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* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Leukozyten überqueren die endothelialen Monolayer mit Hilfe der parazellulären oder transzelluläre Route. Wir haben einen einfachen Test zu folgen die Verteilung endogener junctional VE-Cadherin und PECAM-1 während Leukozyten transendotheliale Migration unter physiologischen Fluss zwischen den beiden Seelenwege unterscheiden.
Während der Entzündung, lassen Leukozyten den Kreislauf und über die Endothel zu kämpfen eindringende Krankheitserreger in das darunter liegende Gewebe. Dieser Prozess wird als Leukozyten transendotheliale Migration bekannt. Zwei Wege zur Leukozyten an das Endothel-Monoschicht durchqueren wurden beschrieben: die parazelluläre Route, dh durch die Zell-Zell-Übergänge und dem transzellulären Weg, dh durch die endotheliale Zellkörper. Jedoch ist es technisch schwierig, zwischen dem Parameter und transzelluläre Route unterscheiden. Wir entwickelten eine einfache in vitro-Test, um zu studieren die Verteilung der endogenen VE-Cadherin und PECAM-1 während der Neutrophilen transendotheliale Migration unter physiologischen Flussbedingungen. Vor der Perfusion Neutrophilen wurden Endothelzellen kurz mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern gegen VE-Cadherin und PECAM-1 behandelt. Diese Antikörper nicht mit der Funktion beider Proteine stören, wie durch elektrische Zell Substra bestimmtte Impedanz-Mess und FRAP-Messungen. Unter Verwendung dieses Tests konnten wir folgen die Verteilung der endogenen VE-Cadherin und PECAM-1 während transendotheliale Migration unter Flussbedingungen und zu unterscheiden zwischen den para und transzellulären Migrationsrouten der Leukozyten durch das Endothel.
Effiziente und streng kontrollierten Leukozyten transendotheliale Migration (TEM) ist von zentraler Bedeutung bei physiologischen Prozessen wie der Immunüberwachung und akute Entzündungen. Jedoch unter bestimmten pathophysiologischen Bedingungen, unkontrollierte und übermäßige TEM beobachtet, was zu chronischen entzündlichen Erkrankungen (zB rheumatoide Arthritis, Arteriosklerose, Asthma). Auch während der Tumorzellmetastasierung, ist der Prozess der transendothelialen Migration Instrumental für Tumorzellen, um die Zirkulation zu metastasieren 1-3 zu verlassen. Um speziell mit übermäßiger Leukozyten oder Tumorzell TEM stören, ist ein detailliertes Verständnis der Regulation dieses Prozesses erforderlich.
Es wird angenommen, daß die TEM-Prozess durch verschiedene Schritte auftritt. Samen Studien, die von Butcher und Springer überprüft vor zwei Jahrzehnten, führte zu dem mehrstufigen Modell den Prozess der TEM 4,5 beschreibt. Dieses Modell gilt immer noch, auch wenn einige adliche Schritte wurden aufgenommen, 6. Alon et al. Die Notwendigkeit für das Vorhandensein immobilisierten Chemokinen auf der Oberfläche des Endothels 7. Kürzlich zeigten sie, dass das Endothel selbst erzeugt Chemokine, die an der endothelialen apikalen Oberfläche 8 dargestellt sind. Darüber hinaus setzen die gleiche Gruppe nach vorne die Bedeutung der Strömungsverhältnisse während der TEM-7. Kürzlich, können mehrere Publikationen zu den zwei verschiedenen Wegen Leukozyten konzentriert in der letzten Phase der TEM Diapedesis nehmen. Sie können entweder über die Zell-Zell-Verbindungen gehen, dh der parazellulären Migrationsroute, oder quer durch die endotheliale Zellkörper, wie der transzellulären Migration Route 9 bekannt. Carman und Kollegen untersuchten diese Wege im Detail und folgerte, dass Leukozyten bevorzugt wählen Sie die parazellulären Migrationsroute (90%) über den transzellulären Weg (10%) beim Überschreiten einer Nabelvenen-Endothelzellen Monolage 10.Wenn jedoch Endothelzellen aus anderen Ursprungs verwendet wurden, zB Gehirn oder Mikrogefäß, verwendet mehr Leukozyten den transzellulären Weg (30%) 11. Die Vestweber Gruppe kürzlich gezeigt, dass, wenn die Zell-Zell-Übergänge konnten voneinander durch Verwendung eines Knock-in-Tiermodell ersetzt endogenen dissoziieren VE-Cadherin für ein VE-Cadherin-Catenin alpha-Chimäre wurde Leukozyten TEM vollständig blockiert 12 . Überraschenderweise stellten die Autoren fest, dass TEM wurde in mehreren blockiert, aber nicht allen, Geweben. Insgesamt zeigen diese Experimente, dass Leukozyten elegant bevorzugt den parazellulären Weg über den transzellulären Weg, auch wenn die regulatorischen Signale, die diese Entscheidung auslösen, sind noch unbekannt.
