方法在成纤维细胞迁移的规律研究大分子复合物含MRP4，

摘要

MRP4调节各种循环依赖于核苷酸信号事件，包括细胞迁移最近阐明的作用。我们描述一个直接的，而是多方面的方法解开导致该起主要作用的成纤维细胞迁移的微调调控独特MRP4相互作用组鉴定MRP4下游分子的目标。

摘要

多药耐药蛋白4（MRP4）是ATP结合盒家族的膜转运的成员，并且是环核苷酸的内源流出转运蛋白。通过调节细胞内环核苷酸浓度，MRP4可以调节多循环核苷酸依赖性细胞活动，包括细胞迁移。先前，我们表明，在不存在MRP4的，成纤维细胞含有较高水平的细胞内环核苷酸的，并且可以迁移更快。要理解这一发现的基本机制，我们通过直接还多方面的办法。首先，我们分离MRP4的潜在相互作用蛋白复合物使用免疫沉淀，随后通过质谱一个MRP4过表达细胞系。识别所述MRP4相互作用组独特的蛋白质后，我们利用独创性途径分析（IPA），探讨在信号转导的情况下，这些蛋白 - 蛋白相互作用的作用。我们阐明宝在细胞迁移的MRP4蛋白复合物，并确定了F-actin为的MRP4对细胞迁移的影响的主要调停者的角色势。这项研究还强调cAMP和cGMP的作用，在迁徙现象的关键球员。使用高含量显微镜，我们进行了细胞迁移测定和观察到MRP4对成纤维细胞迁移的影响完全被cAMP依赖性激酶A（PKA）的肌动蛋白细胞骨架或抑制的破坏废除。为了显现在实时迁移细胞信号的调制，我们利用用于测定PKA活性的基于FRET的传感器，并发现，更偏振光PKA活性的存在迁移MRP4的前缘附近^{- / -}成纤维细胞相比，MRP4 ^{+ / +}成纤维细胞。这反过来又增加皮质肌动蛋白的形成和增强迁移的过程。我们的方法使下游采取行动，MRP4蛋白质的鉴定和为我们提供了一个过鉴于涉及的成纤维细胞迁移MRP4依赖的调节机制。

引言

细胞迁移是一个复杂的多步骤过程。有研究显示，在迁移细胞分化为前缘和后缘。通过坚持细胞外基质的领先优势提供了必要的牵引细胞体向前移动。最后，后缘释放后部附件和完成迁移周期^1,2。

高效细胞迁移细胞极化是由细胞内信号的空间隔离监管。细胞第二信使，如环磷酸腺苷，调解的微调定向细胞迁移^3,4所需的信号事件的条块分割。在前沿的cAMP和cAMP依赖性激酶PKA活性的优惠积累起到定向细胞迁移^5,6关键的作用。通过磷酸化小GTP酶如Ras相关C3肉毒杆菌毒素底物（RAC）和细胞分裂抑制蛋白同源42或Cdc42的，PKA以前缘激活肌动蛋白相关蛋白2/3（阿普2/3）并诱导伪足^7-9的形成。 PKA也磷酸化抗封端剂，血管扩张剂刺激的磷蛋白（VASP），从而调节膜延伸和缩回^10,11的振动周期。

ⅰ）合成由腺苷酸环化酶，ⅱ）由磷酸二酯酶降解，以及iii）运输通过膜结合的流出转运^3:在细胞中，cAMP水平由三个主要过程调节。多药耐药蛋白4（MRP4），膜转运，功能的ATP结合盒（ABC）家族的成员，环核苷酸的内源性流出转运。因此，MRP4能调节细胞内cAMP水平和cAMP依赖的细胞信号^11-13。我们以前曾表明，在MRP4 ^{- / - ，}成纤维细胞含有相对较高水平的环核苷酸和迁移速度更快çompared到MRP4 ^{+ / +}成纤维细胞^14。我们还报道环核苷酸对成纤维细胞迁移的双相效应。根据以往的研究，我们的发现，MRP4 ^{- / -}成纤维细胞迁移包含的过程中，更多的偏光阵营中，我们假设成纤维细胞迁移的这一MRP4介导的调控是依赖于cAMP的。为了了解下游的机制，我们采取了直接的还多面的方法。

