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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
许多上调的基因刺激肿瘤细胞迁移和侵袭,导致预后不良。确定哪些基因调节肿瘤细胞迁移和侵袭至关重要。该协议提出了一种实时研究基因表达增加对肿瘤细胞迁移和侵袭的影响的方法。
肿瘤细胞具有高度的运动性和侵袭性,并显示出基因表达模式的改变。了解基因表达的变化如何调节肿瘤细胞迁移和侵袭对于了解肿瘤细胞浸润到邻近健康组织和转移的机制至关重要。以前,已经证明基因敲低,然后基于阻抗的肿瘤细胞迁移和侵袭实时测量能够识别肿瘤细胞迁移和侵袭所需的基因。最近,针对 SARS-CoV-2 的 mRNA 疫苗增加了人们对使用合成 mRNA 进行治疗的兴趣。本文对合成mRNA方法进行了修正,研究了基因过表达对肿瘤细胞迁移和侵袭的影响。这项研究表明,通过合成 mRNA 转染和基于阻抗的实时测量提高基因表达可能有助于识别刺激肿瘤细胞迁移和侵袭的基因。本方法论文提供了有关检查基因表达改变对肿瘤细胞迁移和侵袭影响的程序的重要细节。
肿瘤细胞运动在转移中起着至关重要的作用 1,2。肿瘤细胞扩散到邻近和遥远的健康组织使癌症治疗变得困难,并导致复发3,4。因此,了解肿瘤细胞运动的机制并制定相关的治疗策略至关重要。由于许多肿瘤细胞改变了基因表达谱,因此了解基因表达谱的哪些变化导致肿瘤细胞运动性改变至关重要 5,6。
已经开发了几种测定法来测量 体外细胞迁移。由于只允许在特定时间点进行测量,一些检测仅提供有限的信息,而另一些则实时提供有关肿瘤细胞运动的全面信息7。尽管这些细胞运动测定中的许多可以在给定时间或终点提供定量结果,但它们无法提供有关实验期间细胞迁移速率动态变化的足够详细的信息。此外,根据实验设计、细胞类型和细胞数量,可能很难检查细胞迁移速率的潜在变化。此外,可以通过传统运动测定的简单定量来研究简单处理的效果,但可能需要更复杂的定量来研究各种联合处理的复杂效果8。
已经开发出一种用于监测覆盖有微电极的微量滴定板孔底电流的仪器9。细胞与孔表面的粘附阻碍了电子流动,阻抗与细胞的定量和定性结合相关。孔底存在微电极,可以测量细胞粘附、扩散和增殖。微电极存在于上腔室的微孔膜下方,允许测量细胞迁移和侵袭到下腔室,上腔室涂有细胞外基质 (ECM) 蛋白以允许侵袭10。
此前,已经证明,基于阻抗的肿瘤细胞迁移和侵袭的实时测量在整个实验过程中提供了实时数据,以及在各种实验条件下的即时比较和量化11。在该方法论文中,诱导基因敲低以测试目标蛋白在肿瘤细胞迁移和侵袭中的作用。由于在测试的实验条件下,使用小干扰 RNA (siRNA) 8 电穿孔后需要 3-4 天才能完全实现基因敲低效应,因此在电穿孔后重新接种细胞,并在 3 天后重新收获,以进行基于阻抗的肿瘤细胞迁移和侵袭实时测量。
激酶 (Crk) 和 Crk 样 (CrkL) 的 CT10 调节因子是介导各种生长因子受体激酶通路和非受体酪氨酸激酶通路下游的蛋白质-蛋白质相互作用的接头蛋白12。Crk 和 CrkL 蛋白水平升高会导致几种人类癌症(包括胶质母细胞瘤13)的预后不良。然而,目前尚不清楚 Crk 和 CrkL 蛋白升高如何导致预后不良。因此,确定 Crk 和 CrkL 过表达对肿瘤细胞功能的影响非常重要。此前,进行了一项基因敲低研究,以证明胶质母细胞瘤细胞迁移和侵袭需要内源水平的 Crk 和 CrkL 蛋白8。在这里,已经开发了一种改进的测定系统来解决 Crk 和 CrkL 过表达对肿瘤细胞迁移和侵袭的影响。
