مجهر القوة نتوء: أسلوب لتحديد حجم القوات المتقدمة بنتوءات الخلية
Summary
هنا، نحن بالتفصيل الأساليب التجريبية المستخدمة لتقييم قوي نتوء بودوسوميس تنطبق على فيلم متوافقة، من إعداد الفيلم للتحليل الآلي للصور الطبوغرافية.
Abstract
في العديد من السياقات البيولوجية، تحتاج الخلايا الحيوانية من التفاعل فعلياً مع بيئتها بتطوير القوات الميكانيكية. ومن بين هذه الجر قوات كانت تتسم جيدا، ولكن هناك نقص في التقنيات التي تسمح بقياس بروز قوي تمارسه الخلايا أورثوجونالي إلى هذه الركيزة. لقد قمنا بتصميم إعداد تجريبية لقياس بروز قوي تمارسه الخلايا ملتصقة على هذه الركيزة. خلايا مطلي على ورقة فورمفار متوافقة مع تشوه هذه الركيزة وهو تعيين التضاريس الناتجة عن ذلك بواسطة مجهر القوة الذرية (AFM) بمقياس نانومتر. ثم يتم استخراج قيم القوة من تحليل الشخصية تشوه استناداً إلى هندسة الهياكل الخلوية بارزة. ومن ثم، يمكن قياس قوي تمارسه الوحدات الفردية بارزة من خلية حية على مر الزمن. وستمكن هذه التقنية دراسة توليد القوة وتنظيمها في العديد من العمليات الخلوية التي تنطوي على نتوء. وهنا يصف لنا تطبيقه لقياس قوي بارزة المتولدة عن بودوسوميس التي شكلتها الضامة البشرية.
Introduction
الخلايا الحيوانية التفاعل فعلياً مع المصفوفة والخلايا الأخرى التي تشكل هذه البيئة1. وهذا مطلوب بالنسبة لهم ترحيل أو تدخيل الهيئات، والحصول على المعلومات الخارجية أو التفريق. في مثل هذه العمليات، يجب إنشاء الخلية القوات الميكانيكية، وكما أظهرت العديد من الدراسات على مدى السنوات الأخيرة، قدرة خلية لتوليد القوى، والتحقيق في بيئتها يؤثر على سلوكها البيولوجي، على سبيل المثال توجيه الانتشار أو تمايز2،3. بدوره، قياس قوات الخلوية مساعدة كبرى دراسة تنظيم توليد القوة وفهم أثره في الخلايا والأنسجة والسلوك مصير4،5.
وقد شهدت السنوات الأخيرة تطوير العديد من التقنيات لقياس القوى التي يمكن أن تمارسه خلية على البيئة6. أن غالبية هذه قد ساعدت في الكشف عن قوي الجر أن تمارس الخلايا كما أنها تسحب متنقلة المسابير أو تشوه الركازة. بيد قوي ميكانيكية المتورطين في نتوء في البيئة خارج الخلية تعاني من الافتقار إلى تقنيات القياس والتاريخ تتميز ليس على ما يرام.
للتغلب على هذا التحديد، نقدم طريقة لقياس القوى التي تمارس أورثوجونالي إلى الركيزة. وهو يتألف في طلاء الخلايا الحية على ورقة رقيقة مرنة التي يمكن أن تشوه في اتجاه متعامد، مما يجعل من الممكن لقياس التشوه الركيزة بالخلايا ونستنتج القوى المعنية. يقاس الطوبوغرافيا الركازة مع القرار النانو باستخدام مجهر القوة الذرية والتقييم للقوات من التشوه ويعتمد على معرفة هندسة الهياكل الخلوية بارزة7،8، 9.
هنا، نحن وصف الإعداد وتطبيقها لقياس القوى التي تم إنشاؤها بواسطة بودوسوميس، هياكل التصاق بارزة شكلتها الضامة لهجرتهم الوسيطة في بيئات ثلاثية الأبعاد10،11، 12،13،،من1415،،من1617. ونحن نعتقد أن هذا الأسلوب ستعزز التفاهم وتوليد القوة وتنظيمها في العديد من العمليات الخلوية التي تنطوي على نتوء.
Protocol
Representative Results
Discussion
خصائص المواد
اختيار المواد للغشاء تشوه، في حالتنا فورمفار، يحتاج إلى الوفاء ببعض المتطلبات. المواد التي يجب أن تكون شفافة للضوء المرئي ويحمل الأسفار السيارات المحدودة للسماح للملاحظات في الميدان مشرق والفحص المجهري الأسفار. خشونة الفيلم رقيقة يجب أن تكون أقل من 1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب ممتنون لانا لابيرنادي وغيوم Charrière وباتريك ديلوبيلي على مساهمتها الأولى لهذا العمل سانشيز ماتيو وفيلا فرانسواز لمساعدتهم بتصوير الفيديو وتحريرها. ودعمت هذا العمل تم بالوكالة الوطنية de la البحوث (ANR14-CE11-0020-02)، مؤسسة لبحوث ميديكال (FRM DEQ2016 0334894)، INSERM خطة السرطان وسرطان تولوز مؤسسة وبرنامج العلوم الحدود البشرية (RGP0035/2016).
