프로토콜의 다른 세포 주기 단계에 기본 급성 림프 구성 백혈병 세포를 분리 하는 원심 elutriation 사용을 설명 합니다.
Abstract
셀을 동기화 하는 기능 세포 주기 규칙의 우리의 이해를 발전의 중심이 되었습니다. 일반적인 기술이 포함 혈 부족; 화학 물질 세포에서 다른 세포 주기 단계; 체포 또는 mitotic 쉐이크-오프는 그들의 감소 된 준수 악용의 사용. 그러나, 이러한 모든 단점이 있다. 예를 들어 혈 청 기아 잘 정상 세포에 대 한 하지만 덜 oncogene 활성화 나 종양 억제기 손실로 인해 손상 된 세포 주기 검문소와 종양 세포에 대 한 잘 작동합니다. 마찬가지로, 화학적 치료 세포 인구는 약물 유발 손상 항구 하 고 스트레스 관련 변경 표시 수 있습니다. 이러한 문제를 circumvents는 기술 셀 2 개의 반대 힘, 원심력과 유체 속도, 크기 및 밀도 기준으로 셀의 분리에 어떤 결과를 받게 됩니다 특히 원심 elutriation (CCE) 이다. 때문에 세포 주기를 통해 일반적으로 발전 확대, CCE 다른 세포 주기 단계에 셀을 사용할 수 있습니다. 여기 우리가 기본 급성 림프 구성 백혈병 세포에이 기술을 적용. 최적의 조건에서 우수한 수익률에 g 1 단계 셀의 근본적으로 순수한 인구와 G2/M 단계에 있는 세포의 매우 풍부한 인구를 얻을 수 있습니다. 이러한 세포 인구를 항 암 제 약물의 행동의 공부 세포 주기-종속 메커니즘 및 다른 응용 프로그램에 대 한 적합 합니다. 우리는 또한 어떻게 표준 절차 수 있습니다 수정 최적이 아닌 성능 결과 보여 하 고 기술의 한계를 논의. 응용 프로그램 및 다른 종류의 세포에 기술 탐구 상세한 방법론 제시 용이 해야.
Introduction
배양된 세포는 일반적으로 비동기적으로 성장 하 고 개별 세포는 세포 주기의 다른 단계에 존재. 일부 생물 자연스럽 게 동기 세포 주기 전시 또는 특정 생리 적인 자극에 의해 동기화 할 수 있습니다. 예를 들면 점액 형 Physarum polycephalum 의 거 대 한 plasmodia 내 핵 매우 동기 패션1와 Desmodesmus quadricauda 는 빛과 어둠을 번갈아 하 여 동기화 할 수 있습니다 녹색 조류의 세포 분 기간2. 이러한 생물 독특한 실험 특성을 제공, 그들은 부적당 하 게 포유류 세포의 복잡 한 모델. 포유류 세포 인구를 인위적으로 동기화 하는 기능 세포 주기 규칙의 우리의 이해 및 세포 주기 검문소의 분자 기준 발전 중심 되었습니다. 일반적인 방법에는 혈 청 부족, 화학 블록 및 릴리스 또는 물리적 특성3,4악용 포함 됩니다. 혈 청의 철수 자주 세포 정지, 입력 하 고 g 1 단계5에 세포 주기 재입국을 촉진 하는 혈 청의 다시 추가 합니다. 화학 억제제 초과 티 미 딘 또는 G1/S 경계에서 세포를 차단 hydroxyurea microtubule 억제제는 일반적으로 M 단계3,4에 셀을 체포 대리인을 포함 합니다. Mitotic 쉐이크-오프 이후 그들은 덜 interphase 셀6보다 부착에 mitotic 세포에 대 한 풍부 하 게 사용할 수 있는 물리적 특성을 악용 하는 방법이 포함 합니다. 그러나, 이러한 모든 기술 잠재적인 단점이 있다. 예를 들어 모든 셀 형식 mitotic 억제제와 사전 동기화 없이 제한 mitotic 쉐이크-오프 후 혈 청 또는 화학 억제제의 존재의 부재와 셀의 수익률에서 생존을 유지 합니다.
어디 셀 점차적으로 감소 크기에 그들은7분할 초기 배아 세포 주기를 제외 하 고 대부분의 세포 주기를 통해 발전 성장 단계를 받아야 더 큰 되 고. 이 속성은 특히 원심 elutriation (CCE) 크기에 서로 다른 세포를 분리 하는 데 사용할 수 있으며 따라서 세포 주기에서8,9단계 기법에 악용 됩니다. CCE, 동안 세포는 2 개의 반대 세력의 영향 아래: 회전의 축에서 셀 드라이브, 원심력과 유체 속도 (특히), 회전 (그림 1)의 축으로 셀 드라이브. Elutriation 챔버에 셀이이 힘 같은지는 평형 위치에 도달 합니다. 평형 위치를 지시 하는 핵심 요소는 셀 직경 및 밀도 있습니다. 버퍼 솔루션의 속도 증가 흐름으로 원심력을 능가 하는 특히 끌기 힘, 새로운 균형을 설립, 챔버 내부 셀의 위치에 변화를 일으키는. 모든 세포는 특히 속도 충분히 증가 하 여 그들의 출구를 홍보를 때까지 더 큰 셀 챔버 내에 유지 하는 반면 먼저 챔버를 떠나 작은 것 들의 결과로 챔버 출구 쪽으로 이동 했다. 특히 속도 연속 증가와 elutriation 챔버 탈출 셀 특정 분수에 수집 될 수 있습니다 고 각 분수 순차적으로 증가 하는 크기의 셀을 포함 합니다. 특히 속도 증분 증가와 elutriation 실시, 대신 원심 분리 속도 감소 하 여 원심력에 순차 감소 동일한 결과 달성할 것 이다. Elutriation 과정 세포 유형과 elutriation 버퍼, 사용 하는 특정 장치에 따라 최적화를 있어야 합니다. 이러한 조건에서 셀의 침전 속도 최고의 Stokes 법칙에 의해 설명: SV = [d2(ρp-ρm) / 18η].ω2r, 어디 SV = 침전 속도; d =; 입자의 직경 Ρp =; 입자의 밀도 Ρm = 버퍼;의 밀도 Η =; 버퍼의 점성 Ω; 회전자의 각 속도 = 그리고 r = 입자의 방사형 위치. 따라서, SV는 셀 직경 및 밀도에 비례 하 고 직경 두 번째 전력 발생, 이후 그것은 일반적으로 세포 주기를 통해 상수는 밀도 보다 더 크게 기여.
CCE의 중요 한 장점은 셀 화학 치료 또는 영양 부족의 가혹한 조건에 적용 되지 않습니다 우수한 수익률 본질적으로 교란된에 복구할 수 있습니다. 요구는 문제의 세포 직경, 적어도 30%의 상당한 증가 받게 세포 주기 통과. 주요 단점은 특수 원심 분리기, 회전자, 및 액세서리의 비용입니다. 그럼에도 불구 하 고, 셀 CCE에 의해 특정 세포 주기 단계에서 풍성 하 게 준비 하는 능력은 크게 포유류 세포9,10에서 효 모 유기 체에서 세포 주기 연구를 촉진 했다. 또한, 최근 발전 암 조직, 이질적인 혼합물에서 특정 종류의 세포 immunotherapy9에 대 한 생산을 다른 세포 유형의 분리 대 건강 한에서 세포의 분리에 사용을 확산 되고있다.