Auch wenn die Mehrheit der Leukozyten bevorzugen den parazellulären Migrationsroute, ist es immer noch schwierig ist, zwischen beiden Wegen zu unterscheiden. Hinzu kommt, dass, obwohl mehrere Studien, die die Rolle der endothelialen Zell-Zell junctIonen, die Dynamik dieser Kreuzungen, insbesondere die Junction-Proteine VE-Cadherin und PECAM-1, während Leukozyten-Überfahrt ist noch immer umstritten. Wir entwickelten einen relativ einfachen Test, bei dem diese Verbindungsstelle Moleküle können in Echtzeit während der Leukozyten-Diapedese unter physiologischen Flussbedingungen unter Verwendung von fluoreszenzmarkierten Antikörpern überwacht werden. Diese Antikörper nicht stören oder blockieren junktionale Integrität oder Mobilität der Zielproteine. Dieser Test ermöglicht es uns, die Dynamik von Proteinen junctional während des Prozesses der parazellulären TEM folgen. Darüber hinaus ermöglicht dieser Test auch Unterscheidung zwischen den para und transzellulären Migrationsrouten.
Neutrophile wurden von gesunden Freiwilligen, die eine Einverständniserklärung unterzeichnet haben, isoliert. Die Forschung hat in Übereinstimmung mit den institutionellen und nationalen Leitlinien für die menschliche Wohlfahrt durchgeführt.
1. Auflage und Wartung von menschlichen Nabelschnurvenen-Endothelzellen
2. Polymorphkernige Leukozyten Isolierung mithilfe Percoll Gradienten
3. Kennzeichnung von Endothelial Junctional VE-Cadherin und PECAM-1
4. PMN TEM-Assay unter Fluss
Zunächst überprüft, wenn die Antikörper nicht mit der Barrierefunktion des Endothels stören. Wir messen den Widerstand der endothelialen Monoschichten mit Hilfe elektrischen Zell-Substrat-Impedanz-Mess (ECIS). Details siehe Van Buul et al. Keine 13 Widerstandsänderung beobachtet wurde, wenn die Anti-VE-Cadherin-fluoreszenzmarkierten Antikörper wurde zu den Zellen (2A) aufgenommen. Ein Anti-VE-Cadherin-Antikörper, gut erkannt zu Block VE-Cadherin-Funktion reduziert den Widerstand drastisch (Abbildung 2A). Auch die für die Bildgebung verwendet werden, nicht die Dynamik zu ändern VE-Cadherin-Antikörper, wie durch Messung der Fluoreszenzerholung nach Photobleaching (FRAP) der bewerteten VE-Cadherin-GFP (2B).
