Imagem latente integrina tensão e força celular com resolução de Submicron com um Sensor de tensão Integrativa
Summary
Tensão de integrina tem um papel importante em várias funções da célula. Com um sensor de tensão Integrativa, integrina tensão é calibrado com sensibilidade de picoNewton (pN) e cuja imagem em resolução de submicron.
Abstract
Tensão molecular transmitido pelos títulos de integrina-ligante é o sinal mecânico fundamental na via da integrina que tem um papel significativo em muitas funções celulares e comportamentos. Para calibrar e imagem integrina tensão com força alta sensibilidade e resolução espacial, desenvolvemos um sensor de tensão Integrativa (ITS), um sensor de tensão fluorescente baseado em DNA. O SIB é ativado para fluorescência se sustentar uma tensão molecular, convertendo assim força de sinal fluorescente a nível molecular. O limite de tensão para sua ativação é ajustável na faixa de 10 a 60 pN que cobre bem a gama dinâmica de integrina tensão nas células. Sobre um substrato enxertado com um ITS, a integrina tensão das células aderentes é visualizada por fluorescência e fotografada em resolução de submicron. O SIB é também compatível com imagem estrutural de célula em células vivas e células fixas. O SIB foi aplicado com êxito para o estudo da contração das plaquetas e a migração celular. Este documento detalha o procedimento para a síntese e a aplicação do SIB no estudo da força celular integrina-transmitidos.
Introduction
Células dependem de integrinas de aderir e exercer forças celulares de matriz extracelular. Transmissão de força e adesão celular mediada por integrina são cruciais para a célula espalhando1,2, migração3,4e sobrevivência5,6,7. A longo prazo, integrina biomecânico sinalização também influi na célula proliferação8,9,10 e diferenciação11,12. Pesquisadores desenvolveram vários métodos para medir e celular de integrina transmissíveis mapa forças na interface célula-matriz. Estes métodos baseiam-se em substrato elástico13, matriz de micropost14, ou atômica força microscopia (AFM)15,16. Elástica substrato e micropost métodos dependem da deformação de substratos para relatar o estresse celular e têm limitações em termos de resolução espacial e forçar a sensibilidade. AFM tem força alta sensibilidade, mas que não consigo detectar a força em vários pontos simultaneamente, dificultando a mapear celular força transmitida por integrinas.
Nos últimos anos, várias técnicas foram desenvolvidas para estudar a força celular a nível molecular. Uma coleção de sensores de tensão molecular baseado em polietileno glicol17,18, aranha de seda peptídeo19e DNA20,21,22,23 foram desenvolvidos para Visualizar e monitorar a tensão transmitida por proteínas moleculares. Entre essas técnicas, o DNA foi adotado inicialmente como o material de síntese na tensão calibre baraço (TGT), um rupturable vinculador que modula o limite superior da integrina tensões em células vivas22,24. Mais tarde, técnica de transferência de ressonância de DNA e fluorescência foram combinados para criar prendendor sensores de tensão fluorescente baseado em DNA primeiro por grupo23 de Chen e grupo20 do Salaita. O sensor de tensão baseado em DNA prendendor relata integrina tensão em tempo real e tem sido aplicado com sucesso para o estudo de uma série de funções celulares21. Depois, o laboratório de Wang combinado um TGT com o par de fluoróforo-quencher para tensão de integrina relatório. Este sensor é chamado um ITS25,26. O SIB é baseado em DNA de cadeia dupla (dsDNA) e tem um alcance dinâmico mais amplo (pN 10-60) para a calibração de tensão integrina. Em contraste com o gancho de cabelo DNA baseado em sensores, o SIB não relata força celular em tempo real mas registra todos os eventos de integrina histórico como a pegada da força celular; Este processo de acumulação de sinal melhora a sensibilidade para celular força de imagem, tornando-o viável para celular força de imagem mesmo com um microscópio de fluorescência low-end. A síntese de ITS é relativamente mais conveniente, pois ele é criado pelo cruzamento de dois single-stranded DNA (ssDNA).
O ITS é uma 18-base-emparelhado dsDNA conjugado com biotina, um fluoróforo, um quencher (buraco negro Quencher 2 [BHQ2])27e um ácido (RGD) cíclico arginylglycylaspartic peptídeo28 como um ligante de peptídeo de integrina (Figura 1). O fio inferior é conjugado com o fluoróforo (Cy3 é usado neste manuscrito, enquanto outros corantes, tal como a série Cy5 ou Alexa, também têm sido comprovada viável em nosso laboratório) e a tag de biotina, com o qual o SIB é imobilizado em um substrato por ligação biotina-avidina. A vertente superior é conjugada com o peptídeo RGD e o buraco negro Quencher, que sacia Cy3 com aproximadamente 98% têmpera eficiência26,27. Com o protocolo apresentado neste trabalho, a densidade de revestimento do SIB em um substrato é em torno de 1.100/µm2. Esta é a densidade de que nós previamente calibrados para 18 bp biotinilado dsDNA revestido no substrato neutrAvidin-acrescida, seguindo o mesmo protocolo29de revestimento. Quando as células aderem ao substrato revestido com o SIB, integrina vincula o SIB através de RGD e transmite a tensão para o SIB. O ITS tem uma tolerância de tensão específica (Ttol) que é definida como o limiar de tensão que separa mecanicamente o dsDNA do SIB dentro 2 s22. SUA ruptura por tensão integrina leva à separação do quencher da tintura que posteriormente emite fluorescência. Como resultado, a tensão de integrina invisível é convertida para um sinal de fluorescência e a força de celular pode ser mapeada por imagens de fluorescência.
Para demonstrar a aplicação do SIB, usamos keratocyte peixe aqui, um modelo de célula amplamente utilizada para a migração celular estudo30,31,de32, células CHO-K1, uma linhagem celular de imóveis usados e fibroblastos de NIH 3T3. Coimaging de estruturas de tensão e célula de integrina também é conduzida.
Protocol
Representative Results
Discussion
O SIB é um altamente acessível ainda poderosa técnica para celular mapeamento em termos de síntese e a aplicação de força. Com todos os materiais prontos, o ITS podem ser sintetizados dentro de 1 dia. Durante as experiências, apenas três passos do revestimento de superfície são necessários antes de chapeamento de célula. Recentemente, simplificou ainda mais o procedimento de revestimento de um passo vinculando diretamente o ITS a albumina de soro bovino, que permite a adsorção física direta do SIB para vi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo fundo de inicialização fornecido pela Iowa State University e pelo Instituto Nacional de General Medical Ciências (R35GM128747).
Materials
| BSA-biotin | Sigma-Aldrich | A8549 | |
| Neutravidin | Thermo Fisher Scientific | 31000 | |
| Streptavidin | Thermo Fisher Scientific | 434301 | |
| upper strand DNA | Integrated DNA Technologies | N/A | Customer designed. DNA sequence is shown in PROTOCOL section |
| lower strand DNA | Integrated DNA Technologies | N/A | Customer designed. DNA sequences are shown in PROTOCOL section. |
| sulfo-SMCC | Thermo Fisher Scientific | A39268 | |
| Cyclic peptide RGD with an amine group | Peptides International | PCI-3696-PI | |
| IMDM | ATCC | 62996227 | |
| FBS | ATCC | 302020 | |
| Penicillin | gibco | 15140122 | |
| TCEP | Sigma-Aldrich | C4706 | |
| 200 uL petri dish | Cellvis | D29-14-1.5-N | |
| NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | N/A | spectrometer |
| SE410 Tall Air-Cooled Vertical Protein Electrophoresis Unit | Hoefer | SE410-15-1.5 | Device for electroporesis |
| CHO-K1 cell line | ATCC | CCL-61 | |
| NIH/3T3 cell line | ATCC | CRL-1658 | |
| Anti-Vinculin Antibody | EMD Millipore | 90227 | Primary antibody for vinculin immunostaining |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L) Superclonal Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A28175 | Secondary antibody for vinculin immunostaining |
| Alexa Fluor 647 Phalloidin | Invitrogen | A22287 | |
| Eclipse Ti | Nikon | N/A | microscope |
Referências
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