Combinaison d’un actionneur de force magnétique 3D et d’une imagerie par fluorescence multifonctionnelle pour étudier la mécanobiologie du noyau

Miao Huang; Heyang Wang; Alfredo A. Delgado; Tyler A. Reid; Julian Long; Shu Wang; Hayley Sussman; Juan Guan; Hitomi Yamaguchi; Xin Tang

doi:10.3791/64098

Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.

Article de méthode

Combinaison d’un actionneur de force magnétique 3D et d’une imagerie par fluorescence multifonctionnelle pour étudier la mécanobiologie du noyau

2.4K vues

⸱

DOI :

10.3791/64098

⸱

5 juillet 2022

Miao Huang¹^,⁵ , Heyang Wang¹^,⁵ , Alfredo A. Delgado¹ , Tyler A. Reid¹ , Julian Long² , Shu Wang³^,⁵ , Hayley Sussman⁴ , Juan Guan⁵^,⁶^,⁷ , Hitomi Yamaguchi¹ , Xin Tang¹^,⁵^,⁸^,⁹

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Herbert Wertheim College of Engineering, University of Florida, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Florida, ³Department of Biostatistics, University of Florida, ⁴Department of Biomedical Engineering, College of Engineering (COE), University of Delaware (UD), ⁵UF Health Cancer Center, University of Florida, ⁶Department of Physics, College of Liberal Arts and Sciences, University of Florida, ⁷Department of Anatomy and Cell Biology, College of Medicine, University of Florida, ⁸J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering, University of Florida, ⁹Department of Physiology and Functional Genomics, University of Florida

Dans cet article

Résumé

Cette étude présente un nouveau protocole pour appliquer directement une force mécanique sur le noyau cellulaire par le biais de microbilles magnétiques livrées dans le cytoplasme et pour effectuer simultanément l’imagerie fluorescente de cellules vivantes.

Résumé

Une question fondamentale en mécanobiologie est de savoir comment les cellules vivantes perçoivent les stimuli mécaniques extracellulaires dans le contexte de la physiologie et de la pathologie cellulaires. On pense que la mécano-sensation cellulaire des stimuli mécaniques extracellulaires se fait à travers les récepteurs membranaires, le complexe protéique associé et le cytosquelette. Les progrès récents de la mécanobiologie démontrent que le noyau cellulaire du cytoplasme lui-même peut détecter indépendamment simultanément les stimuli mécaniques. Cependant, une compréhension mécaniste de la façon dont le noyau cellulaire détecte, transduit et répond aux stimuli mécaniques fait défaut, principalement en raison des défis techniques liés à l’accès et à la quantification de la mécanique du noyau par des outils conventionnels. Cet article décrit la conception, la fabrication et la mise en œuvre d’un nouvel actionneur de force magnétique qui applique des stimuli mécaniques 3D précis et non invasifs pour déformer directement le noyau cellulaire. En utilisant des cellules modifiées par CRISPR/Cas9, cette étude démontre que cet outil, combiné à l’imagerie confocale fluorescente à haute résolution, permet la révélation de la dynamique en temps réel d’une protéine associée oui (YAP) mécano-sensible dans des cellules individuelles en fonction de la déformation du noyau. Cette méthode simple a le potentiel de combler le fossé technologique actuel dans la communauté de la mécanobiologie et de fournir des réponses au manque de connaissances qui existe dans la relation entre la mécanotransduction du noyau et la fonction cellulaire.

Introduction

Cette étude vise à développer et à appliquer une nouvelle technique pour élucider la mécanobiologie du noyau en combinant les actionneurs magnétiques qui appliquent une force mécanique directement sur le noyau cellulaire et la microscopie confocale à fluorescence qui imagera simultanément les changements subcellulaires structurels et fonctionnels. Les cellules détectent les signaux biophysiques extracellulaires, y compris la rigidité tissulaire ^1,2,3,4, la pression du fluide interstitiel et la contrainte de cisaillement