Verwendung Maßgeschneiderte Galvanotaxis Chambers zu Directional Migration Studie von Prostatazellen

Summary

We present a method to apply a physiological electric field to migrating, immortalized prostate cells in a custom-made galvanotaxis chamber. Using this method, we demonstrate that 2 lines of non-tumorigenic prostate cells demonstrate different degrees of migration directionality in the field.

Abstract

Die physiologische elektrische Feld dient spezifische biologische Funktionen, wie zB die Leitung der Zellmigration in der Embryonalentwicklung, neuronale Auswachsen und epithelialen Wundheilung. Anlegen eines Gleichstromfeldes, um kultivierte Zellen in vitro induziert gerichteten Zellmigration oder Galvanotaxis. Die 2-dimensionalen Galvanotaxis Verfahren wir hier zeigen, wird mit maßgeschneiderten Poly (vinylchlorid) (PVC) Kammern, Glasoberfläche, Platin-Elektroden und der Verwendung eines motorisierten Tisch, auf dem die Zellen abgebildet werden modifiziert. Die PVC-Kammern und Platinelektroden eine geringe Zytotoxizität und sind erschwinglich und wiederverwendbare. Die Glasoberfläche und der motorisierten Mikroskoptisch zur Verbesserung der Qualität der Bilder und lassen mögliche Änderungen an der Glasoberfläche und Anwendungen zu den Zellen. Wir filmten die Galvanotaxis von zwei nicht-tumor, SV40-immortalisierten Prostata-Zelllinien, PRNs-1-1 und PNT2. Diese beiden Zelllinien zeigen ähnliche Migrationsgeschwindigkeiten und beide wandern zudie Kathode, aber sie zeigen ein unterschiedliches Maß an Richtwirkung in Galvanotaxis. Die über dieses Protokoll erhaltenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die PRN-1-1 und die PNT2 Zelllinien können unterschiedliche intrinsische Eigenschaften, die ihren Richtungsmigrations Antworten zu regieren.

Introduction

Endogene elektrische Felder in verschiedenen Geweben, wie der Haut ^{1, 32, 33} und Gehirn ² detektiert. Die physiologischen elektrischen Feldes dient spezifische biologische Funktionen, einschließlich Leiten Embryonalentwicklung ^{3, 4,} Führen des Auswachsen von neuronalen Prozessen ^{5, 6} und Förderung Epithel- und Hornhautwundverschluss ^{1, 7.} In vitro-Anwendung eines elektrischen Gleichstromfeldes an kultivierte Zellen ahmt die physiologischen elektrischen Feld und induziert Richtungszellmigration oder Galvanotaxis. Galvanotaxis in Fibroblasten ^8, Fisch Keratinozyten ^9, humanen epithelialen und Hornhaut Keratinozyten ^10-12 untersucht worden, Lymphozyten ^13, Neuroblasten ² und neuronale Vorläuferzellen ^14. Wenn zu dem angelegten Feld ausgesetzt sind, die Mehrzahl der untersuchten Zellen wandern gerichtet in Richtung der kathodenseitigen Pol (-). Dennoch verschiedenen Krebszellen, einschließlich hochmetastatischmenschliche Brustkrebszellen, und der menschliche Prostatakrebs-Zelllinie PC-3M, zu bewegen, um die anodenseitige Pol (+) ^{15, 16.} Verschiedene Mechanismen sind vorgeschlagen Galvanotaxis vermitteln oder die Fähigkeit der Zellen, um das elektrische Feld zu erfassen, einschließlich der Aktivierung erklären der EGF-Rezeptoren ^12, die epithelialen Natriumkanals ^17, PI3K und PTEN ^18, und die Freisetzung von Calciumionen ^{15, 19.} Der Mechanismus ist noch nicht vollständig verstanden, und es ist möglich, dass mehrere Signalwege in Galvanotaxis beteiligt.

Die 2-dimensionalen Galvanotaxis Verfahren wir hier zeigen, ist nützlich, um die gerichtete Migration von adhärenten, bewegliche Zellen zu charakterisieren, auf einzelne Zellmigration ^{10, 12, 17} oder Migration einer Lage von zusammenhängenden Zellen ^{18, 20.} Diese Technik ist aus modifizierten überwachen Peng und Jaffe ²¹ und Nishimura et al. ¹⁰ mit maßgeschneiderten, klarem PVC Kammern mit herausnehmbaren coverslips erlaubt eine einfache Zellentnahme nach Galvanotaxis für die Sekundäranalyse, wie zum Beispiel Immunfluoreszenz-Bildgebung. Die Glasoberfläche der Galvanotaxis Kammern optischen kompatibel, was die Filmbildung bei hoher Vergrößerung und mit fluoreszenzmarkierten Zellen erlaubt. Es ermöglicht auch das experimentelle Design mit Modifizierung der Glasoberfläche, wie die Änderung der Oberflächenbeschichtung oder Ladungen. Spacer aus No. 1 Abdeckglas gebildet in den Kammern verwendet, um den Stromfluss in den Zellen zu minimieren; damit die Joulesche Erwärmung, die proportional zu dem Quadrat des Stromflusses ist, würden die Zellen nicht während des Experimentes hitzen. Die Verbindungs ​​Agar Brücken verhindern einen direkten Kontakt der Elektroden mit den Zellen und Änderung des Mediums pH oder Ionenkonzentration während Galvanotaxis verhindern.

Zwei nicht-tumorigene menschliche Prostata-Zelllinien wurden hinsichtlich ihrer Galvanotaxis Reaktion in dieser Studie untersucht. Die PRNs-1-1 ²² und ²³ sind beide PNT2 SV40 immortalisierte, Wachstumsfaktor-abhängigen Zelllinien, welche die epithelialen Marker Cytokeratin 5, 8, 18 und 19 mit geringer oder keiner Expression des Prostata-spezifisches Antigen (PSA). Beide Zelllinien halten die polygonale Morphologie von normalen Epithelzellen, aber Chromosomenanomalie in Karyotypisierung ^{22, 24} festgestellt. Obwohl PRN-1-1 und PNT2 teilen ähnliche Verhaltensweisen in den meisten Experimenten zeigen sie Unterschiede bei der Bildung der Struktur und in azinösen Galvanotaxis. In einem 3-D-Matrix, Matrigel, die PRN-1-1 Zellen bilden Hohl acinar Strukturen mit Lumen ähnlich der normalen Prostatagewebe ^25. Allerdings sind die PNT2 Zellen bilden feste Kügelchen ohne Lumen oder polarisierten Epithel ^26. Die PRNs-1-1-Zellen eine höhere galvanotactic Antwort als die PNT2 in der aktuellen Studie zeigen auch. Die Korrelation zwischen der Bildung von acinar Struktur und Galvanotaxis in PRNs-1-1 schlägt vor, dass die galvanotactic Signale können eine Rolle bei der Organisation der pr spielenostate Drüsengewebe Bewegungen als Reaktion auf endogene elektrische Felder, und stellt weitere Merkmale, um zwischen diesen 2 Zelllinien unterscheiden.

Protocol

1. Die Kultivierung Prostatazellen Kultur die PRNs-1-1 und PNT2 Prostata-Zellen auf 100 mm Kulturschalen in RPMI 1640 Medium mit 10% FBS und Antibiotika-Antimykotische ergänzt bei 37 ° C mit 5% CO 2. Aktualisieren Sie das Kulturmedium täglich, bis die Zellen bis zu 80% Konfluenz für die Galvanotaxis Experimente. 2. Montage Galvanotaxis Chambers Montage Unterkammern Wischen eines Kunststoff Galvanotaxis Kammer mit 2-Propanol. Übernehmen Sie…

Representative Results

Zwei Linien der Prostatazellen (PRNs-1-1 und PNT2) wurden mit dieser Methode untersucht. Zellen in beiden Leitungen wandern bei ähnlichen Geschwindigkeiten von 1,0 +/- 0,3 um / min im Verlauf von 2-Stunden (5A). , Die Direktionalität zu dem elektrischen Feld ist jedoch 0,7 +/- 0,3 für das PRN-1-1 Linie und 0,2 +/- 0,8 für die PNT2 Leitung (5B). Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Unterschied in der Galvanotaxis dieser beiden Zelllinien (p <0,01, 100-Zellen wurden verfolgt),…

Discussion

Die Analyse der Galvanotaxis Reaktion einer Zelle ist ein wichtiger Funktionsanzeige für viele zelluläre Migrations oder Wachstumsprozesse ^{27, 28.} Hier nutzen wir eine maßgeschneiderte Kammer mit Glasoberfläche, um zwei Prostata-Zelllinien zu filmen. Diese Zellinien zeigten unterschiedliche Grade der Galvanotaxis, und wir vermuten, dass die intrazelluläre Lokalisierung oder die Aktivierung der Galvanotaxis vermittelnde Proteine ​​könnte während des Prozesses der Erzeugung der unsterblichen Zelllini…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Cells
pRNS-1-1 prostate cells			Lee et. al., (1994)
PNT2 prostate cells	Sigma-Aldrich	95012613-1VL	Berthon et al., (1995)
Medium and solutions
RPMI 1640 medium	Invitrogen	11875-093	warm up to 37°C before use
Fetal Bovine Serum – Premium	Atlanta Biologicals	S11150	10% in PBS, warm up to 37°C before use
Antibiotic-Antimycotic (100x)	Life Technologies	15240	add 5mL to 500mL medium
2-propanol	VWR	BDH1133-5GL
PBS	–	–	137mM NaCl, 2.7mM KCl, 4.3mM Na2HPO4 and 1.5mM KH2PO4 in 1000mL of H2O, pH to 7.4 and autoclaved, warm up to 37°C before use
0.25% Trypsin-EDTA	Invitrogen	25200-056	warm up to 37°C before use, treat cells for 3-5 min at 37°C
Galvanotaxis device
Galvanotaxis chambers	Precision Plastics Inc, CA		custom-designed (1/4" X 2" X 3.5"), non-toxic, clear PVC chambers
Galvanotaxis electrodes	UCD electric shop		platinum coiled electrodes with flexable cords
Galvanotaxis power box	Substrate Engineering, CA		custom-designed DC power output with voltmeter
Microscope Cover Glass, Large, 45X50mm-No. 1.5	Fisher	12-544-F
Microscope Cover Glass, small, 25X25mm, No. 1	ThermoScientific	3307
Diamond point marker	ThermoScientific	750
Marine grade silicon sealer, clear	3M	051135-08019
High vacuum grease	Dow Corning	2021846-0807
6mL syringe	Fisher Scientific	05-561-64
Nichiryo Syringe, 1.5mL	Nichiryo	SG-M
Cotton applicators	Purtian Medical Products	806-WC
Qtips	Johnson & Johnson	729389
Nalgene 180 PVC tubing	Nalgene	8000-9030	503/16 ID x 5/16 OD x 1/16 Wall
Bacto-Agar	Difco	0140-01	make 2% agar solution
Razor Blade	Personna	74-0001
Equipments and Software
Benchtop Centrifuge	Eppendorf	5810R	operated with an A-4-62 rotor
Cellometer Auto T4	Nexcelom	Auto T4
Cellometer counting chambers	Nexcelom	CHT4-SD100-002	load 20uL cell solutions to count
Culture Temp Warming plate	Bel-Art Scienceware	370150000	to keep the galvanotaxis chambers at 37°C
Eclipse TE-2000 microscope with motorized stage and environmental chamber	Nikon
Plan Fluor 10X/0.30 objective len	Nikon
Retiga EX CCD camera	Qimaging		Cooled CCD camara, mono-color, 12-bit
Compressed air with 5% CO2	Airgas		special order
Volocity 6.3	PerkinElmer		Image acquiring software
Improvision OpenLab 5.5.2	PerkinElmer		Cell tracking software and customized to measure migration angles
FileMaker Pro Advanced, 8.0	FileMaker
Microsoft Excel 2008 for Mac	Microsoft