Name: analyzing cell surface adhesion remodeling in response to mechanical tension using magnetic beads
Uploaded: 2017-03-08T15:00:00
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CG wird durch Zuschüsse der Agence Nationale de la Recherche (ANR-13-JSV1-0008), von der Europäischen Union Siebten Rahmenprogramm (Marie-Curie-Career Integration n˚8304162) und vom European Research Council (ERC) im Rahmen der Europäischen Union Horizon unterstützt 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm (ERC Starting Grant n˚639300).

1. Ligand Konjugation an Magnetic Beads Hinweis: Ligand Konjugation durchgeführt unter Verwendung von superparamagnetischen Tosyl-aktivierte Kügelchen mit einem 2,8 &amp; mgr; m Durchmesser (Konzentration der Stammlösung 10 8 Perlen / ml, 30 mg Perlen / ml). Das folgende Protokoll basiert auf Proben von ca. 2 x 10 5 Zellen, die MRC-5 - Zellen entsprechen , zu 80% Konfluenz in einer 60 mm - Gewebekulturplatte gezüchtet. Stellen Sie die Lautstärke von Perlen und Reagen...

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	<li>Discher, D. E., Janmey, P., Wang, Y. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate. 310 (5751), 1139-1143 (2005).</li><li>DuFort, C. C., Paszek, M. J., Weaver, V. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrix+elasticity+directs+stem+cell+lineage+specification.">Matrix elasticity directs stem cell lineage specification.</a> Cell. 126 (4), 677-689 (2006).</li><li>Austen, K., Kluger, C., Freikamp, A., Chrostek-Grashoff, A., Grashoff, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+and+analysis+of+biosensors+to+measure+mechanical+forces+within+cells.">Generation and analysis of biosensors to measure mechanical forces within cells.</a> Meth Mol Biol. 1066, 169-184 (2013).</li><li>Grashoff, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+mechanical+tension+across+vinculin+reveals+regulation+of+focal+adhesion+dynamics.">Measuring mechanical tension across vinculin reveals regulation of focal adhesion dynamics.</a> Nature. 466 (7303), 263-266 (2010).</li><li>Pelham, R. 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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Allostery:+Evidence+for+a+Force+Requirement+in+the+Proteolytic+Activation+of+Notch.">Mechanical Allostery: Evidence for a Force Requirement in the Proteolytic Activation of Notch.</a> Dev Cell. 33 (6), 729-736 (2015).</li><li>Lessey-Morillon, E. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+RhoA+guanine+nucleotide+exchange+factor,+LARG,+mediates+ICAM-1-dependent+mechanotransduction+in+endothelial+cells+to+stimulate+transendothelial+migration.">The RhoA guanine nucleotide exchange factor, LARG, mediates ICAM-1-dependent mechanotransduction in endothelial cells to stimulate transendothelial migration.</a> J Immunol. 192 (7), 3390-3398 (2014).</li><li>Osborne, L. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+molecular+processes+mediate+cellular+mechanotransduction.">Dynamic molecular processes mediate cellular mechanotransduction.</a> Nature. 475 (7356), 316-323 (2011).</li><li>Seo, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Mechanogenetic+Toolkit+for+Interrogating+Cell+Signaling+in+Space+and+Time.">A Mechanogenetic Toolkit for Interrogating Cell Signaling in Space and Time.</a> Cell. 165 (6), 1507-1518 (2016).</li></ol>

Das hier beschriebene Verfahren stellt einen einfachen Ansatz Spannung an Zelloberflächen Adhäsionsrezeptoren aufzutragen und ihre nachfolgende Reinigung ermöglichen. Jedoch sind einige Schritte kritische effiziente Haftung Reinigung und mögliche Optimierung ausführen kann in Abhängigkeit von den angestrebten Adhäsionsrezeptoren erfolgen. Wir präsentieren potenzielle Probleme der Benutzer unten auftreten können. Wir verwendeten 2,8 um Durchmesser magnetische Kügelchen, aber größe...

In Metazoen leitet mechanische Spannung Gewebeentwicklung und Homöostase durch die Regulierung einer Vielzahl von zellulären Prozessen, wie Proliferation, Differenzierung und das Überleben 1, 2. Mechanische Spannung kann von der extrazellulären Matrix entstehen oder durch anhaftenden Zellen erzeugt werden, die Probe ihre extrazelluläre Umgebung durch die Aktomyosin Kontraktions Maschinen, die auf extrazelluläre Matrix zieht und Sonden ihre Steifigkeit durch spannungsempfindliche Moleküle. Als Reaktion auf die Spannung, durchlaufen mechanosensitive Adhäsionsproteine ​​Konformationsänderungen, die komplexe Signalkaskaden auslösen. Wiederum orchestriert diese Signalwege eine mechanoresponse umfasst Proliferation, Differenzierung und das Überleben, die das Zellverhalten in die extrazelluläre Umgebung anpasst. Solche Verfahren können in einem kurzfristigen Zeitraum (Sekunden bis Minuten), um schnell füttern zurück auf die Schleife von Mecha abgerechnet<html> notransduction durch die mechanosensitive Strukturen zu verändern. Zum Beispiel verstärken Integrin-basierte Adhäsionen in Reaktion auf Spannung durch Rho - GTPase-vermittelten Zytoskelett - Remodeling 3, 4, 5. Parallel dazu werden andere Signalwege über Stunden und Tage aktiviert , um genetische Programme steuern , die schließlich Zellschicksal 6 auswirken. Während haben viele Studien die Wirkung der Matrix Steifigkeit auf Zelle Determinismus und die Entwicklung der Krankheit 1 hervorgehoben, 2, die genauen molekularen Mechanismen der Adhäsion vermittelten Mechanotransduktion bleiben immer noch schwer zu fassen. Verschiedene Ansätze wurden die Wirkungen von zell erzeugten Kräfte oder externe Kräfte , die auf das Zellverhalten, einschließlich Strömungssysteme zu untersuchen entwickelt, Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET) -tension Sensoren 7,lass = &quot;xref&quot;&gt; 8 kompatible Substrate 9, magnetische Pinzette, optische Pinzette 10 und Rasterkraftmikroskopie (AFM) 11. Hier präsentieren wir ein Protokoll superparamagnetische Perlen mit auf Mechanotransduktion Wege in Reaktion auf Zugkräften Rezeptoren angewendet spezifische Adhäsion zu charakterisieren. Superparamagnetische Perlen sind Teilchen, die reversibel, wenn sie in ein Magnetfeld gebracht magnetisieren. Einmal beschichtet mit einem Liganden für einen spezifischen Rezeptor liefern diese Kügelchen ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Effekte von extrazellulärem Kraftbeaufschlagung zu studieren. Diese Methode wurde von mehreren Studien validiert 3, 5, 12 - 17 und den Vorteil präsentieren weitgehend biochemische Analyse auf adhärente Zellen erleichtern. Unter Verwendung ähnlicher Kollagen-beschichteten magnetischen Kügelchen gefolgt von biochemischen Analyse, berichtet frühen Arbeiten eine Erhöhung derProtein - Tyrosin - Phosphorylierung und Aktivierung RhoA in Antwort auf Zug 5, 18, 19. Das nachfolgend beschriebene Verfahren wurde auch mit Fibronectin (FN) -beschichteten Kügelchen verwendet worden , um die Signalwege zu charakterisieren nachgeordnet Spannung angelegt an Integrine 3. In dieser Studie Guilluy et al. RhoA durch die Einstellung der beiden Guaninnucleotid- Austauschfaktoren (GEF), LARG und GEF-H1, an Integrin Adhäsionskomplexe zeigten, dass Spannung aktiviert. Da dass, haben andere Studien gezeigt , dass GEF-H1 zu Adhäsionskomplexe in Reaktion auf zell erzeugte Spannung eingestellt wird unter Verwendung von verschiedenen Verfahren 20, 21, demonstriert die Robustheit der Methodik beschrieben. Als Ergebnis wurde aktiviert RhoA gezeigt Haftverstärkung, durch Zytoskelett Remodellierung zu fördern. Dieses System wurde auch Spannung angelegt t verwendet, um zu erkundeno Zell / Zell-Adhäsion Rezeptoren. Anwendung von Kräften auf die magnetischen Kügelchen , beschichtet mit der extrazellulären Domäne von E-Cadherin einen Anstieg in Vinculin Einstellungs ähnlich Integrin assoziiert Adhäsionskomplexe induzierten 12. Collins und Kollegen beobachteten , dass die Anwendung von Spannung auf PECAM-1 fördert Integrin und RhoA Aktivierung 13. Ein weiterer experimenteller Ansatz unter Verwendung von magnetischen Kügelchen ist die Untersuchung der Spannung an isolierten Kernen angewendet. Mit Perlen , beschichtet mit Antikörpern gegen das Atom-Hüllprotein Nesprin-1 wurden Kernhülle Komplexe gereinigt zu zeigen , dass sie in Reaktion auf die mechanische Spannung 22 dynamisch geregelt werden. Diese Ergebnisse unterstützen die Mächtigkeit dieser Methode in der Studie von Mechanotransduktion Wege. Darüber hinaus, während eine Strömung oder Zugkraftsysteme allgemeine zelluläre Prozesse zu stimulieren, magnetische Kügelchen spezifisch eine Zelladhäsion Rezeptor gezielt entweder durch Rezeptor-Liganden 13, 15. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist die Isolierung von Haftkomplexen durch eine einfache Ligandenaffinitätsreinigungsverfahren. Es ist bekannt , dass die Zugabe von Liganden-beschichteten Kügelchen an Zellen Adhäsionsrezeptoren und induziert die Rekrutierung von verschiedenen Adhäsionsproteinen 23 bindet. Weitere Anwendung von Kräften auf Ligand-beschichteten magnetischen Kügelchen verwandelt sich diese Adhäsionskomplexe in molekularen Plattformen , die verschiedene Spannungs abhängige Signalwege 4, 24 vermittelt. Zellyse durch bead Konzentration gefolgt unter Verwendung eines Magneten erlaubt die Isolierung der Adhäsion Plattformen. Andere Verfahren verwendet Adhäsionskomplexe zu reinigen sind bereits in adhärenten Zellen verwendet. Sie kombinieren die chemische Vernetzung von Protein-Protein-Wechselwirkungen zu konservierenund eine Zelllyse Schritt Waschmittel- und Scherströmung oder Beschallung 20, 21, 25, 26, 27, 28. Der letzte Schritt ist das Sammeln der resultierenden ventral Plasmamembranen, die Haftkomplexe enthält. Im Gegensatz zu diesen Verfahren lassen magnetische Kügelchen eine größere Reinigungsgrad der Zelladhäsion Komplexe durch gezielt eine bestimmte Familie von Adhäsion Rezeptoren abzielen. Die Magnetkügelchen wurden bereits verwendet worden Adhäsionskomplexe in nicht anhaftenden Zellen zu Ligand-beschichteten Mikrokügelchen 29, 30 angebracht zu reinigen. Das Verfahren unter ahmt biologische Situationen beschrieben, in denen Kraft für einen kurzen längeren Zeitraum (Sekunden bis Minuten) angewendet wird. Daher stellt sie ein leistungsfähiges Werkzeug für die molekulare Zusammensetzung von gereinigtem Adhäsionskomplexe Untersuchung unddie nachgeschalteten mechanosensitive-Signalwege. Hier präsentieren wir eine detaillierte experimentelle Protokoll für magnetische Kügelchen unter Verwendung von Zugkräften auf die Haftung Oberflächenproteine ​​anzuwenden. Ein Permanent Neodym-Magnet ist auf der Oberseite der Kulturschale Oberfläche gelegt. Die Polfläche des Magneten in einer Höhe von 6 mm angeordnet , so dass die Kraft , die auf einem einzelnen 2,8 um magnetische Perle konstant ist (etwa 30-40 pN) 31. Die Dauer der Stimulationsspannung wird durch den Bediener in Abhängigkeit von dem Molekül von Interesse und ihre Zeitskala der Aktivierung bestimmt. Die Zellen werden schließlich lysiert, Adhäsion Komplexe werden durch Sicken Trennung gereinigt unter Verwendung eines Magneten und biochemische Analysen verarbeitet. Dieses Protokoll umfasst die Herstellung von Ligand-beschichtete superparamagnetische Perlen, und die Anwendung von Spannung durch Magnet durch biochemische Analysen gefolgt. Darüber hinaus bieten wir eine repräsentative Stichprobe von Daten, dass die Spannung an Integrin-basierte adh angewendet demonstrierenesions induziert Adhäsion Umbau und verändert Proteintyrosinphosphorylierung.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="822">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">Neodymium magnets (on the upper face of 60 mm dish)</td>
			<td style="width:115px;">K&#38;J Magnetics, Inc</td>
			<td style="width:103px;">DX88-N52</td>
			<td style="width:375px;">grade N52 dimension: 1 1/2&#34; dia. x 1/2&#34; thick</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">Neodymium magnets (on the lower face of 60 mm dish)</td>
			<td style="width:115px;">K&#38;J Magnetics, Inc</td>
			<td style="width:103px;">D84PC-BLK</td>
			<td>grade N42 dimension: 1/2&#34; dia. x 1/4&#34; thick Black Plastic Coated&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Dynabeads M280 Tosylactivated</td>
			<td style="width:115px;">Thermofisher</td>
			<td style="width:103px;">14203</td>
			<td>superparamagnetic beads&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">DynaMag-2 Magnet</td>
			<td style="width:115px;">Thermofisher</td>
			<td style="width:103px;">12321D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Fibronectin&#160;</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:103px;">F1141-5MG</td>
			<td>Fibronectin from bovine plasma</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Poly-D-Lysine</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:103px;">P7280-5MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">Apo-Transferrin</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:103px;">T1428-50MG</td>
			<td>Bovine Apo-Transferrin</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bovine serum albumin</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:103px;">A7906-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:231px;">DMEM high glucose, GlutaMAX supplement, pyruvate&#160;</td>
			<td style="width:115px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:103px;">31966-021</td>
			<td>DMEM+GlutaMAX-I 500 ml&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:231px;">60*15 mm culture dish</td>
			<td style="width:115px;">Falcon</td>
			<td style="width:103px;">353004</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyzing cell surface adhesion remodeling in response to mechanical tension using magnetic beads