最近,由于针对 SARS-CoV-2 的 mRNA 疫苗的开发,mRNA 的体外合成及其治疗应用再次受到关注(由 Verbeke 等人审查 14)。此外,在癌症和其他疾病中使用合成mRNA方面也取得了显着进展15,16。细胞电穿孔是递送合成 mRNA 和诱导瞬时基因修饰的有效方法(Campillo-Davo 等人 17 评论),使用合成 mRNA 可在永生化成纤维细胞中快速有效地表达基因18。本方法论文将使用合成mRNA的基因过表达与实时细胞分析相结合,以研究肿瘤细胞迁移和侵袭。然而,用于 siRNA 的实验方案不适用于合成 mRNA 转染,因为外源蛋白的水平在合成 mRNA 转染时迅速增加并逐渐降低18。因此,该方法已被修改为在转染后立即进行细胞迁移和侵袭的实时分析,而无需额外培养细胞。
本方法论文表明,将基于阻抗的实时测量与用合成mRNA转染肿瘤细胞相结合,可以快速、全面地分析基因上调对肿瘤细胞迁移和侵袭的影响。本方法论文描述了测量胶质母细胞瘤细胞迁移和侵袭如何受 Crk 和 CrkL 过表达影响的详细程序。通过研究合成mRNA对肿瘤细胞迁移的浓度依赖性影响,该论文清楚地描述了蛋白质水平的增加如何刺激肿瘤细胞迁移。此外,还提出了一种改变ECM凝胶浓度的方法,以评估基因表达变化对肿瘤细胞侵袭的影响。
1. mRNA的合成
注意:对于mRNA合成,所有试剂和设备必须在使用前经过特殊处理以灭活RNase。有关本协议中使用的所有材料、仪器和试剂的详细信息,请参阅 材料表 。
2. 细胞侵袭和迁移 (CIM) 板的细胞外基质 (ECM) 凝胶涂层
注:细胞侵袭和迁移 (CIM) 板是商业制造的 16 孔板,用于基于阻抗的实时细胞分析。对于细胞侵袭测定,如前所述,用ECM凝胶涂覆CIM板,但进行了一些修改11。
3. 肿瘤细胞的制备
注意:所有细胞培养材料必须保持无菌。如前所述,在生物安全柜下收集和电穿孔肿瘤细胞,并配备适当的个人防护设备 (PPE),但进行了一些修改11.
4. 肿瘤细胞的电穿孔
5. 设置实时细胞分析仪、程序和 CIM 板
注:如前所述,准备实时细胞分析仪和两个CIM板11.
6. 实时细胞分析和数据导出
注意:如前所述,执行基线读数、细胞接种、细胞阻抗测量和数据导出11.
Crk 和 CrkL 蛋白在许多细胞类型的运动中起着重要作用,包括神经元22、T 细胞23、成纤维细胞 18,19 和多种肿瘤细胞13。由于已报道 Crk 和 CrkL 蛋白在胶质母细胞瘤24,25,26 中升高,因此本研究研究了 CrkI(Crk 的剪接变体)过表达对胶质母细胞瘤细胞迁移的影响。用不同浓度的合成 CrkI mRNA 电穿孔 U-118MG 细胞,并分析蛋白质水平和细胞迁移。用不同浓度的合成 CrkI mRNA 电穿孔 U-118MG 胶质母细胞瘤细胞在转染后 1 天导致 FLAG 标记的 CrkI 蛋白的浓度依赖性增加(图 1A)。0.2 ng/μL 和 2 ng/μL mRNA 导致外源性 CrkI 蛋白检测不到或表达适中,而 20 ng/μL mRNA 的表达水平远高于内源性 CrkI 蛋白。