Nach 1-2 min, Neutrophilen an aktivierten endothelialen Monoschicht anhaftet als könnte im DIC Kanal (3A) dargestellt werden. Nach kriechen 5-30 sec, die große Mehrheit der Neutrophilen transmigrierten durch die endothelialen Monoschicht durch die Zell-Zell-Verbindungen, die mit den gegen PECAM-1 gerichteten Antikörper markiert waren und VE-Cadherin. Während des Prozesses der Diapedese, die Verteilung der VE-Cadherin und PECAM-1 wurde in Echtzeit (3B) folgt. An den Standorten der Neutrophilen-Diapedese, VE-Cadherin wurde lokal gestört und PECAM-1 zeigte eine ringartige Struktur. Nach Beendigung der Diapedese, die Verbindungsstellen nahe und VE-Cadherin und PECAM-1 deutlich an den Stellen der Diapedese (3C) verlagert. Man beachte, dass Teile des Anti-PECAM-1-Antikörper wurden an der Oberfläche der Neutrophilen nachgewiesen, wenn die Neutrophilenzahl erreichte die basolaterale Seite des Endothels. Dies führte jedoch nicht verhindern, dass Neutrophile aus der Überquerung des Endothels. Die beobachtete Dynamik der VE-Cadherin in Echtzeit während der Neutrophilen transendotheliale Migration waren in Übereinstimmung mit der Arbeit von Shaw und Kollegen, diezeigte, mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie und VE-Cadherin-GFP-transfizierten Endothelzellen, die VE-Cadherin-GFP seitlich diffus, wenn Leukozyten querte die endotheliale Zell-Zell-Verbindungsstellen 14. Arbeiten auch von Su und Mitarbeiter unterstrich unsere Beobachtungen von PECAM-1. Sie zeigten, dass neben lateralen VE-Cadherin Diffusion auf Leukozyten Passage wurde PECAM-1 lokal in einem Ring um die transmigrating neutrophilen 15 verteilt.
Abbildung 1. In-vitro-Flusskammer. (A) Der Pfeil zeigt das Reservoir, aus dem das Medium muss aktualisiert werden. (B) Silikonschlauch, der die Strömungskammer mit dem in-line Luer Einspritzöffnung zum Einspritzen von PMNs ohne Lösen der Rohrleitung (Pfeilspitze) verwendet verbindet. (C) ConnReflexion eines leeren Flusskammer zu dem Reservoir Kolben mit 37 ° C Vorlaufpuffer (Pfeilspitze) gefüllt. (D) Verbindung der Strömungskammer mit dem TNF-α-behandelten HUVECs zur Strömungs-Puffer enthaltenden Schlauch und in dem Mikroskoptisch (Pfeilkopf) angeordnet ist.
Abbildung 2. VE-Cadherin Antikörper nicht mit Junction-Dynamik oder die Funktion stören. (A) Endothelial Zellschicht Impedanz wird mit ECIS gemessen. Y-Achse drückt Impedanz in Ohm und x-Achse die Zeit in Stunden. VE-Cadherin-Antikörper Klon 55-7H1, mit Alexa647 (blaue Linie) markiert oder Isotyp IgG-Alexa647 Kontrolle (rote Linie) nicht endothelialen Zellschicht Impedanz nicht verändern, während die VE-Cadherin-blockierenden Antikörper CL75 (schwarze Linie) haben reduzieren die Impedanz . (B ) VE-Cadherin-GFP wurde in HUVEC exprimiert und FRAP-Analyse unter Verwendung der konfokalen Mikroskopie zeigte keine Änderung in der Wiederherstellung der Fluoreszenz in der Gegenwart oder Abwesenheit der VE-Cadherin-Antikörper 55-7H1.
