Name: イメージング インテグリン張力と細胞の力でサブミクロン解像度統合テンション センサーで (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: 学ぶDNAベースの統合張力センサー（ITS）を用いた細胞力の蛍光顕微鏡イメージング法。サブミクロン解像度とピコニュートン感度でインテグリン張力を可視化し、細胞接着や遊走の力学的メカニズムを解析する。

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この作品は、アイオワ州立大学によって提供されるによって、国立医学研究所の一般的な (R35GM128747) スタートアップ資金によって支えられました。

ここで説明するすべての方法は、制度的動物ケアおよび使用委員会 (IACUC、8-16-8333-I) アイオワ州立大学によって承認されています。
1. 統合張力センサーの合成
<ol><li>カスタマイズして、見出された環状 Ssdna (材料の表を参照) を注文します。 注: 一本鎖 Dna シーケンスは次のとおりです。上の鎖は/5ThioMC6-D/GGG AGG ACG CAG CGG GCC/3BHQ_2/です。下の鎖は次のとおりです。 12 pN ITS: GGC CCG CTG CGT CCT CCC/3Bio//5Cy3/ 23 pN ITS: GGC CCG CTG CGT CC/iBiodT//5Cy3/CCC 33 pN ITS:/5Cy3/GGC CCG CTG CG/iBiodT/CCT CCC 43 pN ITS:/5Cy3/GGC CCG C/iBiodT/G CGT CCT CCC 54 pN ITS:/5Biosg//iCy3/GGC CCG CTG CGT CCT CCC ここでは、/5ThioMC6-D/5' 端にチオール修飾 C6 S (ジスルフィド結合) を表します。/3BHQ_2/は、3' 末端にブラック ホールを癒す 2 を表します。/3Bio/5Biosg/と/iBiodT/は、それぞれ内部の DNA のチミン、最後に 3'、5' 端、ビオチン化です。/iCy3/は、ssDNA の内部バックボーンに挿入される Cy3 を表します。これらのコードはここで使用される特定の商業製造業者によって使用され、他の DNA の会社で異なる場合があります。</li>
	<li>SH ssDNA クェンチャーに共役 RGD ペプチド。 注: 使用する試薬は、リン酸緩衝生理食塩水 (PBS)、sulfosuccinimidyl 4-(N maleimidomethyl) シクロヘキサン-1-カルボン酸 (スルホ SMCC)、RGD ペプチドとトリス - 2 カルボキシエチルリジン ホスフィン塩酸塩として知られている TCEP HCl。<ol>
<li>TCEP 溶液を用いた上部鎖 DNA のチオール修飾を deprotect します。 注: 商業ソースから注文したチオール修飾 Dna は、RGD DNA 活用前に減らす必要があるジスルフィド結合によって保護されて硫黄原子の酸化型で出荷されます。TCEP はチオールの脱保護に使用される無臭化試薬です。<ol>
<li>水の 300 μ L で TCEP HCl の 14.3 mg を溶解します。PH 試験紙を使用して ~7.2–7.4 に 1 M 水酸化ナトリウム溶液 (約 150 μ L) の TCEP 溶液の pH を調整します。0.5 mL の最終巻を作るために純粋な水を追加します。最終的な TCEP 濃度は 100 mM です。 注: 新鮮な DNA チオール脱保護について毎回 TCEP ソリューションを確認することをお勧めします。長い間 TCEP ソリューションをストッキングは避けてください。</li>
			<li>TCEP ソリューションに 0.5 M エチレンジアミン四酢酸 (EDTA) 溶液を 100 μ l 添加し、水を 400 μ L を追加します。</li>
			<li>TCEP + EDTA 溶液 10 μ L を 1 mM チオール-DNA-BHQ2 PBS での 20 μ L に追加します。解決策は室温で 30 分間反応をみましょう。 注: チオール修飾 5' この ssDNA の C6 S 活用のジスルフィド結合は、チオール グループを次の手順でマレイミドと反応の準備ができて出て TCEP によって裂かれます。次のチオール マレイミド反応; と、TCEP が干渉しません。したがって、このステップの後 TCEP をパッシベーションする必要はありません。</li>
		</ol>
</li>
		<li>RGD NH2スルホ SMCC を共役します。<ol>
<li>RGD NH2の 11 mM RGD NH2を取得する PBS 100 μ L に 5 mg を溶解します。</li>
			<li>2 mg スルホ SMCC (製造業者によって構内) の管に純粋な水の 200 μ L を追加します。ピペット チップとスルホ SMCC 固体を粉砕し、積極的に水の中 SMCC の溶解を容易にする同時にピペットします。スルホ SMCC の濃度は 23 mM になります。 注: スルホ SMCC の NHS エステル加水分解される、数分の寿命を持つためこの溶解手順は NHS エステル加水分解のための過剰な損失を避けるために 1 分以内完了する必要があります。PBS または他のバッファーに溶解性が悪いために、スルホ SMCC を解消するためには、純粋な水を使用します。</li>
			<li>100 μ L RGD NH2ソリューションにスルホ SMCC 溶液 40 μ L を追加し、20 分間インキュベートします。 注: スルホ SMCC の NHS エステル RGD とスルホ SMCC リンク RGD NH2、アミド結合を形成アミン グループと反応します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>SH-ssDNA-クェンチャーの RGD SMCC を共役します。<ol>
<li>1.2.1、1.2.2 の手順で準備ソリューションを混合し、室温で 1 h の混合物を孵化させなさい。4 ° C で冷蔵庫をソリューションに移動、さらに一晩反応します。上部鎖 DNA の共役チオールはスルホ-SMCC 上部本鎖 DNA を持つ RGD をリンクによるチオエーテル グループ形成のマレイミドと反応します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>TCEP、RGD、未反応スルホ SMCC RGD ssDNA クェンチャーを浄化するためにエタノールの沈殿物を実行します。<ol>
