Eine Einführung in die Zelle Motilität und Migration

Cell Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Advanced Biology collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Zelle Motilität und Migration eine wichtige Rolle in beiden normalen Biologie und in der Krankheit. Auf der einen Seite Migration ermöglicht Zellen, komplexen Geweben und Organen während der Entwicklung zu generieren, aber auf der anderen Seite die gleichen Mechanismen dienen von Tumorzellen zu bewegen und in einem Prozeß bekannt als Krebsmetastasen ausbreiten. Eines der primären zellulären Maschinen, die Zellbewegung möglich machen ist ein intrazellulären Netzwerk von Myosin und Actin Moleküle, zusammen bekannt als "Actomyosin", schafft eine Kontraktionskraft zu eine Zelle in verschiedene Richtungen ziehen.

In diesem Video präsentiert Jupiter einen historischen Überblick über den Bereich der Zellwanderung, feststellend wie Frühwerk auf Muskel-Kontraktion führte zur Entdeckung der Actomyosin Vorrichtung. Dann erkunden wir einige der Fragen, die Forscher sind noch Fragen über Zelle Motilität, und überprüfen Sie Techniken verwendet, um verschiedene Aspekte dieses Phänomens zu studieren. Schließlich betrachten wir, wie Forscher Zellwanderung, z. B. studiert werden um Metastasen besser zu verstehen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Cell Biology. Eine Einführung in die Zelle Motilität und Migration. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Zelle Motilität ist erforderlich bei vielen physiologischen und pathologischen Prozessen, einschließlich der Zellwanderung während der Embryonalentwicklung, Bewegung von weißen Blutkörperchen in Reaktion auf eine Infektion, und eine Metastasierung der Krebszellen. Zwei zelluläre Proteine Aktin und Myosin, bilden die wichtigsten Bausteine der Motilität Vorrichtung.

In diesem Einführungsvideo überprüfen wir einige der Wahrzeichen Entdeckungen auf dem Gebiet der Zelle Motilität und Migration. Dann werden wir ein paar offene Fragen bezüglich Zelle Motilität, gefolgt von einer Diskussion der klassischen und fortgeschrittene Werkzeuge zur Untersuchung Motilität markieren. Zu guter Letzt werden wir mit einigen Beispiel-Experimenten einpacken.

Beginnen wir mit Blick auf die wichtigen Entdeckungen, die mit diesem Bereich verbunden.

Im17. Jahrhundert wurde Anton van Leeuwenhoek mit Hilfe eines Mikroskops, die erste Person, die Bewegung der Spermien und Bakterien zu beobachten. Ein paar Jahrhunderte später, Theodor Wilhelm Engelmann und Wilhelm Pfeffer entdeckt Reiz getrieben bakterielle Bewegung, einschließlich: Phototaxis, die Bewegung beeinflusst durch Licht; Chemotaxis-Bewegung in Richtung von verschiedenen chemischen Substanzen; und Aerotaxis-Bewegung als Reaktion auf Sauerstoff. Etwa zur gleichen Zeit durchgeführt Ilya Metchnikoff ein faszinierendes Experiment, in dem er stach die transparente Seestern Larve mit einem Rosendorn, und Zellen verschieben aus anderen Teilen des Körpers in die Wunde zu beobachten. Dies führte zu dem Begriff der Leukozyten, die Migration auf eine Stelle der Verletzung, Pionier der Immunologie.

Ein Verständnis des Mechanismus der Zellbewegung begann ein paar Jahre früher, wenn ein scheinbar unzusammenhängenden Phänomen studiert – Muskel-Kontraktion. Im Jahre 1859 isoliert Wilhelm Kühne ein Muskelprotein, das er dachte, war verantwortlich für seine Steifigkeit und nannte es Myosin.

Im Jahr 1942 Brunó Ferenc Straub entdeckt, dass die "Myosin" Vorbereitungen tatsächlich eine sekundäre Protein enthalten Actin. Wir wissen jetzt, dass Aktin und Myosin in Form der Actomyosin Komplex, interagieren die Kontraktion erzeugt. 1974 Margaret Clarke, während der Arbeit unter James Spudich Actomyosin-ähnlichen Strukturen in Slime Mold Dictyosteliumgekennzeichnet, und seine Beteiligung an nicht-Muskel Zelle Bewegung vorgeschlagen.

1983 Spudich, zusammen mit Michael Sheetz, eine in-vitro- Actomyosin Modell entwickelt, die den Weg zu unserem heutigen Verständnis von ihren Mechanismus. Wir wissen jetzt, dass ATP, ein "energiereichen" Molekül in den Zellen Myosin bindet und das Myosin-Molekül treibt zu "kriechen" entlang eine parallele Actin-Molekül dadurch erzeugt eine kontraktile Kraft, die in nicht-Muskelzellen während der Migration die Zelle nach vorne ziehen kann.

Nach der kurzen historischen Abriss sprechen wir über ein paar Fragen über Zelle Motilität, die Wissenschaftler heute gefragt sind.

Forscher sind wie Cues direkte Zelle Umweltbewegung lernen interessiert. Zellen verschieben in Reaktion auf eine Vielzahl von Signalen, einschließlich derjenigen, die embryonale Entwicklung oder alert Immunzellen auf Sites der Infektion zu fahren. Diese Signale sind in der Regel chemische Verbindungen, die durch einige Zellen induzieren Migration eines bestimmten Typs von Zellen in Richtung zu ihnen freigegeben. Daher kann Studium des Mechanismus der diese Chemotaxis Induktion helfen Wissenschaftlern die Erkrankungen besser zu verstehen, in welcher, die Zelle Migration gestört ist.

Ein weiterer wichtiger Bereich der Untersuchung betrifft die molekularen Maschinen, mit denen Zellen bewegen. Neben der Actomyosin-Apparat, die Zellen mit flexiblen Formen, Vorsprünge zu erweitern und "kriechen" entlang Oberflächen ermöglicht, versuchen Forscher auch zu verstehen, wie die Zelle Motilität gefahren werden kann, durch andere Zellskelett Elemente, wie die Mikrotubuli, die die "Welle" Sperma Schwänze zu bilden sowie die komplexen molekularen Maschinen, die bakterielle Flagellen bilden.

Schließlich entdecken Sie einige Wissenschaftler, wie Zellen miteinander interagieren und Wandern gemeinsam in Gruppen, die in der frühen Embryogenese sowie der Wundheilung auftreten.

Zusätzlich, weil Zellen im Körper tatsächlich innerhalb eines Netzes von Molekülen bekannt als die extrazelluläre Matrix existieren, abgekürzt als ECM, untersucht, wie Zellen interagieren und in das ECM dringen helfen Verständnis Phänomene wie Krebsmetastasen.

Jetzt haben wir einen Überblick über die Fragen auf dem Gebiet betrachten einige prominente Techniken eingesetzt werden.

Der Scratch-Test wird verwendet, um wie Epithelzellen Modell neu auffüllen eine Freifläche — ähnlich wie Wundheilung. Bei diesem Verfahren entsteht eine Wunde durch die Ausführung einer Pipettenspitze durch die Zelle Kulturschale. Als Zellen wieder in diese Lücke im Laufe der Zeit wachsen, könnte ihre Bewegungstrajektorien mithilfe von Tracking-Software, um Bewegungsgeschwindigkeit und Verschiebung zu beurteilen nachverfolgt werden.

Die Transwell-Migration-Assay ist eine weitere klassische Methode verwendet, um Chemoattraction, die den Prozess der Gewinnung chemisch Zellen zu studieren. In diesem Assay wird Lockstoffgradient Lösung, Brunnen, dann die Transwell Kammern befinden sich im Inneren dieser Brunnen, und schließlich ein wandernder Zelltyp ist hinzugefügt auf der oberen Seite der Membran. Die Anzahl der Zellen in Richtung der Lockstoffgradient Migration kann mit einem Mikroskop und Hemocytometer gezählt werden.

Fortschritte in der engineering-Techniken ermöglichten den Bau der Mikrofluidik Geräte, bestehend aus Microfabricated Kanäle auf einer geeigneten Oberfläche geätzt. Für Migration Experimente, der Kanal hat in der Regel zwei Anschlüsse: einen für den Zusatz von eine Zellsuspension, und eine andere für den Zusatz eines chemischen Reizes. Die Wirkung des Reizes auf Cells Wanderungsverhalten kann dann unter dem Mikroskop untersucht werden.

Um das Eindringen von Zellen in das ECM zu studieren, können Forscher 3D Invasion Tests durchführen. Bei dieser Methode Kulturzellen Wissenschaftler in dreidimensionale Matrizen Komponenten wie Kollagen gebildet. Anschließend können sie mit Hilfe der ausgeklügelten Software Invasion in drei Dimensionen nachverfolgen. Diese Methode eignet sich besonders für das Studium der Tumorentwicklung.

Schließlich kann Zeitraffer Fluoreszenz-Mikroskopie verwendet werden, um lebende Zellen in Vivozu verfolgen. Genen Codierung fluoreszierende Proteine können in einem Tiermodell eingeführt werden. Die wandernden Weg der Zellen jetzt zum Ausdruck fluoreszierende Proteine kann mit anspruchsvollen bildgebende Verfahren, wie zwei-Photonen-Mikroskopie zurückverfolgt werden.

Nun, schauen wir uns einige aktuelle Anwendungen von dieser Zelle Motilität und Migration-Assays.

Wie besprochen, spielt Zellwanderung eine entscheidende Rolle im Tumor Metastasen. Hier kultivierte Wissenschaftler Tumorzellen eingebettet in einer Matrix zusammen mit Gehirnscheiben in einer Transwell Kammer. Nach Inkubation die Proben waren voller Flecken und mit Immunfluoreszenz analysiert. Die Ergebnisse zeigten Invasion von Tumorzellen in den Gehirnscheiben.

Nach Infektion release Zellen Chemokine, die Lockstoffgradient Proteine, die Migration der Neutrophilen zu induzieren. Neutrophile sind phagocytic Zellen, die integraler des angeborenen Immunsystems Bestandteil. Hier bewertet die Forscher dieses Phänomen mit einem Transwell-Migration-Assay. Sie überzogen Bakterien infizierten Epithelzellen auf der Unterseite der Membran, während Neutrophile auf der Oberseite kultiviert wurden. Ergebnisse zeigten signifikante Neutrophilenzahl Migration in Anwesenheit von infizierten Zellen.

Schließlich können mikrofluidischen Kammer Assays zur bakteriellen Chemotaxis zu untersuchen. Wissenschaftler hier bewertet, Lockstoff und wasserabweisenden Eigenschaften der beiden Substanzen — L-Aspartat- und Nickel Sulfat – mit einer spezialisierten mikrofluidischen Kammer, die verschiedene Konzentrationen in einem Experiment testen konnten. Die gewonnenen Daten zeigen, dass mit einer Zunahme der Lockstoff und abweisend Konzentration, bakteriellen Migration hin und Weg von den Test-Moleküle, bzw. erhöht.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Zelle Motilität und Migration beobachtet. In dieser Präsentation haben wir die wichtigsten Meilensteine in der Studie der Zelle Motilität und Migration überprüft. Als nächstes haben wir einige aktuelle Fragen und Werkzeugen in Laboren heute diskutiert. Schließlich hob einige Beispiel-Experimente Anwendungen dieser Techniken. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE

Applications