Doğrusal Invadozom Oluşumu ve Aktivitesi Çalışmak İçin 2D ve 3D Matrisler
Summary
Bu protokol, jelatin ve kollajen I'den oluşan bir 2D karışık matristin nasıl hazırlanacağını ve lineer invadozomaları incelemek için bir 3D kolajen I fünyesinin nasıl hazırlandığını açıklamaktadır. Bu protokoller lineer invadozom oluşumunun, matris bozulma aktivitesinin ve birincil hücrelerin ve kanser hücre çizgilerinin invazyon yeteneklerinin incelenmesine izin verir.
Abstract
Hücre yapışması, migrasyonu ve istilası birçok fizyolojik ve patolojik süreçte yer alır. Örneğin, metastaz oluşumu sırasında, tümör hücreleri, kan veya lenfatik damarlara ulaşmak için çevresindeki dokuya istila etmek ve göç etmek için anatomik engelleri aşmak zorundadır. Bu, hücreler ile ekstrasellüler matriks (ECM) arasındaki etkileşimi gerektirir. Hücresel seviyede, kanser hücrelerinin çoğunluğu da dahil olmak üzere pek çok hücre, ECM'yi düşürebilen F-aktin esaslı yapılar olan invadozomlar oluşturabilir. Invadozomlar, matriks metaloproteinazları (MMP'ler) işe alıp aktive eden protrusif aktin yapılardır. ECM'nin moleküler kompozisyonu, yoğunluğu, düzenlenmesi ve sertliği, invadozom oluşumunun ve aktivasyonunun düzenlenmesinde çok önemlidir. İn vitro olarak , bir jelatin testi, invadozom yıkım aktivitesini gözlemek ve ölçmek için kullanılan standart tahlildir. Bununla birlikte, denatüre kolajen I olan jelatin, fizyolojik bir matris değildir eelemanının net. Tip I kollajen fibriller kullanan yeni bir deney geliştirildi ve bu fizyolojik matrisin invadozomların güçlü bir uyarıcısı olduğunu göstermek için kullanıldı. Kollajen fibriller boyunca oluşan invadozomlar, fiberler üzerindeki lineer organizasyonu nedeniyle doğrusal invadozomlar olarak bilinirler. Dahası, lineer invadozomların moleküler analizi, diskoidin alan reseptör 1'in (DDR1) oluşumunda yer alan reseptör olduğunu gösterdi. Bu veriler, hücreler ile ECM arasındaki karmaşık etkileşimleri anlamak için fizyolojik olarak önemli bir matrisin kullanılmasının önemini açıkça göstermektedir.
Introduction
Ekstraselüler matriks (ECM) yeniden şekillenmesi, anjiyogenez ve tümör hücresi invazyonu gibi fizyolojik ve patolojik süreçler sırasında ortaya çıkar. Fizyolojik koşullarda, çoğunlukla hematopoietik soytan gelen birçok hücre türü ECM elementlerini parçalayabilir. Örneğin, makrofajlar dokulara ulaşmak için anatomik engelleri aşabilir ve osteoklastlar kalsiyum homeostazını sağlamak için kemik matriksini parçalayabilir. Daha genel olarak, vücudun tüm matrisleri fiziksel ve kimyasal özelliklerini korumak için yenilenir. Kanser dokularında tümör mikro çevre bileşimi değişir. Örneğin göğüs ve akciğer kanserinde tip I kollajen aşırı eksprese edilir ve tümörün çevresinde birikir. Üstelik bu birikim, metastaz gelişme riski 1 , 2 ile ilişkilidir. Kanser metastazı, kanser hücrelerinin ECM'yi bozma ve bitişik dokuları istila etme kabiliyetine bağlıdır.