<li>少なくとも 30 分-20 ° C のフリーザーで 15 mL の円錐管の 100% エタノール 10 mL を冷やします。</li>
			<li>3 M 塩化ナトリウム水溶液、DNA 溶液と冷やしたエタノール 1:10:25 の容積比で混ぜます。混合液を 30 分間または DNA を沈殿するまで-20 ° C のフリーザーにおいて。</li>
			<li>30 分間遠心 10,000 × gで液体は、上澄みを廃棄します。</li>
			<li>DNA の餌に PBS を追加します。分析器を用いた DNA 濃度を測定します。</li>
		</ol>
</li>
		<li>(省略可能)高い RGD ssDNA 純度を得るために DNA を電気泳動を行います。 注: 上記プロトコルを使って ssDNA の約 70%-90% は RGD と共役します。高い純度が要求される場合、非 DNA から共役 DNA を分離するもこの DNA 電気泳動を実行できます。<ol>
<li>垂直電気泳動システムを組み立てます。</li>
			<li>純粋な水、40% アクリルアミド ゲル、tris ホウ酸 EDTA (TBE) バッファー x 10 の 8 mL、10% 過硫酸アンモニウム (AP) の 800 μ L の 20 mL 50 mL を混ぜて 10% ポリアクリルアミド ゲル溶液を準備します。</li>
			<li>テトラメチルエチレンジアミン (TEMED) の 80 μ L をゲル ソリューションに追加します。電気泳動システムのガラス容器に溶液を注ぐ。ゲルの上に井戸を作成する単一ウェル櫛を挿入します。ゲルは架橋まで 10 分間待機します。</li>
			<li>DNA 溶液を 1:1 の容積比で 100% グリセリンに混ぜてください。櫛を削除してもゲルに DNA ソリューションを読み込みます。</li>
			<li>電圧 200 v. 観察 2 DNA バンド 1 つ遅れ、共役 DNA ゲルを実行します。</li>
			<li>共役 dna ゲルのバンドを切って、小さな断片にサイコロします。</li>
			<li>フィルターと 2 つの 1.5 mL 遠心チューブにさいの目に切られたゲルを収集します。各チューブに 500 μ L の PBS を追加します。</li>
			<li>1 日常温で暗いところで PBS 浸したゲルを置きます。DNA は、PBS にゲル部分から拡散します。</li>
			<li>2 分間 1,000 x gでチューブを遠心分離で DNA ソリューションを収集します。</li>
			<li>エタノールの沈殿物 (ステップ 1.2.4) DNA を収集するための別のラウンドを実行します。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>RGD ssDNA クェンチャーと色素 ssDNA ビオチンを交配させることによって、ITS を合成します。<ol>
<li>上の鎖と 1.1: 1 のモル比で低い鎖 Dna ソリューションをミックスします。4 ° C で DNA ハイブリダイゼーションによる ITS を生成するために一晩の混合物をしてください。 注: DNA の交配のため 1.1: 1 のモル比が 1:1 の代わりに使用されます。過度の RGD-ssDNA クェンチャーを使うことですべて色素 ssDNA-ビオチン、RGD ssDNA クェンチャーと交配させること。RGD ssDNA-クェンチャー交配なしは、その表面の塗装品質は影響しません表面コーティング中に洗浄されます。</li>
		<li>因数と長期保管のための-20 ° C で ITS ソリューション ストア。 注: ストレージ バッファーは、PBS とストレージ濃度が 10 μ M 以上になるはず。定期的な使用を顕著な品質劣化することがなく、数週間、4 ° C でそのソリューションを格納できます。</li>
	</ol></li>
</ol>2. ガラス底ペトリ皿上の ITS を固定化してその表面の準備
注: 使用する試薬は、ビオチン化牛血清アルブミン (BSA ビオチン)、アビジン タンパク質と。すべての試薬、氷のバケツに氷の上約 0 の ° C に PBS バッファーを冷やします。
<ol><li>0.1 mg/ml BSA ビオチン PBS でガラス底シャーレ (直径 14 mm も 29 mm) の井戸に 200 μ L をロードします。それを冷蔵庫で 4 ° C で 30 分間インキュベートします。BSA ビオチンは物理的にガラス表面に吸着しました。</li>
	<li>ピペットを使用して、ソリューションを吸うし、200 μ L の PBS を表面を洗浄する井戸に追加します。この 3 倍、洗濯を完了するを繰り返します。</li>
	<li>4 ° C で 30 分間よく 50 μ G/ml アビジン蛋白質の 200 μ L をインキュベートします。それを洗う PBS の 3 倍。この手順の後アビジン蛋白質は BSA ビオチンにバインドし、ガラス表面に離れなくなります。</li>
	<li>0.1 μ M に 4 ° C で 30 分間も ITS の 200 μ L をインキュベートします。PBS の 3 倍が付いている皿を洗ってください。セルめっきまで井戸の PBS を残します。この手順の後ビオチン タグとそのアビジン タンパク質に結合し、表面に離れなくなります。 注: その塗装品質とその固定化の間に同質性の重要な 1 つの予防は決してペトリ皿表面を乾燥をさせることです。4 ° C または洗浄のステップの間に水の蒸発量を抑える氷バケットにより氷に 0 ° C 前後ですべての試薬と PBS を維持、とき PBS が引き出される井戸から。</li>
</ol>3 その表面にセルめっき
<ol><li>文化魚実質細胞。 注: ここでは、金魚 (キンギョ) などとして使用されますが、他の魚種も正常に動作します。<ol>
<li>フラット チップ ピンセットを持った魚類から魚のウロコの部分を摘み取る。連絡、ガラス スケールの内側もグラスボトム ・ シャーレの上にスケール優しく押してください。〜 30 を待つ皿のガラス表面によく付着する魚のウロコの s。</li>
		<li>Iscove の 1 mL ダルベッコ媒体 (IMDM) 完全培地魚のウロコを完全にカバーするために変更を追加します。室温で 6-48 h の暗くて湿気のあるボックスでペトリ皿を維持します。 注: IMDM 完全培地には、79 %imdm + 20% 牛胎児血清 (FBS) 1% ペニシリンが含まれています。酸素や CO2の余分な供給は不要です。水に浸したいくつかティッシュ ペーパー ロールは、ボックスで高湿度を維持するために箱に残ってすることができます。魚実質細胞は数時間後の細胞シートとして魚のウロコから移行されます。これは培養顕微鏡で観察することができます。セルは、一般的に 48 時間で実行可能です。</li>
