JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

This presentation demonstrates a method whereby electroporation of adherent, cultured cells is used for the study of intercellular, junctional communication, while the cells grow on a slide coated with conductive and transparent indium-tin oxide.

Abstract

In this technique, cells are cultured on a glass slide that is partly coated with indium-tin oxide (ITO), a transparent, electrically conductive material. A variety of molecules, such as peptides or oligonucleotides can be introduced into essentially 100% of the cells in a non-traumatic manner.  Here, we describe how it can be used to study intercellular, gap junctional communication. Lucifer yellow penetrates into the cells when an electric pulse, applied to the conductive surface on which they are growing, causes pores to form through the cell membrane. This is electroporation. Cells growing on the nonconductive glass surface immediately adjacent to the electroporated region do not take up Lucifer yellow by electroporation but do acquire the fluorescent dye as it is passed to them via gap junctions that link them to the electroporated cells. The results of the transfer of dye from cell to cell can be observed microscopically under fluorescence illumination. This technique allows for precise quantitation of gap junctional communication. In addition, it can be used for the introduction of peptides or other non-permeant molecules, and the transfer of small electroporated peptides via gap junctions to inhibit the signal in the adjacent, non-electroporated cells is a powerful demonstration of signal inhibition.

Introduction

היישום של זרם חשמלי לתא גורם להיווצרות של נקבוביות על קרום התא, על ידי electroporation תהליך המכונה. הנקבוביות לאפשר המעבר של מגוון רחב של מולקולות nonpermeant דרך הממברנה. השדה החשמלי ניתן לשלוט במדויק, כך שנקבובי שנוצרו הם קטנים מאוד וreclose במהירות, עם הפרעה מינימאלית לפיסיולוגיה התאית. מעניין, ניתן לגדל תאים חסיד בשקופית זכוכית מצופה בתחמוצת מוליך ושקופה אינדיום פח (איטו) וelectroporated באתר, שעל פני השטח שבו הם גדלים, ללא ניתוק להיות electroporated בהשעיה. תאים יכולים לגדול היטב על פני השטח זה, וכפי שהם מחוברים והאריכו, התצפית מיקרוסקופית מפורטת אפשרית. שימוש בטכניקה זו, יכולה להיות הציגו מולקולות nonpermeant קטנות באופן מיידי ולמהות 100% מהתאים, מה שהופך את הטכניקה זו מתאימה במיוחד למחקרים על ההפעלה של components של מסלול בעקבות הגירוי ליגנד של קולט (שנסקר ב1).

Electroporation כבר בשימוש בעיקר עבור כניסתה של DNA (electrotransfection המכונה גם). עם זאת, electroporation באתר יכול להיות בעל ערך עבור כניסתה של מגוון רחב של מולקולות, כגון פפטידים 2-4, oligonucleotides, כגון RNA antisense, oligonucleotides פעמיים תקועים דמה DNA לעכב גורם שעתוק מחייב, או siRNA 3,5, 6 נוקלאוטידים, רדיואקטיבי 7-10, חלבוני 11 12 או בעד סמים 13. בעקבות electroporation, ניתן lysed תאים עבור ניתוחים ביוכימיים או קבוע ומוכתם עם נוגדנים.

ציפוי איטו המוליך הוא דק מאוד, 800-1,000Å, כך שצמיחת תאים אינה מופרעת על ידי ההבדל בגובה של שני משטחים, כתאים לגדול מעבר לקצה של ציפוי המוליך. זו מציעה את היתרון שאינו electropניתן לגדל תאים נאמו לצד אלה electroporated, שישמשו כבקרה. אותה הגישה יכולה לשמש לבחינת הפער junctional, תקשורת בין תאית (GJIC), כפי שמתוארת בווידאו.

