Name: imaging integrin tension and cellular force at submicron resolution with an integrative tension sensor
Uploaded: 2019-04-25T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Imaging Integrin Tension and Cellular Force at Submicron Resolution with an Integrative Tension Sensor at JoVE.com

Dit werk werd gesteund door het opstarten Fonds verstrekt door Iowa State University en door het National Institute of General Medical Sciences (R35GM128747).

Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC, 8-16-8333-I) van de Iowa State University.
1. synthese van de integratieve spanning sensor
<ol><li>Aanpassen en bestellen van ssDNAs (Zie de Tabel van de materialen). Opmerking: De ssDNA-sequenties zijn als volgt. Het bovenste deel is /5ThioMC6-D/GGG AGG ACG CAG CGG GCC/3BHQ_2 /. De lagere strengen zijn als volgt. 12 pN ITS: GGC CCG CTG CGT CCT CCC /3...

<ol>
	<li>Price, L. S., Leng, J., Schwartz, M. A., Bokoch, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+Rac+and+Cdc42+by+Integrins+Mediates+Cell+Spreading.">Activation of Rac and Cdc42 by Integrins Mediates Cell Spreading.</a> Molecular Biology of the Cell. 9 (7), 1863-1871 (1998).</li><li>Cavalcanti-Adam, E. A., 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=Cell+Spreading+and+Focal+Adhesion+Dynamics+Are+Regulated+by+Spacing+of+Integrin+Ligands.">Cell Spreading and Focal Adhesion Dynamics Are Regulated by Spacing of Integrin Ligands.</a> Biophysical Journal. 92 (8), 2964-2974 (2007).</li><li>Huttenlocher, A., Horwitz, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrins+in+cell+migration.">Integrins in cell migration.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3 (9), a005074 (2011).</li><li>Hood, J. D., Cheresh, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+integrins+in+cell+invasion+and+migration.">Role of integrins in cell invasion and migration.</a> Nature Reviews Cancer. 2 (2), 91-100 (2002).</li><li>Giancotti, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrin+signaling:+specificity+and+control+of+cell+survival+and+cell+cycle+progression.">Integrin signaling: specificity and control of cell survival and cell cycle progression.</a> Current Opinion in Cell Biology. 9 (5), 691-700 (1997).</li><li>Illario, M., 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=Integrin-Dependent+Cell+Growth+and+Survival+Are+Mediated+by+Different+Signals+in+Thyroid+Cells.">Integrin-Dependent Cell Growth and Survival Are Mediated by Different Signals in Thyroid Cells.</a> The Journal of Clinical Endocrinology &amp; Metabolism. 88 (1), 260-269 (2003).</li><li>Aoudjit, F., Vuori, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrin+Signaling+in+Cancer+Cell+Survival+and+Chemoresistance.">Integrin Signaling in Cancer Cell Survival and Chemoresistance.</a> Chemotherapy Research and Practice. 2012, 1-16 (2012).</li><li>Hou, S., 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=Distinct+effects+of+&#946;1+integrin+on+cell+proliferation+and+cellular+signaling+in+MDA-MB-231+breast+cancer+cells.">Distinct effects of &#946;1 integrin on cell proliferation and cellular signaling in MDA-MB-231 breast cancer cells.</a> Scientific Reports. 6, 18430 (2016).</li><li>Shankar, G., Davison, I., Helfrich, M. H., Mason, W. T., Horton, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrin+receptor-mediated+mobilisation+of+intranuclear+calcium+in+rat+osteoclasts.">Integrin receptor-mediated mobilisation of intranuclear calcium in rat osteoclasts.</a> Journal of Cell Science. 105 (Pt 1) (1), 61-68 (1993).</li><li>Moreno-Layseca, P., Streuli, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signalling+pathways+linking+integrins+with+cell+cycle+progression.">Signalling pathways linking integrins with cell cycle progression.</a> Matrix Biology. 34, 144-153 (2014).</li><li>G&#243;mez-Lamarca, M. J., Cobreros-Reguera, L., Ib&#225;&#241;ez-Jim&#233;nez, B., Palacios, I. M., Mart&#237;n-Bermudo, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrins+regulate+epithelial+cell+differentiation+by+modulating+Notch+activity.">Integrins regulate epithelial cell differentiation by modulating Notch activity.