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Se requieren contactos adhesivas estable entre las células y su matriz extracelular circundante para el mantenimiento de la homeostasis del tejido. Por ejemplo, la adhesión celular endotelial a la matriz subendotelial en los vasos sanguíneos desempeña un papel crítico en el mantenimiento de la integridad de la capa endotelial y su función homeostática como una barrera vascular reguladora, semi-permeable 1. El citoesqueleto de actina está acoplado mecánicamente al adhesivo moléculas de la matriz en los sitios de adhesión célula-matriz y los contactos de adhesivo en la interfase célula-matriz desempeñar un papel importante en la determinación de la posición de la membrana celular mediante la resistencia a fuerzas de tracción de actomiosina centralmente dirigidas. Estímulos extracelulares que alteran la adhesión célula-matriz alterar necesariamente el equilibrio de fuerzas en la interfase célula-matriz, un evento que es rápidamente "sintieron" por proteínas de señalización mecano-sensible, lo que resulta en la transducción de "afuera hacia adentro de señalización". Esta apuesta cruzada hablarween células y su matriz extracelular circundante juegan un papel clave en el control de la forma celular, la motilidad, la función, la proliferación y la supervivencia 2.
Procesos fisiopatológicos diversos (desarrollo embrionario, la inflamación, la reparación de heridas y la metástasis del cáncer) se caracterizan por la remodelación dinámica de sustratos de matriz adhesiva por oxidantes y / o enzimas que degradan la matriz 3,4. Por ejemplo, adhesivo de proteínas de la matriz subendotelial en los vasos sanguíneos (por ejemplo, fibronectina) están implicados como los principales objetivos para la modificación o degradación en las enfermedades inflamatorias humanos debido a la producción localizada de oxidantes reactivos (por ejemplo, ácido hipocloroso, HOCl) por la enzima derivadas de leucocitos mieloperoxidasa (MPO), que se acumula dentro de la subendotelio vascular durante la enfermedad inflamatoria (Figura 1) 5-9. Los cambios en la adhesión célula-matriz inducidos por oxidantes derivados de MPO y otros estímulos de matriz modificadores son likEly jugar un papel importante en la alteración de la homeostasis vascular durante una variedad de procesos patológicos, por ejemplo, mediante la alteración de la señalización celular endotelial, morfología y viabilidad, que a su vez perturba la función endotelial y la integridad de la barrera. Sin embargo, las respuestas de señalización morfológicos y celulares de las células adherentes a las modificaciones de la matriz extracelular sólo están empezando a ser entendido.
Para entender cómo las modificaciones de la matriz coche cambios en la dinámica de adhesión celular y vías de señalización celular de adhesión dependiente, se requieren técnicas que cuantificar con precisión los cambios en la adhesión célula-matriz en tiempo real, con alta resolución temporal. A continuación, describimos impedancia de la célula-sustrato complementaria y técnicas de imágenes de células vivas que cumplen estos criterios y proporcionar una plataforma para cuantificar la adhesión celular y los procesos de-adhesión de una manera no invasiva.
Mostramos cómo éstos impedancia célula-sustrato y en directo apro imágenes de célulasdolores se pueden emplear fácilmente para (i) controlar la dinámica de la unión celular y la propagación (es decir, de novo de adhesión celular) sobre sustratos de matriz nativos y modificados y (ii) para medir la dinámica de desprendimiento de las células de la matriz (es decir, de-adhesión ) por las células adherentes expuestos a estímulos matriz modificadores. El sistema xCELLigence célula-sustrato impedancia de biosensor proporciona una medición continua de la zona de contacto célula-matriz mediante la cuantificación de impedancia eléctrica en la superficie de 96 pocillos arrays de microelectrodos de oro y expresa estas mediciones de impedancia eléctrica como "índice de célula, un valor adimensional que es en gran parte proporcional al área de contacto célula-sustrato 10 (Figura 2), mientras que también es sensible a los cambios en la distancia media entre la (aislante) membrana celular y la superficie del electrodo 11. También se consigue un aumento adicional de los valores del índice de células en la formación de apretado contactos célula-célula del that restringir los flujos actuales paracelulares, 11 condiciones que no prevalecen dentro de los experimentos descritos en este estudio. Medición del área proyectada de las células individuales en el tiempo por análisis de imágenes de contraste de interferencia diferencial de lapso de tiempo (DIC) películas proporciona una medida complementaria de los cambios en el área de contacto célula-sustrato y proporciona información adicional con respecto a la naturaleza exacta y la dinámica de la cambios morfológicos cuantificados por el enfoque de impedancia de la célula-sustrato.
Específicamente, se describe la aplicación de estos enfoques para supervisar cómo oxidación de proteínas de la matriz subendotelial adhesivas (por ejemplo, fibronectina) (i) mediada por MPO reduce la adhesión de novo de las células endoteliales en suspensión en fibronectina purificada y (ii) desencadena célula-matriz de -adhesion en las células endoteliales con la adhesión establecido en la fibronectina. Mediante la realización de la señalización celular paralelo analiza en el tiempo utilizando biochem relevanteensayos de cos (por ejemplo, transferencia de Western), las relaciones temporales y causales entre los procesos de adhesión / DE-adhesión y los cambios asociados en los eventos de señalización celular de adhesión dependiente se puede determinar.
Estos enfoques han usado recientemente para demostrar que la oxidación de la matriz extracelular catalizada por depósitos subendoteliales de MPO activa una rápida pérdida en la adhesión célula-matriz de las células endoteliales que es impulsado por las fuerzas de pre-existentes contráctiles actomyosin 9. Es importante destacar que, al permitir que la relación temporal entre cambios tanto en la adhesión celular y la adhesión celular dependiente de señalización que se determine, estos enfoques identificados que modificación de la matriz inducida por MPO y celular de-adhesión desencadena cambios en importantes vías de señalización celular de adhesión dependiente incluyendo Src quinasa fosforilación paxilina -dependiente y cadena ligera de miosina II fosforilación (Figura 1) 9. Este modo de señalización redox dependientes, involving la activación de los eventos de señalización intracelular por reacciones oxidativas extracelulares que romper la adhesión célula-matriz, representa un nuevo modo de señalización celular denomina "fuera-en la señalización redox" (Figura 1) 9.
En general, estos complementaria biosensor impedancia de la célula-sustrato y enfoques imágenes de células vivas deben ser valiosa para revelar cómo los diferentes estímulos o agentes modificadores de la matriz coche cambios en la dinámica de adhesión celular, la morfología y la señalización dentro de diferentes tipos de células adherentes sujetos a una amplia variedad de parámetros experimentales.
El siguiente protocolo describe cómo cuantificar el impacto de la oxidación matriz mediada por MPO de novo adhesión de células endoteliales (Experimento 1) y la célula procesos de adhesión endotelial (2 Experimento). MPO se une ávidamente a la fibronectina y otras proteínas de la matriz extracelular subendotelial adhesivas y nosotroses peróxido de hidrógeno (H 2 O 2) para convertir los iones de cloruro (Cl -) para el oxidante de cloración ácido hipocloroso altamente reactivo (HOCl), que reacciona localmente con estas proteínas de la matriz y altera sus propiedades adhesivas celular (Figura 1) 8,9, 12.