使用实时细胞分析系统进行的细胞迁移测定结果表明,使用0.2 ng/μL或2 ng/μL CrkI mRNA进行电穿孔对细胞迁移没有太大影响。然而,用 20 ng/μL CrkI mRNA 电穿孔导致细胞迁移的明显刺激,更多细胞在 2 小时至 13 小时之间迁移(图 1B)。CrkI蛋白水平与细胞迁移的比较表明,CrkI蛋白水平的增加刺激了胶质母细胞瘤细胞迁移。看来CrkI蛋白水平应该高于某个阈值,以引起细胞迁移的实质性刺激。如果以不同的方式测量细胞迁移以计数或观察特定时间点迁移的细胞,则可能需要付出更多的努力来识别细胞迁移中的这种变化。
为了研究CrkL过表达如何影响胶质母细胞瘤细胞通过不同浓度ECM蛋白的ECM凝胶层侵袭,用合成的CrkL mRNA电穿孔U-118MG细胞,并分析蛋白水平和细胞通过ECM凝胶层的侵袭。用合成的 CrkL mRNA 电穿孔 U-118MG 胶质母细胞瘤细胞在转染后 1 天导致 FLAG 标记的 CrkL 蛋白的强烈表达(图 2A)。随着ECM蛋白浓度的增加,对照细胞的侵袭减慢(图2B)。CrkL过表达的细胞也显示出细胞侵袭的ECM凝胶浓度依赖性降低(图2C)。在不同ECM凝胶浓度下,对照细胞和CrkL过表达细胞之间的比较表明,CrkL过表达通常刺激细胞通过ECM凝胶层侵袭(图2D-G)。然而,根据ECM凝胶浓度的不同,两种细胞群之间的差异在不同的时间点变得明显。
对于 0.1 μg/μL ECM 凝胶,CrkL 过表达介导的细胞侵袭刺激在 8 小时和 20 小时之间很明显(图 2D),但 32 小时后细胞侵袭的差异可以忽略不计。对于0.2μg/μL ECM凝胶,有和没有CrkL过表达的细胞侵袭差异始终最小(图2E)。对于0.5μg/μL ECM凝胶,细胞侵袭的差异在24小时和36小时之间很明显(图2F)。对于1μg/ μL ECM凝胶,CrkL对细胞侵袭的过表达作用在48小时时变得略微明显(图2G)。结果表明,随着ECM凝胶浓度的增加,检测对照细胞和CrkL过表达细胞之间差异的窗口会转移到以后的时间。研究结果还表明,在不同时间点,ECM凝胶浓度的增加对两种细胞群的影响不同。例如,在12小时时,CrkL过表达细胞仅在0.1μg/ μL ECM凝胶下显示出显着更高的侵袭(图2H)。然而,在24小时时,CrkL过表达的细胞在测试的ECM凝胶浓度下显示出略高或相似的侵袭(图2I)。因此,重要的是要研究细胞侵袭中的时间依赖性和ECM凝胶浓度依赖性差异,以全面了解具有和不具有CrkL过表达的两种细胞群之间的差异。这些结果表明,将使用合成mRNA的瞬时过表达与基于阻抗的实时细胞分析相结合,为分析基因过表达与肿瘤细胞迁移和侵袭之间的潜在相关性提供了强大的工具。检查合成 mRNA 和 ECM 凝胶中浓度变化的影响将提供更准确和详细的信息。

图 1:CrkI 过表达对胶质母细胞瘤细胞迁移的影响。 U-118MG 细胞用指示浓度 (ng/μL) 的 FLAG 标记的 CrkI mRNA 进行电穿孔。(A) 对于蛋白质印迹分析,在制备总细胞裂解物之前将电穿孔细胞培养 1 天。比较转染合成 CrkI mRNA 后的蛋白水平。使用抗 Crk 和抗 CrkL 抗体检测内源性和 FLAG 标记蛋白,并比较内源性蛋白和 FLAG 标记蛋白的比例。Vinculin和α-微管蛋白用作上样对照。(B) 对于细胞迁移分析,将电穿孔细胞接种到 CIM 板上,无需进一步培养。每个样品从四个孔中获得细胞指数值,并显示其平均值±SD值。 请点击这里查看此图的较大版本.

图2:CrkL过表达对胶质母细胞瘤细胞侵袭的影响。U-118MG 细胞用无核酸酶的 H2O 或 20 ng/μL 带 FLAG 标签的 CrkL mRNA 电穿孔。(A) 对于蛋白质印迹分析,在制备总细胞裂解物之前将电穿孔细胞培养 1 天。比较转染合成 CrkL mRNA 后的蛋白水平。使用抗 Crk 和抗 CrkL 抗体检测内源性和 FLAG 标记蛋白,并比较内源性蛋白和 FLAG 标记蛋白的比例。Vinculin和α-微管蛋白用作上样对照。(B-G)对于细胞侵袭分析,将电穿孔细胞接种到带有ECM凝胶涂层的CIM板上,无需进一步培养。每个样品从四个孔中获得细胞指数值,并显示其平均值±SD值。(B)比较不同ECM凝胶浓度的对照细胞的细胞侵袭数据。(C)比较不同ECM凝胶浓度的CrkL过表达细胞的细胞侵袭数据。(D-G)比较对照细胞和CrkL过表达细胞之间的细胞侵袭数据,以达到指示的ECM凝胶浓度。(H) 对照细胞和 CrkL 过表达细胞之间 12 小时细胞侵袭的比较。(I) 对照细胞和 CrkL 过表达细胞之间 24 小时细胞侵袭的比较。缩写:ECM=细胞外基质;CIM = 细胞侵袭和迁移。请点击这里查看此图的较大版本.

图3:基因敲低或基因过表达后的实验程序示意图 。 (A) siRNA转染后实时细胞分析的实验程序。由于在实验条件下,siRNA转染后需要3-4天才能诱导完全基因敲低,因此在电穿孔后将细胞重新铺板并培养3天,然后才能进行实时细胞分析。(B) 合成mRNA转染后实时细胞分析的实验程序。由于合成mRNA转染的蛋白表达速度很快,因此在同一天使用电穿孔细胞进行实时细胞分析。注意两种实验程序之间的差异;使用 siRNA 进行基因敲低的电穿孔后 3 天进行实时细胞分析,而使用合成 mRNA 进行基因过表达的电穿孔后立即进行实时细胞分析。 请点击这里查看此图的较大版本.
作者没有要披露的利益冲突。
许多上调的基因刺激肿瘤细胞迁移和侵袭,导致预后不良。确定哪些基因调节肿瘤细胞迁移和侵袭至关重要。该协议提出了一种实时研究基因表达增加对肿瘤细胞迁移和侵袭的影响的方法。
作者感谢堪萨斯城儿童慈善中心的医学写作中心编辑了这份手稿。这项工作得到了娜塔莉的 A.R.T. 基金会(对 TP)的支持,并得到了儿童慈善医院 (CMH) 和堪萨斯大学癌症中心 (KUCC) 的 MCA 合作伙伴咨询委员会资助(对 TP)。
| AlphaImager HP | ProteinSimple | 92-13823-00 | 琼脂糖凝胶成像系统 |
| &α;-微管蛋白抗体 | Sigma | T9026 | 用于检测&α;-微管蛋白(稀释度 1:3,000) |
| CIM 板 16 | Agilent Technologies, Inc | 5665825001 | 细胞侵袭和迁移板 |
| Crk 抗体 | BD Biosciences 610035 | 用于检测 CrkI 和 CrkII 蛋白(稀释度 1:1,500) | |
| CrkL 抗体 | Santa Cruz | sc-319 | 用于检测 CrkL 蛋白(稀释度 1:1,500) |
| Dulbecco's 改良鹰's 培养基 (DMEM) | ATCC | 302002 | 细胞培养基 |
| Dulbecco 磷酸盐缓冲盐水 (DPBS) | 康宁 | 21-031-CV | 用于洗涤细胞的缓冲液 |
| 胎牛血清 (FBS) | Hyclone | SH30910.03 | 培养基补充剂 |
| Heracell VIOS 160i CO2 培养箱 | Thermo Scientific | 51030285 | CO2 培养箱 |
| IRDye 800CW 山羊抗小鼠 IgG 二抗 | Li-Cor | 926-32210 | 用于 Western blot 分析的二抗(稀释度 1:10,000) |
| IRDye 800CW 山羊抗兔 IgG 二抗 | Li-Cor | 926-32211 | 用于 Western blot 分析的二抗 (稀释度 1:10,000) |
| 氯化锂 | Invitrogen | AM9480 | 用于 RNA 沉淀 |
| 基质胶基质 | 康宁 | 354234 | 细胞外基质 (ECM) 凝胶 |
| MEGAscript T7 转录试剂盒 | Invitrogen | AM1334 | 用于 RNA 合成 |
| 千禧年 RNA 标志物 | Invitrogen | AM7150 | 用于甲醛琼脂糖凝胶电泳 |
| 微型离心机 | ISC BioExpress | C1301P-ISC | 用于离心细胞 |