	</ol>
</li>
	<li>外し、その表面に実質細胞細胞をプレートします。<ol>
<li>魚のウロコを培養したシャーレからメディアを削除します。ソリューションをデタッチされているセルも 1 x を洗浄し、魚のウロコをカバーし、3 分間インキュベート デタッチ ソリューションを追加します。 注: EDTA 溶液をデタッチ セルのレシピのとおりです: 10 x ・ ハンクスのバランスの取れた塩ソリューション (HBSS) + 1 M HEPES (pH 7.6) の 10 mL を 100 mL + 10 mL 炭酸水素ナトリウム 7.5% の + 500 ミリメートルの EDTA + H2o. の 1 L の 2.4 mLPH を 7.4 に調整します。</li>
		<li>ソリューションをデタッチすべての細胞を吸い出す、IMDM 完全培地を追加します。穏やかなピペッティングにより、実質細胞を分散させます。必要なレベル (1 × 104– 1 × 105/mL) 細胞液の濃度を調整します。(セクション 2 によると準備) その表面の細胞をプレートします。細胞イメージングの前に 30 分間室温で孵化させなさい。 注: ソリューションをデタッチとセルをデタッチ後診断を実行できますセルを数えます。実質細胞があるたくさんの移行する表面積、密度をめっきセルは比較的低いです。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プレート CHO ‐ K1 細胞とその表面に NIH 3T3 細胞。 注: CHO ‐ K1 細胞用培地は 89% ハム f12 キー + 10 %fbs + 1% ペニシリンです。NIH 3T3 細胞用培地は、89% ダルベッコ変法イーグル培地 (DMEM) + 10% ウシ血清 (CBS) + 1% ペニシリン。培養条件が 37 ° C および 5% の CO2 です。<ol>
<li>培養 CHO ‐ K1 細胞、またはペトリ皿 (または培養用フラスコ) 80-100% 合流する NIH 3T3 細胞。</li>
		<li>細胞液と培養液を 37 ° C をデタッチをウォーム アップします。</li>
		<li>ピペットでシャーレの培地すべてを削除します。洗浄セル 1 x 携帯ソリューションをデタッチします。ソリューションをデタッチとセルをカバーし、10 分の 37 ° C でそれを孵化させなさい。</li>
		<li>ピペッティングにより細胞を分散させます。携帯ソリューションを収集し、3 分間 300 × gで遠心分離機します。</li>
		<li>上清を吸い出すし、完全培地または無血清培地を追加します。</li>
		<li>必要なレベル (1 x 105 -1 × 106/mL) 細胞液の濃度を調整します。(セクション 2 によると準備) その表面の細胞をプレートします。録画前にイメージング、または 30 分前に 1-2 h を 37 ° C でセルを孵化させなさい。</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. イメージング、ビデオ録画とリアルタイム インテグリン テンション マッピング
<ol><li>
生きた細胞のインテグリン緊張した準リアルタイム イメージング
	<ol>
<li>室温で 30 分間 (セクション 2 に基づき)、その表面に実質細胞を孵化させなさいまたは CHO ‐ K1 細胞または NIH 3T3 細胞 37 ° C でインキュベーターでその表面上で 1 時間インキュベート</li>
		<li>蛍光顕微鏡のステージにペトリ皿をマウントします。1 の露光時間で細胞力イメージングを実行 s。倍率は 40 倍または 100 倍です。</li>
		<li>20 のフレーム間隔でその画像のビデオを取る実質細胞、または CHO ‐ K1 細胞や NIH 3T3 細胞の 1-2 分の s。</li>
		<li>MATLAB または別の画像解析ツールを使用して、最新のフレーム間隔で新しく生成される周波数を計算する現在のフレームからそのビデオの前のフレームを減算します。新しく作り出されたその信号は、蘆準リアルタイムの方法で細胞の力をそれにより報告最新のフレーム間隔で生成されたインテグリン緊張を表しています。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
インテグリン緊張と immunostained 細胞における細胞構造の coimaging
	<ol>
<li>3.2.2 のステップ、ステップ 3.3.6 ターゲット構造蛋白質をマークする免疫染色を実行します。 注: は、インテグリン緊張イメージングと細胞構造のイメージングと蛍光クロストークを回避するのに別の染料を使用します。本稿では、Cy5 蛍光ファロイジンの使用された、アレクサ 488 ビンキュリンの汚損のため使用されました。一次および二次抗体の濃度が 2.5 μ g/mL です。ファロイジンの濃度は 1.5 単位/μ L です。</li>
		<li>Multifluorescent チャネル イメージング インテグリン緊張マップと細胞構造イメージングの両方を取得するを実行します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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ITS は、まだ携帯電話の強力な技術力の合成とアプリケーションの両方の面でマッピングにアクセスが可能です。すべての材料は準備ができて、1 日以内に ITS を合成できます。実験中にセル メッキ前に表面コーティングの 3 つの手順が必要です。最近では、我々 はさらに ITS にウシの血清アルブミンをガラスまたはポリスチレン表面33ITS の直接の物理的な吸着を可能にする直接リンクして 1 つのステップに塗装手順を簡略化。ITS は、細胞力信号を細胞構造イメージングの同等レベルの蛍光強度をもたらします。便利な合成とサンプル作製、細胞力に高い感度と、顕微鏡検査のための適度な条件細胞力学の研究のための堅牢で信頼性の高い技術、ITS を作る。その合成とアプリケーションの包括的な手順を提案します。
RGD の活用と配位子はその合成において最も重要な手順です。プロトコルのセクションで述べたように、スルホ SMCC の NHS エステルは水に安定しません。溶解水でスルホ SMCC にかかります、スルホ SMCC のより多くの量は NHS のエステルを...

細胞は付着細胞外マトリックスへの細胞力を発揮してインテグリンに依存します。インテグリンを介した細胞接着および力伝達は拡散1,2移行3,4存続5,6,7セルのために重要です。長期、インテグリン生体シグナルも細胞増殖8,9,10と分化11,12を影響します。測定する様々 な方法が開発されて、細胞マトリックス界面強制的にマップ インテグリン送信携帯。これらのメソッドは、弾性下地13に基づいて、配列 micropost14、または原子力の顕微鏡 (AFM)15,16。弾性下地および micropost メソッドは、細胞ストレスを報告し、空間分解能の点で限界がある強制的に感度の基板の変形に依存します。原子間力顕微鏡、高感度化、しかし、それは同時に複数のスポットで力を検出できない、インテグリンによって送信される細胞力をマップし難い。
近年、分子レベルで細胞の力を研究するいくつかの技術を開発しました。ポリエチレング リコール17,18、スパイダー シルク ペプチド19、および DNA20,21,22,23に基づく分子張力センサーのコレクションが開発されました。可視化し、分子蛋白質によって送信される張力を監視します。これらの技術の間で張力で合成素材ゲージ テザー (TGT) 生きているセル22,24のインテグリン緊張の上限値を調節する破裂可能なリンカーとして DNA は初採用。その後、DNA と蛍光共鳴伝送結合されたヘアピン DNA ベースの蛍光張力検出器を作成する最初 chen's グループ23と Salaita のグループ20。ヘアピン DNA を用いた張力センサー レポートをリアルタイムでインテグリン張力と細胞機能21の一連の研究に正常に適用されています。その後、Wang の実験室はレポート インテグリン緊張する fluorophore クェンチャーのペアと TGT を組み合わせます。このセンサーは、その25,26という名前です。ITS は、二本鎖 DNA (dsDNA) に基づいており、インテグリン張力調整の広いダイナミック レンジ (10-60 pN)。ヘアピン DNA ベースのセンサーと対照をなして ITS リアルタイム細胞力を報告しないが、細胞力のフット プリントとして歴史的なインテグリンのすべてのイベントを記録この信号蓄積プロセスは、イメージング、それに実行可能なイメージの細胞力をローエンドの蛍光顕微鏡とも細胞の力の感度を向上させます。ITS の合成は、2 つの単一座礁させた Dna (ssDNA) を交配させることによって作成されるそれより比較的便利です。
ITS は、インテグリン ペプチド配位子 (図 1) 共役環状 arginylglycylaspartic 酸 (RGD) ペプチド28クェンチャー (ブラック ホール クェンチャー 2 [BHQ2])27日、fluorophore ビオチン 18 ベース ペア dsDNA です。蛍光体と下の鎖を共役 (Cy3 cy5 の組合せまたは Alexa の系列などの他の染料は、ながら、この原稿で使用されて、また私たちの研究室で可能であるが証明されている) と、ITS がビオチン-アビジン結合によって基板に固定化ビオチン タグ。上部のストランドは、RGD ペプチドと約 98% 焼入効率26,と27Cy3 を消光するブラック ホール クェンチャー共役です。本稿で提示されたプロトコル、その基板上のコーティングの密度は 1,100/μ m2の周り。これは、我々 は以前次の同じプロトコル29をコーティングを施した neutrAvidin 修飾基板上 18 bp ビオチン dsDNA のキャリブレーション密度です。セルは、ITS でコーティングされた基板に付着、インテグリンは RGD を ITS をバインドし、ITS に緊張を送信します。ITS は、機械的に 2 s22内 ITS の dsDNA を分ける緊張しきい値として定義されている特定の緊張耐性 (T許容差) を持ちます。インテグリンの緊張によってその破壊はその後蛍光を発する色素から、クェンチャーの分離に します。結果として、目に見えないインテグリン緊張が蛍光信号に変換され、蛍光イメージングによる細胞力をマップできます。
ITS の適用を示すためには、魚ケラトサイトここ、セル移行研究30,31,32の広く使われている細胞モデル、CHO ‐ K1 セル、一般的に使用される非運動性細胞および NIH 3T3 繊維芽細胞を使用します。インテグリンの張力と細胞の構造の coimaging も行われています。

