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Method Article
多くのアップレギュレーションされた遺伝子は、腫瘍細胞の遊走と浸潤を刺激し、予後不良につながります。どの遺伝子が腫瘍細胞の遊走と浸潤を制御しているかを決定することは非常に重要です。このプロトコルは腫瘍のセルの移動そして侵入に対する遺伝子の高められた表現の効果をリアルタイムで調査するための方法を示す。
腫瘍細胞は運動性が高く侵襲性が高く、遺伝子発現パターンが変化します。遺伝子発現の変化が腫瘍細胞の遊走と浸潤をどのように制御するかについての知識は、腫瘍細胞が隣接する健康な組織に浸潤し、転移するメカニズムを理解するために不可欠です。これまで、遺伝子ノックダウンとそれに続くインピーダンスベースの腫瘍細胞の遊走と浸潤のリアルタイム測定により、腫瘍細胞の遊走と浸潤に必要な遺伝子を同定できることが実証されました。最近では、SARS-CoV-2に対するmRNAワクチンの治療目的での合成mRNAの使用への関心が高まっています。ここでは、遺伝子の過剰発現が腫瘍細胞の遊走と浸潤に及ぼす影響を研究するために、合成mRNAを用いた方法を改訂しました。この研究は、合成mRNAトランスフェクションとそれに続くインピーダンスベースのリアルタイム測定による遺伝子発現の上昇が、腫瘍細胞の移動と浸潤を刺激する遺伝子の同定に役立つ可能性があることを実証しています。この方法論文では、遺伝子発現の変化が腫瘍細胞の遊走と浸潤に及ぼす影響を調べるための手順に関する重要な詳細を提供します。
腫瘍細胞の運動性は転移に重要な役割を果たします1,2。腫瘍細胞が近隣や遠隔地の健康な組織に広がると、がん治療が困難になり、再発の一因となります3,4。したがって、腫瘍細胞の運動性のメカニズムを理解し、関連する治療戦略を開発することが不可欠です。多くの腫瘍細胞は遺伝子発現プロファイルを変化させているため、遺伝子発現プロファイルのどの変化が腫瘍細胞の運動性の変化につながるかを理解することは非常に重要です5,6。
in vitroで細胞遊走を測定するために、いくつかのアッセイが開発されています。一部のアッセイでは、特定の時点でしか測定できないため、限られた情報しか提供されませんが、他のアッセイでは、腫瘍細胞の運動性に関する包括的な情報がリアルタイムで提供されます7。これらの細胞運動性アッセイの多くは、特定の時間またはエンドポイントで定量的な結果を得ることができますが、実験期間中の細胞遊走速度の動的変化に関する十分な詳細情報を提供することができません。また、細胞遊走速度の潜在的な変化は、実験計画、細胞の種類、細胞数によっては検討が困難な場合があります。さらに、単純な治療の効果は、従来の運動性アッセイの単純な定量化によって調査することができるが、様々な組み合わせ治療の複雑な効果を研究するには、より高度な定量化が必要になるかもしれない8。
微小電極で覆われたマイクロタイタープレートウェル底の電流をモニターする装置が開発された9。ウェルの表面への細胞の接着は電子の流れを妨げ、インピーダンスは細胞の量的および定性的結合と相関します。坑井底に微小電極が存在することで、細胞の接着、拡散、増殖を測定できます。上部チャンバーの微多孔膜の下に微小電極が存在するため、下部チャンバーへの細胞移動と浸潤の測定が可能になり、上部チャンバーは細胞外マトリックス(ECM)タンパク質でコーティングされ、侵入が可能になります10。
以前、腫瘍細胞の移動と浸潤のインピーダンスベースのリアルタイム測定は、実験全体を通してリアルタイムデータを提供し、さまざまな実験条件下で即座に比較および定量化できることが実証されました11。その方法の論文では、腫瘍細胞の遊走と浸潤における目的のタンパク質の役割をテストするために、遺伝子ノックダウンが誘導されました。試験された実験条件下での本格的な遺伝子ノックダウン効果は、低分子干渉RNA(siRNA)によるエレクトロポレーション後3〜4日を要したため8、エレクトロポレーション後に細胞を再プレーティングし、3日後に再採取して、腫瘍細胞の移動と浸潤のインピーダンスベースのリアルタイム測定を行いました。
