Dit protocol heeft tot doel de dynamische parameters (uitsteeksels, retracties, ruches) van uitsteeksels aan de rand van zich verspreidende cellen te meten.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol heeft tot doel de dynamische parameters (uitsteeksels, retracties, ruches) van uitsteeksels aan de rand van zich verspreidende cellen te meten.
De ontwikkeling en homeostase van meercellige organismen zijn afhankelijk van gecoördineerde regulatie van celmigratie. Celmigratie is een essentiële gebeurtenis in de constructie en regeneratie van weefsels en is van cruciaal belang voor de embryonale ontwikkeling, immunologische reacties en wondgenezing. Ontregeling van de celmotiliteit draagt bij aan pathologische aandoeningen, zoals chronische ontstekingen en kankermetastase. Celmigratie, weefselinvasie, axon- en dendrietuitgroei beginnen allemaal met actinepolymerisatie-gemedieerde celranduitsteeksels. Hier beschrijven we een eenvoudige, efficiënte, tijdbesparende methode voor de beeldvorming en kwantitatieve analyse van celranduitsteekseldynamiek tijdens het verspreiden. Deze methode meet discrete kenmerken van celrandmembraandynamica, zoals uitsteeksels, retracties en ruches, en kan worden gebruikt om te beoordelen hoe manipulaties van belangrijke actineregulatoren celranduitsteeksels in verschillende contexten beïnvloeden.
Celmigratie is een kritisch proces dat de ontwikkeling en functie van alle levende organismen regelt. Celmigratie vindt plaats in zowel fysiologische omstandigheden, zoals embryogenese, wondgenezing en immuunrespons, als bij pathologische aandoeningen, zoals kankermetastase en auto-immuunziekte. Ondanks verschillen in celtypen die deelnemen aan verschillende migratiegebeurtenissen, delen alle celmotiliteitsgebeurtenissen vergelijkbare moleculaire mechanismen, die bewaard zijn gebleven in de evolutie van protozoa tot zoogdieren, en omvatten ze gemeenschappelijke cytoskeletale controlemechanismen die de omgeving kunnen detecteren, reageren op signalen en celgedrag in reactie kunnen moduleren1.
Een eerste fase in celmigratie kan de vorming van zeer dynamische uitsteeksels aan de voorrand van de cel zijn. Achter het lamellipodium bevindt zich de lamellen, die actine koppelt aan myosine II-gemedieerde contractiliteit en adhesie aan het onderliggende substraat bemiddelt. Lamellipodia worden geïnduceerd door extracellulaire stimuli zoals groeifactoren, cytokines en celadhesiereceptoren en worden aangedreven door actinepolymerisatie, die de fysieke kracht levert die het plasmamembraan naar voren duwt2,3. Veel signalerende en structurele eiwitten zijn hierbij betrokken; onder hen zijn Rho GTPases, die coördinerend werken met andere signalen om actine-regulerende eiwitten te activeren, zoals het Arp 2/3-complex, WASP-familie-eiwitten en leden van de Formin- en Spire-families in lamellipodia2,4,5.
Naast actinepolymerisatie is myosine II-activiteit vereist voor het genereren van contractiele krachten op het lamellipodium en de voorste lamellen. Deze samentrekkingen, ook gedefinieerd als celrandterugtrekkingen, kunnen ook het gevolg zijn van depolymerisatie van dendritische actine aan de celrand en zijn van cruciaal belang voor het ontwikkelen van de lamellipodiale voorrand en het uitsteeksel in staat stellen de flexibiliteit van de extracellulaire matrix en andere cellen te voelen en de migratierichting te bepalen6,7,8 . Uitsteeksels van de celrand die zich niet aan het substraat kunnen hechten, vormen perifere membraanruches, plaatachtige structuren die op het ventrale oppervlak van lamellipodia en lamellen verschijnen en achteruit bewegen ten opzichte van de migratierichting. Omdat het lamellipodium zich niet aan het substraat hecht, vormt zich eronder een achterste lamellipodium en duwt het eerste lamellipodium mechanisch naar het bovenste ventrale oppervlak. De actinefilamenten in de ruche die vroeger evenwijdig aan het substraat waren, komen er nu loodrecht op te staan en de ruche bevindt zich nu boven het oprukkende lamellipodium. De ruche die naar achteren beweegt, valt terug in het cytosol en vertegenwoordigt een cellulair mechanisme voor het recyclen van lamellipodiaal actine9,10.
Hier beschrijven we een test voor het meten van celrand uitsteekseldynamiek. De uitsteekseltest maakt gebruik van time-lapse videomicroscopie om gedurende 10 minuten tijdens de verspreidingsfase van de cel een enkele celrand uitsteekseldynamiek te meten. Uitsteekseldynamiek wordt geanalyseerd door kymografen uit deze films te genereren. In principe geeft een kymograaf gedetailleerde kwantitatieve gegevens van bewegende deeltjes in een spatiotemporale plot om een kwalitatief begrip van de celranddynamica te verkrijgen. De intensiteit van het bewegende deeltje wordt uitgezet voor alle beeldstapels in een tijd versus ruimte plot, waarbij de X-as en de Y-as respectievelijk tijd en afstand vertegenwoordigen11. Deze methode maakt gebruik van een handmatige kymograafanalyse met ImageJ om gedetailleerde kwantitatieve gegevens te verkrijgen, waardoor informatie uit films en afbeeldingen kan worden opgehaald in geval van een lage signaal-ruisverhouding en / of hoge functiedichtheid, en de analyse van afbeeldingen die zijn verkregen in fasecontrastlichtmicroscopie of slechte beeldkwaliteit.