Figur 3 VE-Cadherin und PECAM-1-Verteilung während Neutrophilen TEM in Echtzeit. (A) Neutrophile (mit weißer Linie gekennzeichnet) auf dem Endothel anhaften und über den Zell-Zell-Übergang, ohne die Verteilung der VE-Cadherin und PECAM -1. (B) über den Neutrophilen-Endothel-Monoschicht durch die Zell-Zell-Verbindungen. Eine lokale Dispersion der VE-Cadherin und PECAM-1 kann beobachtet werden, wenn eine Neutrophilen durch Zell-Zell-Junctions vorsteht. Weiße Linie zeigt Neutrophilen Gegenwart noch an der Spitze des Endothels. Gelbe Linie zeigt Neutrophilen Membran that ist bereits unter Endothel. (C) Neutrophile vollständig überquerte die endothelialen Monolayer. VE-Cadherin und PECAM-1 werden an den Standorten der Diapedese verlegt. Gelbe Linie zeigt Grenzen der transmigrierten Neutrophilen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Aus diesem Protokoll ist es wichtig, die Bildung von Luftblasen in den Strömungskammern zu verhindern, da dies in Zell-Apoptose und eines gestörten Einzelschicht führen. Um dies zu vermeiden, möchten wir betonen, besonderes Interesse auf die Schritte 4.2 und 4.5, in denen die Rohre auf die Strömungskammer angeschlossen bezahlen. Ein weiterer wichtiger Schritt im Protokoll ist das Priming der PMNs, die bei Raumtemperatur durch Inkubation für 15-30 Minuten bei 37 ° C vor dem Einspritzen zu der Strömungskammer (Schritt 4.1) gehalten sind. Dies führt bei der Grundierung von Leukozyten-Integrine, so dass sie auf Adhäsionsmolekülen wie ICAM-1 oder VCAM-1 auf dem Endothel anhaften.
Dieses Protokoll ist nicht auf die Transmigration von Neutrophilen zu studieren. Auch andere Leukozyten Typen wie Monozyten oder Lymphozyten verwendet werden. Beachten Sie, dass Schritt 4,1, dh, Grundieren der Leukozyten zwischen Leukozyten-Typen unterscheiden. Es können auch andere Arten von Endothel-Zellen verwendet werden. Für diese kritische bleibtdie Endothelzellen mit geeigneten Entzündungsreize wie TNF-α oder IL-1β stimuliert. Wenn Neutrophile nicht in transmigrating reagiert, kann man überlegen Behandlung der Neutrophilen kurz (5 Minuten) mit N-Formyl-L-Methionyl-L-Leucyl-L-phenylalanin (fMLP) Peptid 16. Dadurch werden die Neutrophilen noch weiter zu fördern, insbesondere deren Integrine, was sie anfälliger für am Endothel haften.
Typischerweise 1 dyn / cm 2 Fließgeschwindigkeit verwendet wird. Diese Strömungsgeschwindigkeit wird in der Post-Venolen, Websites, auf denen die meisten Leukozyten transendotheliale Migration tritt 17 gemessen. Verwendung der beschriebenen Strömungskammern ist es möglich, Strömungsgeschwindigkeit bis zu 10 dyn / cm 2 zu erhöhen. Es wird jedoch nicht empfohlen, um die Scher weiter zu erhöhen. Es kann zu unerwünschten Leckage von dem Schlauch und Ablösung der Zellen von der Strömungskammer führen.
Die in 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass dieseAntikörper können verwendet werden, zu visualisieren und zu untersuchen, die Dynamik der endothelialen Zell-Zell-Übergänge während der Leukozyten-Diapedese werden. Insbesondere, zusätzlich zu den bestehenden Trans Assays Dieses Protokoll erlaubt es, parazellulären von transzellulären Migration unter physiologischen Flussbedingungen in Echtzeit zu unterscheiden. Da die Antikörper färben die Zell-Zell-Verbindungen, kann man die Anzahl der Leukozyten, die VE-Cadherin / PECAM-1-positiven Kreuzungen überqueren gegen kraft VE-Cadherin / PECAM-1-Stellen punkten. Auf diese Weise transzellulären Migration von parazellulären Migration unterschieden werden.
