אנו מציגים פרוטוקול לפיתוח ושימוש במודל סטרס חמצוני על ידי טיפול בתאי אפיתל פיגמנט רשתית עם H2O2, ניתוח מורפולוגיה של תאים, כדאיות, צפיפות, גלוטתיון, ורמת UCP-2. זהו מודל שימושי לחקור את ההשפעה נוגדת החמצון של חלבונים המופרשים על ידי תאים transposon-transfected לטיפול ניוון neuroretinal.
סטרס חמצוני ממלא תפקיד קריטי במספר מחלות ניווניות, כולל ניוון מקולרי הקשור לגיל (AMD), פתולוגיה המשפיעה על כ -30 מיליון חולים ברחבי העולם. זה מוביל לירידה אפיתל פיגמנט רשתית (RPE)-מסונתז גורמים neuroprotective, למשל, גורם פיגמנט נגזר אפיתל (PEDF) ו granulocyte-מקרופאג מושבה מגרה גורם (GM-CSF), ואחריו אובדן של תאי RPE, ובסופו של דבר פוטורצפטור ותא גנגליון רשתית (RGC) מוות. אנו משערים כי שחזור של סביבת הרשתית neuroprotective ו neurogenic על ידי השתלה תת-רינטלית של תאי RPE transfected overexpressing PEDF ו- GM-CSF יש פוטנציאל למנוע ניוון רשתית על ידי הקלה על ההשפעות של עקה חמצונית, עיכוב דלקת, ותמיכה בהישרדות התא. באמצעות מערכת טרנספוסון היפהפייה הנרדמת (SB100X) תאי RPE אנושיים הועברו עם הגנים PEDF ו- GM-CSF והראו שילוב גנים יציב, ביטוי גנים לטווח ארוך והפרשת חלבונים באמצעות qPCR, כתם מערבי, ELISA ואימונופלואורסצנטיות. כדי לאשר את הפונקציונליות ואת העוצמה של PEDF ו- GM-CSF המופרשים על ידי תאי RPE שהודבקו, פיתחנו מבחנה כדי לכמת את ההפחתה של H2O2– סטרס חמצוני המושרה על תאי RPE בתרבית. הגנה על התא הוערכת על ידי ניתוח מורפולוגיה של תאים, צפיפות, רמה תאית של גלוטתיון, ביטוי גן UCP2, ואת הכדאיות התא. שניהם, תאי RPE שהודבקו ב-PEDF ו/או GM-CSF ותאים שאינם מועברים אך מטופלים מראש עם PEDF ו/או GM-CSF (זמין או מטוהר באופן מסחרי מתאים שהודבקו) הראו הגנה משמעותית על תאים נוגדי חמצון בהשוואה לבקרות שאינן מטופלות. מודל H2O2הנוכחי הוא גישה פשוטה ויעילה להערכת ההשפעה נוגדת החמצון של גורמים שעשויים להיות יעילים לטיפול ב- AMD או במחלות ניווניות דומות.
המודל המתואר כאן, מציע גישה שימושית כדי להעריך את היעילות של סוכניםbiopharmaceutical להפחתת עקה חמצונית בתאים. השתמשנו במודל כדי לחקור את ההשפעות המגנות של PEDF ו- GM-CSF על H2O2– מתח חמצוני מתווך על תאי אפיתל פיגמנט רשתית, אשר נחשפים לרמות גבוהות של O2, ואור גלוי, ואת phagocytosis של קרומי המגזר החיצוני photoreceptor, יצירת רמות משמעותיות של מינים חמצן תגובתי (ROS)1, 2. הם נחשבים לתורם מרכזי לפתוגנזה של ניוון מקולרי הקשור לגיל כלי דם (aAMD)3,4,5,6,7,8. חוץ מזה, יש ירידה בגורמים neuroprotective מסונתז RPE, במיוחד את הפיגמנט נגזר אפיתל גורם (PEDF), גורמי גדילה דמויי אינסולין (IGFs), ו granulocyte מקרופאג-מושבה מגרה גורם (GM-CSF) המוביל לתפקוד לקוי ואובדן של תאי RPE, ואחריו פוטורצפטור ותא גנגליון רשתית (RGC) מוות3,4,5 . AMD היא מחלה מורכבת הנובעת מהאינטראקציה בין גורמים מטבוליים, פונקציונליים, גנטיים וסביבתיים4. היעדר טיפולים עבור AAMD הוא הגורם העיקרי לעיוורון בחולים מעל גיל 60 במדינות מתועשות9,10. לחזרת הסביבה הנוירו-הגנתית והנוירוגנית ברשתית על ידי השתלה תת-רינטלית של תאי RPE מהונדסים גנטית המדחיקים יתר על המידה PEDF ו- GM-CSF יש פוטנציאל למנוע ניוון רשתית על ידי הקלה על ההשפעות של סטרס חמצוני, עיכוב דלקת ותמיכה בהישרדות תאים11,12,13,14,15,16 . למרות שיש מספר מתודולוגיות להעברת גנים לתאים, בחרנו במערכת הטרנספוסון ההיפראקטיבית של היפהפייה הנרדמת הלא ויראלית כדי להעביר את הגנים PEDF ו- GM-CSF לתאי RPE בגלל פרופיל הבטיחות שלה, שילוב הגנים בגנום של התאים המארחים, ונטייתו לשלב את הגנים המועברים באתרים פעילים שאינם תמלול כפי שהראינו בעבר17, 18,19.
סטרס חמצוני תאי יכול להיגרם בתאים בתרבית במבחנה על ידי מספר גורמים חמצוניים, כולל מי חמצן (H2O2), 4-הידרוינונאל (HNE), טרבוטיל הידופרוקסיד (tBH), מתחי חמצן גבוהים ואור גלוי (ספקטרום מלא או הקרנת UV)20,21. מתחי חמצן גבוהים ואור דורשים ציוד ותנאים מיוחדים, המגבילים את יכולת ההעברה למערכות אחרות. סוכנים כגון H2O2, HNE, ו- tBH גורמים לשינויים מולקולריים ותאיים חופפים של עקה חמצונית. בחרנו H2O2 כדי לבדוק את הפעילות נוגדת החמצון של PEDF ו- GM-CSF כי זה נוח ורלוונטי ביולוגית שכן הוא מיוצר על ידי תאי RPE כמו ביניים חמצן תגובתי במהלך פוטורצפטור קטע חוץ phagocytosis22 והוא נמצא ברקמות עינית vivo23. מאז חמצון גלוטתיון עשוי להיות אחראי חלקית על הייצור של H2O2 בעין, ניתחנו את רמות GSH / גלוטתיון במחקרים שלנו, אשר קשורים H2O2– סטרס חמצוני המושרה ואת היכולת ההתחדשותית של תאים21,22. הניתוח של רמות גלוטתיון רלוונטי במיוחד שכן הוא משתתף במנגנוני ההגנה נוגדי חמצון בעין24. חשיפהל- H 2 O2 משמשת לעתים קרובות כמודל לבחינת רגישות מתח חמצוני ופעילות נוגדת חמצון של תאי RPE1,25,26,27,28,29,30, ובנוסף, הוא מראה דמיון לנזק ללחץ חמצוני שנגרם לאור, מקור “פיזיולוגי” של סטרס חמצוני21.
כדי להעריך את הפונקציונליות ואת האפקטיביות של גורמים neuroprotective, פיתחנו מודל במבחנה המאפשר לניתוח לכמת את ההשפעה נוגד חמצונית של גורמי גדילה לידי ביטוי על ידי תאים מהונדסים גנטית כדי להגזים PEDF ו- GM-CSF. כאן, אנו מראים כי תאי RPE שהודבקו בגנים עבור PEDF ו- GM-CSF עמידים יותר להשפעות המזיקות של H2O2 מאשר תאי בקרה שאינם מודבקים, כפי שמעידים מורפולוגיה של תאים, צפיפות, כדאיות, רמה תאית של גלוטתיון, וביטוי של גן UCP2, אשר מקודדים לחלבון המיטוכונדריאלי 2 שהוכח כמפחית מינים חמצן תגובתי (ROS)31.
הפרוטוקול המוצג כאן מציע גישה לנתח את הפונקציה נוגד חמצונית ומגנה של PEDF ו- GM-CSF המיוצר על ידי תאים transfected, אשר ניתן להחיל על תאים transfected עם כל גן מועיל putative. באסטרטגיות טיפוליות גנטיות שמטרתן להעביר חלבונים לרקמה על ידי השתלת תאים מהונדסים גנטית, חשוב לקבל מידע על רמת ביטוי החלבון, תוחלת החיי?…
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות לגרג סילי ואלן קונטי על הסיוע הטכני המצוין ולפרופ’ זוזסאנה איזבק ממרכז מקס-דלבריק בברלין על שסיפקו בחביבות את pSB100X ו- pT2-CAGGS –ונוס פלסמידים. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן השוויצרית הלאומית למדעים והנציבות האירופית בהקשר של תוכנית המסגרת השביעית. Z.I מומן על ידי מועצת המחקר האירופית, ERC מתקדם [ERC-2011-ADG 294742].
24-well plates | Corning | 353047 | |
6-well plates | Greiner | 7657160 | |
96-well culture plate white with clear flat bottom | Costar | 3610 | Allows to check the cells before measuring the luminescence (GSH-Glo Assay) |
96-well plates | Corning | 353072 | |
Acrylamid 40% | Biorad | 161-0144 | |
Amphotericin B | AMIMED | 4-05F00-H | |
Antibody anti-GMCSF | ThermoFisher Scientific | PA5-24184 | |
Antibody anti-mouse IgG/IgA/IgM | Agilent | P0260 | |
Antibody anti-PEDF | Santa Cruz Biotechnology Inc | sc-390172 | |
Antibody anti-penta-His | Qiagen | 34660 | |
Antibody anti-phospho-Akt | Cell Signaling Technology | 9271 | |
Antibody anti-rabbit IgG H&L-HRP | Abcam | ab6721 | |
Antibody donkey anti-rabbit Alexa Fluor 594 | ThermoFisher Scientific | A11034 | |
Antibody goat anti-mouse Alexa 488 | ThermoFisher Scientific | A-11029 | |
ARPE-19 cell line | ATCC | CRL-2302 | |
BSA | Sigma-Aldrich | A9418-500G | |
chamber culture glass slides | Corning | 354118 | |
CytoTox-Glo Cytotoxicity Assay | Promega | G9291 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542-5MG | |
DMEM/Ham`s F12 | Sigma-Aldrich | D8062 | |
Duo Set ELISA kit | R&D Systems | DY215-05 | |
EDTA | ThermoFisher Scientific | 78440 | |
ELISAquant kit | BioProducts MD | PED613-10-Human | |
Eyes (human) | Lions Gift of Sight Eye Bank (Saint Paul, MN) | ||
FBS | Brunschwig | P40-37500 | |
Fluoromount Aqueous Mounting Medium | Sigma-Aldrich | F4680-25ML | |
FLUOstar Omega plate reader | BMG Labtech | ||
GraphPad Prism software (version 8.0) | GraphPad Software, Inc. | ||
GSH-Glo Glutathione Assay | Promega | V6912 | |
hydrogen peroxide (H2O2) | Merck | 107209 | |
ImageJ software (image processing program) | W.S. Rasband, NIH, Bethesda, MD, USA; https://imagej.nih.gov/ij/; 1997–2014 | ||
Imidazol | Axonlab | A1378.0010 | |
Leica DMI4000B microscope | Leica Microsystems | ||
LightCycler 480 Instrument II | Roche Molecular Systems | ||
LightCycler 480 SW1.5.1 software | Roche Molecular Systems | ||
NaCl | Sigma-Aldrich | 71376-1000 | |
NaH2PO4 | Axonlab | 3468.1000 | |
Neon Transfection System | ThermoFisher Scientific | MPK5000 | |
Neon Transfection System 10 µL Kit | ThermoFisher Scientific | MPK1096 | |
Neubauer chamber | Marienfeld-superior | 640010 | |
Ni-NTA superflow | Qiagen | 30410 | |
Nitrocellulose | VWR | 732-3197 | |
Omega Lum G Gel Imaging System | Aplegen Life Science | ||
PBS 1X | Sigma-Aldrich | D8537 | |
Penicillin/Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781-100 | |
PerfeCTa SYBR Green FastMix | Quantabio | 95072-012 | |
PFA | Sigma-Aldrich | 158127-100G | |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23227 | |
Primers | Invitrogen | See Table 1 in Supplementary Materials | |
pSB100X (250 ng/µL) | Mátés et al., 2009. Provide by Prof. Zsuzsanna Izsvak | ||
pT2-CMV-GMCSF-His plasmid DNA (250 ng/µL) | Constructed using the existing pT2-CMV-PEDF-EGFP plasmid reported in Johnen, S. et al. (2012) IOVS, 53 (8), 4787-4796. | ||
pT2-CMV-PEDF-His plasmid DNA (250 ng/µL) | Constructed using the existing pT2-CMV-PEDF-EGFP plasmid reported in Johnen, S. et al. (2012) IOVS, 53 (8), 4787-4796. | ||
QIAamp DNA Mini Kit | QIAGEN | 51304 | |
recombinant hGM-CSF | Peprotech | 100-11 | |
recombinant hPEDF | BioProductsMD | 004-096 | |
ReliaPrep RNA Cell Miniprep System | Promega | Z6011 | |
RIPA buffer | ThermoFisher Scientific | 89901 | |
RNase-free DNase Set | QIAGEN | 79254 | |
RNeasy Mini Kit | QIAGEN | 74204 | |
SDS | Applichem | A2572 | |
Semi-dry transfer system for WB | Bio-Rad | ||
SuperMix qScript | Quantabio | 95048-025 | |
Tris-buffered saline (TBS) | ThermoFisher Scientific | 15504020 | |
Triton X-100 | AppliChem | A4975 | |
Trypsin/EDTA | Sigma-Aldrich | T4174 | |
Tween | AppliChem | A1390 | |
Urea | ThermoFisher Scientific | 29700 | |
WesternBright ECL HRP substrate | Advansta | K-12045-D50 | |
Whatman nitrocellulose membrane | Chemie Brunschwig | MNSC04530301 |