| 小鼠大脑 QUICK-Clone cDNA | TaKaRa | 637301 | 用于克隆的基因来源(插入片段) |
| NanoQuant | Tecan | M200PRO 核酸定量系统 | |
| Neon 电穿孔系统 | ThermoFisher Scientific | MPK5000 | 电转染系统1 |
| Neon 转染系统 10 µL 试剂盒 | ThermoFisher Scientific | MPK1025 | 电穿孔试剂盒 |
| Neon 转染系统 100 &微量;L 试剂盒 | ThermoFisher Scientific | MPK10096 | 电穿孔试剂盒 |
| NorthernMax 变性凝胶缓冲液 | Invitrogen | AM8676 | 用于甲醛琼脂糖凝胶电泳 |
| NorthernMax 甲醛负载染料 | Invitrogen | AM8552 | 用于甲醛琼脂糖凝胶电泳 |
| NorthernMax 电泳缓冲液 | Invitrogen | AM8671 | 用于甲醛琼脂糖凝胶电泳 |
| 无核酸酶水 | Teknova | W3331 | 用于 mRNA 合成过程中的各种反应 |
| Odyssey CLx 成像仪 | 用于蛋白质印迹分析的 | Li-Cor | 成像仪 |
| pcDNA3.1/myc-His | Invitrogen | V80020 | 将插入片段(小鼠 CrkI 和 CrkL cDNA)克隆到其中的载体 |
| pFLAG-CMV-5a | Millipore Sigma | E7523 | FLAG 表位标签来源 |
| 苯酚:氯仿:异戊醇 | Sigma | P2069 | 用于 DNA 提取 |
| PmeI | New England BioLabs | R0560L | 用于线性化用于 mRNA 合成的质粒 |
| Poly(A) 加尾试剂盒 | Invitrogen | AM1350 | 用于 poly(A) 尾反应 |
| 聚苯乙烯组织培养皿(100 x 20 mm 型) | 康宁 | 353003 | 用于转染 |
| 前的细胞培养聚苯乙烯组织培养皿(35 x 10 mm 型) | 康宁 | 353001 | 用于培养转染细胞 |
| 蛋白酶 K | Invitrogen | 25530049 | 用于去除反应混合物中的蛋白质 |
| 净化器 Axiom II 类,C1 型 | Labconco Corporation | 304410001 | 用于细胞无菌处理的生物安全柜 |
| 重悬缓冲液 R | ThermoFisher Scientific | 电穿孔试剂盒中包含的缓冲液 MPK1025 和 MPK10096。缓冲液用于在电穿孔前重新填充细胞,其组成是专有信息。 | |
| RNaseZap | Invitrogen | AM9780 | RNA 去污溶液 |
| Scepter | Millipore | C85360 | 手持式自动细胞计数仪 |
| ScriptCap 2'-O-甲基转移酶试剂盒 | Cellscript | C-SCMT0625 | 用于加帽反应 |
| ScriptCap m7G 加帽系统 | Cellscript | C-SCCE0625 | 用于加帽反应 |
| 十二烷基硫酸钠溶液 | Invitrogen | 15553-035 | 用于蛋白酶 K 反应的去污剂 |
| Sorvall Legend XT 离心 | 机Thermo Scientific | 75004532 | 台式离心机离心 |
| 胰蛋白酶-EDTA | Gibco | 25300-054 | 用于细胞 |
| U-118MG 的解离 | ATCC | HTB15 | 来源于人胶质母细胞瘤患者的贴壁细胞系 |
| 黏着斑蛋白 | 抗体Sigma | V9131 | 用于检测黏着斑蛋白(稀释度 1:100,000) |
| xCELLigence RTCA DP | Agilent Technologies, Inc | 380601050 | 用于实时细胞分析 |
| 的仪器1各种细胞系的电穿孔参数和其他相关信息可在制造商的主页上找到 (https://www.thermofisher.com/us/en/home/life-science/cell-culture/transfection/neon-transfection-system/neon-transfection-system-cell-line-data.html?)。 |