Dit protocol schetst een in vitro migratie-experiment dat geschikt is voor de functionele analyse van de moleculen die betrokken zijn bij de in vivo migratie van neurale topcellen naar de hyaluronrijke extracellulaire matrix.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol schetst een in vitro migratie-experiment dat geschikt is voor de functionele analyse van de moleculen die betrokken zijn bij de in vivo migratie van neurale topcellen naar de hyaluronrijke extracellulaire matrix.
Neurale topcellen (NCC's) zijn sterk migrerende cellen die afkomstig zijn uit het dorsale gebied van de neurale buis. De emigratie van NCC's uit de neurale buis is een essentieel proces voor NCC-productie en hun daaropvolgende migratie naar doellocaties. De migratieroute van NCC's, inclusief de omliggende neurale buisweefsels, omvat hyaluronaat (HA) -rijke extracellulaire matrix. Om NCC-migratie in deze HA-rijke omliggende weefsels vanuit de neurale buis te modelleren, werd in deze studie een gemengde substraatmigratietest bestaande uit HA (gemiddeld molecuulgewicht: 1.200-1.400 kDa) en collageen type I (Col1) vastgesteld. Deze migratietest toont aan dat NCC-cellijn, O9-1, cellen sterk migrerend zijn op het gemengde substraat en dat de HA-coating wordt afgebroken op de plaats van focale verklevingen in de loop van de migratie. Dit in vitro model kan nuttig zijn voor verdere verkenning van de mechanistische basis die betrokken is bij NCC-migratie. Dit protocol is ook van toepassing voor het evalueren van verschillende substraten als steigers om NCC-migratie te bestuderen.
Neurale topcellen (NCC's) zijn een multipotente celpopulatie die aanwezig is in zich ontwikkelende embryo's en ze zijn afkomstig van de neurale plaatrand tijdens neurulatie. Ze dragen bij aan de vorming van een verscheidenheid aan weefsels, waaronder het perifere zenuwstelsel, het cardiovasculaire systeem, craniofaciale weefsels en het skelet1. Na inductie en NCC-specificatie aan de neurale plaatrand emigreren NCC's van het neuro-epitheel en migreren ze naar NCC-afgeleide weefsellocaties1.
Hyaluronaat (HA) is een niet-gesulfateerd glycosaminoglycaan dat in verschillende weefsels wordt verdeeld als onderdeel van de extracellulaire matrix (ECM). Het belang van HA in de ontwikkeling van embryo's is aangetoond in modelsystemen door de ablatie van genen die verantwoordelijk zijn voor het hyaluronaatmetabolisme. Zo bleken mutaties in hyaluronaatsynthasegenen (Has1 en Has2) in Xenopus te leiden tot NCC-migratiedefecten en craniofaciale misvorming2. Bovendien is gemeld dat de HA-bindende proteoglycanen, aggrecan en versican, remmende effecten uitoefenen op NCC-migratie3. Bij muizen leidt Has2-ablatie tot ernstige defecten in de vorming van endocardiale kussens, wat resulteert in een dodelijkheid halverwege de dracht (E9,5-10) 4,5,6.
Van transmembraaneiwit 2 (Tmem2), een hyaluronidase van het celoppervlak, is onlangs aangetoond dat het een cruciale rol speelt bij het bevorderen van integrine-gemedieerde kankerceladhesie en migratie door het verwijderen van matrix-geassocieerd HA op de adhesieplaatsen 7,8. Meer recent toonden Inubushi et al.9 aan dat een tekort aan Tmem2 leidt tot ernstige craniofaciale defecten als gevolg van afwijkingen in NCC emigratie/migratie en overleving. In de vorige studie9 werd Tmem2-expressie geanalyseerd tijdens NCC-vorming en migratie. Tmem2-expressie werd waargenomen op de plaats van NCC-delaminatie en bij het emigreren van Sox9-positieve NCC's (figuur 1). Bovendien toonde de studie, met behulp van Tmem2-uitgeputte muis O9-1 neurale topcellen, aan dat de in vitro expressie van Tmem2 essentieel was voor de O9-1-cellen om focale verklevingen te vormen en voor hun migratie naar HA-bevattende substraten (figuur 2 en figuur 3)9.
Deze resultaten geven sterk aan dat Tmem2 ook belangrijk is voor NCC-adhesie en migratie via de HA-rijke ECM. Het moleculaire mechanisme van NCC-adhesie en migratie binnen de HA-rijke ECM is echter nog steeds onduidelijk. Het is daarom noodzakelijk om een experimenteel systeem voor in vitro kweken op te zetten om de NCC-adhesie en -migratie binnen de HA-rijke ECU volledig te onderzoeken.
Van de vele benaderingen die worden gebruikt bij het testen van celmigratie, is de op celwondsluiting gebaseerde test een eenvoudige methode die vaak wordt gebruikt op het gebied van fysiologie en oncologie10. Deze benadering is nuttig vanwege de relevantie voor het in vivo fenotype en is effectief bij het bepalen van de rol van geneesmiddelen en chemoattractanten tijdens celmigratie11. Het is mogelijk om het migratievermogen van zowel hele celmassa's als individuele cellen te evalueren door de celspleetafstanden in de loop van de tijdte meten 11. In dit manuscript wordt een gemodificeerde in vitro op wondsluiting gebaseerde test geïntroduceerd om NCC-migratie te modelleren naar HA-rijke weefsels rond de neurale buis. Deze procedure is ook van toepassing op het bestuderen van verschillende ECM-componenten (d.w.z. collageen, fibronectine en laminine) om de rol van de ECM-steiger in NCC-migratie te analyseren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle procedures werden goedgekeurd door de Animal Ethics Committee van de Osaka University Graduate School of Dentistry.
1. Cultuur van hersenneurale topcellen van muizen
OPMERKING: De neurale topcellijn die in deze studie wordt gebruikt, bestaat uit O9-1-cellen, oorspronkelijk afgeleid van Wnt1-Cre; R26R-GFP-tot expressie brengende cellen geïsoleerd uit E8.5 muizenembryo's12 (zie discussie). De hier beschreven methode voor het kweken van O9-1-cellen volgt een eerder vastgesteld protocol13.
2. Bereiding van de HA/Col1-gecoate schaal
OPMERKING: De oorspronkelijke methode voor het coaten van HA/Col1 op schotels met glazen bodem werd voorgesteld door Irie et al.7.
3. Migratietest op de met HA/Col1 gecoate schaal
OPMERKING: Een op wondsluiting gebaseerde test met behulp van gedefinieerde celvrije openingen van 500 μm in Col1/HA-substraten werd uitgevoerd met behulp van 2-well kweekinzetstukken (zie materiaaltabel). De O9-1-cellen drukken Tmem2 uit, dat nodig is voor de adhesie en afbraak van HA in de extracellulaire ruimte9 (figuur 2 en figuur 3).
4. Data-analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een migratietest werd uitgevoerd op gemengde substraten bestaande uit Col1 en hoog molecuulgewicht HA (gemiddeld molecuulgewicht: 1.200-1.400 kDa) met behulp van het hier beschreven protocol. O9-1-cellen aan de grens van de kloof bleken gemakkelijk te migreren naar de HA-rijke kloof (figuur 4). Immunostaining voor een FA-marker, vinculine14, bevestigde dat de O9-1-cellen focale verklevingen (VA's) vormden op de plaatsen van HA-afbraak (figuur 5
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Verschillende ECM-componenten regelen NCC-emigratie/-migratie. Zo reguleert HA de NCC-migratie 2,15 positief. Interessant is dat een studie op basis van genetische muismodellen van Tmem2, een hyaluronidase van het celoppervlak, de vereiste van HA-degradatie bij NCC-migratieophelderde 9. Collageen zijn ook overvloedig aanwezig in de ECM rond de neurale buis16. Van decorine, een kleine leucine-rijke proteoglycaan, is ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteur verklaart dat er geen tegenstrijdige belangen bestaan.
Ik spreek grote dank uit aan Fumitoshi Irie en Yu Yamaguchi voor hun aanmoediging en vriendelijke suggesties bij het vaststellen van deze methode. Dit werk werd ondersteund door subsidies-in-steun voor wetenschappelijke onderzoeksprogramma's van de Japan Society for the Promotion of Science (#19KK0232 tot T.I., #20H03896 tot T.I.). De oorspronkelijke methode voor het coaten van HA op glassubstraten en in situ HA-afbraaktests op de substraten werd beschreven in Yamamoto et al. (2017)8, terwijl de methode voor de bereiding van HA/Col1 gemengde substraten werd beschreven in Irie et al. (2021)7.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10cm celkweekschaal | CORNING | Cat. 353003 | |
| 1X PBS | Millipore | Cat. Nr. BSS-1005-B | |
| 2-puts celkweekinserts | ibidi | Cat. Nr. 80209 | |
| Alexa 555-gelabelde geiten anti-muis IgG | Invitrogen | Cat. A21422 | Geitenafgeleid anti-muis secundair antilichaam |
| geautomatiseerde celteller | Bio-Rad | Cat. Nr. TC20 | |
| CELLBANKER | ZENOGEN PHARMA | Cat. 11910 | Celbevriezingsmedium |
| collageen type I | Sigma | Cat. Nr. 08-115 | |
| Complete ES Cell Medium | Millipore | Cat. Nr. ES-101-B | |
| DAPI | Invitrogen | Cat. 10184322 | |
| Dulbecco’s Gemodificeerd Eagle Medium | Gibco | Cat. 11971025 | |
| Fetaal Runderserum | Gibco | Cat. 10270106 | |
| fluorescentiemicroscoop | Keyence | Cat. Nr. BZ-X700 | |
| Fluorescerend gelabeld HA | PG Research | FAHA-H2 | |
| Glasbodemschaal | Iwaki | Cat. 11-0602 | |
| glutaldehyde | Sigma | Cat. Nr. G5882 | |
| Matrigel | Fisher | Cat. Nr. CB-40234 | De basement-membraan matrix |
| monoklonaal anti-vinculine antilichaam | Sigma | Cat. Nr. V9264 | |
| montagemedium | Dako | S3023 | |
| Normaal geitenserum | Fisher | Cat. 50062Z | |
| O9-1 cellen | Millipore | Cat. Nr. SCC049 | |
| Paraformaldehyde | Sigma | Cat. 158127 | |
| triethoxysilaan | Sigma | Cat. Nr. 390143 | |
| trypsine-EDTA | Millipore | Cat. Nr. SM-2003-C |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.