אנו מתארים טכניקה למדידה בו-זמנית של קינטיקה של קשירת קולטן-ליגנד יחיד מווסתת כוח והדמיה בזמן אמת של איתות סידן בלימפוציט T יחיד.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
אנו מתארים טכניקה למדידה בו-זמנית של קינטיקה של קשירת קולטן-ליגנד יחיד מווסתת כוח והדמיה בזמן אמת של איתות סידן בלימפוציט T יחיד.
אינטראקציות קולט יגנד קרום לתווך רבים תפקודים תאיים. קינטיקה כריכה ואיתות במורד הזרם מופעלת על ידי אינטראקציות מולקולריות אלה צפויים מושפעות מהסביבה המכנית שבו מתקיים מחייב ואיתות. מחקר שנערך לאחרונה הוכיח כי כוח מכאני יכול לווסת הכרת אנטיגן על ידי ומפעילה של קולט T-cell (TCR). זה התאפשר על ידי טכנולוגיה חדשה שפיתחנו ובדיקת כוח biomembrane הקרינה termed (fBFP), המשלבת כוח ספקטרוסקופיה מולקולה בודדת עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי. שימוש בתאי דם אולטרה רך אנושיים אדומים כחיישן רגיש הכוח, טכניקות מעקב הדמיה מצלמה במהירות גבוהה וזמן אמת, fBFP הוא של ~ 1 PN (10 -12 N), ~ 3 ננומטר ו~ 0.5 msec ב כוח, רזולוציה מרחב ובזמן. עם fBFP, אפשר למדוד בדיוק קינטיקה יחידה קולט ליגנד מחייבת לפי תקנת כוח וקאל תאיים בו זמנית תמונה מופעלת מחייבתcium איתות על תא חי בודד. טכנולוגיה חדשה זו יכולה לשמש כדי לחקור את האינטראקציה אחרת קרום קולט ליגנד ואיתות בתאים אחרים לפי תקנה מכאנית.
תא אל תא ותא אל תאית מטריצת הידבקות (ECM) מתווכת על ידי מחייב בין קולטני תא שטח, חלבוני ECM, ו / או שומנים 1. כריכה מאפשרת לתאים כדי ליצור מבנים פונקציונליים 1, כמו גם להכיר, לתקשר, ומגיבים לסביבה 1-3. בניגוד לחלבונים מסיסים (למשל, ציטוקינים וגורמי גדילה) לאגד שמשלושה ממדים (3D) בשלב נוזל על קולטני תא השטח, קולטני הידבקות התא ליצור קשרים עם ligands שלהם על פני פער junctional צר לגשר שני משטחים מנוגדים המגבילים מולקולרי דיפוזיה בממשק שני ממדים (2D) 4-7. בניגוד לקינטיקה 3D הנמדדים בדרך כלל על ידי מבחני מסורתיים מחייבים (לדוגמא, תהודת plasmon פני השטח או SPR), יש לי קינטיקה 2D ל לכמת עם טכניקות מיוחדות כגון מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) 8-10, תא זרימת 11,12, micropipette 13,14, אופטיפינצטה 15 ובדיקת כוח biomembrane (BFP) 16-21.
יותר מאשר רק לספק הצמדה פיזית ללכידות סלולריות, מולקולות הידבקות הן מרכיב עיקרי במכונות האיתות לתא כדי לתקשר עם סביבתו. יש כבר התעניינות גוברת בהבנה כיצד אירוסין יגנד של מולקולות הדבקה יוזם איתות וכיצד האות הראשונית transduced בתוך התא תאיים. באופן אינטואיטיבי, מאפיינים של קולט ליגנד מחייב יכול להשפיע על האותות שהיא גורמת. עם זאת, קשה לנתח יחסים מכניסטית בין האינטראקציה תאית ואירועי איתות תאיים באמצעות הרכב מסורתי של מבחני ביוכימיים בגלל המגבלות שלהם רבות, לדוגמא, רזולוציה של זמן עני וחוסר ברזולוציה מרחבית המלא. קיימים שיטות שתאפשרנה לשני (קולטן ליגנד 2D מחייב קינטיקה) biophysical ותצפיות ביוכימי (איתות) בשידור חיתאים כוללים מצעים של קשיחות מתכונן 22, מערכי עמוד אלסטומר 23 והתקני תא זרימה / microfluidic משולבים עם יכולת הקרינה 24-26. עם זאת, קריאות של איתות והקולט ליגנד המחייב יש לקבל בנפרד (לרוב על ידי שיטות שונות), ולכן קשה לנתח את יחסי זמן ומרחב של מאפייני קשר עם אירועי איתות.