Es ist wichtig zu unterstreichen, dass diese Antikörper nicht mit der Funktion der Proteine zu binden, stören sie: die PECAM-1-Antikörper, die in dieser Studie verwendet wird, gegen die zweite extrazelluläre Domäne gerichtet. Endothelzellen, die in Gegenwart des Antikörpers plattiert wurden keine Defekte in Verstreuen oder Bilden einer Monoschicht zeigen, was darauf hindeutet, dass der Antikörper zumindest nichtstören homotypische Wechselwirkungen zwischen Endothelzellen. Darüber hinaus, müssen beide Antikörper die Fähigkeit von Neutrophilen an Endothelzellen durch die Monoschicht zu migrieren beeinträchtigen. Zusätzlich wird die Anzahl von Neutrophilen, die durch die endotheliale Monoschicht in der Abwesenheit oder Anwesenheit der Antikörper transmigrieren nicht verändert (Daten nicht gezeigt). Wichtig ist, gibt uns der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie die Möglichkeit, verschiedene Fluoreszenzkanäle und DIC gleichzeitig aufnehmen.
Somit ermöglicht dieser Test die Untersuchung der Dynamik von VE-Cadherin und PECAM-1 bei der gleichen Zeit, wenn eine neutrophile kreuzt die endothelialen Zell-Zell-Übergang und wird helfen, zu verstehen, warum Leukozyten wählen eine Strecke über die andere, dh gegenüber transpara.
The authors have no competing financial interests.
The authors thank Dr. P.L. Hordijk for critically reading the manuscript. AED is supported by a Landsteiner Foundation for Blood Transfusion Research (LSBR) fellowship (grant #1028). JK is supported by the Dutch Heart Foundation (2005T3901). JDvB is a NHS Dekker fellow (grant #2005T039).
Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description | |
μ-Slide VI | IBIDI | 80606 | Flow-chamber | |
0.45 μm filter | Whatman/GE Lifesciences | 10462100 | ||
1 mL syringe | BD Plastipak | 300013 | ||
20 mL syringe | BD Discardit II | 366296 | ||
21G needle | BD Microlance | 301155 | ||
Albumin | Sanquin | 15522644 | ||
Ammunium chloride (NH4Cl) | Merck | 1009245000 | ||
Calcium chloride (CaCl2) | Sigma-Aldrich | 449709 | ||
EBM-2 Basal medium + EGM-2 SingleQuot Kit Suppl. & Growth Factors | Lonza | CC-3156 + CC-4176 | media | |
EDTA (Titriplex III) | Merck | 1370041000 | ||
Falcon tubes | Corning Life Sciences | 352096 | ||
Fibronectin | Sigma-Aldrich | F1141-2MG | FN | |
Glucose | Sigma-Aldrich | G7528 | ||
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | ||
In-line Luer Injection port | IBIDI | 10820 | ||
Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4.7H2O) | Merck | 105886 | ||
PECAM-1-ALEXA-647 | BD Pharmingen | 561654 | clone WM59 stock concentration 0.1mg/mL | |
Percoll | GE Healthcare Life Sciences | 17-0891-09 | ||
Phosphate Buffered Saline | Fresenius Kabi Nederland | M090001/01NL | PBS | |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | ||
Potassium hydrogen carbonate (KHCO3) | Merck | 1048540500 | ||
Potassium phosphate dibasic trihydrate (K2HPO4) | Sigma-Aldrich | P5504 | ||
Silicone Tygon 3350 tubing | VWR | 228-4331 | tubing | |
Sodium chloride (NaCl) | Calbiochem (Millipore) | 567441 | ||
Syringe pump | Harvard Apparatus | model number 55-5920 | ||
TNFα | Peprotech | 300-01A | tumor necrosis factor | |
trisodium citrate | Merck | 1.06447.5000 | TNC | |
Vacuettes | Greiner, Germany | 980044 | ||
VE-Cadherin-FITC | BD Pharmingen | 560411 | clone 55-7H1 | stock concentration 0.5mg/mL |
Zeiss LSM510 META | Carl Zeiss MicroImaging, Jena, Germany | |||
Zen Software 2008 | Carl Zeiss MicroImaging, Jena, Germany |
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