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显微成像可以表达GFP -肌动蛋白的内皮细胞骨架结构的动态变化特征。这种方法与使用固定标本的技术,在之前的相同细胞的肌动蛋白细胞骨架的时空变化提供了详细的评估,期间和之后,各种生理,药理,或炎症刺激。
微血管内皮细胞中起着重要的作用,作为一种选择性渗透的阻隔液体和溶质。内皮细胞之间的粘附路口调节内皮细胞的通透性,许多研究已表明肌动蛋白细胞骨架,以确定交界的完整性 1-5的重要贡献。皮层肌动蛋白带被认为是维护稳定路口1,2,4,5的重要。相反,肌动蛋白应力纤维被认为是内皮细胞内产生的向心力紧张,削弱路口 2-5 。这一理论已被内皮细胞治疗与已知增加内皮细胞通透性的炎症介质,然后修复细胞和标签显微镜观察F - actin的研究基础上。然而,这些研究提供了肌动蛋白细胞骨架的作用非常有限的理解,因为固定细胞的图像只提供快照没有时间约肌动蛋白的结构5动态的信息。
活细胞成像允许的决定内皮屏障的完整性机制的研究肌动蛋白细胞骨架的动态性质纳入。这种方法的主要优点是各种炎症刺激内皮细胞中的肌动蛋白结构的影响,可在同一组的活细胞前和治疗后评估,消除潜在的偏见,观察固定标本时可能出现的的。的GFP -β-肌动蛋白的质粒转染人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的盖玻片上生长汇合。汇合的人脐静脉内皮细胞肌动蛋白GFP的定时拍摄的图像前后此外,引起炎症介质的内皮屏障的完整性时间依赖性变化。这些研究使流体的肌动蛋白细胞骨架的变化的序列视觉观察到内皮贡献升屏障的破坏和恢复。
我们的研究结果一致显示,本地,肌动蛋白丰富lamellipodia内皮细胞的形成和营业额。也可以观察到肌动蛋白应力纤维的形成和运动。一个当地lamellipodia的形成和成交量的频率分析前和治疗后炎症刺激,可记录kymograph分析。这些研究提供了可以用于发现以前未知的分子机制的内皮屏障的完整性,维护重要内皮细胞的肌动蛋白细胞骨架的动态性质的重要信息。
1。血管内皮细胞转染GFP -肌动蛋白
2。设置的活细胞成像室和舞台加热器
3。收购活细胞成像显微镜数据
4。数据分析
5。代表性的成果:
在该地区的血管内皮细胞表达绿色荧光蛋白肌动蛋白> 90%,我们的转染协议,我们通常看到至少有50%的血管内皮细胞转染GFP -肌动蛋白的表达,往往可以找到盖玻片地区。一个subconfluent血管内皮细胞表达GFP -肌动蛋白的活细胞成像实验的一个例子是在电影1所示。对于这个特殊的实验中,图像被收购,每分钟一次。可以看到在电影中,GFP -肌动蛋白的血管内皮细胞,可以观察到整个细胞质中,以及在丝状结构URES,并在当地lamellipodia沿着小区边缘凸出。在影片中也明显的是,GFP -肌动蛋白表达细胞之间是不统一。研究选择的细胞通常有足够的GFP -肌动蛋白存在各种含有丝状肌动蛋白的结构形象化。细胞表达GFP -肌动蛋白非常高的水平,可以为研究问题,因为在这些细胞中,它通常是难以区分的G -肌动蛋白目前的高F -肌动蛋白的结构。
电影2显示融合血管内皮细胞表达GFP -肌动蛋白的行为的一个例子。 subconflent血管内皮细胞一样,积极lamellipodia沿周边的细胞的形成和营业额是明显的。但是,这些lamellipodia往往引起膜皱褶,说明效率较低突7。这可能是由于阻断附近的基质相邻细胞的存在。皮层肌动蛋白纤维和应力纤维也可以看到电影1和2。虽然我们Ø细胞bserved保持固定,应力纤维类似横弧纤维细胞迁移,细胞边缘附近形成,并朝着细胞中心, 他们拆解的 8, 9横向。在这些细胞中观察到的一个额外的动态特征是肌动蛋白环结构的形成,扩大同心,以前名为肌动蛋白云 10 。
设置使用kymograph分析的是图1所示的距离,持久性,细胞突起的速度是如何从这些时间推移图像量化的一个例子。图1a中,单个像素的界线大致垂直kymograph生成细胞(图1B)的边缘。在此kymograph,由该行定义的区域是垂直放置,从整个时间推移的图像水平堆放。从左至右kymograph右侧,突起在小区边缘向上运动的代表。图1C,一条线是SUPerimposed其中一个突起的边缘,并与该行相关的像素数据收集和结果“窗口中显示在面板的底部。这种分析可以量化突动态,也可以用来估计突频率(突起的数量/时间),在这个区域的细胞。
