Name: examining the dynamics of cellular adhesion and spreading of epithelial cells on fibronectin during oxidative stress
Uploaded: 2019-10-13T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Examining the Dynamics of Cellular Adhesion and Spreading of Epithelial Cells on Fibronectin During Oxidative Stress at JoVE.com

Die Autoren danken Drs. Scott R. Hutton und Meghan S. Blackledge für die kritische Überprüfung des Manuskripts. Diese Arbeit wurde von den Forschungs- und Förderprogrammen der High Point University (MCS) und dem Biotechnology Program der North Carolina State University (MCS) finanziert.

1. Vorbereitungen
HINWEIS: Das unten beschriebene Protokoll wurde für die Verwendung mit REF52-Zellen und ATM+/+ oder ATM-/- menschlichen Fibroblasten optimiert. Andere Zelltypen erfordern möglicherweise eine weitere Optimierung, wie in den abschnitts Abschnitten "Hinweise" und "Fehlerbehebung" unten beschrieben.
<ol><li>Machen Sie 500 ml komplette zellkulturmittel für REF52-Zellen. Zu 500 ml hochglukoshaltigem Dulbecco-modifiziertem Eagle-Medium (DMEM) werden 10% FB...

<ol>
	<li>Geiger, B., Bershadsky, A., Pankov, R., Yamada, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmembrane+crosstalk+between+the+extracellular+matrix--cytoskeleton+crosstalk.">Transmembrane crosstalk between the extracellular matrix--cytoskeleton crosstalk.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 2 (11), 793-805 (2001).</li><li>Geiger, B., Yamada, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+architecture+and+function+of+matrix+adhesions.">Molecular architecture and function of matrix adhesions.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3 (5), (2011).</li><li>Lawson, C. D., Burridge, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+on-off+relationship+of+Rho+and+Rac+during+integrin-mediated+adhesion+and+cell+migration.">The on-off relationship of Rho and Rac during integrin-mediated adhesion and cell migration.</a> Small GTPases. 5, e27958 (2014).</li><li>Heo, J., Campbell, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+redox-mediated+guanine+nucleotide+exchange+on+redox-active+Rho+GTPases.">Mechanism of redox-mediated guanine nucleotide exchange on redox-active Rho GTPases.</a> Journal of Biological Chemistry. 280 (35), 31003-31010 (2005).</li><li>Tolbert, C. E., Beck, M. V., Kilmer, C. E., Srougi, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loss+of+ATM+positively+regulates+Rac1+activity+and+cellular+migration+through+oxidative+stress.">Loss of ATM positively regulates Rac1 activity and cellular migration through oxidative stress.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 508 (4), 1155-1161 (2019).</li><li>Hobbs, G. 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=Redox+regulation+of+Rac1+by+thiol+oxidation.">Redox regulation of Rac1 by thiol oxidation.</a> Free Radical Biology and Medicine. 79, 237-250 (2015).</li><li>Zhang, 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=Mitochondrial+redox+sensing+by+the+kinase+ATM+maintains+cellular+antioxidant+capacity.">Mitochondrial redox sensing by the kinase ATM maintains cellular antioxidant capacity.</a> Science Signaling. 11 (538), (2018).</li><li>Hobbs, G. A., Zhou, B., Cox, A. D., Campbell, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rho+GTPases,+oxidation,+and+cell+redox+control.">Rho GTPases, oxidation, and cell redox control.</a> Small GTPases. 5, e28579 (2014).</li><li>Shiloh, Y., Ziv, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ATM+protein+kinase:+regulating+the+cellular+response+to+genotoxic+stress,+and+more.">The ATM protein kinase: regulating the cellular response to genotoxic stress, and more.</a> Nature Reviews: Molecular Cell Biology. 14 (4), 197-210 (2013).</li><li>Lang, 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=ATM-Mediated+Phosphorylation+of+Cortactin+Involved+in+Actin+Polymerization+Promotes+Breast+Cancer+Cells+Migration+and+Invasion.">ATM-Mediated Phosphorylation of Cortactin Involved in Actin Polymerization Promotes Breast Cancer Cells Migration and Invasion.