בדיקה ישירה כוח למדידת מכני אינטגרציה בין הגרעין של שלד התא
Summary
ב פרוטוקול זה, אנו מתארים שיטה micropipette ישירות להחיל כוח מבוקר את הגרעין בתא החי. Assay הזה מאפשר חקירת תכונות מכניות הגרעין בתא חי, חסיד.
Abstract
התכונות המכאניות של הגרעין לקבוע את תגובתה מכני הכוחות שנוצר בתאים. מכיוון הגרעין מולקולרי רציפה עם שלד התא, שיטות נחוצים כדי לחקור את התנהגותו מכני בתאים חסיד. כאן, אנו נדון החללית כוח ישיר ( DFP) ככלי להפעיל כוח באופן ישיר הגרעין בתא חסיד חי. אנחנו לצרף micropipette צרים על פני השטח גרעיני עם השאיבה. Micropipette מתורגמת הרחק מהגרעין, הגורמת הגרעין לעוות ולתרגם. כאשר הכוח שחזור שווה כוח יניקה, הגרעין לניתוק ונרגע elastically. בגלל הלחץ היניקה הוא ידוע במדויק, הכוח על פני הגרעין ידוע. שיטה זו חשפה כי בקנה מידה ננו כוחות מספיקים לעוות ולתרגם את הגרעין בתאים חסיד, זיהה רכיבים cytoskeletal המאפשרים את הגרעין להתנגד כוחות. DFP ניתן לנתח התרומות של רכיבים הסלולר וגרעיני תכונות מכניות הגרעין בתאים חיים.
Introduction
פתולוגיות כגון סרטן כרוך שינויים גרעיני צורה, מבנה1,2, אשר באופן כללי מלוות של “ריכוך” של גרעין3,4. התנגדות גרעיני דפורמציה מכאנית בדרך כלל התאפיין החלת כוח מבודדים גרעינים5.
הגרעין בתאים מחובר מולקולרי שלד התא על ידי מקשר של Nucleoskeleton שלד התא (לינק) מורכב6,7,8,9. כתוצאה מכך, הגרעין מכנית משולב עם שלד התא ודרכו תא-תשתית הדבקויות, מטריצות. מכנית חיטוט הגרעין בתוך תאים חסיד יכול לספק תובנה זו אינטגרציה מכנית. שיטות לטפל גרעין תאים חיים כוללים micropipette שאיפה10,11,13,12,מיקרוסקופ כוח אטומי14. אנחנו לאחרונה תיאר בדיקה ישירה כוח ( DFP) שחל כוחות מכני ישירות על גרעין תא חסיד חי15.
כאן, אנחנו חלוקה לרמות נוהל באמצעות מערכת microinjection זמין בדרך כלל במתקנים מיקרוסקופ כדי להחיל כוח מכני ידוע, בקנה מידה ננו ישירות על גרעין תא חסיד. Femtotip (0.5 מיקרומטר קוטר micropipette tip) רכוב, המחוברים למערכת microinjection באמצעות צינור. הטיפ, מוצבים בזווית של 45 מעלות ביחס השטח של המנה תרבות, היא יורדת עד סמוך אל פני השטח גרעינית. הצינור ואז מנותק ולאחר שנפתח לאווירה, אשר יוצרת לחץ שאיבה שלילי על פני הגרעין, חותמות את הטיפ micropipette נגד פני השטח גרעינית. באמצעות תרגום של קצה micropipette, הגרעין מעוותים, בסופו של דבר (בהתאם לגודל הכוח חלה), מנותקת את micropipette. בחבורה הזאת מתרחשת כאשר הכוחות (התנגדות) שחזור, המופעל על ידי גרעין התא, שווה את כוח היניקה שהחיל את micropipette. הניתוח יכול להתבצע על ידי מדידת הפיזור של הגרעין, המתח אורך (משוואה 1), או המתח באזור (איור 1 א’).
Protocol
Representative Results
Discussion
מדידת השילוב מכני של הגרעין עם שלד התא היא אתגר עבור שיטות העדכנית ביותר, כמו השאיפה micropipette16, כי הם דורשים גם גרעינים בודדים (הגרעין איפה decoupled מ שלד התא) או הגרעינים מושעה תאים (היכן כוחות חוץ-תאית, כמו כוחות המתיחה, נעדרים). כוח הוחל את הגרעין על-ידי החלת זן biaxial תאים ו”היסטוריון<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי NIH R01 EB014869.