</a> Journal of Cell Science. 127 (Pt 1), 4667-4678 (2014).</li><li>Wang, H., Luo, X., Leighton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+Matrix+and+Integrins+in+Embryonic+Stem+Cell+Differentiation.">Extracellular Matrix and Integrins in Embryonic Stem Cell Differentiation.</a> Biochemistry Insights. 8 (Suppl 1), 15-21 (2015).</li><li>Schwarz, U. S., Soin&#233;, J. R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traction+force+microscopy+on+soft+elastic+substrates:+A+guide+to+recent+computational+advances.">Traction force microscopy on soft elastic substrates: A guide to recent computational advances.</a> Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1853 (11), 3095-3104 (2015).</li><li>Xie, T., Hawkins, J., Sun, Y., Ritti&#233;, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traction+Force+Measurement+Using+Deformable+Microposts.">Traction Force Measurement Using Deformable Microposts.</a> Fibrosis. Methods and Protocols. , 235-244 (2017).</li><li>Radmacher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studying+the+Mechanics+of+Cellular+Processes+by+Atomic+Force+Microscopy.">Studying the Mechanics of Cellular Processes by Atomic Force Microscopy.</a> Methods in Cell Biology. 83, 347-372 (2007).</li><li>Charras, G. T., Lehenkari, P. P., Horton, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscopy+can+be+used+to+mechanically+stimulate+osteoblasts+and+evaluate+cellular+strain+distributions.">Atomic force microscopy can be used to mechanically stimulate osteoblasts and evaluate cellular strain distributions.</a> Ultramicroscopy. 86 (1-2), 85-95 (2001).</li><li>Miller, J. S., 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=Bioactive+hydrogels+made+from+step-growth+derived+PEG-peptide+macromers.">Bioactive hydrogels made from step-growth derived PEG-peptide macromers.</a> Biomaterials. 31 (13), 3736-3743 (2010).</li><li>Legant, W. R., Miller, J. S., Blakely, B. L., Cohen, D. M., Genin, G. M., Chen, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+mechanical+tractions+exerted+by+cells+within+three-dimensional+matrices.">Measurement of mechanical tractions exerted by cells within three-dimensional matrices.</a> Nature Methods. 7 (12), 969 (2010).</li><li>Brenner, M. 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=Spider+Silk+Peptide+Is+a+Compact,+Linear+Nanospring+Ideal+for+Intracellular+Tension+Sensing.">Spider Silk Peptide Is a Compact, Linear Nanospring Ideal for Intracellular Tension Sensing.</a> Nano Letters. 16 (3), 2096-2102 (2016).</li><li>Zhang, Y., Ge, C., Zhu, C., Salaita, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-based+digital+tension+probes+reveal+integrin+forces+during+early+cell+adhesion.">DNA-based digital tension probes reveal integrin forces during early cell adhesion.</a> Nature Communications. 5, 5167 (2014).</li><li>Liu, Y., 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=DNA-based+nanoparticle+tension+sensors+reveal+that+T-cell+receptors+transmit+defined+pN+forces+to+their+antigens+for+enhanced+fidelity.">DNA-based nanoparticle tension sensors reveal that T-cell receptors transmit defined pN forces to their antigens for enhanced fidelity.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (20), 5610-5615 (2016).</li><li>Wang, X., Ha, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defining+Single+Molecular+Forces+Required+to+Activate+Integrin+and+Notch+Signaling.">Defining Single Molecular Forces Required to Activate Integrin and Notch Signaling.</a> Science. 340 (6135), (2013).</li><li>Blakely, B. L., 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+DNA-based+molecular+probe+for+optically+reporting+cellular+traction+forces.">A DNA-based molecular probe for optically reporting cellular traction forces.</a> Nature Methods. 11 (12), 1229-1232 (2014).</li><li>Wang, Y., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrins+outside+focal+adhesions+transmit+tensions+during+stable+cell+adhesion.">Integrins outside focal adhesions transmit tensions during stable cell adhesion.</a> Scientific Reports. 6 (1), 36959 (2016).