網膜色素上皮細胞をH2O2で処理し、細胞の形態、生存率、密度、グルタチオン、UCP-2レベルを解析することにより、酸化ストレスモデルの開発と使用に関するプロトコルを提示します。これは、トランスポゾントランスフェクション細胞によって分泌されるタンパク質の抗酸化効果を調べて神経レチンの変性を治療するのに有用なモデルです。
酸化ストレスは、加齢黄斑変性症(AMD)を含むいくつかの変性疾患において重要な役割を果たします。網膜色素上皮(RPE)合成神経保護因子の減少、例えば、色素上皮由来因子(PEDF)および顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)、RPE細胞の喪失、そして最終的には光受容体および網膜神経節細胞(RGC)死につながる。我々は、PEDFおよびGM-CSFを過剰発現するトランスフェクションRPE細胞の遺伝子導入による神経保護および神経原性のレチナル環境の再構成は、酸化ストレスの影響を緩和し、炎症を抑制し、細胞生存を支持することによって、レチナル変性を防ぐ可能性があると仮定する。眠れる森の美しさトランスポゾンシステム(SB100X)を用いて、ヒトRPE細胞はPEDFおよびGM-CSF遺伝子にトランスフェクトされ、qPCR、ウェスタンブロット、ELISA、および免疫蛍光を用いた安定した遺伝子集積、長期遺伝子発現、タンパク質分泌を示した。トランスフェクトされたRPE細胞によって分泌されるPEDFおよびGM-CSFの機能性と効力を確認するために、培養中のRPE細胞に対するH2O2誘導酸化ストレスの低減を定量化するインビトロアッセイを開発しました。細胞保護は、細胞の形態、密度、グルタチオンの細胞内レベル、UCP2遺伝子発現、および細胞生存率を分析することによって評価した。いずれも、トランスフェクトされたRPE細胞は、非トランスフェクトされたPEDFおよびGM-CSFおよび未導入の細胞および未導入の細胞(市販または遺伝子組み換え細胞から精製された)で前処理された細胞は、非治療対照と比較して有意な抗酸化細胞保護を示した。本H2O2-modelは、AMDまたは類似の神経変性疾患を治療するのに有効であり得る因子の抗酸化効果を評価するための簡便かつ有効なアプローチである。
ここで説明するモデルは、細胞内の酸化ストレスを低減するためのバイオ医薬品の効率を評価するのに有用なアプローチを提供する。このモデルを用いて、高レベルのO2に曝露される網膜色素上皮細胞に対するH2O2-媒介酸化ストレス、可視光、光受容体外皮膜の貪食作用、活性酸素種(ROS)1に対する保護効果を調べた。 2.彼らは血管の加齢黄斑変性症(aAMD)3、4、5、6、7、8の病因に大きく貢献していると考えられている。また、RPE合成神経保護因子、特に色素上皮由来因子(PEDF)、インスリン様成長因子(IIF)、顆粒球マクロファージ-コロニー刺激因子(GM-CSF)がRPE細胞の機能不全および喪失をもたらし、続いて光受容体および網膜神経節細胞(RGC)死亡が減少している。.AMDは、代謝、機能、遺伝的、および環境因子4間の相互作用から生じる複雑な疾患である。aAMDの治療の欠如は、先進国9,10の60歳以上の患者における失明の主な原因である。PEDFおよびGM-CSFを過剰発現する遺伝子組み換えRPE細胞の遺伝子組み換え後移植による神経保護および神経原性のレチナル環境の再構成は、酸化ストレスの影響を軽減し、炎症を抑制し、細胞生存を支持することによって、レチナル変性を防ぐ可能性を秘めている11、12、13、14、15、16.細胞に遺伝子を送達するいくつかの方法論があるにもかかわらず、我々は、その安全性プロファイル、宿主細胞のゲノムへの遺伝子の統合、および以前に示したように非転写活性部位に提供された遺伝子を統合する傾向のために、PEDFおよびGM-CSF遺伝子をRPE細胞に送達する非ウイルス性多動性睡眠美容トランスポゾンシステムを選択した。 18,19.
細胞酸化ストレスは、過酸化水素(H2O2)、4-ヒドロノネナー(HNE)、テルブチルヒドロペルオキシド(tBH)、高酸素張力、可視光(全スペクトルまたはUV照射)20、21を含む、いくつかの酸化剤によってインビトロで培養された細胞において誘導され得る。高い酸素の緊張およびライトは他のシステムへの移動性を制限する特別な装置および条件を要求する。H2O2、HNE、およびtBHなどの薬剤は、分子および細胞変化と重なり合う酸化ストレスを誘発する。我々は、RPE細胞が感光体外セグメント食細胞化22中に活性酸素中間体としてRPE細胞によって産生され、生体23の眼組織に見られるため、PEDFおよびGM-CSFの抗酸化活性を試験するためにH2O2を選択した。グルタチオンの酸化は、目の中のH2O2の産生に部分的に関与する可能性があるため、我々は、H2O2誘導酸化ストレスおよび細胞21,22の再生能力に関連するGSH/グルタチオンのレベルを分析した。グルタチオンレベルの分析は、眼24における抗酸化保護機構に関与するため、特に関連性が高い。H2O2への曝露は、RPE細胞1、25、26、27、28、29、30、および加えて、酸化ストレスの「生理学的」な刺激源である、酸化ストレスの「生理学的」源であるRPE細胞の酸化ストレス感受性および抗酸化活性を調べるモデルとして頻繁に使用される。
神経保護因子の機能性と有効性を評価するために、PEDFおよびGM-CSFを過剰発現するように遺伝子組み換え細胞によって発現される成長因子の抗酸化効果を定量化する分析を可能にするインビトロモデルを開発した。ここでは、PEDFおよびGM-CSFの遺伝子にトランスフェクトされたRPE細胞は、細胞の形態、密度、生存率、グルタチオンの細胞内レベル、およびミトコンドリア非結合タンパク質2の発現によって証明されるように、非トランスフェクション対照細胞よりもH2O2の有害な影響に対してより耐性があることを示す(ROS1酸素種)。
ここで紹介するプロトコルは、トランスフェクトされた細胞によって産生されるPEDFおよびGM-CSFの抗酸化および保護機能を分析するアプローチを提供し、これは任意の推定有益な遺伝子をトランスフェクトした細胞に適用することができる。遺伝子組換え細胞を移植してタンパク質を組織に送達することを目的とする遺伝子治療戦略では、タンパク質発現のレベル、発現の長さ、および発現タ…
The authors have nothing to disclose.
著者らは、グレッグ・シーリーとアラン・コンティに優れた技術支援と、ベルリンのマックス・デルブリュック・センターのツズザンナ・イズスヴァーク教授に感謝したいと考えています。この研究は、第7枠組みプログラムの文脈でスイス国立科学財団と欧州委員会によって支援されました。Z.Iは欧州研究評議会、ERCアドバンス[ERC-2011-ADG 294742]によって資金提供されました。
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 |