<table><tbody><tr><td>BSA-ビオチン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8549</td><td></td></tr><tr><td>ニュートラアビジン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>31000</td><td></td></tr><tr><td>ストレプトアビジン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>434301</td><td></td></tr><tr><td>アッパーストランド DNA</td><td>インテグレーテッド DNA テクノロジー</td><td>ズ N/A</td><td>お客様が設計しました。DNA配列は、PROTOCOLセクション</td></tr><tr><td>の下部ストランドDNA</td><td>統合DNAテクノロジー</td><td>ズN/A</td><td>のお客様が設計した場所に示されています。DNA配列はPROTOCOLセクションに示されています。</td></tr><tr><td>sulfo-SMCC</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>A39268</td><td></td></tr><tr><td>アミン基を持つ環状ペプチドRGD</td><td>Peptides International</td><td>PCI-3696-PI</td><td></td></tr><tr><td>IMDM</td><td>ATCC</td><td>&lrm;</td><td></td>62996227</tr><tr><td>FBS</td><td>ATCC</td><td>302020</td><td></td></tr><tr><td>ペニシリン</td><td>gibco</td><td>15140122</td><td></td></tr><tr><td>TCEP</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C4706</td><td></td></tr><tr><td>200 uL ペトリ皿</td><td>Cellvis</td><td>D29-14-1.5-N</td><td></td></tr><tr><td>NanoDrop 2000</td><td>Thermo Scientific</td><td>N/A</td><td>分光計</td></tr><tr><td>SE410 背の高い空冷垂直タンパク質電気泳動ユニット</td><td>Hoefer</td><td>SE410-15-1.5</td><td>エレクトロポレシス用デバイス</td></tr><tr><td>CHO-K1 細胞株</td><td>ATCC</td><td>CCL-61</td><td></td></tr><tr><td>NIH/3T3 細胞株</td><td>ATCC</td><td>CRL-1658</td><td></td></tr><tr><td>アンチビンキュリン抗体</td><td>EMD Millipore</td><td>90227</td><td>ビンキュリン免疫染色用一次抗体</td></tr><tr><td>ヤギ 抗マウス IgG (H+L) スーパークローナル二次抗体 Alexa Fluor 488</td><td>Invitrogen</td><td>A28175</td><td>ビンキュリン免疫染色用二次抗体</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 647 Phalloidin</td><td>Invitrogen</td><td>A22287</td><td></td></tr><tr><td>Eclipse Ti</td><td>Nikon</td><td>N/A</td><td>顕微鏡</td></tr></tbody></table>

