July 29th, 2018
このプロトコルでは生きている細胞の核に直接制御力を適用するマイクロ ピペット法について述べる。このアッセイでは、生活、付着性の細胞で核の力学特性の尋問をことができます。
この方法は、原子力力学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。例えば、細胞内の核を変形させるのに必要な力はどれくらいですか?細胞および核成分は、変形に対する核抵抗性にどのような役割を果たしていますか?
それとも、細胞構造との核結合は細胞の種類によって異なりますか?この技術の主な利点は、プロービング力を適用して、生きた接着細胞内の統合核細胞骨格を変形させることができることです。この方法は、NIH-3T3細胞の核機械的特性に関する洞察を提供するために使用されてきましたが、Hutchinson-Gilford老人細胞の核機械的特性の調査など、あらゆる接着細胞タイプにも適用できます。
この手順を開始するには、35ミリメートルのガラス底皿に5マイクログラム/ミリリットルのフィブロネクチンをコーティングします。次に、10%ドナーウシ血清と1%ペニシリン-ストレプトマイシンを添加したDMEMでNIH 3T3線維芽細胞を、コーティングされた皿上で37°Cで所望の合流性になるまで培養します。実験の直前に、PBSで細胞を2回洗浄し、続いて完全増殖培地で1回洗浄します。
その後、ガラス底皿に3ミリリットルの完全成長培地を加えます。この手順では、マイクロインジェクターの電源を入れます。液浸油スポイトを使用して、対物レンズに液浸油を一滴垂らします。
次に、ディッシュをディッシュホルダーにしっかりと固定し、ディッシュホルダーをステージにロードします。実験中は、細胞を摂氏37度、二酸化炭素5%に維持する必要があることに注意してください。次に、対物レンズの高さを調整して、セルに焦点を合わせます。
顕微鏡ステージを動かして、目的の細胞を見つけます。マイクロマニピュレーターを使用して、ピペットホルダーを最も高い位置に移動します。その後、直径0.5マイクロメートルのチップが付いたマイクロピペットをピペットホルダーにロードします。
次に、ファインコントロールを調整して、対物レンズの焦点面を平面Aより上に、セルの上部を平面Bに上げます。次に、マイクロマニピュレータを粗い制御位置にセットします。マイクロピペットのシルエットを観察しながら、マイクロピペットに完全にピントが合うまで、マイクロピペットをゆっくりと平面Bまで下げます。
マイクロピペットの先端にピントが合ったら、マイクロマニピュレーターを微調整に設定します。次に、対物レンズを細胞の赤道面まで下げ、マイクロピペットをその約15マイクロメートル上に下げます。マイクロインジェクターの補償圧力を希望の圧力に設定します。
圧力が安定するまで数秒待ちます。ピペットの先端が壊れたり詰まったりしていないか確認することが重要です。そうしないと、力の測定が不正確になります。マイクロマニピュレーターパネルのクリーンセッティングを使用してマイクロピペットが詰まっていないことを確認し、マイクロピペットの先端から気泡が出てくることを確認してください。
次に、マイクロピペットの先端を核表面に軽く触れるまで細胞に挿入します。マイクロピペットの先端と核膜の間にシールを作り、圧力供給チューブをマイクロインジェクションシステムから外し、マイクロピペットの端を大気に開きます。このステップにより、原子核表面の補償圧力に等しい負圧が発生します。
次に、画像収集ソフトを開きます。画像収集ソフトウェアで、ビデオ用のAVI集録または画像のND集録を設定します。次に、対応する蛍光イメージングチャンネルに切り替えて、イメージングを開始します。
核がマイクロピペットから離れるまで、マイクロピペットの先端を細胞の本体から離します。この図は、NIH 3T3マウス線維芽細胞核の強制力を示しています。マイクロピペットの先端が右に移動すると、核が変形し、最終的にはマイクロピペットの先端から外れます。
原子核の長さひずみは、吸引力の増加とともに増加することがわかります。原子核の前縁は核の突起を形成し、後縁は元の位置から変位します。突起の長さは後縁の変位よりもはるかに大きく、核と周囲の細胞質との間に密接な統合があることを示唆しています。
時間スケールは、核前端と核後端の緩和の略です。直接力プローブを使用して、核内および細胞骨格構造の変形に対する核の抵抗への寄与を決定しました。蛍光画像は、示された条件での前後の核のオーバーレイを示しました。
F-アクチン破壊または微小管破壊後に核の変形または翻訳に有意な差は見られませんでしたが、siRNAベースのノックダウンによってメンテンの発現を減少させると、核の翻訳と変形が有意に増加しました。このことは、線維芽細胞のメンテン中間フィラメントが、核が局所的な力に抵抗するのを助けた主要な細胞骨格要素であることを示唆しています。このビデオを見れば、生きた接着細胞の核に制御された既知の力を加える方法についてよく理解できるはずです。
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このプロトコルは、生細胞の核に制御された力を適用するためのマイクロピペット法を説明し、接着細胞の核の機械的特性の調査を可能にします。
Understanding nuclear mechanical properties is critical for assessing cellular responses to mechanical stress in disease models and drug screening. The direct force probe enables quantitative measurement of nucleo-cytoskeletal integration, providing mechanistic insights that support target validation in fibrosis, cancer, and laminopathies. This approach enhances predictive confidence by linking subcellular mechanics to phenotypic outcomes in adherent cell systems.
The direct force probe fits within early discovery workflows by providing biomechanical readouts that inform target validation and assay development prior to compound screening.