Mechanosensitiven Zelloberfläche Adhäsionskomplexe erlauben Zellen die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung zu erfassen. Jüngste Studien haben beide Kraftmess Moleküle an Haftstellen und kraftabhängige Transkriptionsfaktoren identifiziert, die linienspezifische Genexpression regulieren und phänotypische Ausgänge gilt. Allerdings haben die Signalisierungsnetze Umwandlung mechanischer Spannung in biochemischen Wege blieb schwer zu fassen. Um die Signalwege erkunden bei einer mechanischen Spannung in Eingriff angewendet Zelloberflächenrezeptor, können superparamagnetische Mikrokügelchen verwendet werden. Hier präsentieren wir ein Protokoll für magnetische Kügelchen mit Kräften an Zelloberflächen Adhäsionsproteine ​​anzuwenden. Mit diesem Ansatz ist es möglich, nicht nur kraftabhängige Wege cytoplasmatischen Signal zu untersuchen, indem verschiedene biochemische Ansätze, sondern auch Remodeling Adhäsion durch magnetische Trennung von Haftkomplexen gebunden an den Liganden-beschichteten Kügelchen. Dieses Protokoll umfasst die Herstellung von Ligand-coATED superparamagnetische Perlen, und die Anwendung von Zugkräften durch biochemische Analysen gefolgt definieren. Darüber hinaus bieten wir eine repräsentative Stichprobe von Daten, dass die Spannung an Integrin-basierte Haftung Haftung Umbau angewendet demonstriert löst und verändert Proteintyrosinphosphorylierung.

Die schematische Darstellung der Technik ist in 1a veranschaulicht. Folgende Liganden Konjugation werden magnetische Perlen für 20 min mit Zellen inkubiert, und dann wird ein Permanentmagnet verwendet, um Zugkräfte von etwa 30-40 pN für verschiedene Zeitdauer anzuwenden. Abbildung 1b zeigt 2,8 um FN-beschichteten magnetischen Kügelchen gebunden zu MRC5- Zelladhäsionsrezeptoren. Die Waschschritte der superparamagnetischen Perlen nach der Zelllyse sind en...

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Analyzing Cell Surface Adhesion Remodeling in Response to Mechanical Tension Using Magnetic Beads

Die Zelloberflächen Adhäsionen sind von zentraler Bedeutung in Mechanotransduktion, da sie mechanische Spannung und initiieren die Signalwege beteiligt in Gewebshomöostase und Entwicklung übertragen. Hier stellen wir ein Protokoll für die biochemischen Wege Sezieren, die als Antwort auf Zug aktiviert werden, unter Verwendung von Liganden-beschichteten magnetischen Mikrokügelchen und Kraftbeaufschlagung Adhäsionsrezeptoren.

Analyse Zelloberflächenhaftung Remodeling in Reaktion auf mechanische Spannung Mit Magnetic Beads

Mechanosensitive cell surface adhesion complexes allow cells to sense the mechanical properties of their surroundings. Recent studies have identified both ...

Research

JoVE Journal

Biology

Using Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) to Develop Diagnostic Tools

Using Micro-Electro-Mechanical Systems MEMS to Develop Diagnostic Tools

Mit Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) zu Diagnose-Tools entwickeln

Forschung

Biologie

Rapid Homogeneous Detection of Biological Assays Using Magnetic Modulation Biosensing System

Schnelle Homogene Detektion von biologischen Assays mit magnetischen Modulation Biosensorik-System

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or ...

Quantification of &gamma;H2AX Foci in Response to Ionising Radiation

Quantification of ÃƒÅ½Ã‚Â³H2AX Foci in Response to Ionising Radiation

Die Quantifizierung der γH2AX Foci in Response to ionisierender Strahlung

DNA double-strand breaks (DSBs), which are induced by either endogenous metabolic processes or by exogenous sources, are one of the most critical DNA ...

Live Cell Response to Mechanical Stimulation Studied by Integrated Optical and Atomic Force Microscopy

Live Cell Reaktion auf mechanische Stimulation von Integrated Optical und Atomic Force Microscopy Studium

To understand the mechanism by which living cells sense mechanical forces, and how they respond and adapt to their environment, a new technology able to ...

Avidity-based Extracellular Interaction Screening (AVEXIS) for the Scalable Detection of Low-affinity Extracellular Receptor-Ligand Interactions

Avidity-based Extracellular Interaction Screening AVEXIS for the Scalable Detection of Low-affinity Extracellular Receptor-Ligand Interactions

Avidität-basierte extrazelluläre Wechselwirkung Screening (AVEXIS) für die Erkennung von Scalable Low-Affinität extrazellulären Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen

Extracellular protein:protein interactions between secreted or membrane-tethered proteins are critical for both initiating intercellular communication and ...

A Liquid Phase Affinity Capture Assay Using Magnetic Beads to Study Protein-Protein Interaction: The Poliovirus-Nanobody Example

Eine flüssige Phase Affinity Capture Assay Verwendung von magnetischen Kügelchen, um Protein-Protein Interaktion Studie: Das Poliovirus-Nanobody Beispiel

In this article, a simple, quantitative, liquid phase affinity capture assay is presented. Provided that one protein can be tagged and another protein ...

Analyzing Craniofacial Morphogenesis in Zebrafish Using 4D Confocal Microscopy

Analyse Craniofacial Morphogenese in Zebrafisch Mit 4D konfokale Mikroskopie

Time-lapse imaging is a technique that allows for the direct observation of the process of morphogenesis, or the generation of shape. Due to their optical ...

Biochemical Assays for Analyzing Activities of ATP-dependent Chromatin Remodeling Enzymes

Biochemischen Assays zur Analyse von Aktivitäten von ATP-abhängigen Chromatin-Remodeling-Enzyme

Members of the SNF2 family of ATPases often function as components of multi-subunit chromatin remodeling complexes that regulate nucleosome dynamics and ...

Measuring Glutathione-induced Feeding Response in Hydra

Mess Glutathion-induzierte Fütterung Antwort in Hydra

Hydra is among the most primitive organisms possessing a nervous system and chemosensation for detecting reduced glutathione (GSH) for capturing the prey. ...

Assessment of Dictyostelium discoideum Response to Acute Mechanical Stimulation

Assessment of Dictyostelium discoideum Response to Acute Mechanical Stimulation

Bewertung von Dictyostelium Discoideum Reaktion auf akute mechanische Stimulation

Chemotaxis, or migration up a gradient of a chemoattractant, is the best understood mode of directed migration. Studies using social amoeba Dictyostelium ...