여기에 LC3 spot counting과 함께 3 개의 autophagy marker의 밝은 디테일 이미지를 비교하고 co-localization을 정량화하는 분석적인 특징을 가진 multispectral imaging flow cytometry가 객관적이고 정량적이며 통계적으로 강력한 방식으로 autophagy를 측정하는 데 사용되었습니다.
Autophagy는 성장 및 분화 과정에서 축적되는 정상 또는 기능 장애 세포 구성 요소가 리소좀을 통해 분해되어 재활용되는 이화 경로입니다. autophagy 동안, cytoplasmic LC3 단백질은 지방화되고 autophagosomal membranes에 보충된다. autophagosome은 lysosome과 융합하여 autolysosome을 형성하는데, autophagosome 소포와 그 내용물의 분해가 일어난다. LC3에 결합하는 유비퀴틴 관련 단백질 p62는 또한 autophagic 플럭스를 모니터하는 데 사용됩니다. autophagy를 수행하는 세포는 p62, LC3 및 리소좀 마커의 동일 지역화를 입증해야합니다. Immunofluorescence 현미경 검사는 세포 단위로 LC3 puncta, p62 및 / 또는 lysosomes를 시각적으로 확인하는 데 사용되었습니다. 그러나 객관적이고 통계적으로 엄격한 평가는 얻기가 어려울 수 있습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 multispectral imaging flow cytometry와 함께 밝은 de3 개의 autophagy 마커 (LC3, p62 및 lysosomal LAMP1)로부터 꼬리 이미지를 추출하고 객관적이고 정량적이며 통계적으로 견고한 방식으로 자동 계수를 측정하기 위해 LC3 스폿 카운팅과 함께 공동 위치를 정량화합니다.
이후 autophagy라고 불리는 Macroautophagy는 손상되었거나 기능 불능 인 성분, 수명이 긴 단백질 및 세포 소기관이 리소좀을 통해 분해되어 재활용되는 이화 과정입니다 1 . Autophagy는 autophagosome의 형성을 포함하는 동적 인 다단계 프로세스입니다. autophagosome과 lysosome의 융합, autolysosome 형성; 및 autolysosome 2 의 내용의 저하. 포유류 시스템에서 autophagy를 확인하는 데 사용되는 중요한 생물학적 마커는 autophagosomal membrane을 구성하는 미세 소관 관련 단백질 1A / 1B-L 鎖 사슬 3 (LC3)입니다. autophagy 동안, cytosolic LC3-1은 포스파티딜 에탄올 아민에 접합되어 LC3-II를 형성한다; LC3-II는 autophagosomal 막 3에 통합됩니다. autophagic 플럭스에 널리 사용되는 또 다른 마커는 autophagy 수용체 sequestosome 1 (SQSTM1, p62)입니다.autophagic 막에 autophagic화물을 nks 4 , 5 .
전통적으로 자식 작용을 측정하는 데 사용 된 방법은 서양 오 점 및 형광 현미경 (7)이다. 그러나 이들 방법 중 어느 것도이 두 가지 기법과 관련된 문제가 있기 때문에 "황금 표준" 2 , 6 으로 간주되지 않습니다. 웨스턴 블 롯은 균질 샘플을 사용하기 때문에 평균값을 제공하므로 관찰자는 개별 세포에서 일어나는 현상을 볼 수 없습니다. 반면에 형광 현미경 검사는 단일 셀 수준에서 관찰자 정보를 제공하지만 처리량 기능이 부족하여 객관적이고 통계적으로 엄격한 평가를 얻지 못합니다. 최근 몇 년 동안 multispectral imaging flow cytometry (MIFC, Table of Materials 참조)에 의한 LC3와 p62의 측정이 popu정량 전력, 높은 처리량 기능, 다중화 가능성 및 모든 셀을 이미지화 할 수있는 능력으로 인해 희소성이 희박합니다. (재료의 도표 참조) 컴패니언 분석 소프트웨어와 함께 MIFC를 이용하여 자식 작용을 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 방법 중 하나는, LC3의 puncta에 또는 autophagosomes 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14의 스폿 카운트 통해서 , 15 , 16 , 17 . 그러나, autophagosomes의 증가는 autophagy의 증가가 반드시 과정 2 의 봉쇄를 나타낼 수 있음을 의미하지는 않습니다. LC3 – II 회전율은 세포의 존재와 존재를 분석하여 autophagic 유동을 측정하는 데 유용한 매개 변수입니다.클로로퀸과 같은 리소좀 분해 억제제의 부재. 클로로퀸하여 18 발생할 수 리소좀 분해 전에 autophagic 플럭스 체포하여 자식 작용의 정도의 척도로서 autophagosome 형성의 정량을 허용, 리소좀에 autophagosome의 융합을 억제한다. 또한, p62는 주로 autophagy에 의해 분해되며, autophagosome의 lysosomal 분해와 그 내용물이 차단되면 p62의 축적이 예상됩니다 17 , 19 .