</li><li>Wang, Y., 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=Force-activatable+biosensor+enables+single+platelet+force+mapping+directly+by+fluorescence+imaging.">Force-activatable biosensor enables single platelet force mapping directly by fluorescence imaging.</a> Biosensors and Bioelectronics. 100, 192-200 (2018).</li><li>Zhao, Y., Wang, Y., Sarkar, A., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keratocytes+Generate+High+Integrin+Tension+at+the+Trailing+Edge+to+Mediate+Rear+De-adhesion+during+Rapid+Cell+Migration.">Keratocytes Generate High Integrin Tension at the Trailing Edge to Mediate Rear De-adhesion during Rapid Cell Migration.</a> iScience. 9, 502-512 (2018).</li><li>Crisalli, P., Kool, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Path+Quenchers:+Efficient+Quenching+of+Common+Fluorophores.">Multi-Path Quenchers: Efficient Quenching of Common Fluorophores.</a> Bioconjugate Chemistry. 22 (11), 2345-2354 (2011).</li><li>Mondal, G., Barui, S., Chaudhuri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+the+cyclic-RGDfK+ligand+and+&#945;v&#946;3+integrin+receptor.">The relationship between the cyclic-RGDfK ligand and &#945;v&#946;3 integrin receptor.</a> Biomaterials. 34 (26), 6249-6260 (2013).</li><li>Wang, X., 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=Integrin+Molecular+Tension+within+Motile+Focal+Adhesions.">Integrin Molecular Tension within Motile Focal Adhesions.</a> Biophysical Journal. 109 (11), 2259-2267 (2015).</li><li>Euteneuer, U., Schliwa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Persistent,+directional+motility+of+cells+and+cytoplasmic+fragments+in+the+absence+of+microtubules.">Persistent, directional motility of cells and cytoplasmic fragments in the absence of microtubules.</a> Nature. 310 (5972), 58-61 (1984).</li><li>Kucik, D. F., Elson, E. L., Sheetz, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+migration+does+not+produce+membrane+flow.">Cell migration does not produce membrane flow.</a> The Journal of Cell Biology. 111 (4), 1617-1622 (1990).</li><li>Mueller, J., 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=Load+Adaptation+of+Lamellipodial+Actin+Networks.">Load Adaptation of Lamellipodial Actin Networks.</a> Cell. , (2017).</li><li>Sarkar, A., Zhao, Y., Wang, Y., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-activatable+coating+enables+high-resolution+cellular+force+imaging+directly+on+regular+cell+culture+surfaces.">Force-activatable coating enables high-resolution cellular force imaging directly on regular cell culture surfaces.</a> Physical Biology. 15 (6), 065002 (2018).</li><li>Mosayebi, M., Louis, A. A., Doye, J. P. K., Ouldridge, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-Induced+Rupture+of+a+DNA+Duplex:+From+Fundamentals+to+Force+Sensors.">Force-Induced Rupture of a DNA Duplex: From Fundamentals to Force Sensors.</a> ACS Nano. 9 (12), 11993-12003 (2015).</li><li>Bockelmann, U., Essevaz-Roulet, B., Heslot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Stick-Slip+Motion+Revealed+by+Opening+DNA+with+Piconewton+Forces.">Molecular Stick-Slip Motion Revealed by Opening DNA with Piconewton Forces.</a> Physical Review Letters. 79 (22), 4489-4492 (1997).</li><li>Krautbauer, R., Rief, M., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unzipping+DNA+oligomers.">Unzipping DNA oligomers.</a> Nano Letters. 3 (4), 493-496 (2003).</li><li>de Gennes, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+pull+out+force+on+DNA+hybrids.">Maximum pull out force on DNA hybrids.</a> Comptes Rendus de l&#8217;Acad&#233;mie des Sciences - Series IV - Physics. 2 (10), 1505-1508 (2001).</li><li>Hatch, K., Danilowicz, C., Coljee, V., Prentiss, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+that+the+shear+force+required+to+separate+short+double-stranded+DNA+does+not+increase+significantly+with+sequence+length+for+sequences+longer+than+25+base+pairs.">Demonstration that the shear force required to separate short double-stranded DNA does not increase significantly with sequence length for sequences longer than 25 base pairs.</a> Physical Review E. 78 (1), 011920 (2008).</li></ol>