キナーゼ(Crk)およびCrk様(CrkL)のCT10調節因子は、様々な成長因子受容体キナーゼ経路および非受容体チロシンキナーゼ経路の下流でタンパク質間相互作用を媒介するアダプタータンパク質である12。CrkおよびCrkLタンパク質のレベルの上昇は、神経膠芽腫を含むいくつかのヒト癌の予後不良に寄与する13。しかし、CrkおよびCrkLタンパク質の上昇がどのようにして予後不良につながるかは不明です。したがって、CrkおよびCrkLの過剰発現が腫瘍細胞機能に及ぼす影響を定義することが重要です。以前、遺伝子ノックダウン研究が実施され、膠芽腫細胞の遊走と浸潤には内因性のCrkおよびCrkLタンパク質が必要であることが実証されました8。ここでは、腫瘍細胞の遊走および浸潤に対するCrkおよびCrkLの過剰発現の影響に対処するために、修正されたアッセイシステムが開発されました。
近年、SARS-CoV-2に対するmRNAワクチンの開発により、mRNAのin vitro合成とその治療応用が改めて注目されています(Verbekeらによるレビュー14)。さらに、がんやその他の疾患における合成mRNAの使用において、目覚ましい進歩が見られました15,16。細胞のエレクトロポレーションは、合成mRNAを送達し、一過性の遺伝子改変を誘導する効果的な方法であり(Campillo-Davoらによるレビュー17)、合成mRNAの使用により、不死化線維芽細胞における迅速かつ効率的な遺伝子発現が可能になります18。この方法論文では、合成mRNAを用いた遺伝子の過剰発現とリアルタイムの細胞解析を組み合わせて、腫瘍細胞の遊走と浸潤を研究しています。しかし、siRNAに用いられる実験スキームは、外因性タンパク質のレベルが合成mRNAトランスフェクションで急激に増加し、合成mRNAトランスフェクション時に徐々に減少するため、合成mRNAトランスフェクションでは機能しない18。そのため、トランスフェクション直後の細胞遊走や浸潤を、細胞を追加培養することなくリアルタイムに解析できるように改良しました。
この分析法論文は、インピーダンスベースのリアルタイム測定と、合成mRNAを用いた腫瘍細胞のトランスフェクションを組み合わせることで、遺伝子のアップレギュレーションが腫瘍細胞の遊走と浸潤に及ぼす影響を迅速かつ包括的に解析できることを実証しています。この方法の論文では、膠芽腫細胞の遊走と浸潤がCrkとCrkLの過剰発現によってどのように影響を受けるかを測定するための詳細な手順について説明します。この論文では、合成mRNAが腫瘍細胞の遊走に及ぼす影響を調べることで、タンパク質レベルの上昇が腫瘍細胞の遊走をどのように刺激するかを明確に説明しています。さらに、腫瘍細胞の浸潤に対する遺伝子発現の変化の影響を評価するために、ECMゲルの濃度を変化させるアプローチが提示されています。
1. mRNAの合成
注:mRNA合成では、使用前にすべての試薬と機器を特別に処理してRNaseを不活性化する必要があります。このプロトコルで使用されるすべての材料、機器、および試薬の詳細については、 材料表 を参照してください。
2. 細胞浸潤・遊走(CIM)プレートの細胞外マトリックス(ECM)ゲルコーティング
注:細胞浸潤および遊走(CIM)プレートは、インピーダンスベースのリアルタイム細胞解析用に市販されている16ウェルプレートです。細胞浸潤アッセイでは、前述したように、CIMプレートをECMゲルでコーティングしますが、いくつかの修正を加えます11。
3.腫瘍細胞の準備
注:すべての細胞培養材料は無菌に保つ必要があります。前述したように、適切な個人用保護具(PPE)を使用して生物学的安全キャビネットの下で腫瘍細胞を採取し、電気採取しますが、いくつかの変更を加えます11。
4. 腫瘍細胞のエレクトロポレーション
5. リアルタイムセルアナライザー、プログラム、CIMプレートのセットアップ
メモ: 前述したように、リアルタイムセルアナライザーと 2 つの CIM プレートを準備します11.
6. リアルタイムの細胞解析とデータエクスポート
注:前述のように、ベースラインの読み取り、セルのシード、セルインピーダンス測定、およびデータのエクスポートを実行します11。
CrkおよびCrkLタンパク質は、ニューロン22、T細胞23、線維芽細胞18,19、およびさまざまな腫瘍細胞13を含む多くの細胞タイプの運動性において重要な役割を果たします。膠芽腫ではCrkおよびCrkLタンパク質が上昇していることが報告されているため24,25,26
遊走と浸潤は腫瘍細胞の重要な特徴です。腫瘍細胞の運動性を測定し、腫瘍細胞の運動性を制御する根本的なメカニズムを理解することは、治療的介入に重要な洞察を提供します2,27。細胞遊走を研究するために、いくつかの方法が開発されている7。引っかき傷または培養インサートを使用した創傷治癒アッセイは、ギャップ閉鎖...