Hücrelerin invaziv aktivitesi invadosomes olarak bilinen özel aktin bakımından zengin yapılara atfedilir. Bu terim, normal ve kanser hücrelerinde ( örn., Makrofajlar, endotel hücreleri ve MDA-MB-231 meme kanseri hücre hattı gibi kanser hücreleri) bulunan podozomları ve invadopodiyi içerir. In vitro olarak , invadozomlar farklı şekillerde organize edilebilir: noktalar, agregalar veya rozetler 3 . Klasik olarak, invadozomlar, integrinler ve vinculin 4 gibi adezyon plak molekülleri ile çevrili İskele proteini Tks5 ve kortaktin gibi birkaç protein ihtiva eden bir F-aktin çekirdeğinden oluşur. Son zamanlarda, Tks5 ve RhoGTPase Cdc42'nin fonksiyonel invadozomlar için minimum bir moleküler imza olarak kullanılabileceği gösterildi 5 . Bu yapılar, MT1-MMP ve MMP-2 gibi spesifik metalloproteaz proteinlerinin işe alınması ve aktivasyonu yoluyla ECM'yi bozabilmektedir. Önceki bir çalışmada, tip I kollajen fibrillerin spesifik bir reseptörü olan diskoidin alan reseptörü 1 (DDR1) arasındaki tip I kollajen fibrilleri arasındaki etkileşimin, lineer invadozomlar olarak adlandırılan invadozomların yeni bir sınıfının oluşumuna yol açtığını bildirdik. Doğrusal invadozomlar tip I kollajen fibriller boyunca oluşur 7 . Bu yapılar MT1-MMP / MMP2 alımında ve aktivasyonuyla tip I kollajen fibrillerini bozabilmektedir. Dahası, bunların oluşumu Tks5 ve Cdc42 5'e bağlıdır. İn vitro olarak doğrusal invadozomların varlığını ve DDR1'in oluşum ve aktivitelerine 8 dahil çeşitli matris elementlerinin kombinasyonundan oluşan farklı stratejileri kullanarak gösterdiklerini göstermiştir: i) flüoresan jelatin kaplı lamelleri, ii) flüoresan tip I kollajen fibril Kaplamalı lamelleri ve iii) 3D tip I kollajen fişleri. Farklı matrislerin kullanımı nedeniyle, çalışmak ve karakterLineer invadozom oluşumu ve parçalanma aktiviteleri 7,8.
Son olarak, invaziv hücrelerin biyolojisini daha iyi anlamak için, 2D ve 3D kültür sistemlerindeki tüm ECM bileşenleri kombinasyonu kullanıldı ve tümör mikro çevre bileşiminin karmaşıklığını taklit etti. Aşağıda, 2D ve 3D kültür sistemlerinde jelatin / tip I kollajene sahip lamelleri kaplama protokolleri bulunmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klasik olarak, invadozomlar, mikro ortam ve hücrelerin kaplandığı matrise bakılmaksızın in vitro olarak incelenir. Şu anda, jelatin, fibronektin, vitronektin veya yüksek yoğunluklu fibriler kollajen (HDFC) 7 , 11 dahil çeşitli matris türleri kullanılmaktadır; Bununla birlikte, bunlar genellikle hücrelerin bulunduğu mikro çevreyi temsil etmez ve fizyolojik olarak uygun değildir. Burada, jelatin ile fibriler tip I kollajen arasındaki i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JDM, INSERM / Région Aquitaine'den bir doktora bursuyla desteklendi ve artık doktora sonrası ARC bursu ve Mount Sinai Tıp Fakültesi'ndeki Tisch Kanser Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. EH, Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche'den bir doktora tarafından desteklenmektedir. ZE, Agence Nationale de la Recherche'den (ANR) doktora sonrası bir burs tarafından desteklenmektedir. CM, Mount Sinai Tıp Fakültesi'ndeki Tisch Kanser Enstitüsü tarafından desteklenmektedir ve JJBC, NIH / NCI hibe K22CA196750, TCI Genç Bilim İnsanı Kanseri Araştırma Ödülü JJR Fonu ve Mount Sinai Tıp Fakültesi'nde Tisch Kanser Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. Bu çalışma, ANR-13-JJC-JSV1-0005'den bir hibe ile desteklendi. FS, "Ligue nationale contre le cancer" tarafından desteklenmektedir. VM ve FS, "Equipe Labellisée Ligue Nationale contre le Cancer 2016" ve Institut National du Cancer, INCA_8036 ve PLBio2012 fonlarıyla desteklenmektedir.