צמתים פער הם ערוצים המחברים את הפנים של תאים סמוכים 14. פער junctional, תקשורת בין תאית משחקת תפקיד חשוב בהיווצרות גידולים וגרור, ואילו אונקוגנים כגון Src לדכא GJIC 15,16. כדי לבחון GJIC צבע ניאון כגון צהוב לוציפר (LY) הוא הציג לעתים קרובות לתוך תאים בתרבית באמצעות microinjection או לגרד טעינה 17 ודיפוזיה של הצבע לתוך תאים שכנים הוא ציינה מיקרוסקופי תחת תאורת פלואורסצנטי. טכניקות אלו אולם תמיד לגרום נזק לתאים. עכשיו אנו מתארים טכניקה שבה תאים גדלים בשקופית זכוכית שמצופית בחלקו עם איטו 18. דופק חשמלי היה מוחל בנוכחות LY (או צבעים אחרים) caבאמצעות החדירה שלה לתאי גידול בחלק המוליך של השקופית, ואילו הגירת צבע לתאים הסמוכים, שאינו electroporated נצפתה מיקרוסקופית באמצעות תאורת פלואורסצנטי. כדי להימנע מתאים רגישים מטרידים שעשויות נוטים להתנתק מmonolayer, הרכבה תוכננה שלא דורשת אלקטרודה שממוקמת על גבי התאים ליישם את 19 הזרם החשמלי. גישה זו מציעה את היכולת לכמת GJIC במספר גדול של תאים, ללא כל הפרעה לגילוי לחילוף חומרים תאיים, כפי שצוינה על ידי בהעדר השפעה על אורכו של שלב G1 בעקבות גירוי סרום 12, להגדיל ברמות של FOS חלבון protooncogene (Raptis, לא פורסם) או שני קינאז הקשורים ללחץ סלולארי, חזיר p38 או JNK / SAPK קינאז 1. גישה זו התאפשרה הבדיקה של הקשר בין רמות ביטוי אונקוגן, השינוי וGJ18 IC, כמו גם את ההשפעה של Src וSTAT3 על GJIC במגוון רחב של סוגי תאים, כולל תאים טריים תרבותיים מדגימות גידול ריאות 20-23. בנוסף, באתרו electroporation עם ההתקנה תוארה שאין בו אלקטרודה עליונה כבר מועסק בהצלחה להפגנה של סגירת צומת פער על בידול adipocytic, למרות שקובץ מצורף סלולארי למצע מצטמצם בשלב ש19,24.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1 ציפוי התאים בלשכות Electroporation

  1. במינרית זרימת מכסה המנוע, trypsinize התאים באמצעות טכניקה סטרילית כרגיל.
    הערה: חשוב מאוד לחסל על ידי צנטריפוגה כל העקבות של טריפסין, משום שהם עלולים לעכב התפשטות התאים על הזכוכית, ומכאן ההיווצרות של adherens וצמתים פער.
  2. 1 פיפטה מ"ל של ההשעיה התא בתאי electroporation סטרילי מסופקים עם בelectroporator אתרו (איור 1), ומקום בC 37 o, CO 2 באינקובטור.
    הערה: הידבקות תא ניתן לשפר על ידי ציפוי על פיברונקטין, קולגן, פולי ליזין או דבק תאים ורקמות (ראה לוח חומרים).
  3. כאשר התאים יצרו שכבה ומחוברות הם מוכנים לבחינת GJIC.

.2 Electroporation נוהל

Electroporation לבדיקת GJIC יכולה להתנהל מחוץ למינרית זרימת מכסה המנוע,מאז זה לוקח רק כמה דקות. אם פעמים דגירה ארוכות יותר נדרשות לניסוי ספציפי, אז זה יכול להיות שנערך כולו בעלעלי זרימת מכסה המנוע. בכל המקרים, התאים שבו התאים גדלים חייבים להיות סטרילי.

  1. הכן / פתרון צהוב לוציפר 5 מ"ג מ"ל: ממיסים אבקת 10 מ"ג LY (מסופקת עם electroporator) ב2 מ"ל מדיום גידול ללא סידן. בניסויים שדורש פעמים דגירה ארוכות יותר, מסנן לעקר את הפתרון ולאחסן ב 4 מעלות צלסיוס
  2. לשאוב את מדיום הגידול ולשטוף את התאים עם מדיום ללא סידן, נזהר שלא לשרוט את monolayer או לייבש את התאים. אם התאים מיובשים יש להם בדרך כלל גרעינים כהים יותר ולהרים LY ללא electroporation. ההשפעה בולטת יותר באמצע השקופית שיותר חשופה לטיוטות אוויר (איור 4F).
  3. עם pipettor אפנדורף, פיפטה פתרון הצבע לתאים (400 μl לכל התא), בקצה של החדר, being נזהר שלא לגעת בשכבת התאים.
  4. מניחים את החדר בבעל שסופק עם electroporator ולהחיל דופק של הכוח המתאים (ראה דיון).
  5. זהירות לשאוב חלק מפתרון LY. זה ניתן לעשות שימוש חוזר בפעם שנייה לניסויים פחות חשובים.
  6. להוסיף ללא DMEM סידן המכיל סרום 10% dialysed.
  7. דגירה התאים עבור 3-5 דק 'בחממה על מנת לאפשר העברת צבע דרך צמתים פער.
    הערה: ההכללה של סרום dialysed בשלב זה מסייעת סגירה נקבובית.
  8. שטוף את הצבע מאוגדים עם ללא DMEM סידן להתבוננות תא חי. לחלופין, ניתן לתקן תאים בשלב זה, באמצעות התוספת של פורמלין 4% לטובים, ואז שטף עם PBS (פוספט שנאגרו מלוח). בכל המקרים הכביסה חייבת להסיר את כל הרקע.
    הערה: בניסויים ראשוניים כדי לקבוע את התנאים אופטימליים, אם המתח נמוך מדי, אז זה אפשרי לתת לתאים להתאושש בincubator לכמה דקות וelectroporate אותה השקופית פעם שנייה, כדי להציל את בעלות של שקופיות.

.3 מיקרוסקופי בדיקה

  1. שים לב לתאים תחת תאורת הקרינה, שימוש במיקרוסקופ הפוך מצויד במסנן המתאים לצבע בשימוש. לוציפר הצהוב, עירור הוא 423nm, 555nm פליטה, מסנן WBV למיקרוסקופ Nikon IX70.
  2. לחסל את השפעות המניסקוס על ידי הצבת כיסוי להחליק זכוכית על גבי הפלסטיק היטב, לאחר המילוי אותו לחלק העליון עם נוזל, לבחון מורפולוגיה של תאים תחת ניגוד שלב. לתמונות טובות יותר, גם יכול להיות מנותק מהשקופית, וcoverslip מונח על המסגרת. לתאים קבועים, גם יכול להיות מלא עם גליצרול להסתכלות מיקרוסקופית, ואילו לתאים חיים הוא חייב להיות מלא במדיום גידול.
    הערה: כביסה וצילום הוא קלה יותר אם התאים קבועים עם פורמלדהיד בעקבות ההעברה של הצבע (שלב 2.7 לעיל). אם התאים לאt קבוע, הקרינה מסולקת מהתאים בתוך כ 60 דקות בהתאם לסוג התא, המתח וכמות LY הציג ואילו בתאים קבועים הקרינה נשמרת למשך מספר שעות. עם זאת, הקרינה דועכת או מתפוגגת לאחר הדגירה O / N, אפילו בתאים קבועים. מסיבה זו, צילומים חייבים להיות מצולמים בקרוב לאחר electroporation (איור 2).