著者には開示すべき利益相反はありません。
著者らは、この原稿を編集してくれたChildren's Mercy Kansas CityのMedical Writing Centerに感謝します。この研究は、ナタリーのART財団(TPへ)と、チルドレンズ・マーシー病院(CMH)とカンザス大学がんセンター(KUCC)からのMCAパートナー諮問委員会の助成金(TPへ)によって支援されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
AlphaImager HP | ProteinSimple | 92-13823-00 | Agarose gel imaging system |
α-Tubulin antibody | Sigma | T9026 | Used to detect α-tubulin protein (dilution 1:3,000) |
CIM-plate 16 | Agilent Technologies, Inc | 5665825001 | Cell invasion and migration plates |
Crk antibody | BD Biosciences | 610035 | Used to detect CrkI and CrkII proteins (dilution 1:1,500) |
CrkL antibody | Santa Cruz | sc-319 | Used to detect CrkL protein (dilution 1:1,500) |
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) | ATCC | 302002 | Cell culture medium |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS) | Corning | 21-031-CV | Buffer used to wash cells |
Fetal bovine serum (FBS) | Hyclone | SH30910.03 | Culture medium supplement |
Heracell VIOS 160i CO2 incubator | Thermo Scientific | 51030285 | CO2 incubator |
IRDye 800CW goat anti-mouse IgG secondary antibody | Li-Cor | 926-32210 | Secondary antibody for Western blot analysis (dilution 1:10,000) |
IRDye 800CW goat anti-rabbit IgG secondary antibody | Li-Cor | 926-32211 | Secondary antibody for Western blot analysis (dilution 1:10,000) |
Lithium chloride | Invitrogen | AM9480 | Used for RNA precipitation |
Matrigel matrix | Corning | 354234 | Extracellular matrix (ECM) gel |
MEGAscript T7 transcription kit | Invitrogen | AM1334 | Used for RNA synthesis |
Millennium RNA markers | Invitrogen | AM7150 | Used for formaldehyde agarose gel electrophoresis |
Mini centrifuge | ISC BioExpress | C1301P-ISC | Used to spin down cells |
Mouse brain QUICK-Clone cDNA | TaKaRa | 637301 | Source of genes (inserts) for cloning |
NanoQuant | Tecan | M200PRO | Nucleic acid quantification system |
Neon electroporation system | ThermoFisher Scientific | MPK5000 | Electroporation system1 |
Neon transfection system 10 µL kit | ThermoFisher Scientific | MPK1025 | Electroporation kit |
Neon transfection system 100 µL kit | ThermoFisher Scientific | MPK10096 | Electroporation kit |
NorthernMax denaturing gel buffer | Invitrogen | AM8676 | Used for formaldehyde agarose gel electrophoresis |
NorthernMax formaldehyde load dye | Invitrogen | AM8552 | Used for formaldehyde agarose gel electrophoresis |
NorthernMax running buffer | Invitrogen | AM8671 | Used for formaldehyde agarose gel electrophoresis |
Nuclease-free water | Teknova | W3331 | Used for various reactions during mRNA synthesis |
Odyssey CLx Imager | Li-Cor | Imager for Western blot analysis | |
pcDNA3.1/myc-His | Invitrogen | V80020 | The vector into which inserts (mouse CrkI and CrkL cDNAs) were cloned |
pFLAG-CMV-5a | Millipore Sigma | E7523 | Source of the FLAG epitope tag |
Phenol:chloroform:isoamyl alcohol | Sigma | P2069 | Used for DNA extraction |
PmeI | New England BioLabs | R0560L | Used to linearize the plasmids for mRNA synthesis |
Poly(A) tailing kit | Invitrogen | AM1350 | Used for poly(A) tail reaction |
Polystyrene tissue culture dish (100 x 20 mm style) | Corning | 353003 | Used for culturing cells before transfection |
Polystyrene tissue culture dish (35 x 10 mm style) | Corning | 353001 | Used for culturing transfected cells |
Proteinase K | Invitrogen | 25530049 | Used to remove protein in the reaction mixture |
Purifier Axiom Class II, Type C1 | Labconco Corporation | 304410001 | Biosafety cabinet for sterile handling of cells |
Resuspension Buffer R | ThermoFisher Scientific | A buffer included in the electroporation kits, MPK1025 and MPK10096. The buffer is used to resupend cells before electroporation, and its composition is proprietary information. | |
RNaseZap | Invitrogen | AM9780 | RNA decontamination solution |
Scepter | Millipore | C85360 | Handheld automated cell counter |
ScriptCap 2'-O-methyltransferase kit | Cellscript | C-SCMT0625 | Used for capping reaction |
ScriptCap m7G capping system | Cellscript | C-SCCE0625 | Used for capping reaction |
Sodium dodecyl sulfate solution | Invitrogen | 15553-035 | Detergent used for the proteinase K reaction |
Sorvall Legend XT centrifuge | Thermo Scientific | 75004532 | Benchtop centrifuge to spin down cells |
Trypsin-EDTA | Gibco | 25300-054 | Used for dissociation of cells |
U-118MG | ATCC | HTB15 | An adherent cell line derived from a human glioblastoma patient |
Vinculin antibody | Sigma | V9131 | Used to detect vinculin protein (dilution 1:100,000) |
xCELLigence RTCA DP | Agilent Technologies, Inc | 380601050 | Instrument used for real-time cell analysis |
1Electroporation parameters and other related information for various cell lines are available on the manufacturer's homepage (https://www.thermofisher.com/us/en/home/life-science/cell-culture/transfection/neon-transfection-system/neon-transfection-system-cell-line-data.html?). |
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