클릭 화학을 사용하여 혈관 평활근 세포의 증식 측정
Summary
증식은 세포 기능의 중요한 부분이며, 신약의 잠재적 독성을 평가하는 데 사용되는 일반적인 판독값입니다. 따라서 증식 측정은 세포 생물학에서 자주 사용되는 분석입니다. 여기에서 우리는 부착 및 비 부착 세포에서 사용될 수 있는 증식을 측정하는 간단하고 다양한 방법을 제시합니다.
Abstract
증식하는 세포의 능력은 대부분의 세포의 정상적인 기능에 필수적이며, 증식의 dysregulation은 많은 질병 과정의 핵심입니다. 이러한 이유로, 증식 측정은 세포 기능을 평가하는 데 사용되는 일반적인 도구입니다. 세포 증식은 계수만으로 측정할 수 있습니다. 그러나 이것은 확산을 측정하는 간접적인 수단입니다. 분할을 준비하는 세포를 직접 검출하는 한 가지 일반적인 방법은 표지된 뉴클레오시드 유사체의 통합입니다. 이들은 방사성 뉴클레오시드 아날로그 3H-티미딘 플러스 5-브로모-2′ deoxyuridine (BrdU) 및 5-에티닐-2′-데옥시우리딘 (EdU)와 같은 비방사성 뉴클레오시드 유사체를 포함한다. EdU의 통합은 BrdU에 비해 몇 가지 장점이 클릭 화학에 의해 감지됩니다. 이 보고서에서는 EdU의 통합에 의한 확산을 측정하기 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜에는 각각의 장점과 단점과 함께 다양한 판독값에 대한 옵션이 포함되어 있습니다. 또한 계획된 실험의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 프로토콜을 최적화하거나 변경할 수 있는 위치에 대해서도 설명합니다. 마지막으로, 우리는 이 기본적인 프로토콜이 그밖 세포 대사 산물을 측정하기 위해 수정될 수 있는 쪽에 접촉합니다.
Introduction
증식은 세포 기능1,2의중요한 부분입니다. 증식의 통제는 발달과 같은 일반적인 프로세스, 암과 심장 혈관 질병과 같은 병리학 적인 프로세스에 영향을 미칩니다. 혈관 평활근 세포의 과소 플라스틱 성장은 예를 들어, 죽상 동맥 경화증의 전구체로 생각된다3. 세포 증식의 변화는 또한 새로운 약물의 잠재적인 독성을 평가 하는 데 사용 됩니다. 그것의 광범위 한 영향을 감안할 때, 증식 측정은 많은 세포 생물학 기반 실험실의 주류.
관심있는 세포 인구가 상당히 급속하게 분할하는 경우에 세포 증식은 단순히 세포를 계수해서 측정될 수 있습니다. 느린 성장 세포의 경우 세포 수가 덜 민감할 수 있습니다. 증식은 종종 표지된 뉴클레오시드 유사체의 혼입에 의해 측정됩니다. 금 표준은 3H-티미딘 통합이지만, 많은 실험실은 새로운 비 방사성 대안의 가용성을 감안할 때이 방법에서 벗어나고 있다. 이들은 세포질 형광 염료, 세포 주기 관련 단백질의 검출, 및 5-브로모-2′ deoxyuridine (BrdU) 및 5-에티닐-2′-데옥시우리딘 (EdU)와 같은 비 방사성 뉴클레오시드 유사체의 혼입을 포함한다4.
카르복시플루아세진과 같은 세포질 염료는 설치니미딜 에스테르(CFSE)를 이아세테이트하며, 세포가 분열될 때마다 염료의 강도가 반으로 줄어들기 때문에 증식을감지한다5. 이 기술은 일반적으로 비 부착 세포에 대한 유세포 분석에서 사용된다. 그것은 부착 된 세포에 많이 사용되지 않았지만 새로운 세대의 이미징 플레이트 판독기와 함께 이 변경 될 수 있습니다. 항체 기반 기술(유세포 분석, 면역조직화학 등)을 통한 세포 주기 관련 단백질의 검출은 종종 조직 또는 비부착 세포에 사용된다. 이 세포/조직은 염색하기 전에 고쳐지고 투과되어야 합니다. 뉴클레오시드 유사체 BrdU 및 EdU는 3H-티미딘에 대한 접근법에서 유사하지만 방사능의 불편함없이. BrdU의 편입은 반대로 BrdU 항체에 의해 검출되고, 그러므로 세포는 염색의 앞에 고정되고 투과되어야 합니다. 또한, 세포는 BrdU 에피토프를 노출시키기 위해 DNase로 처리되어야 한다.
EdU의 통합은 클릭 화학에 의해 감지되며, 알키네와 아지드 그룹은 촉매 구리가있는 경우 함께 “클릭”합니다. 어느 그룹은 생합성 으로 통합된 분자 또는 검출 분자4로서작용할 수 있다. 시판되는 뉴클레오시드 유사체는 알키네 그룹이 부착되어 있다. 증식 검문, 따라서, 알키네 기능화된 뉴클레오시드 유사체는 형광 염료 또는 다른 마커에 공액화된 아지드에 의해 검출된다. EdU의 통합은 BrdU에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 알키네 및 아지드 기는 포유류 세포에서 발견되지 않기 때문에, 이러한 상호작용은 낮은 배경6과매우 특이적이다. 두 그룹 모두 작기 때문에, 세포는 BrdU7에필요한 대로 뉴클레오시드 아날로그를 노출하기 위해 DNA 변성 수술을 받을 필요가 없다. 마지막으로, 클릭 화학은 매우 다재다능하며 DNA, RNA, 단백질, 지방산 및 탄수화물8,9,10,11의대사 라벨링에 사용할 수 있습니다. 관심 있는 대사 표지된 표적이 세포 표면에 있는 경우에, 살아있는 세포는12표지될수 있다. 또한, 세포는 항체로 면역형광 염색을 위해 추가로 처리될 수 있다.
다음 프로토콜은 인간 혈관 평활근 세포에서 증식을 측정하기 위해 EdU 혼입 및 클릭 화학의 사용을설명한다(도 1). 우리는 EdU의 통합을 측정 할 수있는 세 가지 방법, 각각의 대표 결과, 그리고 장점과 단점을 보여줍니다. 클릭 화학을 통한 증식 측정은 부착성, 느린 성장 세포에 특히 유용합니다. 또한, 세포의 형태는 잘 유지되고 항체 계 염색도 수행될 수 있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
EdU의 통합은 세포 증식을 측정하는 간단하고 간단한 방법입니다. 특히 부착세포(13)에유용하다. 우리의 프로토콜은 평활근 세포를 사용하지만 모든 부착 세포 (상피, 내피 등)에 적용 할 수 있습니다. 프로토콜이 복잡하지는 않지만, 한 가지 중요한 단계는 라벨링 솔루션을 만드는 것입니다 – 성분은 나열된 순서대로 추가되어야 합니다. 또한, 케미발광웨스턴 블롯과 마찬가지로, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
케이티 캐롤에게 기술 지원을 부탁드립니다. 우리는 또한 Cytation 화상 진찰 격판덮개 리더의 지시 그리고 제공을 위한 박사 데이비드 쿨 과 Proteomics 분석 실험실감사합니다. 이 작품은 라이트 주립 재단 보조금(L.E.W.)에 의해 지원되었습니다.
Materials
| 5-Ethynyl-2'-deoxyuridine | Carbosynth | NE08701 | |
| biotin picolyl azide | Click Chemistry Tools | 1167-5 | |
| CuSO4 | Fisher Scientific | C1297-100G | |
| Cy3 picolyl azide | Click Chemistry Tools | 1178-1 | |
| Cytation Plate Reader | Biotek | ||
| EVOS Microscope | Thermo Fisher Scientific | ||
| Hydrogen peroxide solution | Sigma-Aldrich | 216763 | |
| Na ascorbate | Sigma-Aldrich | 11140-250G | |
| NucBlue Fixed Cell Stain Ready Probes | Invitrogen | R37606 | DAPI nuclear stain |
| Odyssey Blocking Buffer | Li-Cor | 927-40000 | blocking buffer |
| Paraformaldehyde | Electron Microscopy Services | 15710 | |
| PBS | Fisher Scientific | SH3002802 | |
| Sodium Chloride | Sigma Life Science | S3014-5kg | |
| Streptavidin Horseradish Peroxidase Conjugate | Life Technologies | S911 | |
| Super Signal ELISA Femto | Thermo Scientific | PI137075 | ELISA substrate |
| Synergy Plate Reader | Biotek | ||
| THPTA | Click Chemistry Tools | 1010-100 | |
| Tris Hydroxymethyl Aminomethane Hydrochloride (Tris-HCl) | Fisher Scientific | BP153-500 | |
| Triton X 100 | Bio-Rad | 1610407 | |
| Tween 20 | Fisher Scientific | BP337-100 |
References
- Fuster, J. J., et al. Control of cell proliferation in atherosclerosis: Insights from animal models and human studies. Cardiovascular Research. 86 (2), 254-264 (2010).
