Hücre kaynaklı Ekstrasellüler Matrix A Hızlı, İzolasyon, Fonksiyonel Çalışmaları Ölçeklenebilir Yöntem ve Analiz

Summary

The extracellular matrix plays a major role in defining the microenvironment of cells and in modulating cell behavior and phenotype. We describe a rapid method for the isolation of cell-derived extracellular matrix, which can be adapted to different scales for microscopic, biochemical, proteomic, or functional studies.

Abstract

The extracellular matrix (ECM) is recognized as a diverse, dynamic, and complex environment that is involved in multiple cell-physiological and pathological processes. However, the isolation of ECM, from tissues or cell culture, is complicated by the insoluble and cross-linked nature of the assembled ECM and by the potential contamination of ECM extracts with cell surface and intracellular proteins. Here, we describe a method for use with cultured cells that is rapid and reliably removes cells to isolate a cell-derived ECM for downstream experimentation.

Through use of this method, the isolated ECM and its components can be visualized by in situ immunofluorescence microscopy. The dynamics of specific ECM proteins can be tracked by tracing the deposition of a tagged protein using fluorescence microscopy, both before and after the removal of cells. Alternatively, the isolated ECM can be extracted for biochemical analysis, such as sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and immunoblotting. At larger scales, a full proteomics analysis of the isolated ECM by mass spectrometry can be conducted. By conducting ECM isolation under sterile conditions, sterile ECM layers can be obtained for functional or phenotypic studies with any cell of interest. The method can be applied to any adherent cell type, is relatively easy to perform, and can be linked to a wide repertoire of experimental designs.

Introduction

Son birkaç on yıl içinde, hücre dışı matriks (ECM) çoklu hücre fizyolojik ve patolojik süreçlerde rol alan bir, çeşitli dinamik ve karmaşık bir ortam olarak kabul haline gelmiştir. Doku düzeyinde, ECM hücre sinyallerini, motilite, farklılaşma, anjiyogenez, kök hücre biyolojisi, tümörogenez, fibrozis, vb ^1,2 etkiler. ECM organizasyon ve ECM-bağımlı süreçlerin çalışma böylece hücre biyolojisi ve doku fizyolojisi için geniş etkileri vardır. ECM kompozisyon, organizasyon ve fonksiyonel özellikleri bir mekanistik anlayışa ulaşmak, ECM doğru izolasyon yöntemleri gereklidir. Doku ³ izolasyon güvenilemez ECM proteinleri erken tespiti ise, kültürlenmiş hücrelerden ECM'nin hazırlanması artık daha yaygın hale gelmiştir.

hücre kökenli ECM izolasyonu ve analiz iki ana nedenden dolayı karmaşıktır. İlk olarak, hücrelerin varlığı veir bol hücre içi proteinleri zor bir ayrık hücre dışı bir yapı olarak ECM izole etmek yapabilirsiniz. Gerçekten de, bazı ECM proteinleri hücre içinde hem de ECM ⁴ rollere sahiptir; ECM içinde proteinlerin çalışma, hücre içinde kendi rolleri ile karıştırılmamalıdır Bu nedenle, hücre kaynaklı ECM'den hücre içi proteinlerin etkili şekilde uzaklaştırılması önem taşımaktadır. İkinci olarak, hücre-türevi ECM genellikle kovalent olarak çapraz bağlantılı ECM montajı üzerine ve standart deterjanlarda nedenle çözünmeyen birçok büyük, oligomerik proteinler, oluşmaktadır. Bu özellikler çıkarma ve ECM daha fazla analiz karmaşık hale getirebilir. Bu sorunları çözmek için, bir yöntem olup, hücresel bileşenlerden ECM proteinlerinin verimli ayrılmasını sağlayan gereklidir.

Çeşitli yöntemler, hücre kültürü veya doku ekstreleri ya ECM izolasyonu için literatürde tarif edilmiştir. Bu yöntemlerin birçoğu bol ECM pr çıkarılması hedefleniyorotein dokulardan kollajen ve nötr tuzlar ^3, asidik koşullar ^5,6 veya pepsin ⁷ kullanımını içerir. Doku özütlerinin toplam ECM izolasyonu genellikle önceden ECM izolasyonuna doku decellularization içerir. Örneğin, bir sıralı özütleme yöntemi, insan kardiyak doku ⁸ ECM izole tarif edilmiştir. İlk olarak, gevşek bağlı ECM proteinleri sodyum dodesil sülfat (SDS) önce, 0.5 M NaCI ile ekstre edildi hücreleri çıkarmak için kullanılmıştır. Son olarak, kalan ECM proteinleri 4 M guanidin ⁸ ile ekstre edildi. ECM ayrıca 8 M üre ⁹ kullanarak hücresizleştirilmiş örneklerinden çözündürülebilir. Diğer teknikler santrifüjleme ile çözünür hücre lizatından çözünmeyen ECM proteinlerinin ayrılması önce her iki hücreleri ve ECM çıkarmak için, örneğin deoksikolik asit ¹⁰ olarak deterjan kullanımı.

izolasyon ve bu raporda açıklanan hücre kökenli ECM analizi için yöntem Repro sağlarhücre malzemenin çıkartılması in situ imünofloresansta analiz ya da daha fazla biyokimyasal analiz için elde edilebilir hücresinden türetilmiş ECM bırakmak için tekrarlanabilir bir yöntem. Bu yöntem, herhangi bir yapışık hücre tipi için uyarlanabilir ve immunoblotting ya da kütle spektrometrisi, veya fonksiyonel çalışmalarda izole ECM'nin kullanımı için alt-prosedürler için ölçeklenebilir. Yöntem ayrıca, gerçek zamanlı olarak ilgi konusu bir etiketli protein ECM birikmesini izlemek için canlı hücre konfokal mikroskobu ile bağlantılı olarak kullanılabilir. Bu ızgaralı cam tabanlı bir çanak kullanımı ile elde edilir. Genel olarak, yaklaşım, hücre-türevli ECM ve tespit etmek ve çökelmesini ve bireysel ECM proteinlerinin dinamiklerini izlemek için kapsam doğru bir izolasyon sağlar.

Protocol

Amonyum hidroksit çözeltisi ile Hücreleri 1. Temizleme Uygun Yoğunluk Kaplama ile yapışmış Hücreler hazırlayın. NOT: Hücreler analiz için yeterli ECM üreten herhangi yapışık hücre türü olabilir. Burada, COS-7 hücreleri, SV-40 viral DNA dizilerini içeren bir Afrika yeşil maymunu böbrek fibroblast benzeri hücre hattı kullanımını tarif; RCS, bir sıçan kondrosarkom hücre hattı; ya da normal insan dermal fibroblast (HDF) çocuk sünnet derisi dan zorlamaktadır. HDF geçit 1 geçişin 8 sadece kullanılır. Sabit ECM'nin floresan mikroskopi çalışmalarda için canlı hücre ECM, görüntüleme için lamelleri, hücreler plaka, ya da küçük çaplı, işlevsel tayinler için, hücre-türevli ECM'nin hazırlanması için kullanılmasıdır. SDS-PAGE analizi, immunoblot veya proteomik çalışmaları için hücre kültür kaplarına, hücreler plaka. Not: Hücre kültür koşulları (plaka hücreleri ve kültür ortamı sayısı), hücre tipine bağlı olacaktır. plakasına hücre sayısı gerekecektirözel bir hücre hattına veya hücre suşu için empirik olarak tayin edilebilir. Hücreler, genellikle> 16 saat ECM yatırmak için uygun bir zaman tanıyın. NOT: süre hücre tipine bağlı olacak ve ampirik olarak tespit edilmesi gerekir. ektopik ifade yapılması halinde, ilgi konusu transfekte edilmiş proteinin ekspresyonu için ECM birikim için uygun olan bir zaman sağlar. Bir aspiratörün içinde, deiyonize H2O ile stok çözeltisinden 1/14 seyreltilerek Uygun bir kap içinde, 20 mM amonyum hidroksit Hazırlama inkübatör hücreleri kaldırın ve yavaşça kültür ortamı çıkarın. Hafifçe çanak duvarlarına karşı dökülerek Ca 2 + / Mg2 + içermeyen fosfat tamponlu salin (PBS) ekleyin. iki çanak Kaya ve plastik bir transfer pipet ile sıvı çıkarın. iki kez daha tekrarlayın. Bir aspiratörün olarak, her yemeğin eğin ve plastik bir transfer pipet ile adım 1.2 den PBS kaldırmak. 3 ekle100 mm tabak başına amonyum hidroksit ml ve 5 dakika oda sıcaklığında inkübe. 5 dakikalık kuluçka süresi boyunca, yavaşça tüm hücrelerin parçalama sağlamak için çanak her dakika çalkalayın. Adım 1.4-1.7 aspiratörün içinde gerçekleştirilecektir. Not: Alternatif hücre çıkarma reaktifler, 10 dakika için hücreler ile kuluçkalanmıştır 2M ya da 8 M üre içermektedir. Sallanan, her tabak 100 mm tabak başına en az 20 mL deiyonize H2O bol miktarda ekleyin. Hidroksit çözündürülmüş malzeme olan amonyum hidroksit, lize edilmiş hücrelerden ve deiyonize edilmiş H2 oluşan bir transfer pipeti ile aspirasyon O-ile amonyuma şekilde atın. Sıvı atıklar için bir kap içine bu atık çözüm aktarın. Tüm amonyum hidroksit çözülmüş malzemenin tam olarak çıkarılmasının sağlanması için bol deiyonize H2O dört kez daha çözünmeyen ECM tabakası yıkayın. immünofloresan ECM incelenmesi için,% 2 ekleyerek ECM düzeltmekparaformaldehit (PFA, 100 mm tabak başına 3 mL), 10 dakika boyunca oda sıcaklığında karıştırılmıştır. Dikkat: PFA cilt veya göz teması ve akciğer hasarı, boğulma, bilinç kaybı, ya da ölüm üretebilir şiddetli Aşırı maruz kalma durumunda çok tehlikelidir. Bu sadece bir aspiratörün ele alınmalıdır ve kişisel koruyucu donanımlar giyilmelidir. Adım 1.2 gibi PBS ile iki kez her sabit bir örnek yıkayın ve uygun bir sıvı atık kabı içine PFA çözümün atmayın. Gerekirse, floresan mikroskobu için hazırlamadan önce, 4 ° C de PBS içinde ECM örnekleri saklayın. Canlı hücreler Konfokal Mikroskopi Görüntüleme tarafından ECM Protein 2. Takip Biriktirme Bir hemasitometre altında hücreleri saymak. COS-7 hücreleri için, transfeksiyon için bir 60 mm hücre kültür çanağı üzerine 250.000 hücre plaka. Not: canlı hücre görüntüleme için, hücreler genetik olarak kodlanmış floresan ile çerçeve içinde kaynaşık ilgi ECM proteini kodlayan bir vektör ile transfekte edilebilir olmalıdırnt etiketi. Bu canlı hücre görüntüleme sırasında ilgilenilen ECM protein tanımlanmasını sağlamaktır. Görüntüleme için 35 mm Gridlenmiş, cam tabanlı tabak üzerine protein ekspresyonu (örneğin, 16 saat) uygun bir süre sonra, Tripsin-EDTA çözeltisi ile çanak hücreleri çıkarmak bir hemositometrede saymak ve plaka ~ 150,000 hücre. hücreler 2 saat yeniden bağlanması için izin verme ve ECM çökelmesini başlatmak için (süre hücre tipine bağlı olacak ve deneysel olarak tespit edilmelidir). NOT: Bu resim kalitesini etkiler kırmızı bir renk elde gibi, fenol kırmızısı içermeyen bir hücre ortamı kullanın. Yukarıdaki 2 saatlik bir süre boyunca, 37 ° C inkübatör odası ve bir CO2 kaynağı olan konfokal mikroskop ayarlayın. odasında ve çanak sıcaklık görüntüleme önce 37 ° C stabilize etmek için izin ver; Bu 1 saat kadar sürebilir. 30 dakika boyunca bir flüoresan hücre belirteci ile çanak Gridlenmiş 35 mm üzerine kaplama hücreleri inkübe edin. Ardından, hücreleri yıkayıniki görüntü vermeden önce fenol kırmızısı içermeyen kültür ortamı içinde. NOT: sitoplazmik floresan markör, hücre hacimleri görselleştirmek için kullanılabilir, ya da bir zara içeren işaretçi hücre kenarları görselleştirmek için kullanılabilmektedir. konfokal mikroskop 20X objektif ve faz kontrast kullanarak, bir numara (> 3) yapışık, sağlıklı hücreleri içeren uygun bir ızgara kare tanımlar. 63X veya 100X hedefleri ve floresan mikroskobu altında uygun dalga boylarını kullanarak seçilen ızgara kare içinde hücrelerin seçiminde hedef proteinin ifadesini onaylayın. z-yığın yazılımı kullanarak floresan ve faz-kontrast time-lapse görüntüleme ayarlayın. sadece hücre gövdesi üzerinde olması sadece ECM tabaka ve "End" yığının altında olması "Begin" yığınını ayarlayın. hücre tipine bağlı olarak, 0.3 um Z adımlı boyutu ve toplam 5 um bir ila 10 derinliğe z seviyesini ayarlayın. Bu zaman noktası başına 15-30 z bölümleri arasında verecektir. Capturperiyodik bir dizi bir süre boyunca ve faz kontrast görüntüleri (kırmızı floresan proteini (RFP), uyarma = 555 nm ve emisyon = 584 nm için) e floresan. Örneğin, 2 dk zaman aralığı ve 2 saat süresini belirlemek için time-lapse yazılımı kullanın. belirlenen süre içinde z-bölüm görüntüleri yakalama başlamak için "start" düğmesine basın. ECM daki floresan etiketli protein lokalizasyonu teyit etmek için, adım 1.1-1.5 tarif edildiği gibi bir süre sonunda, çanak hücreleri çıkarmak. İlgili ızgara kare taşınmaya faz-kontrast görüntüleme ve 20X objektif kullanın. 63X objektif geçin ve floresan mikroskobu altında ECM tabakası tespit. ön-ekstraksiyon görüntü bu görüntü karşılaştırın Hücre Fonksiyonel Tahliller için Hücre türetilen ECM 3. Steril hazırlanması lamelleri ve başka populasyona üzerindeki hücrelerin bir nüfusu ( "matris yapımcı" hücreleri) büyütünlasyon en az 24 saat süre ile 100 mm hücre kültür çanağı standart kültür ( "test" hücreleri) içerir. Not: Bu, herhangi iki farklı yapışık hücre tipi olabilir ve deney tasarımı floresan etiketli ECM proteini ifade etmek için, bir ya da her iki hücre popülasyonlarının transfeksiyonunu kapsayabilmektedir. Bir laminar akış başlığı içinde, hücre kültürü için kullanıldığı haliyle, Ca2 + olmaksızın PBS steril çözeltiler hazırlanması steril 0.2 her geçen 2 O / Mg2 +, 20 mM amonyum hidroksit (adım 1.3), ve de-iyonize H uygun bir steril kap içine mikron filtre. steril teknik bakımı, nazikçe steril PBS (adım 1.2) ile lamelleri üç kez "matris yapımcı" hücreleri yıkayın. steril bir pipet ile aspirasyonu ile PBS kaldırmak ve uygun bir sıvı atık kabına onu atmayın. 20 mM steril amonyum hidroksit (3 mL / 100 mm tabak) ekleyin ve aralıklarla sallanan 5 dakika boyunca inkübe. bol miktarda ekleyinSteril deiyonize H "matris üretici" çanak 2, O, en az 20 sallanan 100 mm tabak başına mi, ve uygun bir atık kabına hücre lizatının uzaklıkta dökün. Adımı tekrar 3.5 dört kez daha amonyum hidroksit çözülmüş malzemenin tam olarak çıkarılmasının sağlanması için. NOT: lamelleri "matris yapımcı" hücreler tarafından yatırılan ECM ilgi herhangi bir test hücreleri ile fonksiyonel testleri için steril bir ECM sağlar. 100 mm tabak başına tripsin-EDTA çözeltisi 1.5 mL hücre hazır yemek test hücreleri inkübe test hücreleri tabak ayrılır kadar (% 0.05 w / v tripsin ve% 0.02 w EDTA h / Hank dengeli tuz çözeltisi içinde) . Hücre orta ekle 5 dakika boyunca 400 xg'de Test hücreleri santrifüj ve süpernatant sıvı kaldırmak. Taze, steril bir ortamda test hücrelerinin yeniden süspanse edin ve bir hemositometrede say. coversli steril, izole ECM üzerine bu test hücrelerinin uygun sayıda Plateps. 2-3 saat için ya da deney tasarımı için gerekli bir süre için uygun hücre ortamı içinde kültür bunları. , Aktin hücre iskeletinin organizasyonunu incelemek% 2 test hücreleri düzeltmek PFA ve floresein izotiyosiyanat ile leke (FITC) -phalloidin (uyarma = 490 nm ve emisyon = 525 nm) görselleştirmek için F-aktin ve 4 ', 6 -diamidino-2-fenilindol (DAPI; uyarma = 358 nm ve emisyon = 461 nm) çekirdekleri 11 görselleştirmek için. NOT: Kendi GİP'te kaplama testi hücreleri ile heterolog hücre kaynaklı GİP'te kaplama testi hücreleri morfolojisi ve aktin organizasyonu karşılaştırın. SDS-PAGE, imüno-lekeleme analizi veya proteomik ECM'nin 4. Yalıtım sekresyon ve ECM çökelmesini sağlamak için, hücre tipi için uygun bir şekilde, 24-96 saat boyunca 100 mm'lik bir hücre kültür tabaklarında (proteomik için 5 ile 10 yemekleri ve bağışıklık boyama için 1-2 yemekler) üzerine çıkar yapışmış olan hücrelerin büyütün. descr olarak hücreleri çıkarınadımda 1.1-1.5 anlatılagelmiştir. Çanak alt bakiye H2O boşaltmak için bir açı her levha eğim ve plaka tamamen kuruyana kadar dikkatlice P200 pipet ile kalan H2O çıkarın. Buna paralel olarak, ısı, SDS-PAGE numune tampon maddesi, bir ısıtma bloğu kullanarak 2 dakika boyunca 95 ° C'de 100 mM ditiyotreitol (DTT) içeren ve daha sonra plaka ekleyin. Numuneler İmmunoblotta tarafından muayene edilmesi için 100 mm plaka başına numune tamponu 200 uL uygundur. kütle spektrometrisi ile ECM analiz etmek için, (aşağıdaki adımları 4,5 4,6, tarif edildiği gibi) çanak SDS-PAGE numune tampon toplayarak daha konsantre bir örnek elde, 95 ° C'ye kadar yeniden ısıtma ve boyunca aynı kısım kullanılarak 2-3 ek plakalar. iyice yemeğin tüm alanları kazınmıstır sağlanması, çanak kapalı ECM kazımak için bir hücre kazıyıcı kullanın. hücre kazıyıcı ile, yemeğin bir tarafına örnek toplamak ve 200 ile kaldırmaBir tüp içine uL pipet. ECM madde kaybını en aza indirmek için bir tüp içine hücre kazıyıcı ucundan herhangi bir kalıntı, SDS-PAGE numune tampon maddesi özü aktarın. konsantre örnek için, 95 ° C'ye kadar, aynı SDS-PAGE numune tampon maddesi kısım yeniden ısı ve 2-3 ilave plakalar arasında da yeniden kullanımı. % 7 veya% 4-7 gradyan poliakrilamid jeller kullanarak SDS-PAGE 12 ile ECM proteinleri giderin. NOT: öncesi lekeli protein belirteçlerinin kullanmak daha uygun olur. yüksek moleküler ağırlıklı ECM proteinlerinin çözünürlüğünü artırmak için, 37 kDa'lık bir moleküler ağırlık markörü yakın jel ve moleküler ağırlık işaretçileri <37 kDa alt çalışan jel kaçıp ki bu jel çalışma süresini uzatır. ECM proteinleri proteomik analizi için, bir protein leke ile jel leke ve bir görüntü yakalamak. Jelden ilgi bant kesme tripsin ile sindirilmesi ve matris destekli lazer desorpsiyon ile analiz / iyonizasyon (MALDI) -Kitlesel spektrometrisi <sup> 13. Seçenek olarak ise, ECM özü daha kapsamlı bir analizi için ve tüm numune analiz için bölümlere jel şerit dilim, tripsin ile sindirilmesi ve sıvı kromatografisi-kütle spektrometrisi (LC-MS) 14 gerçekleştirin. Seçenek olarak ise, 15 immün için, yüksek moleküler ağırlıklı ECM proteinlerinin transferi sağlamak için en az 1 saat 10 dakika boyunca (yarı-kuru metodu) 15 V de poliviniliden florit (PVDF) membran üzerine SDS-PAGE jeli proteinleri aktarmak . Bir Ponceau S boyası ile membrana aktarılır total protein gözünüzde canlandırın. Adım 4.11 takiben, varlığı kurmak ve / veya bireysel ECM proteinleri 15 bir yarı-kantitatif analiz yapmak antikorlar kullanır. gece boyunca 4 ° C'de% 2 TBS-Tween 20 (blokaj tampon çözeltisi) içinde (ağırlık / hacim) süt ile membran bloke. bloke edici tampon içinde ECM proteinleri için spesifik antikorlar seyreltin ve fib (oda sıcaklığında 1.5 st için membran ile antikorun inküberonectin trombospondin-1 1/150 seyreltilmiş için 1/600 ve antikorun seyreltildi; Ek Tablo 1). Böyle aktin veya tubulin (anti-aktin 1 / 10.000 seyreltilmiş ve anti-tübülin 1 / 5.000 seyreltilmiş) gibi bol hücre içi proteinlerine karşı antikorların aynı blot yeniden sondalama ile ECM izolasyon kalitesini test.

Representative Results

açıklanan protokol hücreleri çıkarmak ve hücre kökenli ECM geride bırakmak için 1.1-1.5 eylemleri adımları. Protokol COS-7 hücreleri cam lameller üzerine 96 saat için büyütülmüştür üzerinde gerçekleştirilmiştir ve hücre-türevi ECM floresan mikroskobu ile analiz edildi. DAPI ve falloidin boyama sırasıyla (Şekil 1) 'e göre, hücre çekirdeğinde aktin hücre iskeletinin kaybı ile oluşturulan amonyum hidroksit ile işlem, etkili bir şekilde hücre çıkarıldı. 2 M üre ile hücrelerinin alınması amonyum hidroksit kadar etkili değildir; DAPI ve Phalloidin boyama izleri tedavi sonrasında tespit edildi. 8 M üre amonyum hidroksit benzer bir etkiye (Şekil 1) vardı. Daha sonra, hücre kökenli ECM amonyum hidroksit, tedavi öncesi ve sonrası görselleştirildi (2.1-2.11 adım). COS-7 hücreleri bir monomerik kırmızı floresan proteini (MRFP) ile transfekte edildi trombospondin-1 C-terminal trimer (mRFPovTSP1C) 1 etiketli1 ve ızgarah cam tabanı ile 35 mm çanak yetiştirilen. mRFPovTSP1C ifade eden çok sayıda sağlıklı hücreleri içeren iki saat sonra kaplama, uygun bir ızgara kare konfokal mikroskop altında görüntülendi. Bir referans resmi, faz kontrast bu alanda alındı ve daha sonra, floresan zaman atlamalı görüntüleme, 2 saat (Şekil 2A) her 1 dak gerçekleştirilmiştir. Hücreler daha sonra, amonyum hidroksit ile çıkarıldı ve çanak aynı ızgara kare faz kontrastı altında taşındı ve floresan mikroskobu ile yeniden analiz edilmiştir. Hücreler artık kılavuz kare mevcuttu, fakat mRFPovTSP1C karakteristik puncta (Şekil 2A) ve floresan mikroskobu ile tespit ECM içinde kalmıştır. Hücre çıkarılması öncesinde ECM yatırılır herhangi mRFPovTSP1C floresans model öncesi ve hücre sonrası kaldırma karşılaştırarak tanımlanmıştır. Her iki görüntüde tespit flüoresan puncta (Figu2A yeniden, örneğin ok) ECM ile ilişkili olduğu çıkarılmaktadır. Amonyum hidroksit ile işlem daha sonra kültür, yapışkan hücrelerden alınan yerel ECM izole etmek için kullanılmıştır. İnsan dermal fibroblastları (HDF) 96 saat boyunca cam lameller üzerinde büyütüldü. Hücreler, amonyum hidroksit ile çıkarıldı ve ECM karakteristik fibril ve ağ örgüsü boyama kalıbı 16 (Şekil 2B) göstermektedir, bir anti-kollajen I antikoru ile problanmıştır. Fibronektin model verme RCS hücreleri (Şekil 2C) çıkarılmasından sonra yaklaşık sabit olmayan permeabilize fare kondrosarkom hücreleri (RCS) ve ECM içinde incelenmiştir. "Test" hücreler fenotipik veya fonksiyonel çalışmalar için ECM üzerine yeniden kaplanabilir böylece ECM'nin amonyum hidroksit izolasyonu steril koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Örneğin, "test" COS-7 hücreleri, steril RCS hücreleri tarafından üretilen ECM ve t üzerine, 2 saat için kaplanmıştırTavuk kendi ECM üretiminde COS-7 hücreleri (3.1-3.9 adımlar) (Şekil 3) ile karşılaştırıldığında, sabit geçirgen ve FITC falloidin boyama ile F-aktin organizasyon için analiz edilmiştir. daha büyük bir ölçekte, yöntem, biyokimyasal işlemler için ECM izole etmek için kullanılmıştır. Örneğin, RCS hücreleri 7 gün için iki 100 mm'lik bir hücre kültür tabaklarında büyütülmüş ve adımda 4,1-4,7 prosedürler takip edildi. Hücre türevi ECM proteinleri, sıcak, SDS-PAGE numune tampon maddesi içine kazınarak toplandı ve indirgeme koşulları altında bir% 7 poliakrilamid jel üzerinde SDS-PAGE ile ayrıldı. Jel proteini için lekeli ve dört büyük bant her izole edilmiş ve kütle spektrometrisi (Şekil 4A) ile analiz edilmiştir. 5 / kıkırdak oligomerik matriks proteini (TSP5 / COMP) ve matrilin-1, trombospondin, fibronektin dahil olmak üzere ECM proteinleri, bir dizi (1, TSP1) trombospondin, (Şekil 4B) tanımlandı. Alternatif olarak, ECM küçük ölçekli hazırlıkları immunoblotlarda tarafından değerlendirilebilir. Örneğin, ektopik mRFPovTSP1C bir anti-TTT antikoru (Şekil 4C) olan bir PVDF membrana aktarıldı ve RFP problanmış, SDS-PAGE ile ayrılarak ifade eden COS-7 hücreleri hücre-türevi ECM. Bu teknik, TSP1 (mRFPovTSP1C) bir yerli trimerik ve TSP1 C-terminal bölgesinde (MRFP-TSP-5-1C) 17 (Şekil 4C) arasında pentamer bir mühendislik arasındaki birikme farklılıkları tespit etmek için yeterince hassastır. HDF endojen ECM incelemek için, hücre lizatı veya izole edilmiş ECM'de spesifik proteinlerin varlığı bağışıklık-beneklemesi ile incelenmiştir. Bol miktarda hücre içi proteinlerdir α-tübülin ve β-aktin izole ECM (Şekil 4D), eksik oysa karakteristik ECM proteinleri, fibronektin ve trombospondin-1, ECM tespit edilmiştir. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1"> Şekil 1: Hücre çıkarması Yöntemlerinin Karşılaştırılması. COS-7 hücreleri% 2 PFA sabit lamelleri 96 saat için, yüksek yoğunlukta yetiştirilir ve% 0.5 Triton X100 geçirgen ya da hücre çıkarılması için belirtildiği gibi muamele edildi. Lameller sonra çekirdekleri görselleştirmek için F-aktin ve DAPI görselleştirmek için FITC falloidinle boyandı. Ölçek çubuğu 25 mikron =. Bu rakam Hücre Bilimi 11 Journal of orijinal yayından değiştirilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 2: İzole ECM ECM Proteinlerin tanımlanması. (A) Faz-kontrast ve floresan görüntülerimRFPovTSP1C ifade ve 2 saat boyunca bir cam tabanlı, ızgara baz ile, 35 mm bir kap üzerinde yetiştirilen COS-7 hücreleri. Fotoğraflar önce ve amonyum hidroksit ile hücrelerin çıkarılmasından sonra gösterilmiştir. Izgara harfi kenarı noktalı bir çizgi ile faz-kontrast görüntüleri gösterilir. Beyaz oklar önce ve hücre çıkarılmasından sonra mevcut olan flüoresan puncta örnekleri göstermektedir. Ben dolaylı immünofloresan HDF ECM kollajen (B) tespiti. HDF 96 saat boyunca büyütüldü ve amonyum hidroksit ile kaldırılır ve ECM ECM sadece FITC-konjuge anti-tavşan ikincil antikoru ile boyanmış insan fibriler kollajen I için lekeli edildi. Indirekt immunfloresan tarafından tespit edilen (C) RCS hücreleri etrafında veya izole RCS ECM içinde fibronektin lokalizasyonu. RCS hücreleri% 2 PFA sabit 48 saat boyunca büyütüldü ve fibronektin ve DAPI ile boyanmıştır. Paralel yemekler, hücreler, 20 mM amonyum hidroksit ile çıkarıldı ve ECM fibr için lekelionectin ve DAPI ile. Hücreler, tek başına FITC ile konjüge edilmiş anti-fare IgG antikoru ile boyandı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 3: Fonksiyonel Çalışmaları Steril ECM kullanımı. RCS "matris üretici" hücreleri cam lameller üzerinde 48 saat boyunca büyütüldü ve daha sonra hücreleri çıkarmak için, steril koşullar altında, 20 mM amonyum hidroksit ile muamele edilmiştir. COS-7, "test" hücreler% 0.5 Triton X100 geçirgen,% 2 PFA, sabit ya da 2 saat süre ile izole RCS ECM olmayan lamelleri kaplama ve çekirdek görselleştirmek için F-aktin ve DAPI görselleştirmek için FITC falloidinle lekeli . RCS ECM üzerine kaplanır COS-7 hücreleri daha geniş yayılan ve büyük mikrofilaman demetleri (örneğin ok) ve kenar tüyler oluşanles. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 4: SDS-PAGE, kütle spektrometresi, ve immünolojik işaretleme ile izole edilmiş ECM Proteinlerin Tanımlanması. (A), RCS hücreleri 7 gün için büyütülmüştür ve 20 mM amonyum hidroksit ile çıkarıldı; ECM, 100 mM DTT ihtiva eden, sıcak, SDS-PAGE numune tampon maddesi içine kazınmıştır. ECM hazırlanması indirgeme koşulları altında bir% 7 poliakrilamid jel üzerinde SDS-PAGE ile ayrılmıştır. Dört önemli bantlar (oklar 1-4) protein lekeleme ile teşhis edildi. RCS ECM bantlar 1-4 (B) Proteinler MALDI kütle spektrometrisi ile tanımlandı. (C), ya mRFPovTSP1C (trimeri) ya da MRFP-TSP-5-1C (pentamer), 48 saat için kültürlenmiştir ifade eden COS-7 hücreleriH ve 20 mM amonyum hidroksit ile ayrılmış ve ECM 100 mM DTT ihtiva eden, sıcak, SDS-PAGE numune tampon maddesi içinde izole edilmiştir. ECM, preparat bir PVDF membrana aktarıldı indirgeme koşulları altında bir% 7 poliakrilamid jel üzerinde SDS-PAGE ile ayrılmış ve anti-RFP antikoru ile problanmıştır. Bu panel Bioscience Reports 17 özgün bir yayından değiştirilir. (D) HDF 96 saat boyunca büyütüldü ve daha sonra hücreleri çıkarmak için, ya PBS içinde% 2 deoksikolik asit (hücre lisatı) ile ya da 20 mM amonyum hidroksit ile muamele edilmiştir. ECM, sıcak, SDS-PAGE numune tampon maddesi içinde kazınmıştır. belirtildiği gibi, iki fraksiyon, bir PVDF membrana aktarıldı indirgeme koşulları altında bir% 10 poliakrilamid jel üzerinde SDS-PAGE ile ayrılmış ve antikorlar ile problanmıştır. her panel, moleküler ağırlık belirteçleri konumları kDa cinsinden belirtilmiştir. Bu fi büyük halini görmek için buraya tıklayınızşekil.

Discussion

Protokol çerçevesinde kritik adımlar

yöntem ECM başarılı izolasyon ve analiz sağlamak için takip edilmesi gereken bazı kritik adımlar vardır. Örneğin, amonyum hidroksit hücreleri çıkarmak için ve analiz için ECM izole etmek için kullanılır. amonyum hidroksit, karanlıkta, sulu çözeltiler içinde kararlı olan ve oda sıcaklığında muhafaza edilebilir olsa da, şişe sıkıca her kullanım arasında yeniden sızdırmaz hale getirilmelidir. Gaz ve böylece konsantrasyonunu azaltarak, çözümden buharlaşması olabilir, çünkü biz güçlü bir taze şişeyi her 6-8 haftada başlayan öneririz. Buna ek olarak, çalışma çözeltisi, her bir deney için taze yapılmış olmalıdır. Hücrelerin tam de-iyonize su içinde bol yıkar ile kaldırıldığını da esastır. Bu adımlar yeterince yerine getirilmemesi halinde, hücresel materyal çanak kalır ve alt analizler kirletebilir. Hücreler 10 gün ya da daha uzun süre için yetiştirildiği takdirde, ilave su yıkama gerekli olabilir. Bu n önemlidirgörüntüleme sırasında ECM belirlerken dikkat gerekir, böylece izole ECM tabakası, tipik olarak hücrelere ¹¹ ile karşılaştırıldığında çok ince ote. SDS-PAGE numune tampon maddesi izole edilmiş ECM etkin ekstre için, numune tamponu bir indirgeme ajanı içerir esastır. ECM en etkili kaldırılması için, kaynar örnek tamponu kullanılmalıdır. ECM örnekleri protein lekeleme veya proteomik için SDS-PAGE elektroforezi ile çözülecektir olan deneyler için, örnek tamponu, aynı kısım halinde ECM'nin birkaç tabak değerinde kazıyarak konsantre örneği elde etmek için kritiktir.

Değişiklikler ve Sorun Giderme

ECM proteinlerinin üretimi ve salgılanması hücre tipleri arasında önemli ölçüde değişebilir, bu nedenle ECM sekresyon ve birikimi için zaman periyodu, her hücre türü için de novo belirlenmelidir. ECM kompozisyon ilişkisi t dinamik değişecek farkında olmak da önemlidirkültür ¹⁸ o hücre yoğunluğu ve süresi. Deney tasarlarken Bu faktör dikkate alınmalıdır. Toplam ECM proteininde bir miktar gerekebilir kütle spektrometresi ile analiz için ECM ekstre özellikle Açıkçası, bu yöntem için bir hücre tipinin seçimi önemlidir.

Tekniğin Sınırlamalar

ECM proteinlerinin çok düşük seviyelerde salgılayan hücreler bu yöntemle kullanım için daha zor olacaktır. Yapışkan olmayan hücreler, 3D hücre kültürleri veya hücre istilası tahlilleri bu yöntemle ECM izolasyonu için şu anda uygun değildir. yöntemi standart "2 boyutlu" hücre kültürleri ile kullanım için uygundur. amonyum hidroksit ekstraksiyon tamamen ECM hücrelerin üst tarafı ile ilişkili ve salgılanmış hücreleri ortadan kaldırır, fakat sınırlayıcı olmayan çapraz bağlı olduğundan, ECM proteinleri aynı zamanda aşağıdaki ve bazlar çevresinde tabak üzerine monte ECM ince bir tabaka bırakmak çıkarılır hücrelerin ^11,17 arasında </> Sup. Malzeme, aynı zamanda serbest salgılanmadan önce ya da hücre yüzeyinden alımından sonra da hücre içi ECM proteinlerini içerdiği için, amonyum hidroksit ekstre serbest ne kadar ECM ölçmek için karmaşıktır.

Mevcut / Alternatif Yöntemler Göre Tekniği Önemi

İzole ECM ile deneyler geniş bir yelpazede yürütebilme hücre biyolojisi ve doku fizyolojisi bağlamında önemlidir ve aynı zamanda doku rejenerasyonu ve doku mühendisliği alanlarında etkileri vardır. yöntem, hücrelerin, doğal çapraz bağlama mekanizmaları ile kökenli hücre tipine uygun oranlarda mevcut tek tek ECM proteinleri ile, kendi ana boyutta karmaşık ECM yapıları monte bu saflaştırıldı kollajenler ya da saflaştırılmış ECM proteinleri oluşan jeller üzerinde avantajlara sahiptir. beklenen Örneğin, RCS ECM'nin proteomik çalışmada, bol matrilins COMP / TSP5 gösterdikıkırdak ECM ^19,20 (Şekil 4). Genel olarak, hücre kaynaklı ECM analizi kovalent çapraz bağlanma ile sonuçlanan bir geniş, çok-protein ağı ve bir çok ECM proteinleri çözülemediği olma özelliği ile engellenmektedir ve ayrıca ECM potansiyel kirlenme hücre içi proteinleri ile ayıklar. Proteomik analizi için doku ECM fraksiyonunu izole etmek için tasarlanmış bir çok-aşamalı bir prosedür ²¹ tespit toplam protein grubu ECM proteinlerinin% 8 elde edildi. Ancak, ECM proteinleri gelen peptidler belirlenen toplam peptitlerin% 73 idi. hücresinden türetilmiş ECM izolasyonu ve analiz için bu yöntem, hızlı ve güvenilir bir şekilde ECM proteinlerini muhafaza ederken, hücresel maddeyi temizler. Bu yöntem, hücre tipleri ve alt bir uygulama aralığı için kullanılan ve hücre kültüründe ECM biyoloji ve hücre-ECM etkileşimlerin analizine kolaylaştırır. yöntem farklı ölçeklerde nasıl uygulanabileceğini Bizim protokoller detay exp geniş bir yelpazede ele almakECM organizasyon, dinamikleri, ya da kompozisyon ile ilgili erimental sorular ve hücreler izole ECM fonksiyonel etkileri.

Bu Tekniği Mastering sonra gelecek Uygulamalar veya Tarifi

Geleceğe bakıldığında, yöntem, 3D hücre kültürleri ile kullanım için adapte edilebilir; Bu fizyolojik alaka genişletmek olacaktır. Hücresizleştirilmiş yerel doku kayıp ya da hasar görmüş doku rejenerasyonu için ve kalp yetmezliği ²² sonra da transplantasyon alternatif olarak bir iskele olarak büyük bir potansiyele sahiptir. Verici kullanılabilirliği ve immunorejection sorunlarının üstesinden gelmek için bir potansiyele sahiptir. Bu raporda açıklanan yöntemin gelecekte uygulamaları daha bu yaklaşımın kapsamını artıracak 3D hücre kültürleri veya doku Decellularization ile kullanımını araştırmak olabilir.

Materials

Antibody to COL1A1	Novus	NB600-408	Rabbit polyclonal. Reacts with other fibrillar collagens as well as collagen I.  IF:  1/200
Antibody to fibronectin	Sigma	F3648	Rabbit polyclonal. WB: 1/600 for 1.5 hr. IF: 1/200
Antibody to thrombospondin 1	ThermoFisher	MA5-13398	Mouse monoclonal clone A6.1.  WB: 1/150 for 1.5 hr
Antibody to RFP	Abcam	ab62341	Rabbit polyclonal. WB: 1/2000 for 2 hr
Antibody to β-actin	Sigma	A1978	Mouse monoclonal clone AC-15. WB: 1/10000 for 1.5 hr
Antibody to α-tubulin	Sigma	T9026	Mouse monoclonal clone DM1A. WB: 1/5000 for 1.5 hr
Cell Tracker Green	ThermoFisher	C2925	Fluorescent cell marker. Use at 1 µM for 30 min
Fluorescein isothiocyanate (FITC)-Phalloidin	Sigma	P-5282	Stock = 50mg/ml in DMSO.1/50 for 45 min
FITC-conjugated goat anti-mouse IgG	Sigma	F8771	IF: 1/50 for 1 hr
FITC-conjugated sheep anti-rabbit IgG	SIgma	F7512	IF: 1/50 for 1 hr
Horseradish peroxidase (HRP)-conjugated goat anti-mouse IgG	LI-COR	926-80010	WB: 1/50000 for 1 hr
HRP-conjugated goat anti-rabbit IgG	LI-COR	926-80011	WB: 1/100000 for 1 hr
Vectorshield mounting medium with DAPI	Vector	H-1200	Store at 4 C in the dark
Dulbecco's Modified Eagle's Medium	Sigma	D6429	Warm before use
Fibroblast growth medium	PromoCell	C-23010	Warm before use, supplement with 50 µg / mL ascorbic acid
Phenol red-free DMEM	ThermoFisher	21063-029	Warm before use
Trypsin-EDTA solution	Sigma	T3924	Warm before use
Gridded glass-bottomed dish	MatTek	P35G-2-14-C-GRID
NH4OH, 28% – 30%  solution	Sigma	221228	Dilute to 20 mM in de-ionised water. Once opened store in the dark, tightly capped.
Paraformaldehyde, 16 % solution	Alfa Aesar	43368	Dilute to 2 % (v/v) in PBS
Deoxycholic acid	Sigma	D2510	Use at 2 % (v/v) final concentration
Triton X-100	Sigma	T8787	Dilute to 0.5 % (v/v) final concentration
GelCode Blue stain reagent	ThermoFisher	24590	Protein stain for SDS-PAGE gels
Precision Plus protein standards	Biorad	161-0374	Protein standards for SDS-PAGE gels
Trans-Blot SD Semi Dry transfer cell	Biorad	1703940	Efficient transfer of high molecular weight proteins
PVDF transfer membrane	Millipore	ISEQ00010	Immobilon-PSQ
Ponceau S stain	Sigma	P7170	Reversible protein stain for PVDF membrane
WesternSure Enhanced chemiluminescence (ECL) substrate	LI-COR	926-80200
High performance chemiluminescence film	GE Healthcare	28906837
Sterile filtration unit, MILLEX-GV	Millipore	ML481051
SP8 AOBS confocal laser scanning microscope	Leica		Environmental chamber needed for temperature and CO2 control (Life Imaging Services)
Key: IF, Immunofluorescence; WB, Western Blot