Materials
| 200 mesh nickel grids | Electron Microscopy Sciences | G200-Ni | |
| Filter paper | Sigma-Aldrich | 1001-055 | |
| Microscope slides | Fisher Scientific | 10235612 | |
| White stickers 26 x 70 mm | Avery | DP033-100 | |
| Film casting device with valve in its outlet | Electron Microscopy Sciences | 71305-01 | |
| Razorblades | Electron Microscopy Sciences | 72000 | |
| Ethanol | VWR | 1.08543.0250 | |
| Acetone | VWR | 20066.321 | |
| Formvar 0.5% solution in ethylene dichloride | Electron Microscopy Sciences | 15820 | |
| 12 mm coverslips | VWR | 631-0666 | |
| Inverted microscope | Carl Zeiss | Axiovert 200 | |
| Atomic Force Microscope | JPK Instruments | NanoWizard III | |
| Temperature-controlled sample holder | JPK Instruments | BioCell | |
| Silicon nitride cantilever with a nominal spring constant of 0.01 N/m | Veeco Instruments | MLCT-AUHW | |
| PBS | Gibco | 14190-094 | |
| Double-sided adhesive tape | APLI AGIPA | 118100 | |
| RPMI 1640 | Gibco | 31870-025 | |
| FCS | Sigma-Aldrich | F7524 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H0887 | |
| 35 mm glass-bottom Petri dishes | WPI | FD35-100 |
References
- Discher, D. E., Janmey, P., Wang, Y. L. Tissue Cells Feel and Respond to the Stiffness of Their Substrate. Science. 310, 1139-1143 (2005).
- Paszek, M. J., et al. Tensional Homeostasis and the Malignant Phenotype. Cancer Cell. 8, 241-254 (2005).
- Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L., Discher, D. E. Matrix Elasticity Directs Stem Cell Lineage Specification. Cell. 126, 677-689 (2006).
- Gilbert, P. M., Weaver, V. M. Cellular Adaptation to Biomechanical Stress across Length Scales in Tissue Homeostasis and Disease. Seminars in Cell & Developmental Biology. 67, 141-152 (2017).
- Vining, K. H., Mooney, D. J. Mechanical Forces Direct Stem Cell Behaviour in Development and Regeneration. Nature Reviews Molecular Cell Biology. , (2017).
- Roca-Cusachs, P., Conte, V., Trepat, X. Quantifying Forces in Cell Biology. Nature Cell Biology. 19, 742-751 (2017).
- Labernadie, A., et al. Protrusion Force Microscopy Reveals Oscillatory Force Generation and Mechanosensing Activity of Human Macrophage Podosomes. Nature Communications. 5, 5343 (2014).
- Proag, A., et al. Working Together: Spatial Synchrony in the Force and Actin Dynamics of Podosome First Neighbors. ACS Nano. 9, 3800-3813 (2015).
- Proag, A., Bouissou, A., Vieu, C., Maridonneau-Parini, I., Poincloux, R. Evaluation of the Force and Spatial Dynamics of Macrophage Podosomes by Multi-Particle Tracking. Methods. 94, 75-84 (2016).
- Cougoule, C., et al. Three-Dimensional Migration of Macrophages Requires Hck for Podosome Organization and Extracellular Matrix Proteolysis. Blood. 115, 1444-1452 (2010).
- Cougoule, C., et al. Blood Leukocytes and Macrophages of Various Phenotypes Have Distinct Abilities to Form Podosomes and to Migrate in 3d Environments. European Journal of Cell Biology. 91, 938-949 (2012).
- Guiet, R., et al. Macrophage Mesenchymal Migration Requires Podosome Stabilization by Filamin A. Journal of Biological Chemistry. 287, 13051-13062 (2012).
- Maridonneau-Parini, I. Control of Macrophage 3d Migration: A Therapeutic Challenge to Limit Tissue Infiltration. Immunology Review. 262, 216-231 (2014).
- Park, H., et al. Tyrosine Phosphorylation of Wiskott-Aldrich Syndrome Protein (Wasp) by Hck Regulates Macrophage Function. Journal of Biological Chemistry. 289, 7897-7906 (2014).
- Van Goethem, E., et al. Macrophage Podosomes Go 3d. European Journal of Cell Biology. 90, 224-236 (2011).
- Van Goethem, E., Poincloux, R., Gauffre, F., Maridonneau-Parini, I., Le Cabec, V. Matrix Architecture Dictates Three-Dimensional Migration Modes of Human Macrophages: Differential Involvement of Proteases and Podosome-Like Structures. Journal of Immunology. 184, 1049-1061 (2010).
- Verollet, C., et al. Hiv-1 Reprograms the Migration of Macrophages. Blood. 125, 1611-1622 (2015).
- Bouissou, A., et al. Podosome Force Generation Machinery: A Local Balance between Protrusion at the Core and Traction at the Ring. ACS Nano. 11, 4028-4040 (2017).
- Lizarraga, F., et al. Diaphanous-Related Formins Are Required for Invadopodia Formation and Invasion of Breast Tumor Cells. Cancer Research. 69, 2792-2800 (2009).
- Carman, C. V., et al. Transcellular Diapedesis Is Initiated by Invasive Podosomes. Immunity. 26, 784-797 (2007).
- Sage, P. T., et al. Antigen Recognition Is Facilitated by Invadosome-Like Protrusions Formed by Memory/Effector T Cells. Journal of Immunology. 188, 3686-3699 (2012).
- Sens, K. L., et al. An Invasive Podosome-Like Structure Promotes Fusion Pore Formation During Myoblast Fusion. Journal of Cell Biology. 191, 1013-1027 (2010).
- Takito, J., et al. The Transient Appearance of Zipper-Like Actin Superstructures During the Fusion of Osteoclasts. Journal of Cell Science. 125, 662-672 (2012).
- Shilagardi, K., et al. Actin-Propelled Invasive Membrane Protrusions Promote Fusogenic Protein Engagement During Cell-Cell Fusion. Science. 340, 359-363 (2013).
- Freeman, S. A., et al. Integrins Form an Expanding Diffusional Barrier That Coordinates Phagocytosis. Cell. 164, 128-140 (2016).