应力纤维的运动分析的一个例子是如图2所示。最看重的纤维,我们观察到细胞边缘附近形成,并走向细胞中心,在那里他们最终拆解。这也可以量化kymograph分析。绘制一条线垂直小区边缘的应力纤维(图2A)kymograph产生(图2B)。应力纤维的出现在胞质区在kymograph不断线,经常向下移动,并朝着细胞中心)的权利(。有时纤维是很难看到在原来的kymograph,并在这些情况下,我们使用USM锐化过滤器,锐化图像(图2C)。线画上的应力纤维和像素数据的收集使用的测量功能(图2D)。收集这些数据的另一种方法是从一开始就画线,完成确定的应力纤维,纤维(图2E),持续时间平均坡度。这种分析可以量化的应力纤维横向运动,也可以用来量化这个区域的细胞中观察到的应力纤维的数量。
图1。Kymograph小区边缘的分析,以确定前伸距离,持久性,和当地lamellipodia 速度 。单个像素的界线大致垂直边缘的细胞。这个地区从每个时间推移产生随着时间的推移地区的蒙太奇图像中提取, B。在日Ë产生kymograph,X轴代表时间,移动从左至右,Y轴显示的距离。随着时间的推移小区边缘的运动,可以在此kymograph评估,并lamellipodia确定小区边缘,移动向右,向上推移的地区,C。已确定由一个lamellipodium突细胞边缘上绘制一条线。绘制的线条的边界矩形的尺寸,然后收购(叠加窗口中显示)。宽度是用来计算突的时间或持续。高度用于计算前伸距离。突速度计算宽度除以高度。在这个例子中,向上的距离为96像素x 0.16125微米/像素= 15.5微米,时间为11像素× 1分钟= 11分钟/像素。计算速度为15.5μm/11分钟。 = 1.4微米/分。
Figure 2。Kymograph运动的肌动蛋白应力纤维分析。绘制单个像素线垂直边缘的细胞产生kymograph。 乙 。如图。 1,在kymograph,X轴代表时间和y轴的距离。应力纤维的观察往往会下降,连续线条,在细胞内的权利(箭头)C 。为了更好地可视化的应力纤维,USM锐化过滤器都可以使用。在这个例子中,半径3像素和面罩重量为0.60,D。单个像素的线,然后绘制确定的应力纤维,以及收集到的数据。在此面板中,三线绘制,然后“删除”被压在每次测量后,使一个永久的注释,它们的位置( 白线) ,E。另外,如果需要的应力纤维的平均距离,时间和速度是,线可以得出的开始和结束点(黄线),和数据R的可收购(“结果”窗口中强调)。对于这个例子中,测量了这37帧的应力纤维的X 1帧/分钟。 = 37分钟。行驶距离超过这个时间段是75帧x 0.16125微米/像素= 12.1微米。由此产生的应力纤维的横向速度为12.1μm/37min= 0.33微米/分钟。一个积极的速度值是分配向细胞中心,并负向周边移动纤维的纤维。
电影1。延时居住的HUVEC表达GFP -肌动蛋白的图像。图像之间的时间间隔为1分钟。本地lamellipodia突出沿整个周边的细胞。此外,横弧应力纤维向细胞中心横向移动。当凝血酶(1 U / ml)的添加到洗澡,细胞收缩略有lamellipodia向外突起,约10分钟的暂停。细胞收缩后,lamellipodia形成和营业额恢复 D. 点击这里观看影片。
电影2。聚合血管内皮细胞表达GFP -肌动蛋白,凝血酶治疗前后。经过时间显示在右下角为分钟:秒。图像之间的时间间隔为30秒。凝血酶(1 U / ml)的加入后45分钟。基准期。附加说明的事件,包括当地的形成和成交量lamellipodia(细胞边缘附近的箭头,0:59 - 37:29),云肌动蛋白(箭头,1:59 - 21:29),和凝血酶添加后,在tricellular交界的差距扩大(箭头,62:30 - 70:00)。横向弧应力纤维也明显在几个细胞。细胞显示积极形成和当地lamellipodia的营业额沿其周边许多引起膜皱褶。凝血酶引起的暂停lamellipodia形成和营业额,并短暂露面的细胞之间的一些小差距。https://www.jove.com/files/ftp_upload/3187/Movie2-confluentHUVEC.avi“>点击这里观看影片。
GFP -肌动蛋白在活的内皮细胞成像使炎症刺激的反应的肌动蛋白细胞骨架的动态进行详细的分析。这种方法也可能是有益的借鉴以往的研究结果显示在细胞骨架重塑反应的物质力量,如剪应力 11 。此外,此方法允许的贡献的内皮细胞的活动,包括迁移,有丝分裂,形成间的路口和交界成熟,和屏障功能的维护的肌动蛋白细胞骨架动力学的详细评估。