BFP הקונבנציונלי הוא ספקטרוסקופיה כוח רגישה עם רזולוציה גבוהה spatiotemporal 17. היא משתמשת בתא גמיש דם אדום (RBC) כחיישן כוח, המאפשרת מדידה של קינטיקה מולקולה בודדת 2D, תכונות מכאניות ושינויי קונפורמציה 14,16,19-21,27-29. BFP מבוסס הדמיה ניאון (fBFP) קורלציה קינטיקה מחייבת קולט ליגנד עם איתות התא-מופעל מחייב בקנה מידת מולקולה בודדת. עם ההגדרה הזאת, בפעילויות איתות תא אתר בהקשר של mechani המשטחגירוי קאל נצפה בתאי T 27. FBFP הוא תכליתי ויכול לשמש למחקרים של הידבקות תא ואיתות בתיווכו של מולקולות אחרות בתאים אחרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה כדלקמן הנחיות ואושר על ידי ועדת האתיקה של מחקר האנושי גאורגיה מכון טכנולוגי.
1. בידוד RBCs האדם, biotinylation וosmolarity התאמה
הערה: שלב 1.1 צריכה להתבצע על ידי איש מקצוע כגון אחות רפואית מיומן, עם מועצה לביקורת מוסדית אישרה פרוטוקול.
2. זכוכית ביד Silanization
3. חרוז Functionalization
4. תא הכנה
הערה: כדי לטהר את התאים, בצע את פרוטוקולי טיהור תא סטנדרטיים המתאימים לסוג של תאים בשימוש, למשל תאי T 27 או שורות תאים מסוימות 21,29.
5. הכנה לMicropipettes ולשכה סלולארי
6. ניסוי BFP

תמונת סקירה של מערכת חומרת fBFP הרכבה fBFP (): איור 1.. ציור סכמטי של מערכת חומרת fBFP (B). המערכת הכפולה-פקה "DC2" (כתום) על שהמצלמה במהירות גבוהה (הכחולה) ומצלמה הקרינה (לבן) היו רכובים (C). הבמה מיקרוסקופ שמתאים את עצמו תא ניסוי ושלוש מערכות המניפולציה micropipette (ד '). (E ו- F) micrographs של הגדרת BFP בתא ניסוי. (R הנמוך (E) Micropipettes הרכבה מראה פיפטה הבדיקה (משמאל), פיפטה היעד (ימנית עליון) ופיפטה עוזרight). מיקום חרוז (F) Probe. חרוז בדיקה היה שהופעל על ידי פיפטה עוזר ומחובר לשיא RBC ליצירת בדיקה כוח. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2:. תכנית BFP ומחזור הבדיקה שלה () וידאו-מיקרוסקופ מתאר בדיקה כוח (משמאל) ויעד תא T (מימין) להישאף על ידי החללית שלהם בהתאמה pipettes.The הנייחת כוח מורכב של RBC נפוח ומצורף חרוז נושאות יגנד. קולט נושאותT-cell (יעד) הוא רכוב על piezotranslator מיושר הפוך לבדיקה. ההחזר על ההשקעה מצויינים בירוק. גשש הקצה מסומן בקו כחול. הכנס מתאר את יגנד (pMHC, צד חרוז) וקולט (TCR, צד T-cell) זוג על שני המשטחים המנוגדים באזור המסומן בכתום. פרופיל עוצמת קצה חרוז ב( א) (ב). אזור ROI ב-direction x הוא להתוות כx -axis (במספר הפיקסלים) ועוצמת האור (בערך סולם אפור) בממוצע על ידי binning 30 פיקסלים לאורך -direction y. (ג) הסטייה של RBC ואת עמדתו של חרוז והיעד (T-cell) במחזור בדיקה של assay כוח המהדק. קווים מקווקווים האנכיים ואופקיים לציין את מיקום אפס הכוח של קודקוד RBC וכמובן הזמן, בהתאמה. גשש קו קצה עיוות RBC מוצג בכחול בכל לוח. אותו עדיין פחות צעדים שאומצו בתדירות הידבקותassay (שחסר את הצעדים של "מהדק" ו- "לנתק") וassay תנודות תרמית (שחסר את הצעד של "לנתק").

7. הקרינה BFP ניסוי (fBFP)
ניתוח נתונים 8.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טכניקת BFP הייתה חלוץ ידי המעבדה אוונס בשינה 1995 17. כלי picoforce זה כבר נעשה שימוש נרחב כדי למדוד אינטראקציות של חלבונים משותקים על משטחים, כדי לנתח את קינטיקה דו-ממדית של מולקולות הדבקת אינטראקציה עם ligands 16,19,20, 30, למדוד גמישות מולקולרית 21,29, וכדי לקבוע קונפורמציה החלבון משתנה 21. לfBFP, סט נוסף של מכשירים הקשורים לעלית הקרינה עם מערכת התוכנה המתאימה (טבלת 1) מתווסף (איור 1 א - ג).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניסוי מוצלח fBFP כרוך כמה שיקולים קריטיים. ראשית, לחישוב הכוח להיות אמין, micropipette, RBC, וחרוז הבדיקה צריך להיות מיושר כקרוב לקואקסיאלי ככל האפשר. ההשלכה של RBC בתוך פיפטה צריכה להיות על אחד קוטר פיפטה הבדיקה כך שהחיכוך בין RBC ופיפטה הוא זניח. לRBC האנושי טיפוסי, קוטר פיפטה האופטימלי הוא 2.0-2.4 מיקרומטר, אשר מניב הטוב ביותר בכושר של משוואת 1 17,30. שנית, על מנת להבטיח מדידות בassay כוח המהדק וassay תנודות התרמית הן בעיקר לקשרים יחידים, תדירות הידבקות של מתחת 20% י...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקרים הקשורים למאמר זה ולפיתוח טכנולוגיית fBFP במעבדת Zhu נתמכו על ידי מענקי NIH AI044902, AI077343, AI038282, HL093723, HL091020, GM096187 ו-TW008753. אנו מודים לאוון אוונס על המצאת הכלי הניסיוני המעצים הזה, ולחברי מעבדת אוונס, אנדרו לאונג, קוג'י קינושיטה, ווסלי וונג וקן הלבורסן, על שעזרו לנו לבנות את ה-BFP. אנו מודים גם לחברי מעבדת ג'ו אחרים, פאנג קונג, צ'נגהאו גה וקאיטאו לי, על עזרתם בפיתוח המכשור.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| נתרן פוספט מונוהידראט מונוהידראט (NaH2PO4 • H2O) | Sigma-Aldrich | S9638 | הכנת מאגר פוספט |
| Anhy. נתרן פוספט דו-בסיסי (Na2HPO4) | Sigma-Aldrich | S7907 | הכנת מאגר פוספט |
| נתרן פחמתי (Na2CO3) | Sigma-Aldrich | S2127 | הכנת בופר קרבונט/ביקרבונט |
| נתרן ביקרבונט (NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S5761 | קרבונט/ביקרבונט הכנת חיץ |
| נתרן כלורי (NaCl) | סיגמא-אולדריץ' | S7653 | הכנת חיץ N2-5% |
| אשלגן כלורי (KCl) | סיגמא-אולדריץ' | P9541 | N2-5% הכנת חיץ |
| אשלגן פוספט מונו-בסיסי (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655 | N2-5% הכנת חיץ |
| סוכרוז | סיגמא-אולדריץ' | S0389 | N2-5% הכנת חיץ |
| MAL-PEG3500-NHS | JenKem | A5002-1 | פונקציונליזציה של חרוזים |
| ביוטין-PEG3500-NHS | JenKem | A5026-1 | ביוטינילציה של RBC |
| ניסטטין | Sigma-Aldrich | N6261 | התאמת אוסמולריות RBC |
| אמוניום הידרוקסיד (NH4OH) | Sigma-Aldrich | A-6899 | חרוז זכוכית סילניזציה |
| מתנול | BDH | 67-56-1 | סילאניזציה של חרוזי זכוכית |
| 30% מי חמצן (H2O2) | J. T. Barker | Jan-86 | סילאניזציה של חרוזי זכוכית |
| חומצה אצטית (קרחון) | Sigma-Aldrich | ARK2183 | סילאניזציה של חרוזי זכוכית |
| 3-Mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) | Uct Specialties, LLC | 4420-74-0 | פונקציונאליות חרוזי זכוכית |
| בורוסיליקט חרוזי זכוכית | טכנולוגיית חלקיקים Distrilab | 9002 | פונקציונליזציה של חרוזי זכוכית |