</a> Cellular Physiology and Biochemistry. 51 (6), 2972-2988 (2018).</li><li>Peter, 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=Elevated+Cu/Zn-SOD+exacerbates+radiation+sensitivity+and+hematopoietic+abnormalities+of+Atm-deficient+mice.">Elevated Cu/Zn-SOD exacerbates radiation sensitivity and hematopoietic abnormalities of Atm-deficient mice.</a> European Molecular Biology Organization Journal. 20 (7), 1538-1546 (2001).</li><li>Takao, N., Li, Y., Yamamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protective+roles+for+ATM+in+cellular+response+to+oxidative+stress.">Protective roles for ATM in cellular response to oxidative stress.</a> Federation of European Biochemical Societies Letters. 472 (1), 133-136 (2000).</li><li>Jansen, S., Gosens, R., Wieland, T., Schmidt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paving+the+Rho+in+cancer+metastasis:+Rho+GTPases+and+beyond.">Paving the Rho in cancer metastasis: Rho GTPases and beyond.</a> Pharmacology &amp; Therapeutics. 183, 1-21 (2018).</li><li>Berrier, A. 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T., Burridge, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RhoA+inactivation+by+p190RhoGAP+regulates+cell+spreading+and+migration+by+promoting+membrane+protrusion+and+polarity.">RhoA inactivation by p190RhoGAP regulates cell spreading and migration by promoting membrane protrusion and polarity.</a> Molecular Biology of the Cell. 12 (9), 2711-2720 (2001).</li><li>Chandra, S., Kalaivani, R., Kumar, M., Srinivasan, N., Sarkar, D. 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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=Endogenous+RhoG+is+dispensable+for+integrin-mediated+cell+spreading+but+contributes+to+Rac-independent+migration.">Endogenous RhoG is dispensable for integrin-mediated cell spreading but contributes to Rac-independent migration.</a> Journal of Cell Science. 121 (Pt 12), 1981-1989 (2008).</li><li>Donaldson, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunofluorescence+Staining.">Immunofluorescence Staining.</a> Current Protocols in Cell Biology. 69 (43), 1-7 (2015).</li><li>Burry, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controls+for+immunocytochemistry:+an+update.">Controls for immunocytochemistry: an update.</a> Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 59 (1), 6-12 (2011).</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>Kumar, 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=Correction:+Talin+tension+sensor+reveals+novel+features+of+focal+adhesion+force+transmission+and+mechanosensitivity.">Correction: Talin tension sensor reveals novel features of focal adhesion force transmission and mechanosensitivity.</a> Journal of Cell Biology. 214 (2), 231 (2016).</li><li>Kumar, 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=Talin+tension+sensor+reveals+novel+features+of+focal+adhesion+force+transmission+and+mechanosensitivity.">Talin tension sensor reveals novel features of focal adhesion force transmission and mechanosensitivity.</a> Journal of Cell Biology. 213 (3), 371-383 (2016).</li><li>Friedrichs, J., Helenius, J., Muller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+cellular+adhesion+to+extracellular+matrix+components+by+single-cell+force+spectroscopy.">Quantifying cellular adhesion to extracellular matrix components by single-cell force spectroscopy.</a> Nature Protocols. 5 (7), 1353-1361 (2010).</li><li>Brown, M. 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=The+use+of+mild+trypsinization+conditions+in+the+detachment+of+endothelial+cells+to+promote+subsequent+endothelialization+on+synthetic+surfaces.">The use of mild trypsinization conditions in the detachment of endothelial cells to promote subsequent endothelialization on synthetic surfaces.</a> Biomaterials. 28 (27), 3928-3935 (2007).</li></ol>

Das hier beschriebene Protokoll ist eine vielseitige und wirtschaftliche Möglichkeit, eine Reihe von verankerungsabhängigen Zelltypen für die dynamische Zytoskelett-Remodellierung während der Zellstreuung schnell abzuschirmen. Insbesondere untersucht diese Methode quantitativ die Bildung von Spannungsfasern und fokalen Adhäsionwährend während des oxidativen Stresses, wenn Zellen an FN haften (Abbildung 1A). Darüber hinaus können diese zellulären Phänotypen eine regulatorische Roll...

Zellmatrix-Adhäsionen (d.h. fokale Verklebungen) sind große und dynamische multimolekulare Proteinkomplexe, die zelladisieren und sich ausbreiten. Diese Prozesse sind entscheidend für die Gewebeentwicklung, Wartung und physiologische Funktion. Fokale Adhäsionen bestehen aus membrangebundenen Rezeptoren, wie Integrinen, sowie Gerüstproteinen, die Cytoskelett-Aktin mit der extrazellulären Matrix (ECM)1verbinden. Diese Komplexe sind in der Lage, auf physiochemische Hinweise in der extrazellulären Umgebung durch die Aktivierung verschiedener Signaltransduktionswege zu reagieren. Als solche dienen fokale Verklebungen als Signalzentren, um extrazelluläre mechanische Hinweise in eine Reihe von zellulären Prozessen zu verbreiten, einschließlich gerichteter Migration, Zellzyklusregulation, Differenzierung und Überleben1,2. Eine Gruppe von Signalmolekülen, die regulieren und mit fokalen Adhäsionen interagieren gehören Mitglieder der Rho-Familie von kleinen GTPases. Rho GTPases sind Schlüsselproteine, die die Zellmigration und Haftdynamik durch ihre spezifische raumzeitliche Aktivierung regulieren3. Es überrascht nicht, dass die Dysregulation der Rho-Proteinfunktion in eine Reihe von menschlichen Pathologien wie Metastasierung, Angiogenese und andere involviert ist. Von besonderem Interesse, zelluläre Redox-Status spielt eine vorherrschende Rolle bei der Modulation der Zellmigration und Adhäsion. Veränderungen in der Redoxhomöostase, wie z. B. die Zunahme der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), wurden nachgewiesen, um die Rho-Proteinaktivität sowie die Adhäsion bei einer Reihe von Zelltypen und menschlichen Krankheiten zu regulieren4,5,6 ,7,8. Zum Beispiel haben Personen, die an der neurologischen Erkrankung Ataxia-Teangiektasien (A-T) leiden, die durch eine Mutation in der DNA-Schädigung verursacht wird, eine Serin-/Threoninkinase A-T-mutiert (ATM), ein erhöhtes Risiko für metastasierenden Krebs9, 10. Der Verlust der ATM-Kinase-Aktivität bei diesen Patienten und Zelllinien, entweder durch genetische Mutation oder chemische Hemmung, führt zu einem hohen Gehalt an oxidativem Stress aufgrund einer Dysfunktion des Pentosephosphatwegs7,11, 12. Darüber hinaus haben neuere Studien aus dem Labor eine pathophysiologische Rolle für ROS in A-T hervorgehoben, indem die Zytoskelettdynamik (d. h. Haftung und Ausbreitung) als direktes Ergebnis der Aktivierung von GTPases der Rho-Familie in vitro5verändertwurde. Letztlich können diese Veränderungen in der zytoskelettalen Dynamik, die durch die Aktivierung der Rho-Familie verursacht werden, zu dem erhöhten Risiko für metastasierenden Krebs führen, das bei A-T-Patienten5,13festgestellt wird. Daher kann das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Zell-Matrix-Wechselwirkungen während oxidativen Stresses Einblicke in die Regulation von Haftung und Ausbreitung liefern. Diese Studien können auch die Voraussetzungen für weitere Untersuchungen über eine mögliche Rolle der Rho-Familie GTPases in diesen Signalprozessen bereiten.
Beschrieben hierin ist ein Protokoll, um die frühe zelluläre Dynamik der Adhäsionsmontage zu studieren und sich während oxidativen Stresses zu verbreiten, der durch hemmung der ATM-Kinase-Aktivität verursacht wird. Dieser Test basiert auf dem gut charakterisierten Mechanismus der verankerungsabhängigen Zellen, der an dem ECM-Protein Fibronectin (FN) adhäsioniert ist. Wenn Zellen, die in Suspension gehalten werden, auf FN plattiert werden, koordinieren mehrere Rho GTPases die Steuerung des Aktin-Zytoskelett-Remodells3,14. Morphologische Veränderungen werden beobachtet, wenn sich Zellen von rundem und kreisförmigem Aussehen zu abgeflachten und erweiterten Veränderungen verschieben. Gleichzeitig mit diesen Beobachtungen ist die Entwicklung zahlreicher Matrixverklebungen mit dem ECM. Diese Veränderungen werden der biphasischen Aktivierung von RhoA mit Rac1 während der ersten Stunde zugeschrieben, da Zellen 15,16haften und verbreiten.
Eine Vielzahl von Methoden wurden verwendet, um Adhäsionmorphologie und Dynamik sowie Zellausbreitung zu untersuchen. Diese Methoden stützen sich jedoch auf ausgeklügelte langfristige, live-imaging totale interne Reflexionsfluoreszenz (TIRF) oder konfokale Mikroskopiesysteme. Daher müssen Benutzer Zugang zu spezialisierter Ausrüstung und Software haben. Darüber hinaus macht die für diese Bio-Imaging-Systeme erforderliche Einrichtungszeit die Erfassung früher Haftungsereignisse schwierig, insbesondere bei der gleichzeitigen Prüfung mehrerer Inhibitoren oder Behandlungsbedingungen.
Die hierin beschriebenen Methoden bieten eine einfache, wirtschaftliche und dennoch quantitative Möglichkeit, Parameter zu bewerten, die die Haftungsmontage und -verteilung in vitro steuern. Das Protokoll wird mit allgemein verfügbaren Laborgeräten wie einem Epifluoreszenzmikroskop und einer CCD-Kamera durchgeführt. Dieser Test beinhaltet die Anwendung von verankerungsabhängigen Zellen auf eine FN-beschichtete Oberfläche nach einer Periode oxidativer Belastung, die durch chemische Hemmung der ATM-Kinase-Aktivität verursacht wurde, die zuvor5nachgewiesen wurde. Nach der Beschichtung dürfen Zellen für bestimmte Zeiträume anhaften und haften. Nicht angeschlossene Zellen werden weggespült, während angehängte Zellen fixiert und mit fluoreszenzbasierten Antikörpern gegen Haftungsmarker (z. B. Paxillin) und Ausbreitung (z. B. F-Actin)2,5gekennzeichnet sind. Diese Proteine werden dann mit einem Epifluoreszenzmikroskop visualisiert und aufgezeichnet. Die anschließende Datenanalyse erfolgt mit frei verfügbarer Fidschi-Software. Darüber hinaus kann diese Methode angepasst werden, um die Haftdynamik unter einer Vielzahl von Bedingungen zu untersuchen, einschließlich verschiedener ECM-Proteine, der Behandlung mit verschiedenen Oxidationsmitteln/Zellkulturbedingungen oder einer Vielzahl von verankerungsabhängigen Zelllinien, um eine breite Palette von biologische Fragen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.05% Trypsin-EDTA (1x)</td>
			<td>Gibco by Life Technologies</td>
			<td>25300-054</td>
			<td>cell dissociation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 cm2 dishes</td>
			<td>Cell Treat</td>
			<td>229620</td>
			<td>sterile, tissue culture treated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL conical tubes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>05-539-5</td>
			<td>sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1X Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Corning Cellgro</td>
			<td>21-031-CV</td>
			<td>PBS, sterile, free of Mg2+ and Ca2+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well cell culture treated plates</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>07-200-740</td>
			<td>sterile, tissue culture treated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#176;C refrigerator</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse IgG anti-paxillin primary antibody (clone 165)</td>
			<td>BD Transduction Laboratories</td>
			<td>610620</td>
			<td>marker of focal adhesions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aspirator</td>
			<td>Argos</td>
			<td>EV310</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosafety cabinet</td>
			<td>Nuair</td>
			<td>NU-477-400</td>
			<td>Class II, Type A, series 5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Delipidated Bovine Serum Albumin (Fatty Acid Free) Powder</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP9704-100</td>
			<td>dlBSA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP231-100</td>
			<td>organic solvent to dissolve Ku55933</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Media, High Glucose</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>11965092</td>
			<td>REF52 base cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>16000044</td>
			<td>certified, cell culture medium supplement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiji</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>http://fiji.sc/</td>
			<td>image analysis program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter syringe</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>6900-2502</td>
			<td>0.2 &#181;M, sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass coverslips (12-Cir-1.5)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-545-81</td>
			<td>autoclave in foil to sterilize</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-mouse IgG secondary antibody Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11001</td>
			<td>fluorescent secondary antibody, light sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Serum</td>
			<td>Gibco by Life Technologies</td>
			<td>16210-064</td>
			<td>component of blocking solution for immunofluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-600-107</td>
			<td>for cell counting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Plasma Fibronectin</td>
			<td>Gibco by Life Technologies</td>
			<td>33016-015</td>
			<td>FN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IX73 Fluorescence Inverted Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>microscope to visualize fluorescence, cell morphology, counting and dissociation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ku55933</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SML1109-25MG</td>
			<td>ATM kinase inhibitor, inducer of reactive oxygen species</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>25-030-081</td>
			<td>cell culture medium supplement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monochrome CMOS 16 bit camera</td>
			<td>Optimos</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6148-500G</td>
			<td>PFA, fixative for immunofluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-streptomycin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>15-140-122</td>
			<td>P/S, antibiotic solution for culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 594 phalloidin (F-actin probe)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A12381</td>
			<td>marker of F-actin, light sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Gold Anti-fade reagent with DAPI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>P36941</td>
			<td>cover slip mounting media including nuclear dye DAPI, light sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>REF52 cells</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Graham, D.M. et. al. Journal of Cell Biology 2018</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir plate with heat control</td>
			<td>Corning Incorporated</td>
			<td>PC-420D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>309653</td>
			<td>60 mL syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture incubator</td>
			<td>Nuair</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP151-500</td>
			<td>detergent used to permeabilize cell membranes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue Solution</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>15-250-061</td>
			<td>for cell counting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin Neutralizing Solution (1x)</td>
			<td>Gibco by Life Technologies</td>
			<td>R-002-100</td>
			<td>TNS, neutralizes trypsin instead of fetal bovine serum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tube rotator</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>11-676-341</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>water bath</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FSGPD02</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