우리의 주요 관심 vinca 알 카 로이드, taxanes 등 에이전트 (Mta)를 대상으로 하는 microtubule의 행동의 메커니즘을 이해 하고있다. 이 약은 유사 분열, 스핀 들 microtubule 함수11,12, 차단에 독점적으로 행동 생각 했다 하지만 최근 증거 그들은 또한 interphase microtubules13,14을 대상 수 있습니다 나왔다. 우리는 최근 주 급성 림프 구성 백혈병 (ALL) 셀 받 다 죽음에 g 1 단계 또는 m에서 vincristine, 세포 주기 의존적인 방식으로15에서 다른 Mta로 치료 하면 단계를 했다. CCE에 의해 다른 세포 주기 단계에 모든 세포를 분리 하는 기능은이 결론에 도달에서 쓸모 있었다. 이 문서에서는, 우리는 기술적인 세부 사항을 설명 하 고 다른 세포 주기 단계에서 모든 셀 기본 준비에 CCE의 응용 프로그램에 대 한 실용적인 팁을 제공.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리 CCE를 사용 하 여 세포 주기의 다른 단계에 기본을 얻기위한 방법 모든 셀을 설명 했습니다. 최적의 조건에서 셀 g 1 단계에의 근본적으로 순수한 인구와 G2/M 단계에 있는 세포의 매우 풍부한 인구 쉽게 얻어질 수 우수한 수율, 그리고 셀 S 단계에서 매우 풍성 하 게 얻어질 수 있다 또한 원하는 경우. 여기에 제시 된 결과 독립적인 문화, 모든-215주 모든 문화 (특히, 모든-5), 그?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH CA109821 (TCC)에 의해 지원 되었다. 우리 감사 베크 Coulter 아낌없이 간행물 비용을 충당 하기 위해 자금을 제공 하 고 설정 및 elutriation 시스템의 운영 기술 지원. 우리는 제공 하는 초기 기본 모든 문화에 대 한 박사 프레드 Falkenburg 감사 합니다.
Materials
| Hanks' balanced salt solution | Lonza | 10-508Q | 1 L bottle |
| Fetal Plus bovine serum | Atlas Biologicals | FP-0500-A | 500 mL bottle |
| 2-napthol-6,8-disulfonic acid dipotassium salt | Acros Organics | 212-672-4 | 100 g powder |
| 50 mL concial tubes | Denville Scientifics | C1062-P | 500/case |
| PES Membrane 0.22 µm filter unit | Millipore | SLGP033RB | 250/pack |
| Avanti J-26S XPI w/ Elut. Non-IVD – 50/60 Hz, 200/208/240V | Beckman Coulter | B14544 | centrifuge compatible with elutriation system |
| JE 5.0 elutriator rotor kit | Beckman Coulter | 356900 | rotor kit which includes the rotor, T-handle hex wrench, the quick release assembly (w/o the elutriation chamber), anchoring cable, and the strobe assembly |
| Chamber, standard, 4-mL, "A" | Beckman Coulter | 356943 | standard elutriation chamber |
| Masterflex L/S Easy-Load pump head | Cole-Parmer | EW-07518-10 | |
| Masterflex L/S Variable-Speed Drive | Cole-Parmer | EW-07528-10 | |
| Masterflex BioPharm platinum-cured silicone pump tubing, L/S 16 | Cole-Parmer | EW-96420-16 | |
| 25 G x 1.5 Precision Glide needle | BD | 305127 | sterile, single-use needles |
| 10 mL Luer-Lok syringe | BD | 309604 | sterile, single-use syringes |
| Vi-Cell XR | Beckman Coulter | 383556 | |
| PI/RNase staining buffer | BD Pharmingen | 550825 | propidium iodide/RNase staining buffer |
| cyclin B1 (GNS1) mouse monoclonal IgG antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-245 | |
| cyclin D1 (DCS-6) mouse monoclonal IgG antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-20044 | |
| P-Rb (S807/811) (D20B12) XPR rabbit monoclonal antibody | Cell Signaling Technology | 8516s | |
| GAPDH (14C10) rabbit monoclonal antibody | Cell Signaling Technology | 2118s | |
| Goat anti-mouse IgG (H+L)-HRP conjugate | BioRad | 170-6516 | |
| Goat anti-rabbit IgG (H+L)-HRP conjugate | BioRad | 170-6515 |
Referenzen
- Beach, D., Piper, M., Shall, S. Isolation of newly-initiated DNA from the early S phase of the synchronous eukaryote, Physarum polycephalum. Exp cell res. 129, 211-221 (1980).
- Sevcikova, T., et al. Completion of cell division is associated with maximum telomerase activity in naturally synchronized cultures of the green alga Desmodesmus quadricauda. FEBS letters. 587, 743-748 (2013).
- Rosner, M., Schipany, K., Hengstschlager, M. Merging high-quality biochemical fractionation with a refined flow cytometry approach to monitor nucleocytoplasmic protein expression throughout the unperturbed mammalian cell cycle. Nat protoc. 8, 602-626 (2013).
- Banfalvi, G. Overview of cell synchronization. Meth mol biol. 761, 1-23 (2011).
- Langan, T. J., Rodgers, K. R., Chou, R. C. Synchronization of Mammalian Cell Cultures by Serum Deprivation. Meth mol biol. 1524, 97-105 (2017).
- Dulla, K., Margalef, A. S. Large-Scale Mitotic Cell Synchronization. Meth mol biol. 1524, 65-74 (2017).
- Siefert, J. C., Clowdus, E. A., Sansam, C. L. Cell cycle control in the early embryonic development of aquatic animal species. Comp biochem physiol Toxicol,pharmacol CBP. 178, 8-15 (2015).
- Banfalvi, G. Cell cycle synchronization of animal cells and nuclei by centrifugal elutriation. Nat protoc. 3, 663-673 (2008).
- Grosse, J., Meier, K., Bauer, T. J., Eilles, C., Grimm, D. Cell separation by countercurrent centrifugal elutriation: recent developments. Prep biochem,biotechnol. 42, 217-233 (2012).
- Smith, J., Manukyan, A., Hua, H., Dungrawala, H., Schneider, B. L. Synchronization of Yeast. Meth mol. 1524, 215-242 (2017).
- Gascoigne, K. E., Taylor, S. S. How do anti-mitotic drugs kill cancer cells?. J cell sci. 122, 2579-2585 (2009).
- Manchado, E., Guillamot, M., Malumbres, M. Killing cells by targeting mitosis. Cell death diff. 19, 369-377 (2012).
- Komlodi-Pasztor, E., Sackett, D., Wilkerson, J., Fojo, T. Mitosis is not a key target of microtubule agents in patient tumors. Nature reviews. Clinic oncol. 8, 244-250 (2011).
- Furst, R., Vollmar, A. M. A new perspective on old drugs: non-mitotic actions of tubulin-binding drugs play a major role in cancer treatment. Die Pharmazie. 68, 478-483 (2013).
- Kothari, A., Hittelman, W. N., Chambers, T. C. Cell Cycle-Dependent Mechanisms Underlie Vincristine-Induced Death of Primary Acute Lymphoblastic Leukemia Cells. Cancer res. 76, 3553-3561 (2016).
- Nijmeijer, B. A., et al. Long-term culture of primary human lymphoblastic leukemia cells in the absence of serum or hematopoietic growth factors. Exp hematol. 37, 376-385 (2009).
- Knudsen, E. S., Wang, J. Y. Dual mechanisms for the inhibition of E2F binding to RB by cyclin-dependent kinase-mediated RB phosphorylation. Mol Cell Bio. 17, 5771-5783 (1997).
- Malumbres, M., Barbacid, M. Mammalian cyclin-dependent kinases. Trends biochem sci. 30, 630-641 (2005).
- Liang, H., Hittelman, W., Nagarajan, L. Ubiquitous expression and cell cycle regulation of the protein kinase PIM-1. Arch biochem biophys. 330, 259-265 (1996).
- Sen, S., et al. Expression of a gene encoding a tRNA synthetase-like protein is enhanced in tumorigenic human myeloid leukemia cells and is cell cycle stage- and differentiation-dependent. Proc Natl Acad Sci USA. 94, 6164-6169 (1997).
- Ly, T., Endo, A., Lamond, A. I. Proteomic analysis of the response to cell cycle arrests in human myeloid leukemia cells. eLife. 4, (2015).
