Protokół opisany w krokach 1.1-1.5 służy do usuwania komórek i pozostawienia pochodzącej z nich macierzy zewątkórkowej (ECM). Protokół przeprowadzono na komórkach COS-7 hodowanych przez 96 h na szkiełkach przedmiotowych, a pochodzącą z komórek ECM analizowano za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Obróbka wodązprostym amoniakiem skutecznie usunęła komórki, co potwierdzono brakiem jąder komórkowych i cytoszkieletu aktynowego, odpowiednio w barwieniu DAPI i faloidyną (Rycina 1). Ekstrakcja komórek za pomocą 2 M mocznika nie była tak skuteczna jak w przypadku wodorotlenku amonu; po obróbce wykryto ślady barwienia DAPI i faloidyną. 8 M mocznik wywarł efekt podobny do wodorotlenku amonu (Rycina 1). Następnie zwizualizowano pochodzącą z komórek ECM przed i po obróbce wodorotlenkiem amonu (kroki 2.1-2.1). Komórki COS-7 przetransfekowano trimerem C-końcowym trombospondyny-1 z oznakownikiem w postaci monomercznego czerwonego białka fluorescencyjnego (mRFP), (mRFPovTSP1C)11 i hodowano w płytce 35 mm z rastrowanym dnem szklanym.
Dwie godziny po wysianiu, pod mikroskopem konfokalnym zlokalizowano odpowiednie pole siatki, w którym znajdowało się wiele zdrowych komórek wykazujących ekspresję mRFPovTSP1C. Wykonano referencyjne zdjęcie tego obszaru w kontraście fazowym, a następnie przeprowadzono fluorescencyjne obrazowanie time-lapse w odstępach 1 min przez 2 h (Rysunek 2A). Następnie komórki usunięto za pomocą wodorotlenku amonu, a ten sam kwadrat siatki na szalce zlokalizowano ponownie w kontraście fazowym, a następnie poddano ponownej analizie za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Komórki nie znajdowały się już w kwadracie siatki, ale białko mRFPovTSP1C pozostało w macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), co w mikroskopii fluorescencyjnej objawiało się w postaci charakterystycznych punktów (Rysunek 2A). Wszelkie białko mRFPovTSP1C zdeponowane w macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) przed usunięciem komórek zidentyfikowano poprzez porównanie wzorca fluorescencji przed i po usunięciu komórek. Punkty fluorescencyjne zidentyfikowane na obu obrazach (Rycina 2A, przykładowo wskazane strzałką) uznaje się za powiązane z ECM.
Następnie do wyizolowania natywnej ECM z hodowanych komórek adherentnych zastosowano obróbkę wodorotlenkiem amonu. Ludzkie fibroblasty skórne (HDF) hodowano na szkiełkach podstawkowych przez 96 h. Komórki usunięto za pomocą wodorotlenku amonu, a ECM poddano badaniu z użyciem przeciwciała przeciwko kolagenowi I, co wykazało charakterystyczny włóknisty i siateczkowaty wzorzec barwienia16 (Rycina 2B). Rozkład fibronektyny zbadano wokół utrwalonych, niepermeabilizowanych komórek chondrosarcoma szczura (RCS) oraz w obrębie ECM po usunięciu komórek RCS (Rycina 2C). Izolację ECM wodorotlenkiem amonu przeprowadzono 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 za pomocą barwienia FITC-falloidyną, w porównaniu z komórkami COS-7 wytwarzającymi własną ECM (kroki 3.1-3.9) (Rycina 3).
W większej skali metodę tę zastosowano do izolacji ECM na potrzeby procedur biochemicznych. Na przykład komórki RCS hodowano przez 7 dni na dwóch naczyniach hodowlanych o średnicy 10 mm, a następnie wykonano procedury opisane w krokach 4.1-4.7. Białka z ECM pochodzącej z komórek zebrano poprzez zeskrobanie ich do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE i rozdzielono metodą SDS-PAGE na 7% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących. Żel barwiono na białka, a następnie wyizolowano i przeanalizowano za pomocą spektrometrii mas cztery główne prążki (Rycina 4A). Zidentyfikowano szereg białek ECM, w tym fibronektynę, trombospondynę 1 (TSP1), trombospondynę 5/oligomeryczne białko macierzy chrząstki (TSP5 / COMP) oraz matrylinę-1 (Rycina 4B).
Alternatywnie, preparaty ECM w mniejszej skali można oceniać za pomocą immunoblottingu. Na przykład, ECM pochodząca z komórek COS-7 ektopowo wykazujących ekspresję mRFPovTSP1C została rozdzielona metodą SDS-PAGE, przeniesiona na membranę PVDF i poddana analizie w kierunku RFP z użyciem przeciwciała anty-RFP (Ryc. 4C). Technika ta jest wystarczająco czuła, aby wykryć różnice w depozycji pomiędzy natywnym trimerem TSP1 (mRFPovTSP1C) a zmodyfikowanym pentamerem regionu C-końcowego TSP1 (mRFP-TSP-5-1C)17 (Ryc. 4C). Aby zbadać endogenną ECM komórek HDF, obecność specyficznych białek w lizacie komórkowym lub wyizolowanej ECM sprawdzono za pomocą immunoblottingu. Charakterystyczne białka ECM, fibonektyna i trombospondyna-1, zostały wykryte w ECM, podczas gdy obfite białka wewnątrzkomórkowe α-tubulina i β-aktyna nie występowały w wyizolowanej ECM (Ryc. 4D).

Rycina 1: Porównanie metod usuwania komórek. Komórki COS-7 hodowano przez 96 h przy wysokiej gęstości na szkiełkach podstawowych, utrwalano w 2% PFA i permeabilizowano w 0,5% Triton X-10 lub poddawano zabiegom wskazanym w celu usunięcia komórek. Następnie szkiełka podstawowe barwiono falloidyną sprzężoną z FITC w celu wizualizacji aktyny F oraz DAPI w celu wizualizacji jąder komórkowych. Pasek skali = 25 µmRycina ta została zmodyfikowana na podstawie oryginalnej publikacji w czasopiśmie Journal of Cell Science11. Prosimy o kliknięcie tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 2: Identyfikacja białek ECM w wyizolowanej macierzy zewnątrzkomórkowej. (A) Obrazy w kontraście fazowym i fluorescencyjne komórek COS-7 wykazujących ekspresję mRFPovTSP1C, hodowanych przez 2 h na szalce 35 mm z szklanym dnem z naniesioną siatką. Obrazy przedstawiają stan przed i po usunięciu komórek za pomocą wodorotlenku amonu. Krawędź litery siatki jest zaznaczona na obrazach w kontraście fazowym linią przerywaną. Białe strzałki wskazują przykłady fluorescencyjnych punktów, które były obecne przed i po usunięciu komórek. (B) Wykrywanie kolagenu I w ECM komórek HDF metodą pośredniej immunofluorescencji. Komórki HDF hodowano przez 96 h, a następnie usunięto za pomocą wodorotlenku amonu; ECM zabarwiono przeciwciałami przeciwko ludzkiemu kolagenowi włóknistemu typu I. ECM zabarwiono również przy użyciu wyłącznie wtórnego przeciwciała antykróliczego sprzężonego z FITC. (C) Lokalizacja fibronektyny wokół komórek RCS lub w obrębie wyizolowanej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) RCS, wykryta za pomocą pośredniej immunofluorescencji. Komórki RCS hodowano przez 48 h, utrwalono w 2% PFA, a następnie wybarwiono pod kątem obecności fibronektyny oraz przy użyciu DAPI. W równoległych naczyniach usunięto komórki za pomocą 20 mM wodorotlenku amonu, a następnie wybarwiono ECM pod kątem obecności fibronektyny oraz przy użyciu DAPI. Komórki wybarwiono również wyłącznie przeciwciałem anty-IgG przeciwko myszy sprzężonym z FITC. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 3: Zastosowanie sterylnej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) w badaniach funkcjonalnych. Komórki RCS pełniące rolę „producentów macierzy” hodowano przez 48 h na szkiełkach nakrywkach, a następnie poddano działaniu 20 mM wodorotlenku amonu w warunkach sterylnych w celu usunięcia komórek. Komórki „testowe” COS-7 wysiewano na szkiełka z odizolowaną macierzą zewnątrzkomórkową (ECM) RCS lub bez niej na 2 h, utrwalano w 2% PFA, permeabilizowano w 0,5% Triton X10, a następnie barwiono falloidyną FITC w celu wizualizacji aktyny F oraz DAPI w celu wizualizacji jąder komórkowych. Komórki COS-7 wysiane na ECM RCS rozprzestrzeniły się bardziej i utworzyły duże pęczki mikrofilamentów (przykłady wskazane strzałkami) oraz fałdy krawędziowe. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Identyfikacja białek z wyizolowanej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) za pomocą elektroforezy SDS-PAGE, spektrometrii mas lub immunoblottingu. (A) Komórki RCS hodowano przez 7 dni, a następnie usunięto za pomocą 20 mM wodorotlenku amonu; macierz zewnątrzkomórkową (ECM) zebrano przez zdrapywanie do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE zawierającego 10 mM DTT. Preparat ECM rozdzielono metodą SDS-PAGE na 7% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących. Za pomocą barwienia białek zidentyfikowano cztery istotne prążki (strzałki 1-4). (BBiałka z prążków 1-4 macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) RCS zostały zidentyfikowane za pomocą spektrometrii mas MALDI.CKomórki COS-7 wykazujące ekspresję mRFPovTSP1C (trimeru) lub mRFP-TSP-5-1C (pentameru) hodowano przez 48 h, a następnie usunięto przy użyciu 20 mM wodorotlenku amonu, po czym macierz pozakomórkową (ECM) wyizolowano do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE zawierającego 100 mM DTT. Preparat ECM rozdzielono metodą SDS-PAGE na 7-procentowym żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących, przeniesiono na membranę PVDF i poddano detekcji z użyciem przeciwciała anty-RFP. Ten panel został zmodyfikowany na podstawie oryginalnej publikacji w Bioscience Reports.17. (D) HDF hodowano przez 96 h, a następnie poddano działaniu albo 2% kwasu deoksycholowego w PBS (lizat komórkowy), albo 20 mM wodorotlenku amonu w celu usunięcia komórek. ECM zeskrobano do gorącego buforu do próbek SDS-PAGE. Obie frakcje rozdzielono za pomocą SDS-PAGE na 10% żelu poliakrylamidowym w warunkach redukujących, przeniesiono na membranę PVDF i poddano inkubacji z przeciwciałami, zgodnie z oznaczeniem. Na każdym panelu zaznaczono położenie markerów masy cząsteczkowej w kDa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.