イメージング インテグリン張力と細胞の力でサブミクロン解像度統合テンション センサーで

Imaging Integrin Tension and Cellular Force at Submicron Resolution with an Integrative Tension Sensor

インテグリン ・ リガンド結合によって送信される分子の緊張は、多くの細胞機能や行動に重要な役割を果たしているインテグリン経路で基本的な機械的信号です。調整し、高いフォース感度と空間分解能とインテグリン緊張のイメージに統合張力センサー (ITS)、DNA ベースの蛍光張力センサーを開発しました。ITS はこうして力を分子レベルで蛍光シグナルに変換する蛍光分子の張力を維持する場合にアクティブになります。その活性化のため緊張のしきい値は 10-60 pN も細胞のインテグリン緊張のダイナミック レンジをカバーするの範囲で可変です。ITS をグラフトした基板、付着細胞のインテグリン緊張は蛍光で可視化したし、サブミクロンの分解能で撮像します。ITS は生きているセルの固定セル セル構造のイメージングと互換性も。ITS は、血小板の収縮や細胞遊走の研究に正常に適用されています。本稿は、合成およびインテグリン転送細胞力における ITS のアプリケーションの手順を詳しく説明します。

ITS、魚の実質細胞のインテグリン緊張マップを攻略しました。それは、角化移行し、(図 2 a) 2 つの力のトラックでは、インテグリン緊張を生成することを示しています。力マップの解像度は、0.4 μ m (図 2 b) に調整されました。後部の縁 (図 3 a) 高インテグリン張力が集中しています。ITS は、別のセルの異なる特定のパターンを示しています。不遊セル、NIH 3T3、高速移行ケラトサイトのかなり異なる特定インテグリン緊張パターン (図 3 b) を形成します。
免疫染色、焦点接着斑と実質細胞が魚のインテグリン張力 (図 4 a) を coima...

インテグリンの緊張は、様々 な細胞機能に重要な役割を果たしています。統合テンション センサーとインテグリンの緊張はピコニュートン (pN) 感度を校正、サブミクロンの分解能でイメージします。

Molecular tension transmitted by integrin-ligand bonds is the fundamental mechanical signal in the integrin pathway that plays significant roles in many ...

このDNAベースの統合張力センサ(ITS)は、力信号を蛍光に局所的に変換することで、蛍光顕微鏡による細胞力の直接イメージングを可能にする。ITSは高い空間分解能と高感度を有する。活性化閾値は調整可能であり、異なるレベルでのインテグリン張力の選択的なイメージを可能にする。カスタマイズされた一本鎖DNA(ssDNA)を受け取って、RGDペプチドをチオラ化ssDNAクエンチャーに結合させた後、まず、400マイクロリットルの水で0.5モルEDTAの100マイクロリットルを、作製したTCEP溶液の約450マイクロリットルに加えます。次に、TCEP-EDTA溶液の10マイクロリットルをPBSの1ミリモルチオールDNAクエンチャーの20マイクロリットルに加え、室温で30分間インキュベーションします。RGDアミンをスルフォ-SMCCと結合するには、調製した23ミリモルスルフォ-SMCCを40マイクロリットル加え、100マイクロリットルの新鮮な11ミリモルRGDアミン溶液を室温で20分間インキュベーションします。RGDアミンSMCCをチオラ化ssDNAクエンチャーと共役にするには、チオラ化されたssDNAクエンチャー溶液の全容をRGDアミンSMCC溶液の全容と混合し、室温で1時間のインキュベーションを行います。インキュベーションの終了時に、溶液を一晩で摂氏4度の貯蔵に移します。翌朝、塩化3モルの塩化ナトリウムとチオール共役DNA溶液とマイナス20度の摂氏を混ぜ、冷やし、100%エタノールを1対10~25比で混合し、反応をマイナス20度で約30分間置きます。DNAが沈殿したら、遠心分離によってDNAを採取し、PBS中のペレットを再懸濁して分光器上のDNA濃度を測定する。統合張力センサー(ITS)の場合、合成は、上鎖と下の鎖DNA溶液を1.1モル比で混合し、反応を摂氏4度で一晩インキュベートしてから、混合物のアリコートをマイナス20°Cで長期保存します。ITS固定化のために、直径29ミリメートルのガラス底ペトリ皿に0.1ミリリットル当たり0.1ミリグラムのビチニ酸シウ血清アルブミン(BSAビオチン)を摂氏4度で30分間コーティングします。BSAビオチンがガラス表面に物理的に吸着した場合、洗浄ごとに200マイクロリットルの新鮮なPBSで皿を3回洗い、続いて4度で30分間、1ミリリットル当たり50マイクログラムの200マイクロリットルをインキュベートします。インキュベーションの最後に、示されているようにPBSで皿を3回洗い、0.1マイクロモルITSの200マイクロリットルを加えて、摂氏4度でさらに30分のインキュベーションを行います。インキュベーションの終わりに、PBSで皿を3回洗い、最後の洗浄を細胞メッキするまで皿に残します。魚の角質細胞培養を開始するには、平らな先端のツイーザーを使用して魚からスケールを摘み取り、スケールの内側がガラスに接触して、変更されていないガラス底のペトリ皿の井戸にスケールを軽く押し込みます。魚のスケールが皿のガラス表面に付着するまで約30秒待ってから、完全なIscoveの修正されたダルベッコの媒体の1ミリメートルでスケールをカバーします。その後、暗くて湿度の高い箱の中で、室温で6〜48時間スケールをインキュベートします。角質細胞をITS表面にプレートするには、ケサイトー細胞培養皿の培地を1X細胞剥離溶液に置き換え、室温で3分間インキュベーションします。インキュベーションの最後に、剥離溶液を新鮮な完全な媒体に置き換え、穏やかなピペットで細胞を解離します。次に、細胞をめっきに適した濃度に調整し、イメージング前に室温でITSコーティング皿に30分間播種します。生細胞での準リアルタイムインテグリンテンテグリン張力イメージングの場合、細胞を蛍光顕微鏡の段階に移し、目的の40倍または100倍を選択します。イメージングソフトウェアでは、露出時間を1秒に、フレーム間隔を20秒に設定して、ITS画像の映像を取得します。次に、適切な画像解析ソフトウェアプログラムを使用して、ITSビデオの前のフレームを現在のフレームから減算し、最新のフレーム間隔で新たに生成されたITS信号を計算します。新たに生成されたITS信号は、最新のフレーム間隔で発生したインテグリンテンションを表し、それによって細胞力を準リアルタイムで報告する。ここで、インテグリン張力マッピングは、角膜細胞移動中の2つの力の線路におけるインテグリン張力の誘導を示す。フォースマップの解像度は、0.4マイクロメートルに較正することができます。高いインテグリン張力は、モチル魚の角質細胞の後部マージンに集中する。非可動細胞では、高速移動角膜細胞で観察されるのとは全く異なる特定のインテグリンテンステンションパターンが形成される。魚の角質細胞の焦点接着とインテグリン張力を共像化して、対象細胞におけるインテグリン張力と細胞構造との関係を評価することができる。ITSでは、細胞接着力は、細胞構造イメージングに匹敵する分解能と感度で見えるようになります。この技術は、細胞における力構造相互作用の研究のための道を開きます。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

