Method Article
Otofaji hücreler protein ve organellerin aşağılamak ve geri dönüşüm sağlayan her yerde bulunan bir süreçtir. Biz görselleştirmek ve küçük ölçmek için gelişmiş floresan mikroskop geçerli, ama autolysosomes içine oluşumu ve autophagosomes ve lizozomlar dağılımı, ve füzyon da dahil olmak üzere otofaji indüksiyon ile ilgili temel, fiziksel değişiklikler,.
Cerrahi iktidarsızlık ve inkontinans önemli bir risk taşır iken Prostat kanseri ABD'de erkekler arasında malignite önde gelen biçimidir, geleneksel kemoterapötik yaklaşımların büyük ölçüde başarısız olmuştur. Hormon tedavisi erken bir aşamada etkilidir, ancak genellikle hormon dirençli tümörlerin nihai gelişimi ile başarısız olur. Biz tümör hücrelerinin belirli metabolik eksikliği hedefleyen tedavi gelişmekte ilgi var. Yakın zamanda bu prostat tümör hücrelerinin, özellikle amino asit arginin 1 sentezinde yer alan bir enzim (argininosükinat sintaz veya ASS) eksikliği göstermiştir. Bu durum dışsal arjinin bağımlı hale için tümör hücrelerinin neden olur, ve ücretsiz arjinin arjinin deiminaz (ADI) 1,10 ile bittiği zaman metabolik stres tabi. Gerçekten de, insan prostat kanseri hücrelerinde CWR22 RV1 etkili kaspaz-bağımsız apoptoz ve agresif autopha ile ADI tarafından öldürüldü olduğunu göstermiştirgy (veya macroautophagy) 1,2,3. Otofaji hücreleri 4,5 beslenme açlık sırasında lizozomal arıza istenmeyen proteinleri metabolize sağlayan bir evrimsel-korunmuş bir süreçtir. Bu yolun temel bileşenleri 6,7,8,9 iyi karakterize olmasına rağmen, moleküler mekanizmasının birçok açıdan hala belirsiz - özellikle, ADI tedavi sonrası prostat kanseri hücrelerinin ölümüne-yanıt olarak otofaji rolü nedir ? Bu soruya cevap verebilmek için, biz hücrelerinde otofajik cevap düzeyi ve kapsamı ölçmek için deneysel bir yöntem gerekli - ve doğru bu süreci takip edebilirsiniz bilinen bir moleküler işaretleri olduğu için, biz kullanarak, bir görüntüleme-temelli bir yaklaşım geliştirmek için seçti nicel 3D floresan mikroskobu 11,12.
Autophagosomes ve lizozomlar için floresan problar ile özel etiketli CWR22Rv1 hücreleri kullanarak, 3D görüntü yığınlarının wi ya ile elde olduğunu göstermektedirdefield deconvolution mikroskobu (ve daha sonra, süper çözünürlük, yapılandırılmış-aydınlatma mikroskobu ile) açıkça otofaji indüksiyon erken aşamalarında yakalayabilir. Piyasada bulunan dijital görüntü analizi uygulamaları ile, kolayca autophagosome ve lizozom sayısı, boyutu, dağılımı ve herhangi bir görüntülü hücreden ko derecesi hakkında istatistiksel bilgi alabilirsiniz. Bu bilgiler tam olarak canlı hücrelerin içinde otofaji ilerleme izlemenize olanak sağlayan ve kanser kemoterapi otofaji rolüne devam eden soruşturma sağlar.
1. Bölüm 1: Hücre Kültürü ve Immuno-floresan Etiketleme
2. Bölüm 2: Canlı Görüntüleme için hazırlanması Hücreleri
3. Bölüm 3: Dekonvolüsyon Mikroskopi ve Analiz
Bu bölümdeki protokol DeltaVision Kişisel DV deconvolution mikroskop ve ilgili Softworx uygulama paketi (Uygulamalı Hassas, Inc, WA) kullanımını varsayar.
4. Bölüm 4: Süper çözünürlüklü, Yapısal-aydınlatma (OMX) Mikroskopi
Bu bölümdeki protokol OMX Yapılandırılmış Aydınlatma Mikroskop kullanımı (Uygulamalı Hassas, WA) için de geçerlidir.
Şekil 1 'de gösterilen görüntü dizisi Otofaji oluşumunun ilk 80 dakika boyunca CWR22 hücrelerinde meydana gelen fiziksel değişiklikleri gösterir. Bu ve diğer çalışmalar (gösterilmemiştir) sürekli olarak gözlenen: uzak hücre merkezine çekirdeğin (1) değiştirme; odak yapışma noktaları (2) azaltılması ve ortasına doğru autophagosomes ve lizozomlar (3) Genel translokasyon Celi. Buna ek olarak, biz de daha sonra noktalarında autophagosomes (yeşil) ve lizozomlar (kırmızı) arasında ko küçük bir artış (sarı belirtildiği), gözlemledi.
Görüntü tabanlı sitometri bir gösteri olarak, tanımlamak, saymak ve gösterilen CWR22 hücrelerin görüntüleri etiketli autophagosomes ve lizozomlar istatistiksel veri toplamak için Volocity dijital görüntüleme uygulama paketi (sürüm 6.0, Doğaçlama / Perkin-Elmer) kullanılan Şekil 1. Şekil 2 'de çizelgeleri ile gösterildiği gibi, T sayısını ve boyutunuo autophagosome (onların ilk oluşumu ve görünümünü sonra) zamanla değişir: otofaji indüksiyon 80 dakika sonra, autophagosomes sayısında kademeli bir ama net azalış (Şekil 2A) autophagosomes ortalama büyüklüğü karşılık gelen bir artış ile yoktu ( Şekil 2B). Buna ek olarak, Pearson korelasyon katsayısı analizi (Şekil 2C) dayalı autophagosomes ve lizozomlar ve ko bir ölçülebilir artış vardı. Birlikte, bu bulgular otofaji uyarılması üzerine, çok sayıda küçük autophagosomes zaman içinde daha büyük autophagosomes (Şekil 2B) oluşturmak için sigorta önerdi. Şekil 1 ve 2 sadece tek bir görüntüleme çalışmanın sonuçlarına yansıyan ve daha sıkı kantitatif analiz sağlam bir sonuç çıkarmak için gerekli olsa da, bu nicel floresan mikroskobu özellikleri ve avantajları göstermektedir yaptı. Biz aktif yapın bu tekniği kullanıyorr hücresel otofaji moleküler mekanizması ve sürecinin incelenmesi devam etmektedir.
Şekil 3A edinilen ve OMX mikroskop (sağ) kullanarak DV modu (simüle Geniş açılı deconvolution, solda) ve yapılandırılmış-aydınlatma modunda yeniden görüntülerin bir yan-yana karşılaştırma gösterir. Yanal çözünürlüğü 120 kadar nm, geleneksel kırınım-sınırlı mikroskopi 14,15 iki katı çözünürlüğe geliştirildi. Onlar geleneksel floresan görüntüleme ile pek belirgindi ise autophagosomes ve lizozomlar (oklarla gösterilen Şekil 3B,) küçük ölçekli ko, süper çözünürlüklü mikroskopi ile açıkça belirgin.
Dekonvolüsyon Mikroskopi kullanmanın avantajlarından biri farklı moleküller arasında daha doğru mekansal bilgi ortaya bir 3D modeli içine tüm görüntüleri yeniden etmektir. Movie 1 bir CWR22 RV1 hücre undergoi genel bir resim gösterirDaha sonra nokta, autophagosome ve lizozom arasında ko önemli miktarda meydana başlar de ng otofaji. E-kaderin boyaması (beyaz renkli olarak belirtilmiştir), hedef hücre hatları ortaya koymaktadır. Sinema 2, 3D yeniden modeli autophagosomes ve lizozomlar (gibi sarı renkte gösterilen) arasındaki füzyon daha fazla mekansal ayrıntılı bilgi sağlar. Biz açıkça yeşil LC3 sinyalleri ve kırmızı Lizozom sinyalleri ve sarı sinyalleri üretmek için iki sinyal birleştirme arasındaki etkileşimi görebilirsiniz.
Şekil 1. ADI ile tedavi CWR22 RV1 hücrelerinin Zaman Aşımı görüntüleri. 80 dakika ADI ile tedavi CWR22 RV1 hücreleri gösteren resim dizisi. (Maksimum Z projeksiyon tarafından orijinal görüntü yığınlarının elde edilen 2D görüntüleri). White noktalı çizgi hücresi hatları temsil eder, ve ışık-gölgeli bölge çekirdeğin konumunu temsil eder.
Şekil 2. İstatistiksel Analiz. İstatistik eğilimleri görüntü verileri ölçülebilir olduğu bir gösteri Şekil 1'de gösterilen görüntü sırası analiz ederek çıkarıldı. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 3,. Celi. A'da Autophagosome ve lizozom dağıtım Top) Yan yana edinilen ve OMX mikroskop (sağ) kullanarak DV modu (simüle Geniş açılı deconvolution, sol) ve yapılandırılmış-aydınlatma modunda yeniden görüntülerin karşılaştırılması. Ölçek bar 5 mikron temsil eder. B. Alt) autophagosomes ve lizozomlar (oklarla gösterilen) Küçük ölçekli ko.
Film 1 ve Film 2. CWR22 RV1 Hücre Uygulanan Otofaji 3D İmar. Bu film ADI tedavi sonrası normal otofaji indüksiyon göstermektedir. Z-Stack görüntüleri 3 boyutlu modeli yeniden inşa edildi. Bu film hücre ° yatay ve 360 ° dikey olarak 360 çevirerek oluşturulmuştur. Yeşil sinyal LC3 temsil eder, kırmızı sinyal lizozom temsil eder, beyaz sinyal E-Cadherin temsil eder ve mavi sinyal çekirdeğini temsil eder. Movie 1 görmek için buraya tıklayın ya da= "_blank"> Film 2 görmek için buraya tıklayın.
LC3 karşı floresan problar ile işaretli hücrelerin doğrudan gözlem yaygın otofajik yanıt 6, nicel 3D aynı sistem (yaptığımız gibi) görüntüleme hücresel otofaji karmaşık süreci hakkında benzeri görülmemiş bir bilgi ve ayrıntı sağlayan onaylamak için standart bir yöntem olarak kabul edilirken . Özellikle, canlı hücrelerde autophagosomes yüzlerce (yoksa bin) otofaji indüksiyon 80 dakika içinde oluşur görüyoruz. Benzer şekilde, otofaji indüksiyon sırasında lizozomal bölmeleri dağılımında çok ilginç morfolojik değişiklikler görüyoruz. Belirli bir hücre içinde, autophagosome sayısındaki azalma ve zaman içinde ortalama boyutu karşılık gelen bir artış, bu autophagosomes formu autolysosomes için lizozomlar ile birleştirerek önce, birbirleriyle eritme tarafından büyük büyümek öneririz. Canlı hücrelerin yüksek çözünürlüklü 3D floresan görüntüleme autophagosomes kritik bir boyutu befor ulaşmalıdır olup olmadığını araştırmak için bize sağlarlizozomlar ile e eritme veya otofaji daha küçük fiziksel boyutta sadece devam olup olmadığını. Gerçekten de, sadece deconvolution mikroskop kararı sınırında erken aktivasyon üzerine görünür çok küçük autophagosomes sayısı göz önüne alındığında, ve çok daha net OMX yapılandırılmış-aydınlatma mikroskop 13 karar, bu söz konusu olabilir aslında otofajik faaliyet toplu bu aşamada gerçekleşir.
, Belirli bir hücrede Autophagosomes sayısı ve boyutunda değişiklik hücreden hücreye, bu parametrelerinin varyasyonları göre, küçük olabilir gibi Otofaji seyri sırasında canlı hücreleri izleme olanağı, son derece önemlidir. Biz gözlemlediğimiz morfolojik değişiklikler deneysel koşullar yerine, istatistiksel varyans nedeniyle daha emin olabilirsiniz - zaman içinde tek bir canlı hücresi inceleyerek.
Son olarak, spesifik moleküler işaretleri ile, biz çalışma bu görüntüleme teknikleri uygulayabilirsinizautophagosomes erken oluşumu, autophagosomal membranlar için kökeni izlemek için, ve özellikle otofaji indüksiyon sırasında autophagosomes sardı edilmiştir mümkün organelleri ve / veya hücre içi bileşenleri tanımlamak için. Ayrıca bu yaklaşım bize hücre hayatta kalma ve hücre ölümü otofaji rolünü araştırmak ve daha iyi potansiyel ilaçlar ve otofaji üzerinde inhibitörlerinin etkilerini karakterize sağlayacaktır umuyoruz.
Çıkar çatışması ilan etti.
Hibe desteği: NIH CA165263, NIH CA150197, NIH CA150197S1 (HJ Kung), NIH CA150197S1 (CA Changou), Biophotonics Bilim ve Teknoloji (DL Wolfson, FYS Chuang), DOD PC073420 (RJ Kalın) için NSF FİZ-0.120.999 Merkezi, Araştırma Norveç Konseyi, Leiv Eiriksson Seyahat Bursu 209286/F11 (BS Ahluwalia). HJ Kung de Auburn Topluluk Kanser Vakfı Fonu'nun desteğiyle kabul eder. RJ Kalın da J. McDonald bağış desteği kabul eder.
Biz ADI cömert temini için Dr Jenny Wei-Jen Kung ve DesigneRx Dr Bor-wen Wu teşekkür ederim.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Arginine Deiminase (ADI) | DesigneRx | ||
HEPES | Sigma | H4034 | |
Casein | Sigma | C5890 | |
Paraformaldehyde | Fisher | 4042 | |
Saponin | Sigma | S4521 | |
Alexa anti-mouse 555 | Invitrogen | A21422 | |
Alexa anti-rabbit 647 | Invitrogen | A21244 | |
LysoTracker Red DND-99 | Invitrogen | L7528 | |
anti-Lamp1 | DSHB | H4A3 | |
anti-Cadherin | Cell Signaling | #3195 | |
SlowFade Gold | Invitrogen | S36936 | |
35 mm poly-d-lysine coated glass bottom plate | MatTek | P35GC-1.5-1.4-C | |
No.1, 22 mm coverslip | Corning | #2865-22 | |
Microscope slides | Globe Scientific | 1324G |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır