셀 확산 시 셀 엣지 역학의 정량적 분석
Summary
이 프로토콜에서, 우리는 살아있는 세포 현미경 검사법을 기반으로 하는 세포 퍼지는 분석의 실험 절차를 제시합니다. 당사는 형광으로 표지된 세포의 편견없는 세분화와 세포 확산 중 라멜리포디아 역학의 정량적 분석을 위한 오픈 소스 계산 도구를 제공합니다.
Abstract
세포 확산은 매체에 매달려 있는 셀이 기판에 부착되어 둥근 모양에서 얇고 확산된 모양으로 자신을 평평하게 하는 동적 프로세스입니다. 세포 기판 부착에 따라, 세포는 세포 체에서 방출되는 라멜리포디아의 얇은 시트를 형성한다. 라멜리포디아에서, 구형 액틴(G-actin) 단량체는 플라즈마 멤브레인에 밀어 넣는 조밀한 필라멘트 액틴(F-actin) 메쉬워크로 중합하여 세포가 퍼지는 데 필요한 기계적 힘을 제공한다. 특히, 라멜리포디아에서 액틴 중합화를 제어하는 분자 플레이어는 세포 이동 및 내분비증과 같은 많은 다른 세포 공정에 필수적입니다.
확산 세포는 전체 세포 주변을 가로 지르고 지속적으로 바깥쪽으로 확장 연속 라멜리포디아를 형성하기 때문에 세포 확산 분석은 lamellipodial 돌출의 운동을 평가하는 효율적인 도구가되었습니다. 셀 확산 분석의 여러 기술적 구현이 개발되었지만 단계별 프로토콜과 데이터 분석을 위한 계산 도구가 모두 포함된 워크플로우에 대한 자세한 설명은 현재 부족합니다. 여기서, 우리는 세포 확산 분석의 실험 절차를 설명하고 확산 하는 동안 세포 가장자리 역학의 정량적이고 편견 없는 분석을 위한 오픈 소스 도구를 제시. 약리학적 조작 및/또는 유전자 침묵 기술과 결합될 때, 이 프로토콜은 적각돌출을 조절하는 분자 플레이어의 대규모 스크린에 순종적입니다.
Introduction
Lamellipodial 돌출은 마이그레이션 셀의 전면에 형성된 눈에 띄는 사이토켈레탈 구조입니다. 라멜리포디아에서는 Arp2/3 복합체 및 포르민의 도움으로 액틴의 중합화가 플라즈마 멤브레인1,2에밀어내는 빠르게 성장하는 분기 액틴 메쉬워크를 생성한다. 액틴 메쉬워크에 의해 생성된 푸시 력은셀을1,3,4,5로물리적으로추진한다. Arp2/3 복잡하고 라멜리포성 돌출에 필수적인 신호 경로의 중단은 종종 세포 마이그레이션6, 7을손상시합니다. 라멜레포디아 결핍 세포의 이동도8,9,세포 이동에서 라멜리포디아의 중요성은 이러한 돌출 구조의 고갈로 명백하다 는 것은 세포의 복잡한 생물학적 미세환경6,10을통해 이동하는 세포의 능력을 퍼튜브한다.
이동 세포에서 라멜리포디아의 조절을 이해하는 주요 장애물은 라미포리 포성 돌출 운동, 크기 및 모양11,12,13,14의자연적인 가변성이다. 더욱이, 최근 연구는 라멜리포디아가 변동, 주기적, 가속돌출14,15를포함하여 복잡한 돌출행동을 나타낸다는 것을 보여주었습니다. 이동 세포의 고가변 라멜리포디아에 비해6,16,세포 확산 시 형성된 라멜리포디아는 더 균일한12이다. 세포 확산 및 이동세포의 돌출활성은 분지액망, 수축성 아토묘신 번들, 및 통합계 세포매트릭스접착(17,18)을포함하는 동일한 거시분자 어셈블리에 의해 구동되기 때문에, 확산세포는 라멜리포디아역학의 조절을 조사하기 위한 모델로 널리 사용되고 있다.
세포확산은 현탁액내 세포가 먼저 정립기반 접착착(17,19,20)을 통해 기판에 부착한 다음 액틴기반돌출21,22,23을연장하여 확산되는 동적 메카노케미컬 공정이다. 확산 단계에서, 세포 체에서 방출되는 라멜리포디아는 거의 또는 전혀 후퇴또는 실속없이 이소열대및 지속적으로 돌출된다12. 가장 일반적으로 사용되는 세포 확산 프로토콜은19,24를도금한 후 확산 세포가 여러 번에 고정되는 엔드포인트 분석입니다. 이 assays는 빠르고 간단하지만 라멜리포디아의 동적 기능의 변화를 감지하기 위해 진단 능력이 제한됩니다. 라멜리포디아 역학을 제어하는 분자 메커니즘을 결정하기 위해, 시트츠 그룹은 살아있는 확산 세포의 정량적 분석의 사용을 개척하고 세포 가장자리 돌출의 많은 기본 특성을 발견11,12,22. 이러한 연구는 살아있는 세포 확산 분석이 세포 생물학 실험실의 도구 상자에 강력하고 강력한 기술임을 입증했다. 그럼에도 불구하고, 살아있는 세포 확산 분석에 대한 상세한 프로토콜 및 오픈 소스 계산 도구는 현재 세포 생물학 커뮤니티에 사용할 수 없습니다. 이를 위해 당사의 프로토콜은 라이브 확산 세포를 이미징하는 절차를 설명하고 자동화된 이미지 분석 도구를 제공합니다. 이러한 방법을 검증하기 위해 Arp2/3 억제를 실험적 치료법으로 사용했으며, Arp2/3 복합체의 기능을 억제하는 것은 세포 확산을 억제하지 는 않았지만 세포 돌출 속도의 안정성뿐만 아니라 세포 가장자리 돌출의 안정성뿐만 아니라 들쭉날쭉한 세포 가장자리를 야기하는 것으로 나타났다. 이러한 데이터는 라이브 셀 이미징과 자동화된 이미지 분석의 조합이 세포 가장자리 역학을 분석하고 lamellipodia를 조절하는 분자 구성 요소를 식별하는 데 유용한 도구임을 보여줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
설명된 세포 확산 분석법은 대부분의 세포 확산프로토콜(19,24)에서누락된 특징인 형태학적 변화(예를들어, 세포 크기 및 형상) 및 세포 에지운동(즉, 돌출 속도 및 회수 주파수)의 지속적인 추적을 허용한다. 일반적으로 사용되는 종점 세포 확산 은 세포 확산 속도의 측정을 허용하지만, 이러한 아사약은 셀 에지 운동의 시간 역학을 해결하?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 S.P.에 Connaught 기금 새로운 조사상에 의해 지원되었다, 혁신을위한 캐나다 재단, NSERC 디스커버리 보조금 프로그램 (보조금 RGPIN-2015-05114 및 RGPIN-2020-05881), 맨체스터 대학과 토론토 대학 공동 연구 기금, 토론토 XSeed 프로그램 대학.
Materials
| 0.05% Trypsin (0.05%), 0.53 mM EDTA | Wisent Bioproducts | 325-042-CL | |
| 10.0 cm Petri Dish, Polystyrene, TC Treated, Vented | Starstedt | 83.3902 | |
| 15 mL High Clarity PP Centrifuge Tube, Conical Bottom, with Dome Seal Screw Cap, Sterile | Falcon | 352097 | |
| 1-Well Chamlide CMS for 22 mm x 22 mm Coverslip | Quorum Technologies | CM-S22-1 | |
| 35 mm TC-treated Easy-Grip Style Cell Culture Dish | Falcon | 353001 | |
| 50 mL Centrifuge Tube, Transparent, Plug Seal | Nest | 602002 | |
| 6.0 cm Cell Culture Dishes Treated for Increased Cell Attachment, Sterile | VWR | 10861-658 | |
| Arp2/3 Complex Inhibitor I, CK-666 | Millipore Sigma | 182515 | |
| Camera, Prime 95B-25MM | Photometrics | ||
| Dimethyl Sulfoxide, Sterile | BioShop | DMS666 | |
| DMEM, 1x, 4.5 g/L Glucose, with L-Glutamine, Sodium Pyruvate and Phenol Red | Wisent Bioproducts | 319-005 CL | |
| DMEM/F-12, HEPES, No Phenol Red | Gibco | 11039021 | |
| D-PBS, 1X | Wisent Bioproducts | 311-425 CL | |
| Fetal Bovine Serum | Wisent Bioproducts | 080-110 | |
| Fiji Software | ImageJ | ||
| HEPES (1 M) | Gibco | 15630080 | |
| Human Plasma Fibronectin Purified Protein 1 mg | Millipore Sigma | FC010 | |
| Immersion Oil | Cargille | 16241 | |
| L-Glutamine Solution (200 mM) | Wisent Bioproducts | 609-065-EL | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100X) | Gibco | 11140050 | |
| Micro Cover Glasses, Square, No. 11/2 22 x 22 mm | VWR | CA48366-227-1 | |
| Microscope Body, Eclipse Ti2-E | Nikon | ||
| Objective, CFI Plan Apo Lambda 60X Oil | Nikon | MRD01605 | |
| Penicillin-Streptomycin | Sigma | P4333 | |
| Spinning Disk, Crest Light V2 | CrestOptics | ||
| Spyder | Anaconda | ||
| Stage top incubator | Tokai Hit | ||
| Statistics Software, Prism | GraphPad | ||
| Tweezers, Style 2 | Electron Microscopy Sciences | 78326-42 |
Riferimenti
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