| Streptavidin− Maleimide | Sigma-Aldrich | S9415 | פונקציונליזציה של חרוזי זכוכית |
| BSA | Sigma-Aldrich | A0336 | ליגנד פונקציונליזציה |
| Fura2-AM | Life Technologies | F-1201 | טעינת צבע סידן פלואורסצנטי תוך תאי |
| דימתיל סולפוקסיד (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650 | טעינת צבע סידן פלואורסצנטי תוך תאית |
| חרוזי Quantibrite PE | BD Biosciences | 340495 | כימות צפיפות |
| זרימה ציטומטר | BD Biosciences | BD LSR II | כימות צפיפות |
| צינור נימי 0.7-1.0 מ"מ x 30 אינץ' | Kimble Chase | 46485-1 | מיקרופיפטה עושה |
| חולץ מיקרופיפטה בוער/חום | P-97 | מיקרופיפטה עושה | |
| פיפטה מיקרו-כוח | Narishige | MF-900 | מיקרופיפטה ייצור |
| שמן מינרלי | פישר מדעי | BP2629-1 | מכלול תא |
| כיסוי מיקרוסקופ זכוכית | פישר מדעי | 12-544-G | מכלול תא |
| מיקרו-מזרק | מכשירים מדויקים עולמיים | MF34G-5 | מכלול תא |
| 1 מ"ל מזרק | BD | מכלול תא | 309602 |
| מחזיק מיקרופיפטה | Narishige | HI-7 | מכלול תא |
| חלקים מכניים ומתאמים בעיצוב ביתי באמצעות עיבוד CNC. | מכשיר ביופיזיקה | כל החלקים מותאמים אישית על פי עיצובי ה-CAD. | מערכת BFP |
| מיקרוסקופ (TiE הפוך) | מערכת Nikon | MEA53100 | BFP |
| Objective CFI Plan Fluor 40x (NA 0.75, WD 0.72 מ"מ, Spg) | מצלמת | מערכת Nikon MRH00401 BFP | |
| , GE680, 640 x 480, GigE, 1/3 אינץ' CCD, מונו-Graftek | Imaging | 02-2020C | מערכת BFP |
| Prosilica GC1290 - ICX445, 1/3 אינץ', C-Mount, 1280 x 960, מונו., CCD, 12 סיביות ADC | Graftek Imaging | 02-2185A | BFP מערכת |
| בדיקה תת-מיקרונית ידנית עם שלט רחוק ברזולוציה גבוהה | מערכת Karl Suss | PH400 | BFP |
| שולחן נגד רעידות (5 'x 3') | מערכת TMC | 77049089 | BFP |
| שלב תרגום ידני תלת מימד | ניופורט | 462-XYZ-M | |
| תוכנת CAD תלת מימדית | של SolidWorks SOLIDWORKS Corp. | גרסה 2012 מערכת SP5 | BFP |
| תוכנת LabVIEW | מכשירים לאומיים | גרסה 2009 | מערכת BFP, תוכנית BFP |
| שלב תרגום פייזו תלת מימד | Physik Instrumente | M-105.3P | מערכת BFP |
| אקוטור פיזו ליניארי | Physik Instrumente | P-753.1CD | מערכת BFP |
| Micromanager | גרסה 1.4 | מערכת fBFP, פלואורסצנטי תוכנית הדמיה | |
| מצלמת כפולה (DC-2) | מערכת פוטומטריה | 77054724 | fBFP |
| מסנן פליטת מצלמה כפולה (T565LPXR) | פוטומטריה | מערכת 77054725 fBFP | |
| מצלמת פלואורסצנטי | Hamamatsu | ORCA-R2 C10600-10B | מערכת fBFP |
| סרט פרפין מפלסטיק (Parafilm) | Bemis Company, Inc | PM996 | איטום בקבוקים |
| קרבונט/ בופר ביקרבונט (pH 8.5) | 8.4 גרם/ליטר נתרן פחמתי (Na2CO3), 10.6 גרם/ליטר נתרן ביקרבונט (NaHCO3) | ||
| בופר פוספט (pH 6.5-6.8) | 27.6 גרם/ליטר NaPhosphate monobasic (NaH2PO4 • H<תת>2O), 28.4 גרם/ליטר אנהי. NaPhosphate dibasic (Na2HPO4) | ||
| N2-5% buffer (pH 7.2) | 20.77 גרם/ליטר אשלגן כלורי (KCl), 2.38 גרם/ליטר נתרן כלורי (NaCl), 0.13 גרם/ליטר אשלגן פוספט מונו-בסיסי (KH2PO4), 0.71 גרם/ליטר אנהי. נתרן פוספט דו-בסיסי (Na2HPO4), 9.70 גרם/ליטר סוכרוז |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה