Dictyostelium discoideum 응답 심각한 기계적인 자극의 평가
Summary
여기는 심각한 기계적인 자극에 세포질 응답을 평가 하기 위한 방법에 설명 합니다. 현미경 기반 분석 결과에서 우리 전단 흐름 간략 한 자극에 따라 붙일 표시 된 바이오 센서의 지역화를 검사 합니다. 우리는 또한 화학적 심각한 기계적인 자극에 응답에 대 한 관심의 다양 한 단백질의 활성화를 테스트합니다.
Abstract
Chemotaxis, 또는 chemoattractant의 그라디언트를 마이그레이션 마이그레이션 감독된의 최고의 이해 모드입니다. 연구 사회 아메바를 사용 하 여 Dictyostelium discoideum 공개 병렬 통로의 복잡 한 신호 전달 네트워크 chemoattractants에 대 한 응답을 증폭 하 고 한쪽으로 치우친된 걸 중 합 및에 pseudopod의 돌출은 기온 변화도의 방향입니다. 반면에, 전단 흐름 또는 전기 분야에 노출으로 인해 감독된 이동의 다른 종류를 운전 하는 분자 메커니즘은 알려져 있지 않습니다. Chemotaxis의 많은 레 귤 레이 터에 선행 또는 후행 가장자리 마이그레이션 셀의 지역화 전시 뿐 아니라 지역화 또는 활성화는 chemoattractant와 함께 글로벌 자극 다음에 과도 변화를 보여. 감독된 이동의 다른 종류의 분자 메커니즘을 이해 하기 우리는 전단 흐름에 간단한 (2-5 s) 노출에 따라 심각한 기계적인 자극에 세포질 응답의 시험을 허용 하는 방법 개발 했다. 이 자극 검사 개별 셀 동작을 붙일 표시 된 바이오 센서를 표현 하는 세포 이미징 하는 동안 채널에 전달할 수 있습니다. 또한, 세포 인구 lysed, 격판덮개 및 관심사의 단백질의 활성 버전을 인식 하는 항 체를 사용 하 여 immunoblotted에 자극 될 수 있습니다. 결합 하 여 두 분석 실험, 하나 변화 subcellular 지 방화 및 인 산화에 의해 활성화 하는 분자의 광범위를 검사할 수 있습니다. 이 메서드를 사용 하 여 우리가 심각한 기계적인 자극 혈 신호 변환 및 말라 골격 네트워크의 활성화를 유발 결정. 심각한 기계적인 자극에 세포질 응답을 검사 하는 시작 이벤트 전단 흐름 유도 운동에 필요한 이해 중요 합니다. 이 접근은 또한 chemoattractant 수용 체의 혼동 영향 없이 혈 신호 전달 네트워크 연구는 도구를 제공 합니다.
Introduction
진 핵 세포의 용 해 또는 기판 chemoattractants의 그라데이션, 기판, 전기 분야, 또는 전단 흐름의 가변 강성을 포함 한 환경에서 다양 한 화학 및 물리적 신호에 의해 바이어스 이다. 적은 감독된 마이그레이션 및 통합 된 생산 세포 수준에서 이러한 다양 한 신호는 통합 하는 방법의 다른 종류에 대해 알고 있다 비록 많은 발전 chemotaxis를 운전 하는 분자 메커니즘에 대 한 우리의 이해에 왔다, 철새 응답입니다.
지시는 chemoattractant의 증가 농도 쪽으로 이동 세 가지 행동 구성 요소를 포함: 운동 성, 방향 감지 및 극성1. 운동 성 세포 pseudopod 돌출에 의해 달성의 임의의 움직임을 말합니다. 방향 감지는 chemoattractant의 소스를 감지 하는 세포의 능력은에 발생할 수 있는 움직일 수 셀. 극성의 선도 운동에 증가 지 속성에 이르게 셀의 후행 가장자리 사이의 세포내 구성 요소 보다 안정적인 비대칭 분포를 나타냅니다.
chemoattractant에 세포질 응답 4 개념적 정의 규제 네트워크의 활동에 따라 달라 집니다: 수용 체 / G 단백질 신호 변환, 말라 골격, 극성1. Chemoattractant G 단백질 결합 된 수용 체에 바인딩 heterotrimeric G 단백질 α와 방향 신호를 증폭 하류 신호 전달 네트워크에 βγ를 통해 신호를 전송 합니다. 신호 전달 네트워크 내의 여러 경로 동시에 행동 하 고 바이어스 말라 합 하는 기온 변화도의 방향에 따른 pseudopod 돌출 말라 골격 네트워크에 피드. Chemotaxis의 중요 한 레 귤 레이 터 중 고 Ras GTPase, TorC2, phosphoinositide 3-키 (PI3K), 인산 가수분해 효소 그리고 tensin 동족 체 (PTEN) guanylyl 있고. 피드백 메커니즘 네트워크 내에서 신호 변환 및 신호 변환와 말라 골격 네트워크 추가 응답을 증폭. 마지막으로, 가난 하 게 정의 된 극성 네트워크 말라 골격에서 입력을 받습니다 그리고 더 그라데이션의 방향에 영구 이주를 촉진 하는 신호 변환 네트워크 편견.
많은 chemotaxis의 우리의 기계 이해 되었습니다 규제 네트워크의 다양 한 구성 요소에 대 한 태그 붙일 바이오 센서의 개발 때문에. 많은 chemotaxis 레 귤 레이 터는 비대칭 분포 규제 분자 자체 또는 그것의 활동 중 하나 있다. 예를 들어 바이오 센서 인식 하는 버전의 작은 GTPases Ras 및 Rap1-Raf1 (라고도 RBD 여기)의 Ras 바인딩 도메인 활성화 하 고 RalGDS, chemotaxing 셀2,3의 앞 가장자리에 각각-지역화. 마찬가지로, PI3K 및 그것의 제품 phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PIP3), pleckstrin 호몰로지 (PH) 도메인에서 인식 또한 셀4,5의 앞에 지역화를 표시. 반면, 3 인산 가수분해 효소 PTEN는 변환 PIP3 다시 phosphatidylinositol (4, 5)-bisphosphate, localizes6셀 후행 가장자리에. 중요 한 것은, 이러한 바이오 센서는 chemoattractant와 함께 글로벌 자극에 그들의 지 방화를 변경합니다. Cytosolic 또는 후행 가장자리 마커, 대뇌 피 질의 지역화 있고 결 석 한 반면 휴식 셀에 돌출부의 끝에는 피 질 relocalize 첨단 마커 휴식 셀에서 돌출 끝에서 후 cytosolic 될 자극입니다. 바이오 센서는 chemoattractant와 함께 글로벌 자극에 대 한 응답에서 분포의 분석 운동 성 및 극성, 자주 혼동은 관측의 기여를 최소화 합니다. chemoattractant와 셀 서 스 펜 션의 전역 또는 일정 한 자극은 단백질 활성화, 단백질 인 산화7,,89 자주 감지에 인구 전체의 변화를 평가 하는 도구로 사용 된다 . 이 생 화 확 적인 분석 결과 현미경 검사 법은 규제 네트워크의 다양 한 구성 요소 동작에 대 한 시간적, 공간 정보를 수집 하는 데 사용 됩니다 반면 시간적 정보를 얻기 위해 주로 사용 됩니다.
신호 전달 네트워크는 고르기가 시스템10,11의 기능을 통합합니다. 임계값 위에 혈 자극에 응답 “all-or-none”는 고 내 화물 기간을 표시 합니다. 응답 또한 확률론 촉발 하 고 진동 동작을 표시할 수 있습니다. 신호 변환 이벤트 파도12,13,,1415로 전파 하는 피 질 영역에 지역화 됩니다. 정면, 또는 다시, 마커, 채용 또는 전파 파도의 활성 영역에서 해리. 활성 영역을 후행 하는 내 화 지역 때문에 반대로 감독된 파도 그들은 나로 몰 살. 전파 신호 변환 파도 셀 마이그레이션10중재 셀룰러 돌출 기반이 됩니다.
대부분의 chemotaxis에 상기 정보 온 연구에서 사회적 아메바 Dictyostelium discoideum, 유사한 규제 메커니즘 중 성구 및 다른 포유류 세포 유형16 도 있지만 . Dictyostelium 는 단일 세포의 수천 집계 센터, 결국 포자를 포함 하는 다세포 fruiting 몸 형성으로 마이그레이션할 때 기아, 중 강력한 혈 응답을 가진 기초가 튼튼한 모델 생물. Chemotaxis 또한 세균 음식 소스를 찾기 위해이 유기 체의 단일 셀 성장 단계 필수적 이다. 중요 한 것은, 단일 Dictyostelium 세포의 이동은 현저 하 게 포유류 호 중구 또는 전이성 암 세포, 모두의 매우 빠른 amoeboid 형식 마이그레이션 받아야 마이그레이션 비슷합니다. 사실, 규제 네트워크의 두 전체 토폴로지 뿐만 아니라 개별 신호 변환 통로 chemotaxis에 참여의 많은 Dictyostelium 와 포유류 백혈구17사이 보존 됩니다. 게다가, 다른 세포, 섬유 아 세포 등 GPCRs; 대신 수용 체 티로신 kinases (RTK) 사용 그러나, RTKs는 비슷한 네트워크에 피드 수 있습니다.
Chemotaxis, 달리 감독된 이동의 다양 한 다른 모드 드라이브 신호 메커니즘의 철저 한 이해 부족 이다. 마찬가지로 셀 chemoattractant 그라데이션에 마이그레이션에 여러 연구 보고가 활성화 또는 일반적인 첨단 마커, 말라 합, PIP3 이나 extracellular 신호 통제 키 니 아 제 (ERK) 1/2의 지역화에는 전면의 셀 받고 전단 흐름 또는 전기 분야18,19,,2021에 변화에 대 한 응답에서 마이그레이션 지시. 그러나, 이러한 연구에는 자극에 지속적으로 노출 또한 귀착되 었 다 열어두고 질문, 예를 들어 첨단 마커는 자극에 응답에서 특히 지역화 여부 그들은 단순히 첨단에서 지역화 하는 경우 셀 마이그레이션 마이그레이션 셀의 앞에 pseudopods의 증가 수 때문에
우리는 우리가 심각한 기계적 섭 동 및 개별 셀22인구 수준에서 모두 전단 흐름으로 전달에 대 한 셀의 응답을 관찰할 수 있도록 분석 실험 개발. Chemoattractant, 급성 stimula와 글로벌 자극 비슷합니다기의 전단 흐름 운동 성 또는 극성에서 혼란 기여 없이 기계적 자극에 세포질 응답의 연구를 수 있습니다. 어떻게 기계적 자극에 대 한 인식 됩니다 배울 수 있습니다 이러한 생화학 및 현미경 분석 실험 유전 또는 약리학 섭 결합 및 전송. 또한,이 이렇게 또한 chemoattractant 수용 체는 chemoattractant, 따라서 수용 체/G에서 신호 변환 및 말라 골격 네트워크 격리의 부재에서의 다운스트림 시스템에 도청에 대 한 새로운 방법의 제공 한다 단백질 네트워크입니다.
최근 우리가 아래에 설명 된 기술을 사용 하 여 급성 전단 스트레스는 혈 신호 변환 및 말라 골격 네트워크22의 여러 구성 요소 활성화 리드 설명 했다. 다양 한으로 심각한 기계적인 자극을 적용 하 여 우리는, 유사 하 게 chemoattractants, 기계적 자극에 응답 또한 전시에서 응답의 all-or-none 동작을 포함 하 여 고르기가 시스템의 기능 시연 포화 상태 고 내 화물 기간의 존재. 마지막으로, 기계적, 화학적 자극을 결합 하 여 우리는 두 자극 신호 변환 및 말라 골격 네트워크, 바이어스 셀 마이그레이션 여러 자극의 통합 가능성이 허용 공유 보였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 방법 인구와 개별 셀 동작 응답에서 전단 흐름을 평가 하는 편리한 방법을 제공 합니다. 중요 한 것은, 이전의 연구 선도 및 마이그레이션하는 동안 가장자리 마커를 후행의 지역화 분석 하는 동안 현재 접근 심하게 전단 흐름을 적용 하 여 즉각적인 효과의 조사를 있습니다. 이 메서드를 사용 하 여 우리는, 사실, 전단 흐름을 셀의 초기 응답 하지 않아도 셀 마이그레이션 시연 했다…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 건강 부여 R35 GM118177 PND의 국가 학회에 의해 지원 되었다.
Materials
| Reagents | |||
| Dextrose | Fisher | D16-1 | Use to prepare HL-5 media and SM plates (steps 1.1, 1.2) |
| Proteose peptone | Fisher | DF0120-17-6 | Use to prepare HL-5 media (step 1.1) |
| Yeast extract | Fisher | 50-550-445 | Use to prepare HL-5 media and SM plates (steps 1.1, 1.2) |
| Na2HPO4·7H2O | Fisher | S373-500 | Use to prepare HL-5 media, and 10X Phosphate Buffer (steps 1.1, 1.3) |
| KH2PO4 | Fisher | P386-500 | Use to prepare HL-5 media, SM plates, and 10X Phosphate Buffer (steps 1.1-1.3) |
| Streptomycin (dihydrostreptomycin sulfate) | Fisher | ICN10040525 | Use to prepare HL-5 media (step 1.1) |
| Peptone (Bacto) | Fisher | DF0118-17-0 | Use to prepare SM plates (step 1.2) |
| K2HPO4 | Fisher | P288-100 | Use to prepare SM plates (step 1.2) |
| Agar | Fisher | BP1423-500 | Use to prepare SM plates (step 1.2) |
| MgSO4 | Fisher | M65-500 | Use to prepare DB Buffer (step 1.4) |
| CaCl2 | Fisher | C79-500 | Use to prepare DB Buffer (step 1.4) |
| Caffeine | Fisher | O1728-500 | Use to prepare caffeine (step 1.5) |
| cAMP (EMD Millipore Calbiochem Adenosine 3 ft.,5 ft.-cyclic Monophosphate, Sodium Salt) | Fisher | 11-680-1100MG | Use to prepare cAMP (step 1.6) |
| Folic acid | Sigma | F7876 | Use to prepare folic acid (step 1.7) |
| Tris base | Fisher | BP152-500 | Use to prepare 3X sample buffer (step 1.8) |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Fisher | BP166-500 | Use to prepare 3X sample buffer (step 1.8) |
| Glycerol | Fisher | G33-500 | Use to prepare 3X sample buffer (step 1.8) |
| Dithiothreitol (DTT) | Bio-Rad | 1610610 | Use to prepare 3X sample buffer (step 1.8) |
| Bromophenol blue | Bio-Rad | 1610404 | Use to prepare 3X sample buffer (step 1.8) |
| NaF | Fisher | S299-100 | Use to prepare sample buffer with protease and phosphatase inhibitors (step 1.8) |
| Na3VO4 | Fisher | 50-994-911 | Use to prepare sample buffer with protease and phosphatase inhibitors (step 1.8) |
| Sodium pyrophosphate decahydrate | Fisher | S390-500 | Use to prepare sample buffer with protease and phosphatase inhibitors (step 1.8) |
| Complete EDTA-free protease inhibitor cocktail (Roche) | Sigma | 11873580001 | Use to prepare sample buffer with protease and phosphatase inhibitors (step 1.8) |
| Latrunculin A | Enzo Life Sciences | BML-T119-0100 | Use to prepare Latrunculin A (step 1.9) |
| 4-15% Tris-HCl polyacrylamide gel | Bio-Rad | 3450029 | Use for immunoblotting (step 3.3) |
| Polyvinylidene fluoride membrane | Bio-Rad | 1620177 | Use for immunoblotting (step 3.3) |
| Phospho-PKC (pan) (zeta Thr410) (190D10) Rabbit antibody | Cell Signaling | 2060 | Primary antibody for use in immunoblotting (step 3.3) |
| Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204) (D13.14.4E) XP antibody | Cell Signaling | 4370 | Primary antibody for use in immunoblotting (step 3.3) |
| Rabbit IgG HRP Linked Whole Ab (from Donkey) | GE Healthcare | NA934-100UL | Secondary antibody for use in immunoblotting (step 3.3) |
| Enhanced chemiluminescence substrate (Clarity Western ECL Substrate) | Bio-Rad | 1705060 | Use for immunoblotting (step 3.3) |
| Stripping buffer (Restore Plus Western blot stripping buffer) | Pierce | PI46430 | Use for immunoblotting (step 3.3) |
| Coomassie Brilliant Blue | Fisher | PI20278 | Use for immunoblotting (step 3.3) |
| K. aerogenes strain (non-pathogenic) | Dicty Stock Center (dictybase.org) | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Materials and Equipment | |||
| Orbital shaker (model G-33, or a comparable alternative) | New Brunswick Scientific | Use to grow K. aerogenes (step 2.1.1), and to basalate and stimulate D. discoideum cells (step 3). The radius of gyration for this shaker is 9.5 mm. | |
| 10 cm Petri dish | Fisher | FB0875712 | Use to prepare SM plates (step 1.2) |
| Hemocytometer | Fisher | 02-671-51B | Use to count D. discoideum cells (step 2.1.2) |
| 35 mm dish (Corning Falcon Easy-Grip Tissue Culture Dish) | Fisher | 08-772A | Use to plate D. discoideumcells for mechanical stimulation followed by cell lysis (step 3.1.1) |
| Polystyrene cup (5 mL) | VWR | 13915-985 | Use to stimulate D. discoideum cell suspension with a chemoattractant (step 3.2.2) |
| Fluidic unit with pump (ibidi Pump System) | Ibidi | 10902 | Use to deliver mechanical stimulation to D. discoideum cells in a channel (steps 4.1, 4.2, and 5) |
| Slide with a channel (μ-Slide III 3in1 ibiTreat: #1.5 polymer coverslip, tissue culture treated, sterilized) | Ibidi | 80316 | Use to plate D. discoideum cells for mechanical stimulation delivered by a fluidic device (steps 4.1, 4.2, and 5) |
| 50 mL reservoirs (Ibidi Reservoir Holder for Fluidic Unit) | Ibidi | 10978 | Use to setup the fluidic device for delivering mechanical stimulation to D. discoideum cells in a channel (steps 4.1, 4.2, and 5) |
| Lines for the fluidic unit (Perfusion Set YELLOW-and-GREEN) | Ibidi | 10964 | Use to setup the fluidic device for delivering mechanical stimulation to D. discoideum cells in a channel (steps 4.1, 4.2, and 5). Note: the two lines can also be cut from the 1.6 mm tubing (catalog number 10842). |
| Line for the drain (1.6 mm ID tubing) | Ibidi | 10842 | Use to setup the fluidic device for delivering mechanical stimulation to D. discoideum cells in a channel (steps 4.1, 4.2, and 5). |
| Zeiss Observer.Z1 inverted microscope equipped with a 40X/1.3 oil objective and a 20X/0.3 air objective (or a comparable alternative) | Zeiss | Used to image D. discoideum cells with phase-contrast or fluorescence illumination (steps 4 and 5) | |
| UltraView spinning disk confocal microscope equipped with a 40×/1.25–0.75 oil objective (or a comparable alternative) | Perkin-Elmer | DM 16000 | An alternative used to image D. discoideum cells (step 4.1.4) |
| FemtoJet Microinjector (Eppendorf; model 5247, or a comparable alternative) with Eppendorf InjectMan | Eppendorf | 5252000021D and 5192000027 | Use to deliver mechanical stimulation to D. discoideum cells by a micropipette (step 4.3). Note: catalog number are for the newest version of the equipment (4i). |
| Micropipette (Femtotip; 1 μm outside diameter, 0.5 μm inside diameter ) | Eppendorf | 930000035 | Use to deliver mechanical stimulation to D. discoideum cells by a micropipette (step 4.3) |
| Microloader tips (Eppendorf Femtotips Microloader Tips for Femtojet Microinjector) | Eppendorf | 5242956.003 | Use to fill the micropipette (femtotip) with buffer (step 4.3.1) |
| 1-well chamber (Thermo Scientific Nunc Lab-Tek Chambered Coverglass) | Fisher | 12-565-472 | Use to plate D. discoideum cells for mechanical stimulation delivered by a micropipette (step 4.3.2) |
| 8-well chamber (Thermo Scientific Nunc Lab-Tek II Chambered Coverglass) | Fisher | 12-565-338 | Use to plate D. discoideum cells for mechanical stimulation delivered by bulk buffer addition (step 4.4.1) |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Image Analysis Software (Fiji) | NIH | https://fiji.sc/ | Use to quantify response to mechanical stimulation (step 4.5) |
| Migration analysis software (Tracking Tool PRO) | Gradientech | http://gradientech.se/tracking-tool-pro/ | Use to quantify cell speed and persistence (step 5.4) |
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