Materials
| FluoroDish | WPI | FD35 | |
| SYTO 59 | ThermoFisher Scientific | S11341 | |
| Femtotips | Eppendorf | 930000043 | |
| InjectMan NI2 | Eppendorf | NA | discontinued, current equivalent model: InjectMan 4 |
| FemtoJet | Eppendorf | NA | Current model FemtoJet 4i |
| Plan Fluor oil immersion 40x | Nikon | NA | |
| Apo TIRF oil immersion 60x | Nikon | NA | |
| Donor Bovine Serum (DBS) | ThermoFisher Scientific | 16030074 | NIH 3T3 serum |
| Dulbecco's Modification of Eagle's (DMEM) | Mediatech cellgro | MT10013CVRF | NIH 3T3 medium |
| Penicillin-Streptomycin | Mediatech | MT30004CIRF | NIH 3T3 medium supplement |
| Immersion Oil Type LDF Non-Fluorescing | Nikon | 77007 | Immersion oil for objective lens |
References
- Chow, K. H., Factor, R. E., Ullman, K. S. The nuclear envelope environment and its cancer connections. Nature Reviews Cancer. 12 (3), 196-209 (2012).
- Zink, D., Fischer, A. H., Nickerson, J. A. Nuclear structure in cancer cells. Nature Reviews Cancer. 4 (9), 677-687 (2004).
- Bank, E. M., Gruenbaum, Y. The nuclear lamina and heterochromatin: a complex relationship. Biochemical Society Transactions. 39 (6), 1705-1709 (2011).
- Lammerding, J., et al. Lamins A and C but not lamin B1 regulate nuclear mechanics. Journal of Biological Chemistry. 281 (35), 25768-25780 (2006).
- Dahl, K. N., Engler, A. J., Pajerowski, J. D., Discher, D. E. Power-law rheology of isolated nuclei with deformation mapping of nuclear substructures. Biophysical Journal. 89 (4), 2855-2864 (2005).
- Crisp, M., et al. Coupling of the nucleus and cytoplasm: role of the LINC complex. Journal of Cell Biology. 172 (1), 41-53 (2006).
- Sosa, B. A., Rothballer, A., Kutay, U., Schwartz, T. U. LINC complexes form by binding of three KASH peptides to domain interfaces of trimeric SUN proteins. Cell. 149 (5), 1035-1047 (2012).
- Tapley, E. C., Starr, D. A. Connecting the nucleus to the cytoskeleton by SUN-KASH bridges across the nuclear envelope. Current Opinion in Cell Biology. 25 (1), 57-62 (2013).
- Arsenovic, P. T., et al. Nesprin-2G, a Component of the Nuclear LINC Complex, Is Subject to Myosin-Dependent Tension. Biophysical Journal. 110 (1), 34-43 (2016).
- Rowat, A. C., Lammerding, J., Ipsen, J. H. Mechanical properties of the cell nucleus and the effect of emerin deficiency. Biophysical Journal. 91 (12), 4649-4664 (2006).
- Rowat, A. C., Foster, L. J., Nielsen, M. M., Weiss, M., Ipsen, J. H. Characterization of the elastic properties of the nuclear envelope. Journal of the Royal Society Interface. 2 (2), 63-69 (2005).
- Pagliara, S., et al. Auxetic nuclei in embryonic stem cells exiting pluripotency. Nature Materials. 13 (6), 638-644 (2014).
- Liu, H., et al. In situ mechanical characterization of the cell nucleus by atomic force microscopy. ACS Nanotechnology. 8 (4), 3821-3828 (2014).
- Krause, M., Te Riet, J., Wolf, K. Probing the compressibility of tumor cell nuclei by combined atomic force-confocal microscopy. Physical Biology. 10 (6), 065002 (2013).
- Neelam, S., et al. Direct force probe reveals the mechanics of nuclear homeostasis in the mammalian cell. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (18), 5720-5725 (2015).
- Pajerowski, J. D., Dahl, K. N., Zhong, F. L., Sammak, P. J., Discher, D. E. Physical plasticity of the nucleus in stem cell differentiation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (40), 15619-15624 (2007).
- Lammerding, J., et al. Lamin A/C deficiency causes defective nuclear mechanics and mechanotransduction. Journal of Clinical Investigation. 113 (3), 370-378 (2004).
- Chancellor, T. J., Lee, J., Thodeti, C. K., Lele, T. Actomyosin tension exerted on the nucleus through nesprin-1 connections influences endothelial cell adhesion, migration, and cyclic strain-induced reorientation. Biophysical Journal. 99 (1), 115-123 (2010).
- Neelam, S., Dickinson, R. B., Lele, T. P. New approaches for understanding the nuclear force balance in living, adherent cells. Methods. 94, 27-32 (2016).
