Protokół opisany w krokach 1.1-1.5 służy do usunięcia komórek i pozostawienia pochodzącej od nich ECM. Protokół przeprowadzono na komórkach COS-7 hodowanych przez 96 h na szklanych lamellkach, a pochodzącą od komórek ECM przeanalizowano za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Traktowanie wodorotlenkiem amonu skutecznie usunęło komórki, co potwierdzono brakiem jąder komórkowych i cytoszkieletu aktynowego, odpowiednio w barwieniu DAPI i faloidyną (Rysunek 1). Ekstrakcja komórek 2 M mocznikiem nie była tak skuteczna jak w przypadku wodorotlenku amonu; po traktowaniu wykryto ślady barwienia DAPI i faloidyną. 8 M mocznik wywołał efekt podobny do wodorotlenku amonu (Rysunek 1). Następnie zwizualizowano pochodzącą od komórek ECM przed i po traktowaniu wodorotlenkiem amonu (kroki 2.1-2.11). Komórki COS-7 przetransfekowano trimerem C-końcowym trombospondyny-1 znakowanym monomerycznym czerwonym białkiem fluorescencyjnym (mRFP), (mRFPovTSP1C)11, i hodowano w szalce 35 mm z siatkowaną szklaną podstawą.
Dwie godziny po wysianiu, pod mikroskopem konfokalnym zlokalizowano odpowiednie pole siatki zawierające wiele zdrowych komórek wykazujących ekspresję mRFPovTSP1C. Wykonano referencyjne zdjęcie tego obszaru w kontraście fazowym, a następnie przeprowadzono obrazowanie fluorescencyjne time-lapse w odstępach 1 min przez 2 h (Ryc. 2A). Następnie komórki usunięto za pomocą wodorotlenku amonu, a to samo pole siatki na szalce odnaleziono w kontraście fazowym i ponownie poddano analizie za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Komórki nie znajdowały się już w polu siatki, lecz mRFPovTSP1C pozostało w ECM, co wykryto w mikroskopii fluorescencyjnej jako charakterystyczne punkta (Ryc. 2A). Wszelkie mRFPovTSP1C odłożone do ECM przed usunięciem komórek zidentyfikowano poprzez porównanie wzoru fluorescencji przed i po usunięciu komórek. Przyjmuje się, że fluorescencyjne punkta zidentyfikowane na obu obrazach (Ryc. 2A, przykład wskazany strzałką) są związane z ECM.
Następnie do izolacji natywnej ECM z hodowlanych komórek adherentnych zastosowano traktowanie wodorotlenkiem amonu. Ludzkie fibroblasty skóry (HDF) hodowano na szkiełkach podstawowych przez 96 h. Komórki usunięto za pomocą wodorotlenku amonu, a ECM przebadano przy użyciu przeciwciała antykolagenowego typu I, co wykazało charakterystyczny włóknisty i siateczkowy wzór barwienia16 (Rysunek 2B). Rozmieszczenie fibronektyny badano wokół utrwalonych, niepermeabilizowanych komórek chondrosarcoma szczura (RCS) oraz w obrębie ECM po usunięciu komórek RCS (Rysunek 2C). Izolacja ECM wodorotlenkiem amonu była przeprowadzana również w warunkach sterylnych, aby możliwe było ponowne wysianie komórek „testowych” na ECM w celu przeprowadzenia badań fenotypowych lub funkcjonalnych. Na przykład komórki „testowe” COS-7 wysiano na 2 h na sterylną ECM wytworzoną przez komórki RCS, a następnie utrwalono, permeabilizowano i przeanalizowano organizację F-aktyny poprzez barwienie FITC-faloidyną, w porównaniu z komórkami COS-7 wytwarzającymi własną ECM (kroki 3.1-3.9) (Rysunek 3).
W większej skali metodę tę wykorzystano do izolacji ECM na potrzeby procedur biochemicznych. Na przykład komórki RCS hodowano przez 7 dni na dwóch naczyniach hodowlanych o średnicy 100 mm, postępując zgodnie z procedurami opisanymi w krokach 4.1-4.7. Białka w ECM pochodzącej z komórek zebrano, zeskrobując je do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE, a następnie rozdzielono za pomocą SDS-PAGE na 7% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących. Żel zabarwiono na obecność białek, a następnie wyizolowano i przeanalizowano metodą spektrometrii mas cztery główne prążki (Rysunek 4A). Zidentyfikowano szereg białek ECM, w tym fibronektynę, trombospCydynę 1 (TSP1), trombospCydynę 5/białko macierzy oligomerycznej chrząstki (TSP5 / COMP) oraz matrylinę-1 (Rysunek 4B).
Alternatywnie, preparacje ECM w mniejszej skali można oceniać za pomocą immunoblotingu. Na przykład, ECM pochodząca z komórek COS-7 ektopowo eksponujących mRFPovTSP1C została rozdzielona metodą SDS-PAGE, przeniesiona na membranę PVDF, a następnie poddana analizie w kierunku RFP przy użyciu przeciwciała anty-RFP (Rycina 4C). Technika ta jest wystarczająco czuła, aby wykryć różnice w depozycji pomiędzy natywnym trymerem TSP1 (mRFPovTSP1C) a zaprojektowanym pentamerem regionu C-końcowego TSP1 (mRFP-TSP-5-1C)17 (Rycina 4C). Aby zbadać endogenną ECM komórek HDF, obecność specyficznych białek w lizacie komórkowym lub izolowanej ECM sprawdzono za pomocą immunoblotingu. Charakterystyczne białka ECM, takie jak fibronektyna i trombospondyna-1, zostały wykryte w ECM, podczas gdy obfite białka wewnątrzkomórkowe, α-tubulina i β-aktyna, nie występowały w izolowanej ECM (Rycina 4D).

Rysunek 1: Porównanie metod usuwania komórek. Komórki COS-7 hodowano z wysoką gęstością przez 96 h na szkiełkach nakrywkowych, utrwalono w 2% PFA i permeabilizowano w 0,5% Triton X100 lub poddano zabiegom usuwania komórek zgodnie z opisem. Następnie szkiełka nakrywkowe barwiono falloidyną-FITC w celu wizualizacji F-aktyny oraz DAPI w celu wizualizacji jąder. Pasek skali = 25 µm. Rysunek został zmodyfikowany z oryginalnej publikacji w Journal of Cell Science11. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2: Identyfikacja białek ECM w izolowanym ECM. (A) Obrazy w kontraście fazowym i fluorescencyjne komórek COS-7 wykazujących ekspresję mRFPovTSP1C i hodowanych przez 2 h na płytce 35 mm z szklanym, siatkowanym dnem. Obrazy przedstawiono przed i po usunięciu komórek za pomocą wodorotlenku amonu. Krawędź litery siatki zaznaczono na obrazach w kontraście fazowym linią przerywaną. Białe strzałki wskazują przykłady fluorescencyjnych punktów (puncta), które były obecne przed i po usunięciu komórek. (B) Detekcja kolagenu I w ECM HDF za pomocą pośredniej immunofluorescencji. HDF hodowano przez 96 h i usunięto za pomocą wodorotlenku amonu, a następnie ECM zabarwiono na ludzki włóknisty kolagen I. ECM zabarwiono również samym przeciwciałem wtórnym anty-króliczym sprzężonym z FITC. (C) Lokalizacja fibronektyny wokół komórek RCS lub w obrębie izolowanego ECM RCS, wykryta za pomocą pośredniej immunofluorescencji. Komórki RCS hodowano przez 48 h, utrwalono w 2% PFA i zabarwiono na fibronektynę oraz DAPI. W równoległych płytkach komórki usunięto za pomocą 20 mM wodorotlenku amonu, a ECM zabarwiono na fibronektynę oraz DAPI. Komórki zabarwiono również samym przeciwciałem anty-mysim IgG sprzężonym z FITC. Aby wyświetlić większą wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Rycina 3: Zastosowanie sterylnej ECM w badaniach funkcjonalnych. Komórki RCS pełniące rolę „producenta macierzy” były hodowane przez 48 h na szklanych zakryciach, a następnie poddano je działaniu 20 mM wodorotlenku amonu w warunkach sterylnych w celu usunięcia komórek. Komórki „testowe” COS-7 wysiano na zakrycia z wyizolowaną ECM RCS lub bez niej na 2 h, utrwalono w 2% PFA, permeabilizowano w 0,5% Triton X100, a następnie zabarwiono FITC-faloidyną w celu wizualizacji F-aktyny oraz DAPI w celu wizualizacji jąder. Komórki COS-7 wysiane na ECM RCS rozprzestrzeniły się bardziej i utworzyły duże wiązki mikrofilamentów (przykład wskazany strzałką) oraz fałdy krawędziowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Identyfikacja białek z wyizolowanej ECM za pomocą SDS-PAGE, spektrometrii mas lub immunoblottingu. (A) Komórki RCS hodowano przez 7 dni, a następnie usunięto za pomocą 20 mM wodorotlenku amonu; ECM zebrać zeskrobując do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE zawierającego 100 mM DTT. Preparat ECM rozdzielono metodą SDS-PAGE na 7% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących. Cztery istotne prążki (strzałki 1-4) zidentyfikowano poprzez barwienie białek. (B) Białka z prążków 1-4 ECM komórek RCS zidentyfikowano metodą spektrometrii mas MALDI. (C) Komórki COS-7 wykazujące ekspresję mRFPovTSP1C (trimer) lub mRFP-TSP-5-1C (pentamer) hodowano przez 48 h i usunięto za pomocą 20 mM wodorotlenku amonu, a następnie ECM wyizolowano do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE zawierającego 100 mM DTT. Preparat ECM rozdzielono metodą SDS-PAGE na 7% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących, przeniesiono na membranę PVDF i poddano detekcji z użyciem przeciwciała anty-RFP. Panel ten został zmodyfikowany z oryginalnej publikacji w Bioscience Reports17. (D) HDF hodowano przez 96 h, a następnie poddano działaniu 2% kwasu deoksycholowego w PBS (lizat komórkowy) lub 20 mM wodorotlenku amonu w celu usunięcia komórek. ECM zeskrobano do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE. Dwie frakcje rozdzielono metodą SDS-PAGE na 10% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących, przeniesiono na membranę PVDF i poddano detekcji z użyciem wskazanych przeciwciał. Na każdym panelu pozycje markerów masy cząsteczkowej podano w kDa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.