为了确定相关的和与MRP4相互作用蛋白，我们从免疫，超过表达MRP4 HEK293细胞含有MRP4-大分子复合物。使用质谱分析，我们确定了多个MRP4相互作用蛋白，并使用独创性途径分析（IPA），分析了它们的互连。 IPA是分析蛋白质 - 蛋白质相互作用（结构和功能），并探讨其特别的生理和病理的贡献的有用工具根据文献和实验依据^15,16事件。 IPA表示F-肌动蛋白是在细胞迁移的情况下MRP4的主要下游靶，其中cAMP和cGMP是关键信号分子^17。这些数据由高含量显微镜下进一步证实。高含量显微镜可以捕获和分析细胞行为，如细 ​​胞迁移以更方便，准确，高通量的方式^18。高含量显微镜数据显示，MRP4对成纤维细胞迁移的影响在¹⁷ PKA的肌动蛋白骨架或抑制的破坏被完全取消。

此外，我们使用了荧光共振能量转移（FRET）为基础的PKA传感器来监视PKA动力学实时迁移细胞。基于FRET激酶传感器通常由被CFP和YFP荧光两侧^19-21具体磷酸化底物肽。 pmAKAR3是一种改进和我mbrane针对性包含叉头相关域1（FHA1）和PKA底物序列LRRATLVD ^5,22基于FRET-PKA传感器。通过PKA催化亚基增加pmAKAR3的磷酸化FRET CFP和YFP ¹⁹之间的信号。脂质修饰域到传感器插入其定位于质膜监测PKA动力学，尤其在膜室^23。

使用pmAKAR3，我们证明了迁移MRP4的前沿^{- / -}表现出更加两极化PKA活性比MRP4 ^{+ / +}成纤维细胞，这反过来又增加了在小区的领先优势¹⁷皮层肌动蛋白的成纤维细胞形成。一起，这些事件导致在没有MRP4更好蜂窝偏振和更快的定向细胞迁移。我们的具体和直接的方式确定了MRP4关键下游的目标，并提供一个重要的，但作为的还未知机制成纤维细胞迁移的MRP4相关规定。

方案

1.独创性途径分析

1. 上传蛋白相互作用组数据集
   1. 插入目的蛋白质/基因在其独特的基因标识（如用质谱数据而获得优选的基因符号和基因标识号）的电子表格。
   2. 指定在电子表格中的基因标识号一列，为观测值一列（ 例如 ，折叠变化或p值）。选择"包含列标题"选项来查看列标题。
   3. 通过单击上传数据选项卡上，选择上面提到的电子表格上传的IPA的数据集。选择灵活的格式选项卡，选择基因标识的相应类别。
      注:该数据集的灵活的格式克服了格式规范上传。
   4. 出现的数据后，选择ID和观察列。确保按质量-SP标识的所有蛋白质（MRP4相互作用组ectrometry）由数据汇总选项卡上检查映射。数据集现在准备用于所需的分析。
2. 数据分析
   注:所描述的是被用于该研究结果表明的IPA功能部分的用途。
   1. 上传MRP4相互作用组与基因名称作为唯一标识符后，点击新的选择IPA软件左上角的菜单岩心分析。
   2. 设置了根据实验式为强度表达截断值（被推荐用于分析100强度值）。
   3. 计算中表达的倍数变化，同时准备数据集，如果对照和实验条件都参与，并且如果比较分析需要执行它作为数据集文件的一部分（1.5倍改变的截止值通常建议用于分析）。
      注意:芯分析完成后，可以得到分析的多个部分。第一个选项卡显示日摘要E共分析和建议以及其他顶级经典途径，上游监管机构，分子和细胞的功能，和网络;基于所述置信水平（p值）的所有计算和设置在P值的升序排列。
   4. 打开各大经典途径（使用开放路径选择）作为大分子网络，形象地展现跨说话，重叠，影响信号通路。
      看所涉及基于p值majorly的规范途径的列表（第0.05被认为是<作为显著）。
      注:为规范途径的意义值由Fisher精确检验右尾计算。的意义表明分子协会从单独的随机几率典型途径数据集的概率。
   5. 确认涉及每个途径蛋白的列表中输入的蛋白质（通过质谱MRP4相互作用组）。
      注意:使用此OPTION，有人指出，蜂窝肌动蛋白细胞骨架的信令网是主要受影响的途径和方式输入蛋白装配到它（ 图1）。这种方法有助于确定哪些分子网络会密切相关，并受测试的蛋白质。
   6. 使用在分析网络标签识别顶部的疾病和功能都潜在地链接到基于聚焦的分子数特定蛋白网络。
      注意:得分的值是基于被确定为一个网络例如一部分的已知蛋白质定，细胞装配和组织网络，通过文献的知识和实验证据和聚焦个从数据集中鉴定的分子，并成为网络的一部分。 。此后，网络被过滤以基于聚焦的分子数之首。