このビデオは、ポリエチレングリコールアンカー金ナノ粒子とDNAヘアピンテンションプローブを使用して、免疫細胞によって加えられる受容体力を評価する方法を示しています。CD8陽性T細胞の相互作用は、プローブのアンフォールディングをトリガーし、蛍光を発しながら、鎖をロックしてシグナルを維持し、免疫細胞が加える力を定量化します。...

DNAベースのテンションプローブを使用して、免疫細胞によって加えられる受容体の力を評価する

最近、多くのFRETベースの力のバイオセンサーが開発され、細胞内力のタンパク質特異的な解決が可能になりました。このプロトコルでは、核骨格-細胞骨格(LINC)複合体タンパク質Nesprin-2Gのリンカー用に設計されたこれらのセンサーの1つを使用して、核LINC複合体に対するアクトミオシン力を測定する方法を示します。...

原子力LINCコンプレックス全体に機械的な力を測定するために、蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）-forceのバイオセンサーを使用するためのプロトコル

ここでは、プロトコルを提案フェルスター共鳴の同時使用のため力感受性の測定を有効にするタンパク質ダイナミクスを測定するため退色後蛋白質負荷と蛍光の回復を測定するエネルギー転送ベースのテンション...

蛍光技術の組み合わせを用いた生細胞内力感受性タンパク質ダイナミクスの測定

このペーパーでは、以前に設計したデバイスを使用して接着細胞に機械的ひずみを適用し、再設計された基層ジオメトリと、100x...

一軸引張ひずみ下での生細胞における核動態の高分解能イメージング

ここでは、ギャップ接合コネクシン43を破壊する力学ベースのプロトコルを提示し、トラクションと細胞間応力の観察を通じて内皮バイオメカニクスに及ぼすその後の影響を測定する。...

コネクシン43構造破壊による内皮バイオメカニクスの摂動

このプロトコルは、ポリ(エチレングリコール)ベースのヒドロゲルに埋め込まれた蛍光線マーカーの3次元配列を製造するための多光子リソグラフィーを実装するための指示を提供し、参照フリー、トラクション力顕微鏡として使用します。プラットフォーム。これらの指示を使用して、3D材料ひずみの測定および細胞牽引の計算は高スループット牽引力の測定を促進するために簡単にされる。...

リファレンスフリートラクションフォース顕微鏡プラットフォームの製造と実装

ここでは、光学トラップによる直接力測定を用いて、3次元閉じ込めで単離した胚ゼブラフィッシュ細胞の細胞内の機械的特性を調べるプロトコルを提示する。...

光ピンセットを用いた閉じ込めにおける細胞下力学の直接力測定

このプロトコルは、高速細胞圧延接着中に接着イベントを画像化するために、接着フットプリントアッセイを実行するための実験的手順を提示する。...

接着フットプリントアッセイによる細胞転動における分子接着性のイメージング

細胞信号を分析する統合ツールキット(iTACS)プラットフォームは、接着細胞内の多種多様な化学および機械的信号を同時に測定するプロセスを自動化します。iTACSは、コミュニティ主導の開発を容易にし、研究者が学歴に関係なくすべてのプラットフォーム機能を使用できるように設計されています。...

細胞信号を解析する統合ツールキット:力、運動、形態、蛍光

成長因子媒介インテグリン力学と接着を定量するためのテンションゲージテザープローブ

本稿では、界面形態を可視化しながら界面張力と表面拡張レオロジーを同時に測定するためのマイクロテンシオメータ/共焦点顕微鏡の設計と操作について述べる。これにより、技術や生理学において重要な界面の構造と特性の関係をリアルタイムに構築することができます。...

動的界面の共焦点顕微鏡可視化のためのマイクロテンシオメータ

学ぶDNAベースの統合張力センサー（ITS）を用いた細胞力の蛍光顕微鏡イメージング法。サブミクロン解像度とピコニュートン感度でインテグリン張力を可視化し、細胞接着や遊走の力学的メカニズムを解析する。

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