De celrand uitsteekseldynamiektest die hierin wordt beschreven, is een snelle, eenvoudige en kosteneffectieve methode. Als zodanig, en omdat is aangetoond dat het direct correleert met celmigratie11,12, kan het worden gebruikt als een voorlopige methode voor het testen van cytoskeletale dynamica die betrokken is bij celmotiliteit voordat wordt besloten om meer middelen-veeleisende methoden uit te voeren. Bovendien maakt het ook kwantitatieve meting mogelijk van hoe genetische manipulaties (knock-out, knockdown of reddingsconstructies) van cytoskeletale eiwitten de cytoskeletale dynamiek beïnvloeden met behulp van een eenvoudig platform. De assay is een leerzaam model voor het onderzoeken van cytoskeletale dynamica in de context van celmigratie en kan worden gebruikt voor opheldering van de mechanismen en moleculen die ten grondslag liggen aan celmotiliteit.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle methoden die in dit protocol worden beschreven, zijn goedgekeurd door de institutionele Animal Care and Use Committee (IACUC) van de Bar-Ilan University.
OPMERKING: Een stapsgewijze grafische weergave van de procedure die in deze sectie wordt beschreven, wordt weergegeven in figuur 1.
1. Celkweek
OPMERKING: De cellen die in het protocol worden gebruikt, zijn embryonale fibroblasten van muizen (MEF's) die zijn gegenereerd uit E11.5-13.5-embryo's van wild-type C57BL / 6-muizen. Primaire MEF's werden gegenereerd volgens het Jacks laboratoriumprotocol13. Cellen van vijf verschillende embryo's werden samengevoegd en vereeuwigd door infectie met een retrovirale vector die SV40 groot T-antigeen tot expressie bracht, gevolgd door selectie met 4 mM Histidinol gedurende 3 weken.
2. Vaatcoating met glazen bodem
OPMERKING: De glasbodemcoating moet in steriele omstandigheden in de weefselkweekkap worden uitgevoerd.
3. Voorbereiding van cellen voor beeldvorming
4. Microscoop instelling en beeldvorming
OPMERKING: Er zijn verschillende live-cell microscopiesystemen beschikbaar. Het systeem dat hier wordt gebruikt is een Leica AF6000 omgekeerde microscoop uitgerust met CO2 - en verwarmingseenheden en is bevestigd aan een ORCA-Flash 4.0 V2 digitale CMOS-camera.
5. Beeldanalyse
OPMERKING: Beeldanalyse wordt als volgt uitgevoerd met ImageJ (Table of Materials):
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In het experiment beschreven in figuur 2 werden vereeuwigde MEF's verguld op schotels met glazen bodem voorgecoat met fibronectine om integrine-gemedieerde signalering te activeren, geblokkeerd door gedenatureerd BSA, om vrije potentiële locaties voor celadhesie te blokkeren die niet afhankelijk is van integrine-activering. Om de logaritmische groeifase te bereiken bij 70%-80% samenvloeiing van cellen op de dag van het experiment, werden 0,7 x 106 MEF's 16 uur voor het experiment ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Cel-edge uitsteekseldynamiek, bestaande uit uitsteeksels, retracties en ruches, is zowel een vereiste als een potentiële snelheidsbeperkende gebeurtenis in celmotiliteit. Hier beschrijven we een snelle en eenvoudige methode voor het meten van de dynamiek van celranduitsteeksels tijdens het verspreiden. Deze methode maakt beeldvorming met een korte tijd mogelijk, genereert een aanzienlijke hoeveelheid gegevens, vereist geen fluorescerende etikettering van cellen of dure fluorescerende microscopieapparatuur en kan worden g...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenverstrengeling te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door subsidies NIH MH115939, NS112121, NS105640 en R56MH122449-01A1 (aan Anthony J. Koleske) en van de Israel Science Foundation (subsidies nummer 1462/17 en 2142/21) (aan Hava Gil-Henn).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10 cm celkweekplaten | Greiner | P7612-360EA | |
| Bovine serum albumine (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
| Dulbecco’s gemodificeerd Eagle-medium (DMEM) | Biological Industries, Israel | 01-055-1A | Medium bevat hoge glucose (4,5 g/L D-glucose) |
| Dulbecco’s fosfaatgebufferde zoutoplossing (1xDPBS) | Biological Industries, Israel | 02-023-1A | |
| Fetaal bovien serum (FBS) | Biological Industries, Israel | 04-001-1A | |
| Fibronectine uit menselijk plasma, vloeibaar, 0,1%, geschikt voor celkweek | Sigma-Aldrich | F0895 | |
| Schalenkoken met glazen bodem | Cellvis | D35-20-1.5-N | 35mm glazen bodem schaal, schaalgrootte 35 mm, putgrootte 20mm, #1.5 dekglas (0.16-0.19 mm). |
| ImageJ software | NIH | Gratis beschikbaar op: https://imagej.nih.gov/ij/download.html | |
| LAS-AF Leica Application Suite 3.2 | Microscoop acquisitiesoftware uitgerust met een ORCA-Flash 4.0 V2 digitale CMOS | ||
| Leica AF6000 | Leica | Omgekeerd helderveldmicroscoop (40x, NA 1,3 ) uitgerust met fasecontrastoptiek, een incubator en CO2-eenheid met LAS AF acquisitiesoftware uitgerust met een ORCA-Flash 4.0 V2 digitale CMOS camera. | |
| L-glutamine oplossing | Biological Industries, Israel | 03-020-1B | |
| ORCA-Flash 4.0 V2 digitale CMOS camera | Hamamatsu Photonics | ||
| Penicilline-streptomycine oplossing | Biological Industries, Israel | 03-031-1B | |
| Trypsine-EDTA oplossing B (0,25%), EDTA (0,05%) | Biological Industries, Israel | 03-052-1A |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen