טכניקות כדי להשרות ולכמת סלולר הזדקנות
Summary
הזדקנות תאית, המדינה ההפיכה של מעצר מחזור התא, יכולה להיגרם על ידי מדגיש הסלולר שונה. כאן, אנו מתארים פרוטוקולים לגרום הזדקנות תאית שיטות להערכת סמנים של הזדקנות.
Abstract
בתגובה ללחץ או נזק לתאים, תאי מתרבים יכול לגרום תוכנית ספציפית יוזם במצב של מעצר מחזור התא לטווח ארוך, כינה הזדקנות תאית. הצטברות של תאים מזדקנים מתרחשת עם והזדקנות האורגניזם ובאמצעות culturing המתמשך במבחנה. שתאים מזדקנים להשפיע על תהליכים ביולוגיים רבים, כולל התפתחות עוברית, תיקון רקמות התחדשות, דיכוי גידולים, והזדקנות. סימני היכר של תאים מזדקנים כוללים, אך אינם מוגבלים, פעילות β-galactosidase הזדקנות הקשורה מוגברת (SA-β-gal); רמות p16 INK4A, p53, ו p21; רמות גבוהות יותר של נזק לדנ"א, כולל H2AX γ; היווצרות מוקדי heterochromatin הקשורים הזדקנות (SAHF); ורכישת פנוטיפ הפרשה הקשורים הזדקנות (SASP), תופעה המאופיינת על ידי הפרשת מספר ציטוקינים פרו-דלקתיים מולקולות איתות. כאן, אנו מתארים פרוטוקולים הוא בשכפול הדנ"א ואתDNA נזק הנגרם הזדקנות תאים בתרבית. בנוסף, אנו מדגישים טכניקות כדי לפקח על הפנוטיפ senescent באמצעות מספר סמנים הקשורים להזדקנות, כולל SA-β-gal, γ-H2AX והכתים SAHF, ו לכמת רמות חלבון ה- mRNA של הרגולטורים מחזור התא וגורמים SASP. שיטות אלה ניתן להחיל את הערכה של הזדקנות במודלים ורקמות שונים.
Introduction
לפני יותר מחצי מאה, Hayflick ועמיתיו תארו כיצד untransformed תאים להתרבות בתרבות, אבל רק עבור תקופה מוגבלת של זמן 1. תרביות של פיברובלסטים אדם לטווח ארוכים גורמות לתאים להפסיק מתרבים; עם זאת, הם היו מבחינה מטבולית פעילה, וזה נקרא הזדקנות תאית. הזדקנות יכולה להיות מועילה עבור עיכוב היווצרות גידול, אבל זה גם יכול להזיק, כפי שהוא חשב לתרום אובדן יכולת התחדשות המתרחשת עם 2 הזדקנות, 3. שתאים מזדקנים הוכחו להצטבר ברקמות כבני אדם בגיל 4 ו היו מעורבים מספר תהליכים ביולוגיים, כולל ההתפתחות העוברית, לריפוי פצעים, תיקון רקמות, ודלקות הקשורות לגיל 2.
passaging המתמשכת של תאים בתרבית המשרה הזדקנות בשכפול הדנ"א, אשר נקשרהטלומרים התשה וחוסר יציבות גנומית. מדגיש תא שונים, לרבות נזק לדנ"א אונקוגנים, יכול גם לגרום להזדקנות 3. הזדקנות נגרמת על ידי גורמים אחרים מלבד תשה הטלומרים נקראת לעתים מתח מושרה או הזדקנות מוקדמת וכן תלויה בדרך כלל על p16 INK4A / Rb המסלול 5. למרות מתרבה, תאי untransformed מופיעים בדרך כלל ציר בכושר, ניתן לזהות תאים מזדקנים כבעל מאפיינים מסוימים, כולל מורפולוגיה שטוחה, גדולה הקשורים להזדקנות מוגברת פעילות β-galactosidase (SA-β-gal) (איורי 1 & 2). שתאים מזדקנים גם לצבור סמנים לנזק לדנ"א, כולל γ-H2AX (איור 3) 6, ו, באופן פוטנציאלי, מוקדים heterochromatin הקשורים להזדקנות (SAHF) (איור 4) 7. יש שתאים מזדקנים רמות גבוהות יותר של רגולטורי מחזור התא, כולל p 16 (P16 INK4A) ו / או p21 ו- p53 (איור 5) 8, 9. יתר על כן, הנתונים האחרונים הראו כי שתאים מזדקנים יכולות להיות השפעות בלתי אוטונומית על ידי הפרשת מספר פרו-דלקתיות ציטוקינים chemokines נקרא פנוטיפ הפרשה קשורה-הזדקנות (SASP) 10. למרות תופעת SASP עשויה להשתנות מן סוג תא לסוג תא, באופן כללי, זה בא לידי ביטוי בגידול Interleukin-6 (IL-6), IL-8, גורם מגרת מושבת מקרופאג-גרנולוציט (GM-CSF), צמיחה, α אונקוגן מוסדר (GRO-α), ו Gro-β, בין היתר (איור 6). לחץ מסוים או ניזק המשרה הזדקנות עשוי גם להשפיע על הפנוטיפ פרשת 11, 12, 13. SASP ניתן לאתר על ידי מדידת רמות של חלבונים המופרשים באמצעות ELISAs או ציטוקינים / מערכים חלבוןs = "Xref"> 10, 14. למרות מנגנונים שלאחר תעתיק יכולים לווסת את רמות חלבון SASP 11, 15, 16, 17, שינויים ברמות mRNA יכול גם להתגלות במקרים רבים. שינויים אלה הם בדרך כלל יותר רגישים יותר קלים לכמת מ מדידות רמת חלבון. סמני ההזדקנות אחרים ניתן להעריך גם, כולל מוקדי הגרעין עיקש נזק לדנ"א, קטעי DNA הנקרא עם שינויים הכרומטין חיזוק הזדקנות (DNA-צלקות) 18, וסמנים אחרים שונים 3, 19, 20.
כאן, אנו מתארים שיטות נפוצות גרימת הזדקנות בתאים בתרבית וגם למדידת מספר סמנים של הזדקנות, כולל SA-β-גל, γ-H2AX, SAHF, ואת חלבון ה- mRNA של להזדקןNCE הקשורים מולקולות.
Protocol
Representative Results
Discussion
הנה, יש לנו תיאר שיטות להזדקנות המושרה-נזק לדנ"א בשכפול הדנ"א ושימוש פיברובלסטים דיפלואידי האנושי. בנוסף, טכניקות לכימות חלבון רמות ה- mRNA של חלבונים שונים הקשורים להזדקנות כלולים, כמו גם מכתים עבור SA-β-gal ועבור סמן DNA נזק γ-H2AX. ניתן פרוטוקולים אלה בשימוש נרחב כדי לה…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי התכנית העירונית המחקר של המכון הלאומי לבריאות, המכון הלאומי להזדקנות. המחברים מבקשים להודות מרים Gorospe ו קוטב Abdelmohsen לדיונים רבים מועילים על הזדקנות ובין הקוטב Abdelmohsen עבור אנוש גם לקרוא את כתב היד. אנו מודים גם אנשי המעבדה שלנו, במיוחד דאגלס Dluzen עבור האנושות לקרוא את כתב היד.
Materials
| 16% Tris-glycine gels | Invitrogen | XP00160BOX | |
| Acid-Phenol ChCl3 | Ambion | AM9720 | |
| Alexa-Fluor 568 goat anti-mouse antibody | Invitrogen | A11031 | 1:300 dilution |
| Cell lifters | Corning Inc. | 3008 | Cell scraper |
| ECL anti-mouse HRP linked antibody | Amersham | NA931V | |
| ECL Plus Western Blotting Substrate | Pierce | 32132 | ECL |
| DAPI | Molecular Probes | MP01306 | stock 5 mg/ml in dH2O |
| GAPDH antibody | Santa Cruz | sc-32233 | 1:1,000-5,000 dilution |
| GlycoBlue | Ambion | AM9515 | |
| Histone H3 dimethyl K9 monoclonal antibody | Abcam | 1220 | 1:500 dilution |
| Human IL-6 Quantikine ELISA assay | R&D systems | D6050 | |
| Human IL-8 Quantikine ELISA assay | R&D systems | D8000C | |
| Human GROa Quantikine ELISA assay | R&D systems | DRG00 | |
| N-N-dimethylformamide | Sigma | D4551 | DMF |
| p16 monoclonal antibody | BD Biosciences | 51-1325gr | 1:500 dilution |
| p21 monoclonal antibody | Millipore | 05-345 | 1:750 dilution |
| p53 monoclonal antibody | Santa Cruz | sc-126 | 1:500 dilution clone DO-1 |
| phospho-H2AX (Ser139) FITC conjugate antibody | Cell Signaling | 9719 | 1:2000 dilution |
| POWER SYBR-green PCR master mix | Applied Biosystems | 4367659 | |
| Pre-stained molecular weight markers | Biorad | 161-0374 | |
| ProLong Gold Antifade | Invitrogen | P36930 | |
| PVDF membrane | Thermo Scientific | 88518 | |
| Senescence b-Galactosidase Staining Kit | Cell Signaling | 9860 | |
| TRIzol | Ambion/Life Tech | 10296028 | |
References
- Hayflick, L. The Limited in Vitro Lifetime of Human Diploid Cell Strains. Exp Cell Res. 37, 614-636 (1965).
- van Deursen, J. M. The role of senescent cells in ageing. Nature. 509 (7501), 439-446 (2014).
- Campisi, J., d’Adda di Fagagna, F. Cellular senescence: when bad things happen to good cells. Nat Rev Mol Cell Biol. 8 (9), 729-740 (2007).
- Dimri, G., et al. A biomarker that identifies senescent human cells in culture and in aging skin in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 92, 9363-9367 (1995).
- Kuilman, T., Michaloglou, C., Mooi, W. J., Peeper, D. S. The essence of senescence. Genes Dev. 24 (22), 2463-2479 (2010).
- Pospelova, T. V., et al. Pseudo-DNA damage response in senescent cells. Cell Cycle. 8 (24), 4112-4118 (2009).
- Narita, M., et al. Rb-mediated heterochromatin formation and silencing of E2F target genes during cellular senescence. Cell. 113 (6), 703-716 (2003).
- Ben-Porath, I., Weinberg, R. A. The signals and pathways activating cellular senescence. Int J Biochem Cell Biol. 37 (5), 961-976 (2005).
- Campisi, J. Senescent cells, tumor suppression, and organismal aging: good citizens, bad neighbors. Cell. 120 (4), 513-522 (2005).
- Coppe, J. P., et al. Senescence-associated secretory phenotypes reveal cell-nonautonomous functions of oncogenic RAS and the p53 tumor suppressor. PLoS Biol. 6 (12), 2853-2868 (2008).
- Tominaga-Yamanaka, K., et al. NF90 coordinately represses the senescence-associated secretory phenotype. Aging (Albany NY). 4 (10), 695-708 (2012).
- Wiley, C. D., et al. Mitochondrial Dysfunction Induces Senescence with a Distinct Secretory Phenotype. Cell Metab. 23 (2), 303-314 (2016).
- Hoare, M., et al. NOTCH1 mediates a switch between two distinct secretomes during senescence. Nat Cell Biol. 18 (9), 979-992 (2016).
- Rodier, F. Detection of the senescence-associated secretory phenotype (SASP). Methods Mol Biol. 965, 165-173 (2013).
- Srikantan, S., Marasa, B. S., Becker, K. G., Gorospe, M., Abdelmohsen, K. Paradoxical microRNAs: individual gene repressors, global translation enhancers. Cell Cycle. 10 (5), 751-759 (2011).
- Abdelmohsen, K., Gorospe, M. Noncoding RNA control of cellular senescence. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. , (2015).
- Bhaumik, D., et al. MicroRNAs miR-146a/b negatively modulate the senescence-associated inflammatory mediators IL-6 and IL-8. Aging. 1 (4), 402-411 (2009).
- Rodier, F., et al. DNA-SCARS: distinct nuclear structures that sustain damage-induced senescence growth arrest and inflammatory cytokine secretion. J Cell Sci. 124 (PT 1), 68-81 (2011).
- Bernardes de Jesus, B., Blasco, M. A. Assessing cell and organ senescence biomarkers. Circ Res. 111 (1), 97-109 (2012).
- Sharpless, N. E., Sherr, C. J. Forging a signature of in vivo senescence. Nat Rev Cancer. 15 (7), 397-408 (2015).
- Rubio, M. A., Kim, S. -. H., Campisi, J. Reversible Manipulation of Telomerase Expression and Telomere Length: implications for the ionizing radiation response and replicative senescence of human cells. J Biol Chem. 277 (32), 28609-28617 (2002).
- Chen, Q. M., Prowse, K. R., Tu, V. C., Purdom, S., Linskens, M. H. K. Uncoupling the Senescent Phenotype from Telomere Shortening in Hydrogen Peroxide-Treated Fibroblasts. Experimental Cell Research. 265 (2), 294-303 (2001).
- Dumont, P., et al. Induction of replicative senescence biomarkers by sublethal oxidative stresses in normal human fibroblast. Free Radic Biol Med. 28 (3), 361-373 (2000).
- Roninson, I. B. Tumor Cell Senescence in Cancer Treatment. Recherche en cancérologie. 63 (11), 2705-2715 (2003).
- Nyunoya, T., et al. Cigarette Smoke Induces Cellular Senescence. J Respir Cell Mol Biol. 35 (6), 681-688 (2006).
- Bai, H., Gao, Y., Hoyle, D. L., Cheng, T., Wang, Z. Z. Suppression of Transforming Growth Factor-β Signaling Delays Cellular Senescence and Preserves the Function of Endothelial Cells Derived From Human Pluripotent Stem Cells. Stem Cells Transl Med. , (2016).
- Senturk, S., et al. Transforming growth factor-beta induces senescence in hepatocellular carcinoma cells and inhibits tumor growth. Hepatology. 52 (3), 966-974 (2010).
- Aird, K. M., Zhang, R. Detection of senescence-associated heterochromatin foci (SAHF). Methods Mol Biol. 965, 185-196 (2013).
- Pospelova, T. V., Chitikova, Z. V., Pospelov, V. A. An integrated approach for monitoring cell senescence. Methods Mol Biol. 965, 383-408 (2013).
- Di Micco, R., et al. Interplay between oncogene-induced DNA damage response and heterochromatin in senescence and cancer. Nat Cell Biol. 13 (3), 292-302 (2011).
- Wright, W. E., Pereira-Smith, O. M., Shay, J. W. Reversible cellular senescence: implications for immortalization of normal human diploid fibroblasts. Mol Cell Biol. 9 (7), 3088-3092 (1989).
- Bursuker, I., Rhodes, J. M., Goldman, R. Beta-galactosidase–an indicator of the maturational stage of mouse and human mononuclear phagocytes. J Cell Physiol. 112 (3), 385-390 (1982).
- Kopp, H. G., Hooper, A. T., Shmelkov, S. V., Rafii, S. Beta-galactosidase staining on bone marrow. The osteoclast pitfall. Histol Histopathol. 22 (9), 971-976 (2007).
- Witkiewicz, A. K., Knudsen, K. E., Dicker, A. P., Knudsen, E. S. The meaning of p16(ink4a) expression in tumors: functional significance, clinical associations and future developments. Cell Cycle. 10 (15), 2497-2503 (2011).
- Baker, D. J., et al. Naturally occurring p16(Ink4a)-positive cells shorten healthy lifespan. Nature. 530 (7589), 184-189 (2016).
- Baker, D. J., et al. Clearance of p16Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders. Nature. 479 (7372), 232-236 (2011).
- Demaria, M., et al. An Essential Role for Senescent Cells in Optimal Wound Healing through Secretion of PDGF-AA. Dev Cell. 31 (6), 722-733 (2014).
- Noren Hooten, N., et al. Metformin-mediated increase in DICER1 regulates microRNA expression and cellular senescence. Aging Cell. 15 (3), 572-581 (2016).
- Barzilai, N., Crandall, J. P., Kritchevsky, S. B., Espeland, M. A. Metformin as a Tool to Target Aging. Cell Metab. 23 (6), 1060-1065 (2016).
- Foretz, M., Guigas, B., Bertrand, L., Pollak, M., Viollet, B. Metformin: from mechanisms of action to therapies. Cell Metab. 20 (6), 953-966 (2014).
- Cahu, J., Sola, B. A sensitive method to quantify senescent cancer cells. J Vis Exp. (78), (2013).
- Debacq-Chainiaux, F., Erusalimsky, J. D., Campisi, J., Toussaint, O. Protocols to detect senescence-associated beta-galactosidase (SA-betagal) activity, a biomarker of senescent cells in culture and in vivo. Nat Protoc. 4 (12), 1798-1806 (2009).
- Noppe, G., et al. Rapid flow cytometric method for measuring senescence associated beta-galactosidase activity in human fibroblasts. Cytometry A. 75 (11), 910-916 (2009).
- Bassaneze, V., Miyakawa, A. A., Krieger, J. E. Chemiluminescent detection of senescence-associated beta galactosidase. Methods Mol Biol. 965, 157-163 (2013).
- Redon, C. E., et al. gamma-H2AX detection in peripheral blood lymphocytes, splenocytes, bone marrow, xenografts, and skin. Methods Mol Biol. 682, 249-270 (2011).
- Kosar, M., et al. Senescence-associated heterochromatin foci are dispensable for cellular senescence, occur in a cell type- and insult-dependent manner and follow expression of p16(ink4a). Cell Cycle. 10 (3), 457-468 (2011).
- Kennedy, A. L., et al. Senescent mouse cells fail to overtly regulate the HIRA histone chaperone and do not form robust Senescence Associated Heterochromatin Foci. Cell Div. 5, 16 (2010).
