Подвижность клеток является стереотипным процессом, требующим установления оси полярности и силообразующих цитоскелетных перестроек. Полимеризация актина и его связь с миозином признаны основными факторами, способствующими протрузивным и сократительным силам, необходимым для движения клеток1. Микротрубочки считаются основными действующими лицами в поляризации клеток и направленной персистенции во время миграции2. В последние годы было также показано, что МТ создают и стабилизируют протрузии для поддержки механокомпрессивных сил во время инвазии клеток в 3D3. В последнее время МТ принимают непосредственное участие в механотрансдукции при фокальных спайках и механочувствительной миграции4. Динамическая нестабильность, характеризующая конечную динамику МТ-плюс, состоит из повторяющихся фаз полимеризации (роста) и деполимеризации (усадки), которые контролируются множеством микротрубочек-связывающих белков и внутриклеточных сигнальных каскадов, таких как управляемые RHO-GTPases 5,6,7. Роль сети МТ в миграции и инвазии клеток сделала исследование динамики МТ ключевым элементом для лучшего понимания механизмов самонаведения иммунных клеток, заживления ран и инвазии рака.
Способность раковых клеток покидать первичное ядро опухоли, распространяться в тканях и генерировать вторичные опухоли является критическим шагом в предотвращении глобального успеха в войне против рака, объявленной 50 лет назад 8,9. Одним из самых больших препятствий было понимание того, как раковые клетки активно вторгаются в ткани. Ключевые механизмы инвазии основаны на тех же принципах, что и те, которые управляют миграцией неопухолевых клеток10. Тем не менее, особенности миграции раковых клеток выявили11, что вызвало необходимость лучшей характеристики этого типа миграции. В частности, поскольку микроокружение опухоли выступает в качестве ключевого игрока в прогрессировании рака12, наблюдение и анализ инвазии раковых клеток в соответствующем физиологическом контексте имеет важное значение для разгадки механизмов распространения раковых клеток.
МТ играют центральную роль в прогрессировании рака, чтобы поддерживать как пролиферацию, так и инвазию. Точный анализ динамики МТ in situ может помочь идентифицировать МТ-изменяющие агенты (МТА) в обоих процессах. Динамика MT резко меняется в зависимости от изменения окружающей среды. In vitro лечение МТ-дестабилизирующими агентами, такими как нокодазол, предотвращает образование протрузии клеток, когда клетки встроены в гели в 3D, тогда как оно мало влияет на миграцию 2D клеток13,14. Несмотря на технические сложности, достижения в области прижизненной визуализации позволяют in vivo анализировать динамику МТ во время инвазии раковых клеток. Например, наблюдение МТ в подкожно ксенотрансплантированных клетках фибросаркомы у мышей показало, что опухолеассоциированные макрофаги влияют на динамику МТ в опухолевых клетках15. Тем не менее, эти мышиные модели включают обширные хирургические процедуры и остаются неудовлетворительными для менее доступных видов рака, таких как высокоинвазивная опухоль головного мозга, GBM.
Несмотря на мрачное 15-месячное среднее время выживания16, мало что известно о способе распространения GBM в паренхиме мозга или ключевых молекулярных элементах, поддерживающих инвазию клеток GBM в ткани мозга. Улучшение модели ортотопического ксенотрансплантата мышей (PDX) и создание черепных окон открыли новые перспективы для исследований инвазии клеток GBM17,18. Однако из-за неоптимального качества визуализации эта модель в основном позволяла продольную визуализацию поверхностных ксенотрансплантатов и до сих пор не была успешно использована для изучения субклеточной визуализации белков цитоскелетов. Кроме того, после введения запрета "3R" на сокращение использования грызунов и замену их низшими позвоночными были созданы альтернативные модели.
Используя преимущества примитивного иммунитета, наблюдаемого у личинок рыбок данио (Danio rerio), ортотопическая инъекция клеток GBM в мозг рыбы была разработана 19,20,21. Инъекция в непосредственной близости от желудочков в развивающемся среднем мозге рекапитулирует большую часть патофизиологии GBM человека21, и наблюдается та же предпочтительная картина инвазии GBM, что и у человека - ко-вариант сосудов -22. Благодаря прозрачности личинок рыб эта модель позволяет визуализировать клетки GBM, вторгающиеся в мозг из перижелудочковых областей, где, как полагают, возникает большинство GBM23.
Поскольку МТ необходимы для инвазии клеток GBM in vitro 24,25, необходима лучшая характеристика динамики МТ и идентификация ключевых регуляторов во время клеточной инвазии. Однако на сегодняшний день данные, полученные с помощью ортотопической модели рыбок данио, не включали субклеточный анализ динамики МТ в процессе инвазии. В данной работе представлен протокол для изучения динамики МТ in vivo и определения ее роли при инвазии рака мозга. После стабильной маркировки микротрубочек клетки GBM микроинъецируются с 3 dpf в мозг личинок рыбок данио и визуализируются в режиме реального времени с высоким пространственно-временным разрешением во время их прогрессирования в ткани мозга. Живая визуализация флуоресцентных МТ позволяет проводить качественный и количественный анализ динамики МТ плюс-энд. Кроме того, эта модель позволяет оценить влияние MTA на динамику MT и на инвазивные свойства клеток GBM в режиме реального времени. Этот относительно неинвазивный протокол в сочетании с большим количеством личинок, обрабатываемых одновременно, и простотой применения препарата (в рыбьей воде) делает модель активом для доклинических испытаний.