examining the dynamics of cellular adhesion and spreading of epithelial cells on fibronectin during oxidative stress

Die Adhäsion und Ausbreitung von Zellen auf die extrazelluläre Matrix (ECM) sind wesentliche zelluläre Prozesse während der Entwicklung des Organismus und für die Homöostase von erwachsenen Geweben. Interessanterweise kann oxidativer Stress diese Prozesse verändern und so zur Pathophysiologie von Krankheiten wie metastasierendem Krebs beitragen. Daher kann das Verständnis der Mechanismen, wie Zellen sich während Störungen im Redoxstatus an das ECM anheften und verbreiten, einen Einblick in Normal- und Krankheitszustände geben. Im Folgenden beschrieben ist ein stufenweisen Protokoll, das einen immunfluoreszenzbasierten Assay nutzt, um die Zelladhäsion und die Verbreitung von verewigten Fibroblastenzellen auf Fibronectin (FN) in vitro gezielt zu quantifizieren. Kurz gesagt, verankerungsabhängige Zellen werden in Suspension gehalten und dem ATM-Kinase-Inhibitor Ku55933 ausgesetzt, um oxidativen Stress zu induzieren. Die Zellen werden dann auf FN-beschichtete Oberfläche plattiert und dürfen für vorgegebene Zeiträume befestigt werden. Zellen, die noch angebracht sind, sind fixiert und mit fluoreszenzbasierten Antikörpermarkern der Adhäsion (z. B. Paxillin) und der Ausbreitung (z. B. F-Actin) gekennzeichnet. Die Datenerfassung und -analyse erfolgt mit allgemein verfügbaren Laborgeräten, einschließlich eines Epifluoreszenzmikroskops und einer frei verfügbaren Fidschi-Software. Dieses Verfahren ist sehr vielseitig und kann für eine Vielzahl von Zelllinien, ECM-Proteinen oder Inhibitoren modifiziert werden, um ein breites Spektrum biologischer Fragen zu untersuchen.

Ein allgemeines Schema des Versuchsaufbaus
Abbildung 1 stellt das allgemeine Schema für das Zellhaftungs- und Ausbreitungsprotokoll dar, das mit dem Serumhunger von REF52-Zellen beginnt und mit einer rechnerischen Analyse der erfassten Fluoreszenzbilder endet. Die wichtigsten Schritte im Protokoll sind in der Zeitleiste dargestellt. Bemerkenswert ist, dass Schritt 2 des Protokolls die Herstellung der FN-beschichteten Abdeckungen beschreibt, die gleichzeitig mit Sch...

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Examining the Dynamics of Cellular Adhesion and Spreading of Epithelial Cells on Fibronectin During Oxidative Stress

Diese Methode ist nützlich, um die frühe Dynamik der zellulären Adhäsion und die Ausbreitung von verankerungsabhängigen Zellen auf das Fibronectin zu quantifizieren. Darüber hinaus kann dieser Assay verwendet werden, um die Auswirkungen einer veränderten Redoxhomöostase auf die Zellausbreitung und/oder zellspezifische intrazelluläre Signalwege zu untersuchen.

Untersuchung der Dynamik der zellulären Adhäsion und Ausbreitung von Epithelzellen auf Fibronectin während oxidativen Stresses

The adhesion and spreading of cells onto the extracellular matrix (ECM) are essential cellular processes during organismal development and for the ...

Diese Methode wird es den Forschern ermöglichen, die frühe Dynamik der zellulären Adhäsion und Der Ausbreitung von verankerungsabhängigen Zellen auf das extrazelluläre Matrixprotein Fibronectin während des oxidativen Stresses zu quantifizieren. Diese Technik ist vielseitig und kann angepasst werden, um die Zytoskelettdynamik unter einer Vielzahl von Bedingungen zu untersuchen. Darüber hinaus werden Datenerfassung und -analyse mit gängigen Laborgeräten und frei verfügbarer Software durchgeführt.Das Verständnis der Mechanismen, wie Zellen sich während Veränderungen des Redoxstatus am ECM anheften und verbreiten, kann wertvolle Einblicke in Normal- und Krankheitszustände wie metastasierenden Krebs bieten. Diese Methode kann verwendet werden, um zellausbreitung und Adhäsion unter verschiedenen Zellkulturbedingungen, ankerabhängigen Zelllinien und/oxidanten zu untersuchen, um eine breite Palette von biologischen Fragen zu beantworten. Für diese Technik sind zahlreiche Reagenzien erforderlich.Daher ist es wichtig, dass alle Lösungen vor Beginn im Voraus getroffen werden. In einer BSL-II zertifizierten laminaren Durchflusshaube wurde eine gewebekulturzertifizierte 24-Well-Platte aufgestellt. Legen Sie einen Glasdeckel in jeden Brunnen.Beschriften Sie die Platte gemäß Abbildung 1B des Textprotokolls. Als nächstes Pipette 500 Mikroliter der Fibronectin-Lösung in jedem Brunnen. Pipette die Lösung über jede Abdeckungrutschen ein paar Mal, um eine gleichmäßige Beschichtung und vollständige Serbe zu gewährleisten.Bedecken Sie die Platte mit dem Deckel. Inkubieren Sie die Platte bei 37 Grad Celsius mit 5% Kohlendioxid für eine Stunde. Dann entfernen Sie die Platte aus dem Inkubator und aspirieren Sie die Fibronectin-Lösung aus den Brunnen.Waschen Sie die Brunnen dreimal mit 500 Mikroliter 1X PBS pro Wäsche. Aspirieren Sie die Endwäsche von 1X PBS, und blockieren Sie Brunnen mit 500 Mikrolitereiner einer 0,5% ablipidierten BSA-Lösung bei 37 Grad Celsius mit 5% Kohlendioxid für mindestens 15 Minuten. Zuerst die benötigten Lösungen in einem Wasserbad bei 37 Grad Celsius vorwärmen.In einer BSL-II-zertifizierten laminaren Durchflusshaube beginnen Sie mit einer konfluenten Monoschicht von REF52-Zellen in einer 10-Quadrat-Zentimeter-Schale und waschen Sie die Zellen zweimal mit sechs Millilitern warmer 1X PBS. Serum verhungern die Zellen für mindestens eine Stunde in sechs Milliliter warm ablipidierter BSA-Lösung. Als nächstes waschen Sie die Zellen mit sechs Millilitern erwärmten 1X PBS.Aspirieren Sie die PBS und fügen Sie 1,5 Milliliter warme 0,5%trypsin-EDTA Lösung. Inkubieren Sie die Zellen bei 37 Grad Celsius mit 5% Kohlendioxid für etwa zwei Minuten. Beobachten Sie die Zellen unter einem Lichtmikroskop, um sicherzustellen, dass die Ablösung abgeschlossen ist.Wenn die Zellen nach dem Tippen auf die Platte auf der Bankplatte noch haften, geben Sie sie für weitere zwei Minuten an den Inkubator zurück. Pipette 1,5 Milliliter warme Trypsin-Neutralisationslösung, TNS, auf die Schale, um die Trypsinisierung zu stoppen und freistehende Zellen zu sammeln. Pipette die Lösung nach oben und unten über den Boden der Platte mehrmals, um alle verbleibenden haftenden Zellen zu entfernen.Wenn die Zellen klumpig erscheinen, trituieren Sie die Zellsuspension weiter, indem Sie sanft über der Rückseite der Schale nach oben und unten pfeifen. Zählen Sie als Nächstes die Zellen mit Trypan-Blau-Ausschluss in einem automatisierten Zellenzähler. Entfernen Sie eine geeignete Menge an Zellen, um eine Zellsuspension mit einer Zelldichte zwischen 10.000 und 30 000 Zellen pro Milliliter in delipidiertem BSA in einer 15-Milliliter-Konikonröhre zu erstellen.Verwenden Sie einen Festwinkelrotor in einer Tischzentrifuge, um die Zellen fünf Minuten lang mit 300 mal g zu zentrieren. Aspirieren Sie den Überstand und setzen Sie das Zellpellet in sieben Milliliterwarm-delipidierter BSA-Lösung wieder auf. Dann teilen Sie die Zellaufhängung gleichmäßig in zwei 15-Milliliter-Konusröhren auf, eine für die Fahrzeug-allein-Steuerung und eine für Ku55933.Mit einem Rohrrotator drehen Sie die Rohre 90 bis 120 Minuten in einem Zellkultur-Inkubator bei 37 Grad Celsius. 30 Minuten vor der Beschichtung Ku55933 und DMSO zu jeder Röhre zu einer Endkonzentration von 10 Mikromolaren hinzufügen. Geben Sie die Zellsuspension für die verbleibende Zeit an den Rotator zurück.Unmittelbar vor der Beschichtung der Zellen, holen Sie die Platte aus dem Inkubator und aspirieren Sie die delipidierte BSA-Lösung. Danach 500 Mikroliter der Zellsuspension aus jeder Behandlungsgruppe entfernen und jeweils zu einem der fibronectinbeschichteten Abdeckungsscheine in der 24-Well-Platte hinzufügen. Setzen Sie die Inkubation der Platte und der Zellsuspension unter den vorherigen Bedingungen fort.Dann lassen Sie die Zellen auf dem Deckschein für die gewünschte Länge der Zeit haften. Nachdem die gewünschte Haftzeit verstrichen ist, die Zelllösung aus jedem Deckelinrutsch in der Platte aspirieren. 500 Mikroliter 3,7% Paraformaldehydlösung vorsichtig auf jeden Deckelschlupf geben, indem Sie die Seiten der Brunnen herunterpfeifen, und 10 bis 15 Minuten warten.Als nächstes entfernen Sie die Paraformaldehydlösung und waschen Sie jeden Deckelrutsch zweimal mit 1X PBS mit 500 Mikroliter PBS pro Wäsche. Aspirieren Sie die PBS und permeabilisierten Zellen auf jedem Deckelrutsch mit 500 Mikroliter 0,2%Triton X-100 und 1X PBS für 10 bis 15 Minuten bei Raumtemperatur. Dann waschen Sie jeden Deckelrutsch dreimal mit 1X PBS mit 500 Mikroliter PBS pro Wäsche.Blockieren Sie die Zellen auf jedem Coverslip mit 500 Mikroliter Immunfluoreszenz-Blockierungspuffer für 30 bis 60 Minuten. Verdünnen Sie den primären Anti-Paxillin-Antikörper im Blockierpuffer im Verhältnis eins zu 250. Mischen Sie gut und fügen Sie 200 Mikroliter der Antikörperlösung zu jedem Coverslip hinzu.Bei Raumtemperatur mindestens eine Stunde inkubieren. Danach die Antikörperlösung ansaugen und jeden Deckelrutsch mit 500 Mikroliter1X PBS 10 Minuten waschen. Schützen Sie die Proben von diesem Punkt aus vor Licht.Verdünnen Sie die Phalloidin F-Actin Sonde, die mit dem roten fluoreszierenden Alexa 594 Farbstoff und dem Ziegenanti-Maus-Sekundärantikörper 488 konjugiert ist, in derselben Blockierpufferlösung. Mischen Sie gut und fügen Sie 200 Mikroliter der Antikörperlösung zu jedem Coverslip für 30 Minuten hinzu. Die Antikörperlösung ansaugen und jeden Deckelschlupf mit 500 Mikroliter1X PBS 10 Minuten waschen.Das PBS ansaugen und die Abdeckung einmal mit 500 Mikroliter entionisiertem Wasser abspülen. Befestigen Sie dann die Abdeckungsrutschen auf Mikroskopschlitten mit Anti-Fade-Montagemedium, das DAPI enthält. Nach der Fixierung und Färbung mit einem Anti-Paxillin-Antikörper werden fluoreszierende 8-Bit-Graustufenbilder der REF52-Zellen erfasst.Nach Abschluss aller Bildverarbeitungsschritte sollten einzelne Fokusverklebungen prominent, im Fokus stehen und leicht voneinander zu unterscheiden sein. Graustufenfluoreszenzbilder von Anti-Paxillin und Phalloidin F-Actin-Sonde gefärbten Zellen werden dann nach der Plattiert auf Fibronectin genommen. Prominente Fokaladesionen und Stressfasern sollten in REF52-Zellen gut sichtbar sein, nachdem sie 20 bis 30 Minuten an Fibronectin haften dürfen.F-Actin angereicherte Rüschen an der Vorderkante der Zellmembranen sind mit einem Pfeil angezeigt. Ähnliche fluoreszierende Bilder von Phalloidin F-Actin-Sonde und Anti-Paxillin-Färbung werden für den Prozentsatz der Stressfasern bei der Zellausbreitung analysiert. Insbesondere verursacht die oxidationsmittelbehandelte Behandlung eine signifikante Zunahme der Stressfaserbildung an allen untersuchten Haftzeitpunkten und eine Abnahme der Zellausbreitung nach 15 Minuten Zelladhäsion zu Fibronectin.Die Beschichtung bei höheren Zelldichten führt zu zellulärer Überfüllung, die eine vollständige Ausbreitung der Zellen aufgrund der Überkonfluenz verbietet. Beachten Sie, dass die Zellkanten nicht von benachbarten Zellen zu unterscheiden sind. Dadurch ist die Quantifizierung einzelner Zellen ausgeschlossen und die Verteilung des Umfangs kann nicht genau bestimmt werden.Eine separate Zelllinie von mausembryonalen Fibroblasten werden in Suspension gehalten und dann 30 Minuten lang auf Fibronectin plattiert. Die Zellen wurden dann fixiert und mit einem Anti-Paxillin-Antikörper gefärbt. Beachten Sie die nicht fokussierten Zellen.Darüber hinaus wird die Kreuzreaktivität des Anti-Paxillin-Antikörpers mit zellulären Ablagerungen die Schwellen während der quantitativen Bildanalyse verändern und sollte nicht in die Analyse einbezogen werden. Verwenden Sie während der Bildverarbeitung das Suchwerkzeug in Fidschi, um das Bildhistogramm zu untersuchen und gleichzeitig die Helligkeit/den Kontrast anzupassen, um Fallstricke im Zusammenhang mit der Signalsättigung zu vermeiden. Änderungen der Haftung und Verbreitung können die Zellmigration beeinflussen.Methoden zur Verfolgung von Einzelzellmigration, Wundheilung oder Chemotaxis-Invasionstests können bestimmen, ob Veränderungen in der Migration auftreten. Rho Familie GTPases regulieren zelladisionendynamik durch ihre spezifische räumliche zeitliche Aktivierung. Phänotypische Veränderungen der Haftung und Ausbreitung während des oxidativen Stresses können auf nachgelagerte regulatorische Rollen für diese Proteine hindeuten.Diese Methode erfordert die Verwendung von BSL-II-Zelllinien und gefährlichen chemischen Reagenzien. Die Forscher benötigen eine Schulung zur chemischen und biologischen Sicherheit, die vom Umweltamt für Umweltsicherheit ihrer Institution festgelegt wird.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Protein Complex Affinity Capture from Cryomilled Mammalian Cells

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Affinity capture is an effective technique for isolating endogenous protein complexes for further study. When used in conjunction with an antibody, this ...

Forschung

Biochemie

Time-resolved ElectroSpray Ionization Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry for Studying Protein Structure and Dynamics

Zeitaufgelöste Elektrospray-Ionisations Wasserstoff-Deuterium-Austausch-Massenspektrometrie zur Struktur Protein Studium und Dynamik

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. ...

Purification of Biotinylated Cell Surface Proteins from Rhipicephalus microplus Epithelial Gut Cells

Purification of Biotinylated Cell Surface Proteins from Rhipicephalus microplus Epithelial Gut Cells

Reinigung von biotinylierten Zelloberflächenproteinen aus<em&gt; Rhipicephalus microplus</em&gt; Epithel-Darmzellen

Rhipicephalus microplus &#8211; the cattle tick &#8211; is the most significant ectoparasite in terms of economic impact on livestock as a vector of ...

A Simple Method for High Throughput Chemical Screening in Caenorhabditis Elegans

A Simple Method for High Throughput Chemical Screening in Caenorhabditis Elegans

Eine einfache Methode zur chemischen Hochdurchsatz-Screening in Caenorhabditis Elegans

Caenorhabditis elegans is a useful organism for testing chemical effects on physiology. Whole organism small molecule screens offer significant advantages ...

Evaluation of the Impact of Protein Aggregation on Cellular Oxidative Stress in Yeast

Bewertung der Auswirkungen der Proteinaggregation auf zellulären oxidativen Stress in der Hefe

Protein misfolding and aggregation into amyloid conformations have been related to the onset and progression of several neurodegenerative diseases. ...

Manipulating Living Cells to Construct Stable 3D Cellular Assembly Without Artificial Scaffold

Bearbeiten von lebenden Zellen, stabile zelluläre 3D-Baugruppe ohne künstlichen Gerüst zu bauen

Regenerative medicine and tissue engineering offer several advantages for the treatment of intractable diseases, and several studies have demonstrated the ...

Dissipative Microgravimetry to Study the Binding Dynamics of the Phospholipid Binding Protein Annexin A2 to Solid-supported Lipid Bilayers Using a Quartz Resonator

Dissipative Microgravimetry die Bindung Dynamik der Phospholipid-bindende Protein Annexin A2, solide unterstützt Lipid Bilayer mit einem Quarz-Resonator zu studieren

The dissipative quartz crystal microbalance technique is a simple and label-free approach to measure simultaneously the mass uptake and viscoelastic ...

Real-Time, Semi-Automated Fluorescent Measurement of the Airway Surface Liquid pH of Primary Human Airway Epithelial Cells

Real-Time, halbautomatisierte Fluoreszenzmessung der Luftbogenoberfläche Liquid pH der primären menschlichen Luftweg-Epithelzellen

In recent years, the importance of mucosal surface pH in the airways has been highlighted by its ability to regulate airway surface liquid (ASL) ...

Visualizing Surface T-Cell Receptor Dynamics Four-Dimensionally Using Lattice Light-Sheet Microscopy

Visualisierung der Oberflächen-T-Zell-Rezeptordynamik vierdimensional mit Lattice Light-Sheet-Mikroskopie

The signaling and function of a cell are dictated by the dynamic structures and interactions of its surface receptors. To truly understand the ...

Using an Extracellular Flux Analyzer to Measure Changes in Glycolysis and Oxidative Phosphorylation during Mouse Sperm Capacitation

Verwendung eines extrazellulären Flux-Analyzers zur Messung von Veränderungen in der Glykolyse und oxidativen Phosphorylierung während der Maus Sperma-Capacitation

Mammalian sperm acquire fertilization capacity in the female reproductive tract in a process known as capacitation. Capacitation-associated processes ...