Het ITS is een zeer toegankelijke maar toch krachtige techniek voor mobiele dwingen toewijzing in termen van zowel de synthese en de toepassing. Met alle materialen klaar, kan de ITS gesynthetiseerd worden binnen 1 dag. Tijdens experimenten, zijn slechts drie stappen van de oppervlaktelaag nodig voorafgaand aan cel beplating. Onlangs, we verder vereenvoudigd de coating procedure naar een stap door de ITS rechtstreeks te koppelen aan bovien serumalbumine, waardoor directe fysieke adsorptie van ITS glas of polystyreen oppe...

Cellen, is afhankelijk van integrins houden en uitoefenen van cellulaire krachten aan de extracellulaire matrix. Integrine-gemedieerde cel adhesie en kracht overdracht zijn cruciaal voor cel verspreiding van1,2, migratie3,4en6,7van de5,van de overleving. Op de lange termijn beïnvloedt integrine biomechanische signalering ook cel proliferatie8,9,10 en differentiatie11,12. Onderzoekers hebben ontwikkeld verschillende methoden om te meten en kaart integrine overdraagbare mobiele troepen op het raakvlak van cel-matrix. Deze methoden zijn gebaseerd op elastische substraat13, matrix van micropost14, of atomic force microscopie (AFM)15,16. Elastische onderlaag en micropost methoden, is afhankelijk van de vervorming van substraten te melden van de cellulaire stress en hebben beperkingen op het gebied van de ruimtelijke resolutie en kracht van de gevoeligheid. AFM heeft hoge kracht gevoeligheid, maar het niet wordt gedetecteerd door kracht op meerdere plekken tegelijk, waardoor het moeilijk om toe te wijzen cellulaire kracht overgebracht door integrins.
In de afgelopen jaren werden verschillende technieken ontwikkeld om te bestuderen van cellulaire kracht op moleculair niveau. Een verzameling van moleculaire spanning sensoren gebaseerd op polyethyleenglycol17,18, spider silk peptide19en DNA20,21,22,23 werden ontwikkeld om Visualiseer en controleren van spanning overgebracht door moleculaire proteïnen. Onder deze technieken, werd DNA aangenomen als het materiaal van de synthese in de spanning meten ketting (TGT), een rupturable linker die de bovengrens van integrine spanningen in levende cellen22,24 moduleert. Later, DNA- en fluorescentie resonantie overdracht techniek werden samengevoegd tot haarspeld DNA gebaseerde fluorescerende spanning sensoren eerst door Chen's groep23 en Salaita de groep20. De sensor van de DNA-gebaseerde spanning haarspeld integrine spanning in real-time rapporten en is met succes toegepast op de studie van een reeks van cellulaire functies21. Daarna gecombineerd Wang's lab een TGT met het fluorophore-quencher-paar verslag integrine spanning. Deze sensor heet een ITS25,26. Het ITS is gebaseerd op double-stranded DNA (dsDNA) en heeft een bredere dynamische waaier (pN 10-60) voor integrine spanning kalibratie. In tegenstelling tot haarspeld DNA gebaseerde sensoren, ITS rapporteert niet in real-time cellulaire geldende maar registreert alle historische integrine gebeurtenissen als de voetafdruk van cellulaire geweld; Dit signaal accumulatieproces verbetert de gevoeligheid voor cellulaire force imaging, waardoor het haalbaar afbeelding cellulaire kracht zelfs met een low-end fluorescentie Microscoop. De synthese van ITS is relatief gemakkelijker als het is gemaakt door kwekers twee single-stranded Ani (ssDNA).
Het ITS is een 18-base-gepaarde dsDNA geconjugeerd met biotine, een fluorophore, een quencher (Black Hole Quencher 2 [BHQ2])27en een cyclische arginylglycylaspartic zuur (RGD) peptide28 als een integrine peptide ligand (Figuur 1). De onderste lijn is geconjugeerd met de fluorophore (Cy3 wordt gebruikt in dit manuscript, terwijl andere kleurstoffen, zoals Cy5 of Alexa serie, ook is bewezen haalbaar in ons lab) en de Biotine tag, waarmee de ITS is geïmmobiliseerd op een substraat door Biotine-avidin bond. Het bovenste deel is geconjugeerd met de RGD-peptide en de Quencher van de Black Hole, die Cy3 met ongeveer 98% blussen efficiëntie26,27 lest. Met het protocol gepresenteerd in deze paper, is de dichtheid van de coating van de ITS op een substraat rond 1100/µm2. Dit is de dichtheid die we eerder gekalibreerd voor 18 bp biotinyleerd dsDNA bekleed op het substraat neutrAvidin-matiemaatschappij volgens hetzelfde protocol29coating. Wanneer cellen zich aan het substraat bedekt met de ITS houden, integrine bindt de ITS via RGD en spanning aan de ITS verzendt. Het ITS is een specifieke spanning tolerantie (Ttol) die is gedefinieerd als de spanning drempel die mechanisch de dsDNA van ITS binnen 2 s22 scheidt. DE breuk door integrine spanning leidt tot de scheiding van de quencher van de kleurstof die vervolgens fluorescentie uitzendt. Dientengevolge, de onzichtbare integrine spanning wordt geconverteerd naar een fluorescentie-signaal en de cellulaire kracht kan worden toegewezen door fluorescentie imaging.
Om aan te tonen van de toepassing van ITS, gebruiken we vis keratocyte hier, een model van de gebruikte cel voor cel migratie studie30,31,32, CHO-K1 cel, een veelgebruikte nonmotile cellijn en NIH 3T3 fibroblast. Coimaging van integrine spanning en cel structuren wordt ook uitgevoerd.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>BSA-biotin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A8549</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutravidin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>31000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>434301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>upper strand DNA</td>
			<td>Integrated DNA Technologies</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Customer designed. DNA sequence is shown in PROTOCOL section</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lower strand DNA</td>
			<td>Integrated DNA Technologies</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Customer designed. DNA sequences are shown in PROTOCOL section.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sulfo-SMCC</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A39268</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclic peptide RGD with an amine group</td>
			<td>Peptides International</td>
			<td>PCI-3696-PI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMDM</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>&#8206;62996227</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>302020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin</td>
			<td>gibco</td>
			<td>15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TCEP</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C4706</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 uL petri dish</td>
			<td>Cellvis</td>
			<td>D29-14-1.5-N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 2000</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>N/A</td>
			<td>spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SE410 Tall Air-Cooled Vertical Protein Electrophoresis Unit</td>
			<td>Hoefer</td>
			<td>SE410-15-1.5</td>
			<td>Device for electroporesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHO-K1 cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CCL-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIH/3T3 cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Vinculin Antibody</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>90227</td>
			<td>Primary antibody for vinculin immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse IgG (H+L) Superclonal Secondary Antibody, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A28175</td>
			<td>Secondary antibody for vinculin immunostaining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 Phalloidin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A22287</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eclipse Ti</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>microscope</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

