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Medicine

수면 의 아름다움 트랜스포슨 - 전염 인간 망막 안료 상피 세포에서 산화 스트레스의 유도 및 분석

Published: December 11, 2020
doi:
10.3791/61957
, , , , ,
1Experimental Ophthalmology,University of Geneva, 2Department of Ophthalmology,University Hospitals of Geneva, 3Max Delbrück Center for Molecular Medicine

Summary

우리는 H 2O2로망막 색소 상피 세포를 치료하여 세포 형태, 생존가능성, 밀도, 글루타티온 및 UCP-2 수준의 개발 및 사용을 위한 프로토콜을 제시합니다. 신경망 변성을 치료하기 위해 트랜스포슨-감염된 세포에 의해 분비되는 단백질의 항산화 효과를 조사하는 데 유용한 모델이다.

Abstract

산화 스트레스는 전 세계적으로 3천만 명의 환자에게 영향을 미치는 병리학인 노화 관련 황반 변성(AMD)을 포함한 여러 퇴행성 질환에서 중요한 역할을 합니다. 망막 색소 상피(RPE)-합성 신경보호인자, 예를 들어, 안료 상피 유래 인자(PEDF) 및 과립세포-대식세포 콜로니-자극인자(GM-CSF)의 감소로 이어지며, 결국 광수용체 및 망막 갱셀(RGC)의 손실로 이어진다. 우리는 PEDF와 GM-CSF를 과발현하는 과발뇌형 RPE 세포의 감속 이식에 의한 신경보호 및 신경성 망막 환경의 재구성이 산화 스트레스의 효과를 완화하고 염증을 억제하며 세포 생존을 지원함으로써 망막 변성을 예방할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 가설합니다. 수면미트랜스포손 시스템(SB100X)을이용하여 인간 RPE 세포는 PEDF 및 GM-CSF 유전자에 감염되어 qPCR, 서부 블롯, ELISA 및 면역불률을 이용한 안정적인 유전자 통합, 장기 유전자 발현 및 단백질 분비를 보였다. 전감염된 RPE 세포에 의해 분비된 PEDF 및 GM-CSF의 기능성 및 효능을 확인하기 위해, 배양시 RPE 세포에 대한H2O2-유도산화 스트레스의 감소를 정량화하기 위한 시험관 내 분석서를 개발하였다. 세포 보호는 세포 형태학, 밀도, 글루타티온의 세포 내 수준, UCP2 유전자 발현 및 세포 생존가능성을 분석하여 평가하였다. 둘 다, PEDF 및/또는 GM-CSF 및 세포를 과도하게 발현하는 전감염된 RPE 세포는 비감염되었지만 PEDF 및/또는 GM-CSF(소판 또는 전감염된 세포로부터 정수)로 전처리된 비처리 대조군과 비교하여 상당한 항산화 세포 보호를 보였다. 본H2O2-모델은AMD 또는 이와 유사한 신경퇴행성 질환을 치료하는 데 효과적일 수 있는 요인의 항산화 효과를 평가하는 간단하고 효과적인 접근법이다.

Introduction

여기에 설명된 모델은 세포의 산화 스트레스를 줄이기 위한 바이오 의약품 제제의 효율성을 평가하는 유용한 접근법을 제공합니다. 우리는 H2O2-매개산화 용 안료 상피 세포에 대한 PEDF 및 GM-CSF의 보호 효과를 조사하기 위해 모델을 사용했으며, 이는 높은 수준의 O2에노출되며, 가시광선, 광수용체 외부 세그먼트 멤브레인의 phagocytosis를 통해 반응성 산소 종(ROS)1, 1, 1, 1 2. 그(것)들은 혈관 나이 관련 황반 변성의 병인에 중요한 기여자로 간주됩니다 (aAMD)3,4,5,6,7,8. 게다가, RPE 합성 신경 보호 인자, 특히 안료 상피 유래 인자 (PEDF), 인슐린 과같은 성장 인자 (IGFs), 및 과립구 대식세포 -콜로니 자극 인자 (GM-CSF)가 RPE 세포의 기능 장애 및 손실로 이어지는후, 광수용체 및 망막 갱셀(R) 세포3,4GC세포(RGC) . AMD는 대사, 기능성, 유전적 및 환경적 요인4사이의 상호 작용에서 발생하는 복잡한 질환이다. aAMD에 대한 치료의 부족은 선진국9,10에서60 세 이상의 환자에서 실명의 주요 원인입니다. PEDF및 GM-CSF를 과도하게 발현하는 유전자 변형 RPE 세포의 피하 이식에 의한 신경보호 및 신경성 망막 환경의 재구성은 산화 스트레스의 효과를 완화하고 염증을 억제하고 세포생존11,12,13, 14,14, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15,15,1 . 세포에 유전자를 전달하는 몇 가지 방법론이 있지만, 우리는 그 안전 프로필, 숙주 세포의 게놈에 유전자의 통합, 그리고 우리가이전에보여 준 바와 같이 비 전사 활성 사이트에 전달 된 유전자를 통합하는 성향 때문에 RPE 세포에 PEDF 및 GM-CSF 유전자를 제공하기 위해 비 바이러스 성 활동적인 수면 뷰티 트랜스포슨 시스템을선택했습니다. 18,19.