- Zhu, J., Thompson, C. B. Metabolic regulation of cell growth and proliferation. Nature Reviews Molecular Cell Biology. , (2019).
- Cizek, S. M., et al. Risk factors for atherosclerosis and the development of preatherosclerotic intimal hyperplasia. Cardiovascular pathology the Official Journal of the Society for Cardiovascular Pathology. 16 (6), 344-350 (2007).
- Romar, G. A., Kupper, T. S., Divito, S. J. Research techniques made simple: Techniques to assess cell proliferation. Journal of Investigative Dermatology. 136, e1-e7 (2016).
- Quah, B. J. C., Parish, C. R. The Use of Carboxyfluorescein Diacetate Succinimidyl Ester (CFSE) to Monitor Lymphocyte Proliferation. Journal of Visualized Experiments. 44, 4-7 (2010).
- Sletten, E., Bertozzi, C. R. Bioorthogonal Chemistry: Fishing for Selectivity in a Sea of Functionality. Angewandte Chemie International Edition. 48 (38), 6974-6998 (2009).
- Cecchini, M. J., Amiri, M., Dick, F. A. Analysis of Cell Cycle Position in Mammalian Cells. Journal of Visualized Experiments. (59), 1-7 (2012).
- Clarke, S. T., Calderon, V., Bradford, J. A. Click Chemistry for Analysis of Cell Proliferation in Flow Cytometry. Current Protocols in Cytometry. 82 (1), (2017).
- Jiang, H., et al. Monitoring dynamic glycosylation in vivo using supersensitive click chemistry. Bioconjugate Chemistry. 25 (4), 698-706 (2014).
- Izquierdo, E., Delgado, A. Click chemistry in sphingolipid research. Chemistry and Physics of Lipids. 215, 71-83 (2018).
- Jao, C. Y., Salic, A. Exploring RNA transcription and turnover in vivo by using click chemistry. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (41), 15779-15784 (2008).
- Hong, V., Steinmetz, N. F., Manchester, M., Finn, M. G. Labeling Live Cells by Copper-Catalyzed Alkyne-Azide Click Chemistry. Bioconjugate Chemistry. 21 (10), 1912-1916 (2011).
- Arumugam, P., Carroll, K. L., Berceli, S. A., Barnhill, S., Wrenshall, L. E. Expression of a Functional IL-2 Receptor in Vascular Smooth Muscle Cells. The Journal of Immunology. 202 (3), 694-703 (2019).
- Stoddart, M. J. . Mammalian cell viability: methods and protocols. , (2011).
- Uttamapinant, C., Tangpeerachaikul, A., Grecian, S., Clarke, S., Singh, U. Fast, Cell-compatible Click Chemistry with Copper-chelating Azides for Biomolecular Labeling. Angewandte Chemie International Edition. 154 (11), 2262-2265 (2012).
- Bescancy-Webler, C., et al. Raising the Efficacy of Bioorthogonal Click Reactions for Bioconjugation: A Comparative Study. Angewandte. Chemie International Edition. 50 (35), 8051-8056 (2011).
- Diermeier-Daucher, S., et al. Cell type specific applicability of 5-ethynyl-2′-deoxyuridine (EDU) for dynamic proliferation assessment in flow cytometry. Cytometry Part A. 75 (6), 535-546 (2009).
- Cieślar-Pobuda, A., Los, M. J. Prospects and limitations of “Click-Chemistry”-based DNA labeling technique employing 5-ethynyl-2′deoxyuridine (EdU). Cytometry Part A. 83 (11), 977-978 (2013).