imaging integrin tension and cellular force at submicron resolution with an integrative tension sensor

Moleculaire spanning langs integrine-ligand obligaties is het fundamentele mechanische signaal in het integrine-traject dat belangrijke rol in de vele functies van de cel en gedrag speelt. Als u wilt kalibreren en afbeelding van integrine spanning met hoge kracht gevoeligheid en ruimtelijke resolutie, ontwikkelden we een integratieve spanning sensor (ITS), een fluorescerende spanning op basis van DNA-sensor. Het ITS is geactiveerd om lichten als een moleculaire spanning, ondersteunen kracht dus omzetten in fluorescerende signaal op moleculair niveau. De drempel van de spanning voor ITS activering is afstembare in de range van 10 – 60 pN die goed dekt het dynamisch bereik van integrine spanning in cellen. Op een substraat met een ITS geënt, is de spanning van integrine Adherente cellen gevisualiseerd door fluorescentie en beeld bij submicron resolutie. Het ITS is ook compatibel met structurele beeldvorming van de cel zowel vaste cellen in levende cellen. Het ITS is met succes toegepast op de studie van bloedplaatjes contractie en cel migratie. Deze paper detailleert de procedure voor de synthese en de toepassing van ITS in de studie van integrine overdraagbare cellulaire kracht.

Met de ITS, werd de integrine spanning kaart van vis keratocytes gevangen. Hieruit blijkt dat een keratocyte migreert en integrine spanning op twee kracht tracks (figuur 2A genereert). De resolutie van de kaart van kracht was gekalibreerd om 0.4 µm (figuur 2B). Hoge integrine spanning concentreert zich op de achterste marge (figuur 3A). ITS toont ook verschillende specifieke patronen van verschillen...

Watch this Scientific Journal Video about Imaging Integrin Tension and Cellular Force at Submicron Resolution with an Integrative Tension Sensor at JoVE.com

Imaging Integrin Tension and Cellular Force at Submicron Resolution with an Integrative Tension Sensor

Integrine spanning speelt belangrijke rol in verschillende functies van de cel. Met de sensor van een integratieve spanning, is integrine spanning gekalibreerd met picoNewton (pN) gevoeligheid en beeld bij submicron resolutie.

Imaging integrine spanning en cellulaire kracht bij Submicron resolutie met de Sensor van een integratieve spanning

Molecular tension transmitted by integrin-ligand bonds is the fundamental mechanical signal in the integrin pathway that plays significant roles in many ...

Deze DNA-gebaseerde integratieve spanningssensor, of ITS, het omzetten van kracht signaal naar fluorescentie lokaal maakt de directe beeldvorming van cellulaire kracht met fluorescentie microscopie. ITS heeft een hoge ruimtelijke resolutie en een hoge gevoeligheid. De activeringsdrempel is niet mogelijk, waardoor selectief beeld van integrin spanning op verschillende niveaus mogelijk is.Na ontvangst van de aangepaste single-stranded DNA, of ssDNA, van belang, om RGD peptide te conjuceren aan de thiolated ssDNA quencher, voeg eerst 100 microliter van 0,5-molaire EDTA in 400 microliter water toe aan ongeveer 450 microliter van vers voorbereide TCEP-oplossing. Voeg vervolgens 10 microliter van de TCEP-EDTA-oplossing toe aan 20 microliter van een-millimolar thiol DNA-quencher in PBS voor een incubatie van 30 minuten bij kamertemperatuur. Voeg 40 microliter vers bereide 23-millimolar sulfo-SMCC toe aan 100 microliter vers bereide 11-millimolar RGD amine-oplossing voor een incubatie van 20 minuten bij kamertemperatuur.Om RGD amine SMCC te vervoegen met de thiolated ssDNA quencher, mengt u het volledige volume van de thiolated ssDNA quencher-oplossing met het volledige volume van de RGD amine SMCC-oplossing voor een incubatie van een uur bij kamertemperatuur. Breng de oplossing aan het einde van de incubatie over naar de opslag van vier graden Celsius 's nachts. Meng de volgende ochtend natriumchloride van drie kiezen met de thiol-geconjugeerde DNA-oplossing en min 20 graden Celsius, gekoeld, 100%-ethanol bij een verhouding van één tot 10 tot 25 en plaats de reactie ongeveer 30 minuten op min 20 graden Celsius.Wanneer het DNA is neergeslagen, het DNA verzamelen door centrifugatie, en resuspend de pellet in PBS voor de meting van de DNA-concentratie op een spectrometer. Voor integratieve spanningssensor, of ITS, synthese, meng de bovenste en onderste streng DNA-oplossingen op een 1,1-op-een-kies verhouding, en incubeer de reactie 's nachts op vier graden Celsius voor het plaatsen van aliquots van het mengsel op min 20 graden Celsius voor langdurige opslag. Voor its immobilisatie, coat een 29-millimeter-diameter, glazen bodem Petri schotel met 200 microliter van 0,1-milligram-per-milliliter biotinylated runder serum albumine, of BSA-biotine, voor 30 minuten op vier graden Celsius.Wanneer de BSA-biotine fysiek heeft geadsoreerd op het glasoppervlak, was de schotel drie keer met 200 microliter verse PBS per wasbeurt, gevolgd door incubatie met 200 microliter van 50 microgram per milliliter avidin-eiwit gedurende 30 minuten bij vier graden Celsius. Aan het einde van de incubatie, was de schotel drie keer met PBS zoals aangetoond, en voeg 200 microliter van 0,1-micromolar ITS voor nog eens 30 minuten incubatie bij vier graden Celsius. Aan het einde van de incubatie was je de schotel drie keer met PBS, waardoor de laatste wasbeurt in de schotel tot de celbeplating.Om een vis keratocyte cultuur te initiëren, gebruik maken van een flat-tipped pincet om een stuk van de schaal te plukken van een vis, en druk voorzichtig de schaal op de put van een ongewijzigde glazen bodem Petri schotel, met de binnenkant van de schaal contact met het glas. Wacht ongeveer 30 seconden tot de visschaal zich aan het glazen oppervlak van de schotel hecht voordat u de weegschaal bedekt met een millimeter van het medium van de complete Iscove. Vervolgens, inculbateren van de schaal in een donkere en vochtige doos voor zes tot 48 uur bij kamertemperatuur.Om de keratocyten op het ITS-oppervlak te plaatsen, vervangt u het medium van de keratocytenkweekschotel door 1X-cellosaflossingsoplossing voor een incubatie van drie minuten bij kamertemperatuur. Vervang aan het einde van de incubatie de loskoppelingsoplossing door vers compleet medium en distantieer de cellen met zachte pipetting. Pas vervolgens de cellen aan de juiste concentratie voor beplating en zaai ze 30 minuten op de met ITS gecoate schotel bij kamertemperatuur voordat de beeldvorming wordt weergegeven.Voor quasi-real-time integrin spanningsbeeldvorming in levende cellen, breng de cellen naar het stadium van een fluorescentiemicroscoop en selecteer de 40 of 100 keer doelstelling. Stel in de beeldsoftware de belichtingstijd in op één seconde en het frameinterval van 20 seconden om een video van de ITS-beelden te verkrijgen. Gebruik vervolgens een geschikt softwareprogramma voor beeldanalyse om een eerder frame van de ITS-video af te trekken van een huidig frame om het ITS-signaal te berekenen dat nieuw is geproduceerd in het nieuwste frameinterval.Het nieuw geproduceerde ITS-signaal vertegenwoordigt de integrin spanning gegenereerd in het nieuwste frame interval, waardoor de cellulaire kracht in quasi-real-time manier. Hier toont integrin tension mapping de inductie van integrin spanning op twee krachtsporen tijdens keratocyte migratie. De resolutie van de force map kan dan worden gekalibreerd tot 0,4 micrometer.De hoge integrinspanning concentreert zich bij de achtermarge in motile vissen keratocyten. In niet-mokercellen wordt een specifiek integrin tension patroon gevormd dat heel anders is dan dat waargenomen in de snel migrerende keratocyte. Focale verklevingen en de integrin spanning van vis keratocyten kunnen worden co-beeld om de relatie tussen integrin spanning en celstructuur in cellen van belang te evalueren.Met ITS wordt celhechtingskracht zichtbaar met een resolutie en een gevoeligheid die vergelijkbaar is met celstructurele beeldvorming. Deze techniek effent de weg voor de studie van een kracht-structuur samenspel in cellen.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Cell Biology