2.高含量显微镜

1. 细胞的制备
   注:所有的细胞培养工作水平流动的细胞培养罩下进行。
   1. 使用96孔微孔板的伤口愈合测定法。
   2. 涂层用1％纤连蛋白溶液的微量培养板（在PBS中复原），并在37℃下保持所述板在一个标准_的 CO ₂培养箱中培养2小时。
   3. 删除MRP4 ^{- / -}和MRP4 ^{+ / +}小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中从培养箱25平方厘米的细胞培养瓶中生长，洗1次，用PBS，并trypsinize细胞用1毫升4倍胰蛋白酶-EDTA溶液5分钟。
   4. 洗细胞用完全培养基（含10％FBS和1％青霉素/链霉素的DMEM）并在5ml完全培养基重悬。
   5. 吸从孔的纤连蛋白溶液。算使用血球细胞和种子30,000个细胞（需要根据细胞类型进行优化单元编号）到每个孔中。
   6. 生长细胞为100％汇合在一个标准_的 CO ₂培养箱在37℃下24小时。
2. 创建伤口
   1. 确保所有的井都充满了解决方案。填充闲置孔用PBS，以防止伤口使工具损坏（ 例如 ，WoundMaker）。
   2. 确认100％的细胞汇合后，放置在金属基底板的伤口使工具内的96孔板，然后按96孔销块向下。
   3. 洗涤细胞三次，用PBS，以消除任何脱落细胞，并加入100微升完全培养基。
   4. 添加试验化合物 - 的H-89（50μM; 1:1000稀释使用完全培养基中的DMSO的50mM股票）或Latrunculin B（1微米; 1:1000稀释使用1mM储备在DMSO完全培养基）在这个阶段。
   5. 放置读取器内的测定板在37℃和监测在实验期间迁移。
3. 监测细胞迁移
   注意:使用显微镜和软件PR监测细胞迁移ovided具有高含量显微系统。使用96孔微量确保伤口自动显微镜监测和由软件登记。
   1. 设置软件扫描测定板每小时使用时间表扫描标签迁移测定。放置测定板读取器内，以允许成像之前平衡后至少15分钟选择一个开始时间。
   2. 选择托盘和容器选择类型（96孔板）和实验类型（划痕）。
   3. 选择10X客观选择相衬成像参数。选择需要使用编辑扫描模式选项进行扫描的孔中。
   4. 通过选择属性选项卡，并设立一个板图指定的治疗组和任何重复。扫描可以在根据实验条件的任何时间被停止。
4. 数据分析
   1. 扫描完成后，选择检测板的容器视图选项卡。 GO操作分析工作的实用程序和选择推出新的分析工作。
   2. 设置划痕的作业类型，并选择分析（0时间点到24小时的时间点）的时间段。
   3. 由上井一次点击来选择的分析选择井，然后单击"确定"按钮来启动分析。一旦分析完成后，以图形方式在每个时间点使用出口到图形选项形象化相对卷绕密度（RWD）数据为每个孔中。
   4. 查看相衬图像集的每一个孔对应使用视图图像标签不同的时间点。点击选择平板地图上的具体的好，选择时间范围选项卡中的特定时间点，点击查看图像选项卡上。

3.荧光共振能量转移（FRET）

1. 细胞的制备
   1. 用100微升1％，纤维连接蛋白溶液（如2.1节所述），并让他们在大衣35毫米玻璃底菜一个标准_的 CO ₂培养箱中于37℃2小时。
   2. 吸从HEK293细胞的板和种子数目相等于完全培养基纤连蛋白溶液（10,000个细胞/板）。
   3. 生长细胞60-70％汇合在纤连蛋白涂覆的玻璃底菜在一个标准_的 CO ₂培养箱中在37℃下24小时。
2. 转
   1. 执行使用根据制造商的说明在商业转染试剂所有瞬时转染。
   2. 分装250微升完全培养基分成两个独立的1.5毫升无菌离心管中每个35mm培养皿。
   3. 添加DNA（pmAKAR3或pmAKAR3-TA）的一个管和5μl2微克在另一管（2.5倍的DNA浓度）转染试剂。
   4. 孵育20分钟，将管在室温下，然后将稀释的DNA转移到转染试剂含有管。
   5. 调匀，于37孵育°下30分钟。
   6. 吸出细胞培养基，并用PBS洗一次他们。加入1ml含有10％FBS到细胞中不含抗生素的DMEM F-12培养基中。
   7. 添加507微升与媒体在每个板中的细胞中的DNA脂质缀合物，轻轻混匀，并保持在CO ₂培养箱_中在37℃下48小时。使用2微克DNA（1微克/微升股票）和5微升脂质为10,000-50,000细胞每块板。
3. 活细胞成像
   1. 转染48小时后，除去生长培养基并洗涤细胞2次用Hank氏平衡盐溶液（HBSS，于37预热 C）。 1.9毫升HBSS的终体积加入到洗涤的细胞和它们安装的倒宽视场显微镜系统上用于FRET成像定做的37℃内保持室中。
      注:在本系统中，激发光通过与50％的光输电工程中性密度滤镜衰减一个300瓦氙灯提供离子。
   2. 使用60X的目标。手动聚焦在细胞上，用显微镜设置的视图的最佳场。使用软件上的焦点"F"选项激活的查看计算机屏幕上选定的领域。为了执行FRET测量，选择适当的过滤器设置（CFP / YFP过滤用二十五分之四百三十零nm激发过滤器，双二色分光镜设置和两个发射滤光片（三十零分之四百七十〇纳米时CFP和30分之535的FRET纳米）手动。
   3. 通过在通道选项CFP / YFP / FRET依次点击打开氟标签首先检查可视化荧光。通过使用相机选项卡中的集约化工具提高了信号强度。
   4. 选择细胞中表达pmAKAR3或pmAKAR3-TA避免了信号强度的饱和。使用捕获​​窗口开始FRET测量。
   5. 选择时间推移选项，并设置一个时间扫描与30秒的时间间隔30分钟。检查FRET选项，并设置曝光时间为100毫秒。输入图片的标签d按启动开始测量。
   6. 后五个时间点和建立一个基线，加入25μM的毛喉素（5微升10μM的库存在乙醇中，用100微升的HBSS稀释）至细胞中，而不会干扰板和监测细胞共30分钟。
4. 数据分析
   注:数据分析使用比例计算模块。
   1. 点击在图像窗口的左侧选择工具，然后从下拉菜单中选择一个坚实的矩形。拖动单元格中的空白区域上的图像场的矩形，并用鼠标右键单击它设置为背景背景扣除的目的。
   2. 进入面膜和使用'创建一个新的掩码"选项。进入选择工具，然后从下拉菜单中用笔手动绘制细胞周围口罩，选择它进行测量。选择每个条件至少有4-6个细胞。
   3. 选择Mask选项并执行面具的统计数据。
   4. 检查"整个面具"，拓展跨渠道选项，并选择捐助标准化FRET（N-FRET）（FRET / CFP）。的N FRET值是代表PKA活性的在质膜。
   5. 添加时间戳，使用注释查表和比例尺。