Autophagy는 다단계 프로세스이며 LC3 또는 p62만으로는 세포에서 일어나는 일을 완벽하게 파악할 수 없습니다. 최근의 논문은 autolysosome 2 , 17 , 20 , 21 의 동시 형성을 조사 할 필요성을 강조했다. MIFC17, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 – 15 리소좀에 autophagosome의 공동 촬상 지역화하여 autolysosome의 형성을 측정 할 수 의적. 또한, MIFC를 사용하여 p62와 LC3의 co-localization 또한 autophagic 플럭스 5 측정하기 위해 탐험되었습니다. 참조 된 분석 소프트웨어에서 동일 지역화를 측정하는 "특징"은 "밝기 정보 유사성 R3"(BDS)라고하며 두 이미지의 작고 밝은 이미지 세부 정보를 비교하도록 특별히 설계되었습니다. BDS는 로그 변환 된 Pearson의 반지름이 3 픽셀 이하인 지역화 된 밝은 점의 상관 계수입니다. 즉, BDS는 o의 정도를 계산합니다.두 개의 다른 형광 채널에서 픽셀을 verlapping. 밝은 지점은 상호 연관되어 있습니다 ( 즉, 동일한 공간 위치) 또는 비 상관 ( 즉, 다른 공간 위치). 따라서 상관 계수는 0 (상관 없음)과 1 (완전 상관) 사이에서 달라집니다. 계수를 로그 변환하여 범위를 0과 무한대 사이에서 26 , 27 로 증가시킵니다. BDS만으로는 충분하지 않을 수 있습니다. Rajan et al. BDS 만 사용하면 위양성 또는 위음성 결과가 발생할 수 있음을 발견했습니다 21 . BDS는 autophagy의 두 마커의 co-localization 평가하지만 autophagosomes의 수를 고려하지 않습니다. autophagosomes의 수를 설명하기 위해, Rajan et al. LC3 puncta 21 의 spot-counting을 포함합니다. Rajan et al. BDS에 비해 LC3 스폿 카운트의 2 변수 스 캐터 플롯을 사용하여 제안되었습니다. 이 두 변수를 사용하여, 두 집단먼저 확인 된 것은 LC3 스폿이 높은 세포와 LC3 스팟이 낮은 세포가있는 것입니다. 고 -LC3 자리 집단은 두 개의 집단으로 분류되었다 : 낮은 공 – 위치 화 ( 즉, 자가 – 포자충의 축적)를 갖는 세포 및 높은 공 – 위치 화 ( 즉, 오토 리소좀의 축적)를 갖는 세포. 이 2 변이 플롯은 극소수의자가 포식 세포와 autophagosomes 및 / 또는 autolysosome 21이 축적 된 세포를 구분할 수있게합니다.
지금까지 LC3, p62 및 LAMP1 (리소좀 마커)의 동시 공동 위치 화는 MIFC 동반자 분석 소프트웨어의 단일 "피처 유형"을 사용하여 가능하지 않았습니다 ( 재료 표 참조). 그러나 최근에 버전 6.1에서 소개 된 새로운 기능은 Bright Detail Colocalization 3 (BDC3)입니다. BDC3은 3 가지 이미지 각각의 밝은 디테일 이미지를 비교합니다 (이 경우 LC3, p62 및 LAMP1)를 측정하고 세 가지 프로브 ( 즉, LC3, p62 및 LAMP1)의 동일 지역화를 정량화합니다. BDC3 기능은 Pearson의 상관 계수를 수정하여 세 개의 이미지로 확장합니다. 세 이미지의 밝은 점이 상관되었거나 상관 관계가 없기 때문에 상관 계수는 0 (비 상관)과 1 (완벽한 상관) 사이에서 다릅니다. 계수는 0에서 무한대 사이의 동적 범위를 증가 시키도록 로그 변환됩니다. BDC3 기능을 사용하여 BDS 기능을 전환하면 Rajan et al. 동시에 하나의 시스템에서 자동 학습을 측정하기 위해 가장 많이 사용되는 3 개의 마커를 통합 할 수 있습니다. autophagy의 이러한 3 개의 마커를 단일 분석으로 공동 위치시킬 수있는 능력은 autophagy의 유도와 조절에 대한 새로운 통찰력을 이끌어 낼 수 있습니다. 다음 프로토콜은 Jurkat 세포에서 autophagy를 유도하는 단계를 개략적으로 보여줍니다. LC3, p62 및 LAMP1 항체로 세포를 표지하십시오. 멀티 스피어에서 데이터를 얻다.외과 적 이미징 유동 세포 계측기; autophagic 플럭스를 평가하기 위해 데이터를 분석 할 수 있습니다.
이 분석을 수행 할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 적절한 컨트롤 샘플을 갖는 것이 중요합니다. 이 실험을 위해 두 개의 다른 컨트롤이 사용되었습니다 : Control + Control + Chloroquine. Control 샘플을 사용하여 영역의 임계 값을 설정했습니다. 그것은 리소좀 분해를 멈추지 않으면 서 autophagy의 기초 수준을 나타내며 Starved 샘플의 컨트롤입니다. 그러나, Control 샘플은 Starved + Chloroquine 샘플의 결과와 비교할 수있는 적절한 컨트롤이 아닙니다. 왜냐하면 클로로퀸 자체가 컨트롤 샘플에 영향을 미치기 때문입니다. 그러므로 Control + Chloroquine 샘플이 필요했습니다.
autophagy에 대한 분석을 수행하기 전에 하나 이상의 셀이 있거나 이미지가있는 경우 결과에 영향을 줄 수 있으므로 포커스가있는 단일 셀 ( 즉, 60보다 큰 그래디언트 RMS)에서만 분석 / 게이트를 분석하는 것이 중요합니다. 초점없는. 자궁이 중요하다.es와 lysosome은 적절한 spot count와 BDC3 분석에 초점을 맞추고있다. Apoptotic 세포는 autophagy 분석 전에 제거해야합니다, 그들은 결과를 왜곡 할 수 있으므로 포함되어서는 안됩니다. 세 가지 마커 ( 즉, LC3, p62 및 LAMP1) 모두에 대해 적절한 염색이 있어야합니다. 예를 들어, 3 개의 마커 모두는 세포 내 (intracellular)이며 점선 신호가 있어야합니다. 신호가 점을 찍지 않았거나 세포 표면에 있다면 염색이 적절하지 않아 실험 / 염색을 다시해야합니다. 또한 BDC3가 정확하려면 3 개의 형광 마커 모두에 밝은 셀을 게이트하는 것이 필수적입니다. 비특이적 결합, 이미징 인공물 및 / 또는 소음에 대한 BDC3 측정을 방지하려면 양성 반응에 대한 게이팅이 필요합니다. BDC3은 실제 신호가 아닌 인공물을 증폭시킬 수 있기 때문에 이것은 중요합니다. BDC3은 밝은 양성 반응에서만 수행 할 수 있으므로 많은 세포가 최종 분석에 포함되지 않을 수 있습니다. 이것은 특별하다.LC3, p62 및 / 또는 LAMP1의 축적이없는 대조군 세포에 대해서는 사실이다. 따라서,이 분석법의 한계는 BDC3가 세 가지 마커 모두에 대해 양성인 세포를 검사한다는 것인데, 이는 모든 자동 운동 실험에 적합하지 않을 수 있습니다.
이전에 15 , 16 , 17 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26으로 보고 된 BDS와 마찬가지로 BDC3만으로는 공동 위치를 결정하는 autophagy organelles의 수를 고려하지 않았기 때문에 autophagosomes의 수에있는 가변성의. 따라서, Rajan et al. 고용되었다. bivariate plot을 보면, if세포는 LC3, p62 및 LAMP1에 대해 양성이어야합니다. 0 점이있는 셀이 왜 그렇게 많습니까? 이는 LC3 신호가 동일 위치에 충분히 밝을 수 있기 때문에 피크 마스크 (피크 (M11, Ch11-LC3-AF647, 밝기, 4))로 설정된 임계 값을 충족시키지 못하기 때문입니다 자리.
여기에 제시된 프로토콜은 LC3 puncta를 계산하기 위해 MIFC를 사용하였고, autophagic 플럭스를 측정하기 위해 세 개의 autophagy 마커의 co-localization을 사용했습니다. 기초 조건 (Control sample) 하에서,자가 형광체의 수가 적었고, "High Spot"으로 세포가 거의 발견되지 않았다. autophagosome / lysosome 융합을 억제하는 chloroquine의 첨가로 LC3 spot의 수가 증가했다. 리소좀이 autophagosome과 autophagosome에있는 p62를 파괴 할 수 없기 때문에 LC3, p62 및 LAMP1 autolysosome 축적의 공존이 증가합니다. 이 효력은 영양이되는 starvat이온, autophagy를 유도합니다. 그러나 chloroquine을 첨가하지 않으면 autophagosom의 수는 현저히 증가하지 않았고, autophagos turnover의 속도가 증가했기 때문인 것으로 보인다. 세포가 chloroquine의 존재 하에서 굶어 죽었을 때, autophagosomes의 co-localization과 수의 증가가 있었는데, 기아가 autophagic 플럭스를 증가 시킨다는 결론을지지한다. EBSS는 강력한 autophagy 유도제로 알려져 있습니다. 따라서 증가가 클 것으로 예상됩니다. 약물 유도와 같은 다른 방법을 사용하여 autophagy를 유도하는 경우, 대조군과 치료 된 시료의 차이는 미묘합니다.
이 특정 프로토콜은 인간 세포주에서 autophagy를 측정하도록 고안되었지만 특정 종에 대한 항체로 전환하여 다른 종에 적용 할 수 있습니다. 또한, 분석 방법은 공동 지역화를 필요로하는 모든 세포 내 응용에 사용될 수있다3 개의 프로브 / 마커로 구성됩니다.
The authors have nothing to disclose.
필자는 MilliporeSigma, Philip J. Morrissey 및 Sherree L. Friend의 동료들에게 수년 간 도움과지도를 해주신 것에 대해 감사드립니다. 이 책을 편집하는 데 도움을 준 IDEAS 소프트웨어의 BDC3 기능 , Ryan P. Jessup, 촬영 당일 도움을 준 Raymond Kong 및 특별 감사의 도움을 주신 Vidya Venkatachalam 및 Bryan R. Davidson에게도 감사드립니다. 메이크업 아티스트 Cynthia Xamonthiene.
15 mL centrifuge tube | Falcon | 352096 | |
50 mL centrifuge tube | Falcon | 352070 | |
AF647 labeled Donkey anti-Mouse – IgG | Invitrogen | A-31571 | Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 647. Concntration 2mg/mL. https://www.thermofisher.com/antibody/product/Donkey-anti-Mouse-IgG-H-L-Secondary-Antibody-Polyclonal/A-31571 |
anti-human CD107a-PE (LAMP1) | BioLegend | 328607 | Clone H4A3. Concentration 400 µg/mL. http://www.biolegend.com/pe-anti-human-cd107a-lamp-1-antibody-4967.html |
anti-human CD45- AF488 | BioLegend | 304017 | Clone HI30. http://www.biolegend.com/alexa-fluor-488-anti-human-cd45-antibody-2738.html |
anti-human CD45- PE | BioLegend | 304008 | Clone HI30. http://www.biolegend.com/pe-anti-human-cd45-antibody-708.html |
anti-human CD45-AF647 | BioLegend | 304018 | Clone HI30. http://www.biolegend.com/alexa-fluor-647-anti-human-cd45-antibody-2739.html |
Anti-LC3 (Human) mAb clone 4E12 | MBL International Corporation | M152-3 | Clone 4E+12. Concentration 2 mg/mL. https://www.mblintl.com/products/m152-3 |
Anti-SQSTM1 / p62 antibody [EPR4844] – Autophagosome Marker (Alexa Fluor 488) | abcam | ab185015 | Clone EPR4844. Concentration 0.5 mg/mL. http://www.abcam.com/sqstm1-p62-antibody-epr4844-autophagosome-marker-alexa-fluor-488-ab185015.html |
Chloroquine diphosphate Salt | Sigma-Aldrich | C6628-25G | |
Cleanser – Coulter Clenz | Beckman Coulter | 8546931 | Fill container with 200 mL of Cleanser. https://www.beckmancoulter.com/wsrportal/page/itemDetails?itemNumber=8546931#2/10//0/25/1/0/asc/2/8546931///0/1//0/ |
DAPI Stain 5mg/mL | MilliporeSigma | 508741 | http://www.emdmillipore.com/US/en/product/DAPI-Stain—CAS-28718-90-3—Calbiochem,EMD_BIO-508741 |
Debubbler – 70% Isopropanol | MilliporeSigma | 1.3704 | Fill container with 200 mL of Debubbler. http://www.emdmillipore.com/US/en/product/2-Propanol-70%25-%28V%2FV%29-0.1-%C2%B5m-filtred,MDA_CHEM-137040?ReferrerURL=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline 10X | MilliporeSigma | BSS-2010-B | Ca++Mg++ Free |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline 1X | MilliporeSigma | BSS-1006-B | PBS Ca++Mg++ Free |