Bioengineering

Unit 1

Cell-Matrix Interactions

SCIENTISTS IN ACTION

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Hoge-resolutie Fiber-optic Microendoscopy voor In situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biomoleculaire Detectie gebruik de interferometrische reflectie Imaging Sensor (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Drie-dimensionale Optische resolutie Fotoakoestisch Microscopie

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Bacterial Immobilization for Imaging by Atomic Force Microscopy

Bacteriële Immobilisatie for Imaging door Atomic Force Microscopy

AFM is a high-resolution (nm scale) imaging tool that mechanically probes a surface.  It has the ability to image cells and biomolecules, in a liquid ...

Measurement of Tension Release During Laser Induced Axon Lesion to Evaluate Axonal Adhesion to the Substrate at Piconewton and Millisecond Resolution

Meting van spanningspennen Tijdens Laser Induced Axon Letsel aan Axonale Hechting Evalueer aan de ondergrond bij piconewton en Milliseconde Resolutie

The formation of functional connections in a developing neuronal network is influenced by extrinsic cues. The neurite growth of developing neurons is ...

The Encapsulation of Cell-free Transcription and Translation Machinery in Vesicles for the Construction of Cellular Mimics

De inkapseling van de Cell-free transcriptie en vertaling Machines in Blaasjes voor de bouw van Cellular Mimics

As interest shifts from individual molecules to systems of molecules, an increasing number of laboratories have sought to build from the bottom up ...

High-resolution Spatiotemporal Analysis of Receptor Dynamics by Single-molecule Fluorescence Microscopy

Hoge-resolutie Spatiotemporal Analyse van Receptor Dynamics door Single-molecule fluorescentie microscopie

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., ...

Atomic Force Microscopy Imaging and Force Spectroscopy of Supported Lipid Bilayers

Atomic Force Microscopy Imaging en Force Spectroscopie van Ondersteunde lipidendubbellagen

Atomic force microscopy (AFM) is a versatile, high-resolution imaging technique that allows visualization of biological membranes. It has sufficient ...

Initial Evaluation of Antibody-conjugates Modified with Viral-derived Peptides for Increasing Cellular Accumulation and Improving Tumor Targeting

Eerste beoordeling van antilichaam-geconjugeerde bewerkt met virale afkomstige peptiden voor verhoging van cellulaire accumulatie en verbetering van de Tumor gericht op

Antibody-conjugates (ACs) modified with virus-derived peptides are a potentially powerful class of tumor cell delivery agents for molecular payloads used ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

Onderdrukken van Gene transcriptie door cellulaire machines met chemische epigenetische Modifiers omleiden

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...