结果

研究MRP4对成纤维细胞迁移的影响，我们使用利用高含量显微镜¹⁴伤口愈合测定。精确伤口上从分离的MEF的汇合单层制成或MRP4 ^{- / -}或MRP4 ^{+ / +}小鼠，和图像在1小时的时间间隔为24小时拍摄的。我们观察到了更高的迁移率MRP4 ^{- / -}的MEF相比MRP4 ^{+ / +}的MEF（ 图2）。 ^{/ - -}该伤口为MRP4不到15小时完全愈合的MEF，而所需的MRP4 ^{+ / +} MEF中几乎20小时覆盖伤口。

在细胞迁移的前缘PKA活性的偏振积累...

讨论

细胞迁移是一个复杂的过程，在许多重要的生理事件中起着不可或缺的作用，包括伤口愈合^1,2。异常的细胞迁移可能导致灾难性事件，例如肿瘤转移和血管生成^24,25。因此，需要对细胞迁移进行微调调节，以维持正常的身体功能。

使用高内涵显微镜¹⁸，我们证明与野生型成纤维细胞相比，MRP4 缺陷的 MEF 迁移得更快¹⁴。与传统的划痕伤口测定相比，这里的显微镜以自动化、方便、一致和高通量的方式进行伤口愈合测定。该软件根据三个独立的指标分析细胞迁移率：i） 伤口宽度的变化，ii） 伤口区域内细胞汇合的变化，以及 iii） 相对伤口密度 （RWD）。RWD 是一种自归一化指标，用于测量伤口区域内的空间细胞密度相对于伤口区域外的空间细胞密度。因此，它不受细胞增殖引起的细胞密度变化的影响，并提供有关细胞迁移的非常具体的信息，否则这些信息很难通过传统的划痕伤口测定获得²⁶。最初，在 0 时间点，RWD 将为 0%，伤口完全愈合后，RWD 将为 100%。所有这些指标都是由带有内置算法的定制软件计算...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Lipofectamine 2000	Invitrogen（加利福尼亚州卡尔斯巴德）	11668-027
DMEM	Invitrogen （加利福尼亚州卡尔斯巴德）	11965-092
IncuCyte Zoom	Essen BioScience
96 孔 IncuCyte Image-Lock 微孔板	Essen BioScience	4493
Latrunculin B	Sigma-Aldrich（密苏里州圣路易斯）。	L5288	DMSO
H-89	库存 Enzo Life Sciences（纽约州法明代尔）	BML-EI196	DMSO
35 毫米玻璃底培养皿库存	（MatTek 公司;马萨诸塞州阿什兰）	P35G-1.5-20-C
纤连蛋白	Sigma-Aldrich（密苏里州圣路易斯）。	F1141
Opti-MEM 减血清培养基	Invitrogen（加利福尼亚州卡尔斯巴德）	31985-088
FRET显微镜系统	奥林巴斯倒置显微镜 （IX51）
CCD相机	日本滨松	ORCA285
SlideBook 软件 5.5	Intelligent Imaging Innovation （ 丹佛， 科罗拉多州）
Ingenuity Pathway Analysis 软件	IPA， QIAGEN Redwood City，Forskolin
	Tocris （埃利斯维尔， 密苏里州）。	1099	100% 乙醇
DMEM F-12 库存	Invitrogen （加利福尼亚州卡尔斯巴德）	11330-057
HBSS	Invitrogen （加利福尼亚州卡尔斯巴德）	14025-134
Excel	Microsoft
PBS	Invitrogen（加利福尼亚州卡尔斯巴德）	10010-023
胰蛋白酶/EDTA 溶液 （TE）	Invitrogen（加利福尼亚州卡尔斯巴德）	R-001-100
青霉素-链霉素	Invitrogen（加利福尼亚州卡尔斯巴德）	15140-122