세포 산화 스트레스는 과산화수소(H2O2),4-하이드로이네날(HNE), 테르부틸하이드로산화물(tBH), 높은 산소 장력, 가시광선(전체 스펙트럼 또는 UV 조사)20,21을포함한 여러 산화제에 의해 시험관내에서 배양되는 세포에서 유도될 수 있다. 높은 산소 장력과 빛은 다른 시스템으로의 전송 가능성을 제한하는 특수 장비 와 조건이 필요합니다. H2O2,HNE 및 tBH와 같은 제제는 겹치는 산화 스트레스 분자 및 세포 변화를 유도한다. 우리는 포토수용체 외부 세그먼트 phagocytosis(22)에서 반응성 산소 중간체로서 RPE 세포에 의해 생성되기 때문에 편리하고 생물학적으로 관련성이 있기 때문에 PEDF 및 GM-CSF의 항산화 활성을테스트하기 위해 H2O2를 선택했으며 생체내안구 조직에서 발견된다. 글루타티온의 산화는 눈에 H2O2의 생산에 부분적으로 책임이 있을 수 있기 때문에, 우리는 H2 O2-유도산화스트레스및세포의 재생 능력에 연결되는 우리의 연구에서 GSH/글루타티온의 수준을 분석하였다21,22. 글루타티온 수준의 분석은 눈24의산화 방지 메커니즘에 참여하기 때문에 특히 관련이 있다. H2O2에노출되는 것은 RPE 세포의 산화 스트레스 감수성 및 항산화활성을검사하기 위한 모델로 자주 사용되며, 또한, 광유발 산화 스트레스 손상, 산화 스트레스21의“생리적” 원인과 유사성을 나타낸다.

신경 보호 요인의 기능성과 효과를 평가하기 위해, 우리는 분석이 PEDF와 GM-CSF를 과발현하기 위하여 유전자 변형된 세포에 의해 표현된 성장 인자의 산화 효과를 정량화하는 분석을 허용하는 시험관 내 모형을 개발했습니다. 여기서, 우리는 PEDF및 GM-CSF에 대한 유전자와 함께 전염된 RPE 세포가 세포 형태, 밀도, 생존성, 글루타티온의 세포내 수준 및 UCP2 유전자의 발현에 의해 입증된 바와 같이, 비과감염 대조구 세포보다 H2O2의 유해한 영향에 더 저항력이 있음을 보여주며, 이는 미토콘드리아 분리 단백질(ROS31)에 대한 코드로 인해31종의산소를 감소시키는 것으로 나타났다.

Protocol

인간의 눈의 수집 및 사용에 대한 절차는 연구를위한 주 윤리위원회에 의해 승인되었다 (아니. 2016-01726). 1. 세포 격리 및 배양 조건 인간 ARPE-19 세포주 문화 5 x 105 ARPE-19 세포, 인간 RPE 세포주, 덜벡코의 수정 된 독수리의 중간 / 영양 혼합물 F-12 햄 (DMEM / 햄의 F-12)은 10 % 태아 소 혈청 (FBS), 80 U / mL 페니실린, 80 U / mL 페니실린으로 보충 80 μg/mL 연쇄상 구균, 및…

Representative Results

인간 망막 안료 상피 세포에서 산화 스트레스유도ARPE-19 및 1차 hRPE 세포는 24시간 동안H2 O2의다양한 농도로 처리되었고 항산화 글루타티온의 세포내 수준을 정량화하였다(도2A,B). H2O2 앳 50 μM 및 100 μM은 글루타티온 생산에 영향을 미치지 않았지만 350 μM에서는 ARPE-19 및 1차 hRPE 세포에서 글?…

Discussion

여기에 제시된 프로토콜은 어떤 putative 유익한 유전자로 전염되는 세포에 적용될 수 있는 전감염된 세포에 의해 생성된 PEDF 및 GM-CSF의 산화 및 보호 기능을 분석하는 접근법을 제안합니다. 유전자 변형 세포를 이식하여 조직에 단백질을 전달하는 것을 목표로 하는 유전자 치료 전략에서, 단백질 발현의 수준, 발현의 장수 및 질병의 모델에서 발현 된 단백질의 효과에 대한 정보를 얻는 것이 중요하…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 훌륭한 기술 지원에 대한 그레그 실리와 알레인 콘티와 베를린의 맥스 델브뤼크 센터에서 교수 Zsuzsanna 이즈바크에게 감사하고 싶습니다 pSB100X 및 pT2-CAGGS-비너스 플라스미드를 친절하게 제공합니다. 이 작품은 스위스 국립 과학 재단과 유럽 위원회가 제7 프레임 워크 프로그램의 맥락에서 지원되었습니다. Z.I는 유럽 연구 위원회, ERC 고급 [ERC-2011-ADG 294742]에 의해 투자되었다.

Materials

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
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References

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Bascuas, T., Kropp, M., Harmening, N., Asrih, M., Izsvák, Z., Thumann, G. Induction and Analysis of Oxidative Stress in Sleeping Beauty Transposon-Transfected Human Retinal Pigment Epithelial Cells. J. Vis. Exp. (166), e61957, doi:10.3791/61957 (2020).
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