Materials
| Gelatin solution | Sigma | G1393 | Stock 20 mg/ml used at 1 mg/ml |
| Gelatin from pig skin Oregon green 488 conjugate | Molecular probe life technologies | G13186 | 5mg dilute at 1 mg/ml in sterile water |
| Microscope cover glasses | Marlenfeld GmbH & Co | 111520 | Ø12mm No.1 |
| 2.5% Glutaraldehyd in 0.1M sodium cacodylate buffer pH 7.4 | Electron microscopy science | 15960 | Dilute at 0.5 % in sterile water |
| 1X PBS pH 7.4 | Gibco by life technologies | 10010-015 | Use this PBS in all steps before fixation |
| Collagen I Rat tail | Corning | 354236 | |
| 5 carboxy X rhodamin siccinimidyl ester | Life technologies | C-6125 | |
| DPBS 1X + calcium + magnesium | Gibco by life technologies | 14040-091 | |
| Paraformaldehyde 16% solution | Electron microscopy science | 15710 | Dilute at 4% in 1X PBS |
| Triton X 100 | Sigma | T9284 | |
| 10X PBS buffer pH 7.4 | Ambion | AM9625 | Dilute at 1X in water Use in steps after fixation |
| Tks5 antibody | Santa Cruz | sc-30122 | Invadosome markers Dilution : 1/100 |
| Cortactin 4F11 antibody | Millipore | 5180 | Invadosome markers Dilution :1/100 |
| DDR1 antibody | Cell signaling | 5583 | Linear invadosome receptor |
| Dilution :1/100 | |||
| Phalloidin FluoProbes | Interchim | FT-AZ0330 | Fibrillary actin marker Dilution :1/200 |
| Hoechst | Sigma | 33258 | Nucleus marker Dilution :1/200 |
| Secondary antibodies FluoProbes | Interchim | FP-488 FP-547H or FP-647H | |
| Albumin from bovine serum | Sigma | A2153 | Dilute at 4% in 1X PBS |
| Fluoromount G mounting medium | Interchim | FP 483331 | |
| ImageJ software | Public domain | http://www.macbiophotonics.ca/imagej/ | |
| Cell culture insert | Corning | 353097 | 8.0µm pore size / 24 wells |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma | 221465 |
References
- Ramaswamy, S., Ross, K. N., Lander, E. S., Golub, T. R. A molecular signature of metastasis in primary solid tumors. Nat. Genet. 33, 49-54 (2003).
- Gilkes, D. M., et al. Collagen prolyl hydroxylases are essential for breast cancer metastasis. Cancer Res. 73, 3285-3296 (2013).
- Linder, S., Wiesner, C., Himmel, M. Degrading Devices: Invadosomes in Proteolytic Cell Invasion. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 27, 185-211 (2011).
- Murphy, D. A., Courtneidge, S. A. The ‘ins’ and ‘outs’ of podosomes and invadopodia: characteristics, formation and function. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 12, 413-426 (2011).
- Di Martino, J., et al. Cdc42 and Tks5: a minimal and universal molecular signature for functional invadosomes. Cell Adh. Migr. 8, 280-292 (2014).
- Poincloux, R., Lizarraga, F., Chavrier, P. Matrix invasion by tumour cells: a focus on MT1-MMP trafficking to invadopodia. J. Cell Sci. 122, 3015-3024 (2009).
- Juin, A., et al. Physiological type I collagen organization induces the formation of a novel class of linear invadosomes. Mol. Biol. Cell. 23, 297-309 (2012).
- Juin, A., et al. Discoidin domain receptor 1 controls linear invadosome formation via a Cdc42-Tuba pathway. J. Cell Biol. 207, 517-533 (2014).
- Martin, K. H., et al. Quantitative measurement of invadopodia-mediated extracellular matrix proteolysis in single and multicellular contexts. J. Vis. Exp. , e4119 (2012).
- Diaz, B. Invadopodia detection and gelatin degradation assay. Bio-protocol. 3, 1-8 (2013).
- Artym, V. V., et al. Dense fibrillar collagen is a potent inducer of invadopodia via a specific signaling network. J. Cell Biol. 208, 331-350 (2015).
- Schachtner, H., et al. Megakaryocytes assemble podosomes that degrade matrix and protrude through basement membrane. Blood. 121, 2542-2552 (2013).
- Schoumacher, M., Glentis, A., Gurchenkov, V. V., Vignjevic, D. M. Basement membrane invasion assays: native basement membrane and chemoinvasion assay. Methods Mol. Biol. 1046, 133-144 (2013).
- Wolf, K., Muller, R., Borgmann, S., Brocker, E. B., Friedl, P. Amoeboid shape change and contact guidance: T-lymphocyte crawling through fibrillar collagen is independent of matrix remodeling by MMPs and other proteases. Blood. 102, 3262-3269 (2003).
- Geraldo, S., et al. Do cancer cells have distinct adhesions in 3D collagen matrices and in vivo?. Eur. J. Cell Biol. 91, 930-937 (2012).
- Monteiro, P., et al. Endosomal WASH and exocyst complexes control exocytosis of MT1-MMP at invadopodia. J. Cell Biol. 203, 1063-1079 (2013).
- Wolf, K., et al. Collagen-based cell migration models in vitro and in vivo. Semin. Cell Dev. Biol. 20, 931-941 (2009).