在显示的数据,内皮细胞肌动蛋白细胞骨架的行为,可以观察治疗前后凝血酶。一直内皮细胞边缘的地方lamellipodia,观察nonconfluent和融合细胞单层形成,并随着时间的推移倒退。与凝血酶治疗短暂地打断lamellipodia形式ATION和营业额。凝血酶也引起细胞略有合同,与以前的报告中,凝血酶导致肌动蛋白应力纤维在12-14内皮细胞的形成和增加向心力紧张发展一致。然而,像这样的活细胞成像研究,现在能确定的应力纤维的起源。在HUVEC,大部分的应力纤维起源于细胞外围,类似横弧纤维细胞迁移8,9。这种方法比使用固定细胞的另一个优势是在单个细胞应力纤维的数量可以量化前后凝血酶治疗,消除选择实验组之间的偏见。
有了这个协议,我们评估在细胞边缘和肌动蛋白应力纤维的动态运动。要了解漂白后的内皮细胞肌动蛋白单体的动态,更先进的技术,如荧光恢复(FRAP)或荧光斑点显微镜复制(密克罗尼西亚)可用于15,16。此外,由于微血管内皮细胞可能代表了一种更好的模型微血管屏障功能,优化转染协议,有效地表达GFP -肌动蛋白在微血管内皮细胞代表一个逻辑的未来发展方向。
总之,生活的内皮细胞表达GFP -肌动蛋白的成像代表一个强大的工具,以确定如何内皮细胞肌动蛋白细胞骨架响应各类刺激。使用紧密融合的内皮单层的研究将有助于确定的动态结构,如肌动蛋白丰富lamellipodia和内皮屏障功能的横弧应力纤维的角色。此外,内皮细胞表达GFP -肌动蛋白或其他允许其他亚细胞结构的可视化的融合蛋白的活细胞成像将提供详细的时空信息需要了解的信令和结构机制的Determine屏障的完整性。
没有利益冲突的声明。
GFP -β-肌动蛋白的质粒慷慨提供韦恩奥尔博士,LSUHSC - S病理科,并在实验室贝基Worthylake博士,药理学教研室LSUHSC - NO扩增。这项工作是支持的国立卫生研究院(P20 RR - 018766)和美国心脏协会(05835386N)的赠款。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1。林格5倍股 | |||
化学 | 公司 | 产品编号 | 金额 |
氯化钠 | 电解二氧化锰 | SX0420 - 3 | 35摹 |
氯化钾 | JT贝克 | 3040 | 1.75摹 |
氯化钙 | 西格玛 | C - 3881 | 1.47摹 |
硫酸镁 | 西格玛 | M - 9397 | 1.44摹 |
无菌过滤水 | N / A | N / A | 置于1升 |
进入蒸压瓶和商店的无菌过滤器,在4 ° C | |||
2。 MOPS缓冲 | |||
化学 | 公司 | 产品编号 | 金额 |
MOPS | 西格玛 | M3183 | 125.6摹 |
无菌过滤水 | N / A | N / A | 置于1升 |
进入蒸压瓶和商店的无菌过滤器,在4 ° C | |||
3。白蛋白的生理盐溶液(APSS) | |||
化学 | 公司 | 产品编号 | 金额 |
林格股票(5X) | N / A | N / A | 200毫升 |
MOPS缓冲 | N / A | N / A | 5毫升 |
磷酸钠 | 西格玛 | S - 9638 | 0.168摹 |
丙酮酸钠 | 西格玛 | P5280 | 0.22摹 |
EDTA钠盐 | 西格玛 | ED2SS | 0.0074摹 |
血糖 | 西格玛 | G7528 | 0.901摹 |
白蛋白,牛 | USB | 10856 | 10克 |
无菌过滤水 | N / A | N / A | 置于1升 |
调整pH至7.4,在37 °,然后放入高压灭菌瓶和储存在4℃的无菌过滤° C。 | |||
4。 0.9%的生理盐水 | |||
化学 | 公司 | 产品编号 | 金额 |
氯化钠 | 电解二氧化锰 | SX0420 - 3 | 9摹 |
无菌过滤水 | N / A | N / A | 置于1升 |
进入蒸压瓶和商店的无菌过滤器,在4 ° C | |||
5。 1.5%的明胶溶液 | |||
明胶来自猪皮肤 | 西格玛 | G2500 | 15摹 |
0.9%的生理盐水 | N / A | N / A | 置于1升 |
温暖的解决方案,以37 ° C至充分溶解的明胶。虽然仍然温暖,无菌过滤器进入蒸压瓶和存储在4 ° C |
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