.4 Quantitation של תקשורת בין תאית

  1. לצלם את התאים עם מטרת 20x תחת הקרינה וניגוד שלב (איור 3).
  2. לזהות ולסמן בכוכב את תאי electroporated בגבול עם האזור-electroporated שאינו (איור 2, חץ, קצה electroporation).
  3. (איורים 3 א ו 3 ב) לזהות ולסמן עם נקודת תאי fluorescing בצד הלא electroporated, שבו הצבע העביר דרך צמתים פער.
  4. מחלקים את המספר הכולל שלfluorescing תאים באזור-electroporated שאינו במספר תאי electroporated לאורך הקצה (איורים 3 א ו 3 ב).
    הערה: ההעברה מלפחות 200 תאי גבול electroporated רציפים מחושבת עבור כל ניסוי. המספר שהתקבל הוא ערך GJIC.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

איור 2 מראה תאי כבד החולדה T51B אפיתל 22, electroporated עם LY וצילמו מתחת לקרינה (פנל וארוחת בוקר), או שלב בניגוד תאורה (C), הבאים קיבעון וכביסה. בפנל, בקצה אזור electroporated מסומן באדום. השיפוע של הקרינה בצד הימין של הקו האדום מציין העברה דרך צמתים פער. באיור 3 א ו...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

שלבים קריטיים בפרוטוקול

חומר Electroporated
טוהר של החומר המיועד לelectroporated הוא מאוד חשוב. אם התאים מאוד שטוחים, ריכוזים אז גבוהים יותר של צבע המעקב חייבים להיות בשימוש (עד 20 מ"ג / מ"ל לLY) ובמקרים כאלה, טוהר חשוב עוד יותר מא?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

The corresponding author is the inventor in a patent held by Queen’s University, which has been licensed to Cell Projects Inc. The company or the University had no influence upon the contents of the paper.

Acknowledgements

We thank Lowell Cochran for expert videography assistance. The financial assistance of the Canadian Institutes of Health Research (CIHR), the Canadian Breast Cancer Foundation (CBCF, Ontario Chapter), the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Canadian Breast Cancer Research Alliance, the Ontario Centers of Excellence, the Breast Cancer Action Kingston and the Clare Nelson bequest fund through grants to LR is gratefully acknowledged. SG was the recipient of an NSERC studentship. MG was supported by a postdoctoral fellowship from the US Army Breast Cancer Program, the Ministry of Research and Innovation of the Province of Ontario and the Advisory Research Committee of Queen’s University.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
DMEMCellgro http://www.cellgro.com/50-013-PB
DMEM without CalciumHyclone (Thermo scientific: http://www.thermoscientific.com)SH30319-01
Donor Calf Serum PAA: http://www.paa.com/Cat.# B15-008
Fetal Bovine SerumPAA: http://www.paa.com/Cat.# A15-751
Electroporation apparatusCell Projects Ltd UK: http://www.cellprojects.com/ACE-100
ChambersCell Projects Ltd UKACE-04-CC4-wells
ChambersCell Projects Ltd UKACE-08-CC8-wells
Lucifer YellowCell Projects Ltd UKACE-25-LYHigh purity
CelTakBD Biosciences354240Cell and tissue adhesive
FibronectinSigma AldrichF1141
CollagenBD Biosciences354236
Poly-LysineSigma AldrichP8920

References

  1. Raptis, L., et al. Electroporation of Adherent Cells in Situ for the Study of Signal Transduction and Gap Junctional Communication. Electroporation protocols. , The Humana Press Inc. edited by S Li 167-183 (2008).
  2. Giorgetti-Peraldi, S., Ottinger, E., Wolf, G., Ye, B., Burke, T. R., Shoelson, S. E. Cellular effects of phosphotyrosine-binding domain inhibitors on insulin receptor signalling and trafficking. Mol Cell Biol. 17, 1180-1188 (1997).
  3. Boccaccio, C., Ando, M., Tamagnone, L., Bardelli, A., Michielli, P., Battistini, C., Comoglio, P. M. Induction of epithelial tubules by growth factor HGF depends on the STAT pathway. Nature. 391, 285-288 (1998).
  4. Bardelli, A., Longati, P., Gramaglia, D., Basilico, C., Tamagnone, L., Giordano, S., Ballinari, D., Michieli, P., Comoglio, P. M. Uncoupling signal transducers from oncogenic MET mutants abrogates cell transformation and inhibits invasive growth. Proc Nat Acad Sci USA. 95, 14379-14383 (1998).
  5. Gambarotta, G., Boccaccio, C., Giordano, S., Ando, M., Stella, M. C., Comoglio, P. M. Ets up-regulates met transcription. Oncogene. 13, 1911-1917 (1996).
  6. Arulanandam, R., Vultur, A., Raptis, L. Transfection techniques affecting Stat3 activity levels. Anal Biochem. 338 (1), 83-89 (2005).
  7. Boussiotis, V. A., Freeman, G. J., Berezovskaya, A., Barber, D. L., Nadler, L. M. Maintenance of human T cell anergy: blocking of IL-2 gene transcription by activated Rap1. Science. 278 (5335), 124-128 (1997).
  8. Brownell, H. L., Firth, K. L., Kawauchi, K., Delovitch, T. L., Raptis, L. A novel technique for the study of Ras activation; electroporation of [alpha-32]GTP. DNA Cell Biol. 16, 103-110 (1997).
  9. Tomai, E., Vultur, A., Balboa, V., Hsu, T., Brownell, H. L., Firth, K. L., Raptis, L. In situ electroporation of radioactive compounds into adherent cells. DNA Cell Biol. 22, 339-346 (2003).
  10. Raptis, L., Vultur, A., Tomai, E., Brownell, H. L., Firth, K. L. In situ electroporation of radioactive nucleotides: assessment of Ras activity and 32P-labelling of cellular proteins. Cell Biology A Laboratory Handbook, Celis, Ed. 43, 329-339 (2006).
  11. Nakashima, N., Rose, D., Xiao, S., Egawa, K., Martin, S., Haruta, T., Saltiel, A. R., Olefsky, J. M. The functional role of crk II in actin cytoskeleton organization and mitogenesis. J Biol Chem. 274, 3001-3008 (1999).
  12. Raptis, L., Firth, K. L. Electroporation of adherent cells in situ. DNA Cell Biol. 9, 615-621 (1990).
  13. Marais, R., Spooner, R. A., Stribbling, S. M., Light, Y., Martin, J., Springer, C. J. A cell surface tethered enzyme improves efficiency in gene-directed enzyme prodrug therapy. Nat Biotechnol. 15, 1373-1377 (1997).
  14. Nielsen, M. S., Nygaard, A. L., Sorgen, P. L., Verma, V., Delmar, M., Holstein-Rathlou, N. H. Gap junctions. Compr Physiol. 2 (3), 1981-2035 (2012).
  15. Geletu, M., Trotman-Grant, A., Raptis, L. Mind the gap; regulation of gap junctional, intercellular communication by the SRC oncogene product and its effectors. Anticancer Res. 32 (10), 4245-4250 (2012).
  16. Vinken, M., Vanhaecke, T., Papeleu, P., Snykers, S., Henkens, T., Rogiers, V. Connexins and their channels in cell growth and cell death. Cell Signal. 18 (5), 592-600 (2006).
  17. Fouly, M. H., Trosko, J. E., Chang, C. C. Scrape-loading and dye transfer: A rapid and simple technique to study gap junctional intercellular communication. Exp Cell Res. 168, 430-442 (1987).
  18. Raptis, L., Brownell, H. L., Firth, K. L., MacKenzie, L. W. A novel technique for the study of intercellular, junctional communication; electroporation of adherent cells on a partly conductive slide. DNA & Cell Biol. 13, 963-975 (1994).
  19. Anagnostopoulou, A., Cao, J., Vultur, A., Firth, K. L., Raptis, L. Examination of gap junctional, intercellular communication by in situ electroporation on two co-planar indium-tin oxide electrodes. Mol Oncol. 1, 226-231 (2007).
  20. Tomai, E., Brownell, H. L., Tufescu, T., Reid, K., Raptis, S., Campling, B. G., Raptis, L. A functional assay for intercellular, junctional communication in cultured human lung carcinoma cells. Lab Invest. 78, 639-640 (1998).
  21. Tomai, E., Brownell, H. L., Tufescu, T., Reid, K., Raptis, L. Gap junctional communication in lung carcinoma cells. Lung Cancer. 23, 223-231 (1999).
  22. Geletu, M., Chaize, C., Arulanandam, R., Vultur, A., Kowolik, C., Anagnostopoulou, A., Jove, R., Raptis, L. Stat3 activity is required for gap junctional permeability in normal epithelial cells and fibroblasts. DNA Cell Biol. 28, 319-327 (2009).
  23. Geletu, M., Arulanandam, R., Greer, S., Trotman-Grant, A., Tomai, E., Raptis, L. Stat3 is a positive regulator of gap junctional intercellular communication in cultured, human lung carcinoma cells. BMC Cancer. 12, 605(2012).
  24. Brownell, H. L., Narsimhan, R., Corbley, M. J., Mann, V. M., Whitfield, J. F., Raptis, L. Ras is involved in gap junction closure in mouse fibroblasts or preadipocytes but not in differentiated adipocytes. DNA & Cell Biol. 15, 443-451 (1996).
  25. Weber, P. A., Chang, H. C., Spaeth, K. E., Nitsche, J. M., Nicholson, B. J. The permeability of gap junction channels to probes of different size is dependent on connexin composition and permeant-pore affinities. Biophys J. 87 (2), 958-973 (2004).
  26. Graham, F. L., vander Eb, A. J. A new technique for the assay of infectivity of human Adenovirus 5 DNA. Virology. 52, 456-467 (1973).
  27. Arulanandam, R., Vultur, A., Cao, J., Carefoot, E., Truesdell, P., Elliott, B., Larue, L., Feracci, H., Raptis, L. Cadherin-cadherin engagement promotes survival via Rac/Cdc42 and Stat3. Mol Cancer Res 7. , 1310-1327 (2009).
  28. Williams, E. J., Dunican, D. J., Green, P. J., Howell, F. V., Derossi, D., Walsh, F. S., Doherty, P. Selective inhibition of growth factor-stimulated mitogenesis by a cell-permeable Grb2-binding peptide. J. Biol. Chem. 272, 22349-22354 (1997).
  29. Raptis, L., Brownell, H. L., Vultur, A. M., Ross, G., Tremblay, E., Elliott, B. E. Specific inhibition of Growth Factor-stimulated ERK1/2 activation in intact cells by electroporation of a Grb2-SH2 binding peptide. Cell Growth Differ. 11, 293-303 (2000).
  30. Meda, P. Assaying the molecular permeability of connexin channels. Methods Mol Biol. 154, 201-224 (2001).
  31. Hofgaard, J. P., Mollerup, S., Holstein-Rathlou, N. H., Nielsen, M. S. Quantification of gap junctional intercellular communication based on digital image analysis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 297 (2), R243-R247 (2009).
  32. Raptis, L., Lamfrom, H., Benjamin, T. L. Regulation of cellular phenotype and expression of polyomavirus middle T antigen in rat fibroblasts. Mol Cell Biol. 5, 2476-2486 (1985).
  33. Raptis, L., Marcellus, R. C., Whitfield, J. F. High membrane-associated protein kinase C activity correlates to tumorigenicity but not anchorage-independence in a clone of mouse NIH 3T3 cells. Exp Cell Res. 207, 152-154 (1993).
  34. Vultur, A., Cao, J., Arulanandam, R., Turkson, J., Jove, R., Greer, P., Craig, A., Elliott, B. E., Raptis, L. Cell to cell adhesion modulates Stat3 activity in normal and breast carcinoma cells. Oncogene. 23, 2600-2616 (2004).
  35. Vultur, A., Arulanandam, R., Turkson, J., Niu, G., Jove, R., Raptis, L. Stat3 is required for full neoplastic transformation by the Simian Virus 40 Large Tumor antigen. Mol Biol Cell. 16, 3832-3846 (2005).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

92ElectroporationjunctionalSTAT3

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved