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Macropinocitosis, a gran escala absorción de líquido no específico, es importante en muchas áreas de la biología clínica incluyendo Inmunología, infección, cáncer y enfermedades neurodegenerativas. Aquí, las técnicas existentes se han adaptado para permitir la resolución de alto rendimiento, sola celda medición de macropinocitosis en la macropinocitosis modelo organismo discoideum de Dictyostelium utilizando citometría de flujo.
A gran escala no específico líquida absorción por macropinocitosis es importante para la proliferación de ciertas células de cáncer, antígeno muestreo, invasión de la célula huésped y la propagación de las enfermedades neurodegenerativas. Las cepas de laboratorio comúnmente usado de la ameba Dictyostelium discoideum tienen tasas de absorción de líquido extremadamente altas cuando se cultiva en medio nutritivo, más del 90% de los cuales es por macropinocitosis. Además, muchos de los componentes conocidos de macropinocitosis mamíferos también están presentes, lo que es un sistema modelo excelente para estudiar la macropinocitosis. Aquí, la técnica estándar para medir líquido internalizada usando dextranos fluorescentes como etiqueta se adapta a un formato de placa de 96 pocillos, con las muestras analizadas por citometría de flujo utilizando un accesorio de toma de muestras de alto rendimiento (HTS).
Las células se alimentan no templables al dextrano fluorescente para un periodo determinado de tiempo, lavado por inmersión en buffer helada y separadas con azida de sodio 5 mM, que también se detiene la exocitosis. Las células en cada pozo se analizan por citometría de flujo. El método también puede ser adaptado para medir la absorción de la membrana y fagocitosis de perlas fluorescentes o bacterias.
Este método fue diseñado para permitir la medición de la absorción de líquido por Dictyostelium de una manera eficiente de alto rendimiento, trabajo y recursos. Permite la comparación simultánea de múltiples cepas (por ejemplo , mutantes de octavos de final de un gen) y condiciones (por ejemplo células en diferentes medios de comunicación o tratados con diferentes concentraciones de inhibidor) en paralelo y simplifica el tiempo-cursos.
A gran escala no específico líquida absorción por macropinocitosis es importante en varios contextos biológicos1, incluyendo muestreo de antígeno por inmune las células2, entrada del patógeno en host células3, cáncer de la célula proliferación4 y la propagación de prion enfermedades5. En mamíferos y en las células de Dictyostelium , actina6,7, PI (3,4,5) P38,9,10 (aunque la naturaleza exacta de los lípidos es diferente entre los dos11), activado Ras12,13y activado Rac14,15 son importantes para la eficiente absorción del líquido por macropinocitosis, aunque quedan muchas preguntas sin respuesta acerca de cómo es el parche macropinocytic formado, organizado y eventualmente interiorizada. Descubrir las proteínas más importantes de macropinocitosis y determinación de cómo son importantes en los diversos contextos biológicos, le dará una comprensión más completa de macropinocitosis y permitir desarrollo de tratamientos específicos para una variedad de condiciones.
Dictyostelium es un sistema modelo ideal para estudiar la macropinocitosis. El alto nivel de macropinocitosis constitutiva en cepas de laboratorio estándar significa que la absorción flúida está sobre el 90% debido a la macropinocitosis6. Esto permite macropinocitosis a medir únicamente mediante la determinación de absorción de líquidos, a diferencia de las células mamíferas donde es mucho menor la proporción de absorción de líquido debido a la macropinocitosis. Macropinocitosis está tan bien definida y fácilmente visualizados12 en este sistema de igual manera ofrece ventajas distintivas para la investigación de base componentes conservados de la macropinosome frente a otros sistemas que puede haber múltiples señales reglamentarias 16 , 17.
La técnica estándar usada para medir la macropinocitosis por células de mamífero consiste en fijar las células después de la pulsación con dextrano durante un período corto de tiempo seguido por microscopia para determinar el área de una célula que está ocupado por vesículas de dextrano-positivo18. Esta técnica sin embargo no da cuenta de la posibilidad de macropinosomes contracción al entrar en la célula, que se ha divulgado en Dictyostelium19y sólo tiene en cuenta planos individuales de la célula, lo que significa el volumen internalizado no está claro. Una técnica alternativa, de contar el número de macropinosomes internalizado en un momento dado, tiene los mismo inconvenientes20. Uso de Dictyostelium evita estos problemas; sin embargo, las técnicas existentes para medir la absorción flúida en Dictyostelium son relativamente cantidad de mano de obra, usando un grande de las células y dextrano21. Las células se agitan a alta densidad en muestras retiradas en varios puntos del tiempo para la determinación de la fluorescencia internalizada usando un Fluorímetro y dextranos fluorescentes. Células preparadas de esta manera se pueden analizar mediante citometría de flujo para obtener unicelular, en lugar de a nivel de población, resolución22, aunque esto sigue siendo bajo rendimiento.
Aquí, la técnica estándar para medir líquido internalizada usando dextranos fluorescentes como etiqueta se adapta a un formato de placa de 96 pocillos, con las muestras analizadas por citometría de flujo utilizando un accesorio de toma de muestras de alto rendimiento (HTS). Las células se alimentan no templables al dextrano fluorescente para un periodo determinado de tiempo, lavado por inmersión en buffer helada y separadas con azida de sodio 5 mM, que también se detiene la exocitosis. Las células en cada pozo se analizan por citometría de flujo. Este método fue diseñado para superar las limitaciones de los métodos anteriores y permitir comparación simultánea de la absorción de líquido de un gran número de cepas y condiciones utilizando menos recursos y reduciendo la mano de obra involucrada.
1. preparación de células y materiales
2. conversión de las mediciones cualitativas en cuantitativas (opcionales)
3. medición de absorción de líquido
Figura 1: esquema de medición de alto rendimiento de macropinocitosis. (A) crece Dictyostelium en una placa SM sembrada con bacterias de K. aerogenes (amarillo). Cosechar las células de la parte delantera de alimentación (naranja), evitando las células que ya están desarrolladas (verde), en 25 mL de tampón2 de KK. Vortex a disociar, pellets por 3 minutos de centrifugación a 300 x g, luego lavar 3 veces en 50 mL de tampón de2 KK, descartar el sobrenadante cada vez. Suspender a 1 x 105 células/mL en medio del crecimiento HL5 y añadir 50 μL en tres pocillos por muestra de una placa de 96 pozos de fondo plano. Incubar a 22 ° C por 24 h. (B) diluir TRITC-dextrano a 1 mg/mL en medio del crecimiento HL5 de una solución de 50 mg/mL. Añadir 50 μl de cada muestra (excepto los pocillos de control de la absorción de 0 min) e incubar a 22 ° C por 1 h, después de que agregue el dextran para el control de la absorción de 0 min. (C) decantar inmediatamente los medios de comunicación, pat la placa en un pañuelo de papel para quitar el exceso medio y sumerge en un baño de helada de tampón2 KK, llenando los pozos para lavar. Decantar el búfer y séquelo de nuevo. Añada 100 μl de 5 mM de azida de sodio disuelta en KK2MC para separar las células. Tomar al flujo citómetro para medición de fluorescencia internalizada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. realizar la evolución temporal de absorción de líquido
5. curvas de respuesta a la dosis
6. la fagocitosis y la absorción de la membrana
Una vez que se ha realizado la técnica y las células son cargados con dextrano y listos para el análisis (figura 1), el citómetro de flujo no está bloqueada y ajustar el perfil de dispersión dispersión hacia delante o lateral para parecerse a las células que se muestra en la figura 2A. Si la máquina está bloqueada, se verá más como que se muestra en la figura 2B y debe ser desbloqueado antes de continuar. Asegurar los parámetros Mostrar control axénicos células de tienen fluorescencia alta dextrano internalizada en más puntos del tiempo y baja fluorescencia internalizada en más cortos (figura 2).
Al buscar diferencias entre mutantes, es probable que exista uno de los tres fenotipos. Los mutantes podrían tener absorción de fluido normal, podrían tener un defecto parcial o absorción de líquido podría suprimirse totalmente. Figura 2D muestra una cepa con la normal absorción de líquido, en este caso la cepa de laboratorio estándar Ax2, un mutante con un ~ 50% disminución en la absorción de líquido (Ax2 rasG-14) y uno con suprimió la absorción flúida (Ax3 gefB-28). Obtener el promedio mediana absorción líquida (sección 3.5) y utilizarlo para calcular el volumen de líquido interiorizado (como en la figura 3B) o comparar los datos a un control (como en la Figura 4B y C 4).
Al realizar un curso de tiempo de absorción de líquido, como en la Figura 3A, la fluorescencia internalizada debe aumentar de 60 a 90 min, después de que el dextrano comienza a ser exocytosed y se llega a una meseta (figura 3B). Usando 60 min como tiempo estándar cuando comparando macropinocitosis en mutantes y condiciones diferentes, por tanto, permite una buena señal para lograrse, y ninguna señal se pierde por exocitosis. Mutantes donde exocitosis es severamente obstruido pueden tardar más en llegar a una meseta29.
Cuando tratar las células con inhibidores que son eficaces contra la macropinocitosis en Dictyostelium (configurar como en la Figura 4A), el dextrano internalizado en 1 h irá abajo a casi nada de mayores concentraciones de inhibidor en la mayoría de los casos (Figura 4B). Algunos inhibidores no pueden ser 100% eficaz, sin embargo, por ejemplo nocodazole inhibe sólo hasta un 50% de la absorción de líquido por macropinocitosis cuando agudo (figura 4). Si los inhibidores no son eficaces, las células interiorizan una cantidad similar de dextrano como el control, y no se verá una disminución de fluorescencia. Esta técnica permite una amplia gama de diferentes inhibidores y las concentraciones de inhibidor a un cribado para efectos sobre la absorción de líquido por macropinocitosis muy rápidamente, reduciendo el tiempo de optimizar el tratamiento del inhibidor.
Figura 2: configuración del flujo de datos de citometría y representante. (A) el forward scatter (FSC) y perfiles de scatter (SSC) laterales de las células deben establecerse para que las células pueden distinguirse fácilmente. Se muestra un ejemplo de cómo deben ser las células Ax2. (B) si se bloquea el citómetro de flujo, como en este ejemplo, las células tienen dispersión lateral muy bajo. El láser no excita los fluoróforos correctamente y la máquina se debe desbloquear antes de continuar. Deben desecharse cualquier datos obtenidos mientras que la máquina se bloqueó. (C) la fluorescencia debe ajustarse para que una muestra de absorción de 0 min tiene baja fluorescencia, que se incrementa cuando las células han sido incubadas durante más tiempo en el medio de fluorescente, como se muestra en este ejemplo tomado de Williams & Kay 201824. (D) ejemplos de células que han sido incubados con dextrano TRITC durante 1 h con normal macropinocitosis (Ax2, verde), redujo la macropinocitosis (Ax2 rasG -HM172614, naranja) y suprimido macropinocitosis (Ax3 gefB -, HM177628, azul). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: realización de cursos tiempo de absorción líquido en placas de 96 pocillos. (A) dextrano debe añadirse a cada conjunto de muestras secuencialmente, con el mismo tiempo de acabado. Luego lavar los pocillos, separar y medir la fluorescencia internalizada por citometría de flujo. Veces de ejemplo para agregar el dextrano se muestran aquí. (B) absorción líquido-curso del tiempo las células Ax2 realizado en placas de 96 pocillos. Williams & Kay 201824, barras de error muestran el error estándar de tres experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: curvas de respuesta de dosis de absorción de líquido. (A) añadir el compuesto de interés, en este caso la PI3K inhibidor LY294002, HL5 que contiene 1 mg/mL TRITC-dextran al doble la concentración máxima final deseada. Mezclar con medio de cultivo HL5 + dextrano 1 mg/mL que contiene en diversas proporciones para generar una serie de dilución de 200 μL de medio por condición del vehículo. Añadir a wells como normal durante 1 hora antes de lavar y medir la fluorescencia internalizada. (B) curva de respuesta de dosis de absorción líquido Ax2 células incubadas con el medio que contiene el LY294002 de A. Adaptado de Williams y Kay 201824. Absorción de líquidos se normaliza a un control sin tratar. Barras de error indican el error estándar de tres experimentos independientes. (C) curva de respuesta de dosis de absorción líquido Ax2 células incubadas con el nocodazole. Adaptado de Williams y Kay 201824. Absorción de líquidos se normaliza a un control sin tratar. Barras de error indican el error estándar de tres experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Mientras que otros métodos para evaluar la absorción de líquidos son bajo rendimiento, lavado las células en situ y el uso de azida de sodio para separar las células es los pasos críticos en este método, que permiten alto rendimiento medición de macropinocitosis, absorción de la membrana, o fagocitosis por Dictyostelium. Como las células se unen a una superficie y el medio no es, pueden ser colocadas mientras que el medio que les rodea en primer lugar se lanza apagado y luego cambió por inmersión en solución tampón y lanzados apagado otra vez. Azida sódica, que agota el ATP celular y despolarizan la membrana30, entonces se utiliza para separar las células y también previene la exocitosis sin afectar la viabilidad de la célula24.