Earle's Balanced Salt Solution 1X | Gibco | 14155 | |
Fetal Bovine Serum | HyClone | SH30071.03 | |
Formaldehyde, 10%, methanol free, Ultra Pure | Polysciences, Inc. | 04018 | This is what is used for the 4% and 1% Formalin. CAUTION: Formalin/Formaldehyde toxic by inhalation and if swallowed. Irritating to the eyes, respiratory systems and skin. May cause sensitization by inhalation or skin contact. Risk of serious damage to eyes. Potential cancer hazard. http://www.polysciences.com/default/catalog-products/life-sciences/histology-microscopy/fixatives/formaldehydes/formaldehyde-10-methanol-free-pure/ |
Hanks' Balanced Salt Solution 1X | Gibco | 14175 | |
Jurkat, Clone E6-1 (ATCC TIB-152) | ATCC | TIB-152 | https://www.atcc.org/products/all/TIB-152.aspx |
MEM Non-Essential Amino Acids 100X | HyClone | SH30238.01 | |
MIFC – ImageStreamX Mark II | MilliporeSigma | 100220 | A 2 camera ImageStreamX Mark II eqiped with the 405nm, 488nm, and 642nm lasers was used. http://www.emdmillipore.com/US/en/life-science-research/cell-analysis/amnis-imaging-flow-cytometers/imagestreamx-Mark-ii-imaging-flow-cytometer/VaSb.qB.QokAAAFLzRop.zHe,nav?cid=BI-XX-BDS-P-GOOG-FLOW-B325-0006 |
MIFC analysis software – IDEAS 6.2 | MilliporeSigma | 100220 | The companion software to the MIFC (ImageStreamX MKII). IDEAS version 6.2 |
MIFC software – INSPIRE | MilliporeSigma | 100220 | This is the software that runs the MIFC (ImageStreamX MKII). INSPIRE version 200.1.388.0 |
PE anti-human CD107a (LAMP-1) Antibody clone H4A3 | BioLegend | 328608 | http://www.biolegend.com/pe-anti-human-cd107a-lamp-1-antibody-4967.html |
Penicllin/Streptomycin/Glutamine solution 100X | HyClone | SV30082.1 | |
Rinse – Ultrapure water or deionized water | NA | NA | You can use any ultrapure water or deionized water. Fill container with 900 mL of Rinse. |
RPMI-1640 Medium 1X | HyClone | SH30027.01 | |
Sheath – PBS | MilliporeSigma | BSS-1006-B | This is the same as Dulbecco's Phosphate Buffered Saline 1X Ca++MG++ free. Fill container with 900mL of Sheath. |
Siliconized polypropylene microcentrifuge tubes | Fisherbrand | 02-681-320 | Fisherbran Siliconized Low-Retention Microcentrifuge Tubes 1.5 mL. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-siliconized-low-retention-microcentrifuge-tubes-8/p-193936 |
Sodium Pyruvate solution (100mM) | HyClone | SH30239.01 | |
Sterilizer – 0.4-0.7% Hypochlorite | VWR | JT9416-1 | This is assentually 10% Clorox bleach that can be made by deluting Clorox bleach with water. Fill container with 200 mL of Sterilzer. |
System Calibration Reagent – SpeedBead | MilliporeSigma | 400041 | Each tube holds ~10 mL. https://www.emdmillipore.com/US/en/life-science-research/cell-analysis/amnis-imaging-flow-cytometers/support-training/XDqb.qB.wQMAAAFLBDUp.zHu,nav |
T75 flask | Falcon | 353136 | |
TRITON X-100, PROTEIN GRADE Detergent, 10% Solution, Sterile-Filtered | MilliporeSigma | 648463-50ML | http://www.emdmillipore.com/US/en/product/TRITON-X-100,-PROTEIN-GRADE-Detergent,-10%25-Solution,-Sterile-Filtered—CAS-9002-93-1—Calbiochem,EMD_BIO-648463 |
Water, Cell Culture Grade | HyClone | SH30529.03 |