Mientras que mediante citometría de flujo para medir la macropinocitosis por Dictyostelium da una medición muy precisa de la absorción de líquido muy rápidamente, para establecer la razón por qué una cepa particular o condición ha alterado la absorción flúida, más investigación utilizando la microscopia es necesario24. También cabe señalar que, en algunos casos, resultados previamente publicados demuestran una diferencia en la absorción de líquido por cepas mutantes cultivadas en una superficie (como en este caso), o en la agitación de la suspensión (como en el protocolo estándar)31. Este método puede significar que, en casos raros, defectos de absorción de fluido aparente falten. Además, al medir fagocitosis, pueden utilizarse sólo bajas concentraciones de partículas. La máxima tasa de fagocitosis que se puede determinar con esta técnica es muy inferior a la máxima real, aunque todavía es posible medir diferencias relevantes en fagocitosis entre cepas y condiciones24. Para determinar la máxima tasa de fagocitosis, se medirá la absorción en sacudiendo la suspensión por un protocolo alternativo27. Las células que han fagocitado los granos han aumentado dispersión lateral, por lo que esto debe corregirse para en consecuencia cuando se configura el citómetro de flujo.
Citometría de flujo puede utilizarse para medir la absorción de líquido en células de mamíferos32, sin embargo la mayor proporción de líquido fase absorción por otras vías endocíticas que visto en Dictyostelium es una preocupación. Además, las células son típicamente separadas usando tripsina a 37 ° C, permitiendo que más progresión endocíticas de dextrano internalizada. Azida sódica helada no causa macrófagos que separan de una superficie (Williams, inédito observación), lo que esta técnica no es aplicable a células de mamífero sin más optimización.
Medida de alto rendimiento de macropinocitosis tiene el potencial para ser utilizado para la pantalla de forma rápida y barata para los efectos de los inhibidores, mutación genética o knockdown de genes en células de Dictyostelium . Mutantes siempre deben ser comparados con su padre directo solamente. Si el lector no tiene ninguna preferencia previa por Dictyostelium cepa, cepas no axénicos DdB como NC4 son más "tipo salvaje" que axénicos y pueden manipularse efectivamente axénicos de las cepas33. De lo contrario, son el axénicos Ax2 cepas cepas con el menor genoma duplicaciones34, mientras que muchas variedades de Ax4 son nocauts A Talin y deben ser evitado si es posible23. Más las cepas previamente publicadas pueden solicitarse desde el centro de Stock de Dicty35.
Esta técnica permite mayores posibilidades de investigación que antes era posible sobre los efectos de diferentes condiciones, inhibidores y mutaciones de macropinocitosis de Dictyostelium.
Los autores no tienen conflictos de interés divulgar.
Agradecemos a la Medical Research Council UK para la base del financiamiento (U105115237) a RRK.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
LSR_II flow cytometer | BD Biosciences | - | Other Flow cytometers can also do this role, e.g. the LSRFortessa by BD |
TRITC-dextran (155 kDa) | Sigma-Aldrich | T1287 | Other non-quenchable dextrans, and other sizes are also fine |
HL5 medium | Formedium | HLGCFG | |
96-well tissue culture plate | Corning | 3596 | Any flat-bottom tissue culture treated 96-well plate will work |
Dihydrostreptomycin sulfate | Sigma-Aldrich | PHR1517 | |
Ampicillin sodium | Formdium | AMP50 | |
Kanamycin monosulfate | Sigma-Aldrich | 60615 | |
Sodium azide | VWR | 103694M | |
Magnesium sulfate hydrate | VWR | 25169.295 | |
Calcium chloride dihydrate | VWR | 1.02382.0250 | |
Potassium dihydrogen phopshate | VWR | 1.04877.1000 | |
Di-potassium hydrogen phosphate | VWR | 1.05104.1000 | |
Fluorimeter | Perkin-Elmer | LS 50 B | |
FM1-43 | Thermofisher | T35356 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.00 µm | Polysciences | 15702-10 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.50 µm | Polysciences | 09719-10 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 1.75 µm | Polysciences | 17687-5 | |
Fluoresbrite YG-carboxy microspheres 2.00 µm | Polysciences | 09847-5 | |
Texas Red E. coli bioparticles | Thermofisher | E2863 | |
Flow-set fluorospheres | Beckman Coulter | 6607007 | Calibration Beads |
SM agar | Formedium | SMACFG | |
0.22 µm syringe filter | Elkay Laboratory Products | E25-PS22-50S | |
10 mL Syringe | Becton Dickinson | 302188 | |
Round-bottom polystyrene tubes | Corning | 352058 | Use a tube that will fit onto your flow cytometer. |
70 µm cell strainer | Falcon | 352350 | |
50 mL centrifuge tube | Sarstedt | 62.547.004 | |
Repeating pipette | Eppendorf | M4-SK | |
5 mL repeating pipette tips | Eppendorf | 30089650 | |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650-100ML | |
LY294002 | Cayman Chemical Company | 70920 | |
Nocodazole | Sigma-Aldrich | M1404-2MG |
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