Возмущение эндотелиальной биомеханики через Connexin 43 Структурные нарушения

Поле, которое относится к изучению влияния физических сил и механических свойств на клеточной и тканевой физиологии и патологии известен как механобиология¹. Несколько полезных методов, которые были использованы в механобиологии являются монослой нойелии стресс микроскопии и тяговой силы микроскопии. Микроскопия силы тяги позволяет вычислять tractions произведенных на интерфейсе клетк-субстрата, пока микроскопия усилия монослой позволяет вычислить межклеточных напряжений произведенных между смежными клетками внутри monolayer^{2 ,3,4,5,6}. Результаты, полученные из предыдущих методов, показали, что механические напряжения, полученные из клеток, играют решающую роль в определении судьбы множества клеточных процессов^3,4,5. Например, при воздействии внешней механической силы, группа клеток, мигрирующих как коллектив, может изменить свою морфологию и поляризовать свою форму, чтобы выровнять и мигрировать по направлению прикладной силы, частично генерируя тяги^{7, 8}. Tractions обеспечивают метрику, которая может быть использована для оценки сотрудничности клеток и рассчитывается с помощью микроскопии силы тяги (TFM). Микроскопия силы тяги (TFM) начинает с определением клеточных индуцированных деформаций субстрата последовано за вычислением поля тяги используя математически строгий, механик-основанный вычислительный подход. Так как способность вычислить тяги была вокруг в течение довольно продолжительного времени, исследователи использовали TFM, чтобы выявить влияние tractions на множество процессов, в том числе рак⁹, заживление ран¹⁰ и оценка инженерии сердечной ткань¹¹.

Внедрение ТФМ и МСМ вместе можно разделить на три основных шага, которые должны быть выполнены в следующем порядке: во-первых, определяются гидрогелевые деформации, производимые клетками; во-вторых, тяги восстанавливаются после деформаций гидрогеля; и в-третьих, для вычисления нормальных и сдвига межклеточных напряжений в рамках всего монослойа используется подход конечного элемента. Для вычисления смещений геля изображения флуоресценции с клетками сравнивались с эталонным изображением биса (без клеток) с помощью специально написанной целуются велоциметрии изображения частиц (PIV). Размер кросс-корреляционного окна и перекрытие для анализа PIV были выбраны в 32 х 32 пикселя и 0,5, соответственно. В это время пиксельные сдвиги были преобразованы в микроны путем умножения с коэффициентом преобразования пикселя к микрон (для нашего микроскопа этот коэффициент преобразования составляет 0,65) для получения перемещений в плоскости. Ошибки, связанные с игнорированием внеплановых перемещений, незначительны^12,13. После вычисления смещений геля, Есть два типа измерения тяги, которые могут быть использованы, ограниченные тяги и неограниченные тяги^8,14. Неограниченные тяги обеспечивают поле тяги для всего поля зрения (включая области с ячейками и без), в то время как ограниченные тяги обеспечивают поле тяги только для областей, которые включают ячейки^14. Затем межклеточные напряжения рассчитываются с помощью монослойной стрессовой микроскопии (МСМ), которая является продолжением микроскопии силы тяги. Внедрение МСМ основано на предположении, что локальные тяги, прилагаемые монослой ячеек на интерфейсе клеток-субстрата, должны быть сбалансированы механическими силами, передаваемыми между клетками на интерфейсе ячейки, как того требуют законы Ньютона^{7 ,12,13}. Ключевым предположением здесь является то, что монослой клетки можно рассматривать как тонкий эластичный лист, потому что распределение тяги в монослой еронет и баланс силы не зависит от свойств клеточного материала. Еще одно ключевое предположение состоит в том, что силы тяги уравновешиваются локальными межклеточными нагрузками в оптическом поле зрения (в пределах монослой) и влияние этого силового баланса минимально в дистальной области (вне монослой)¹³. Таким образом, пограничные условия, определяемые межклеточными нагрузками, смещениями или комбинацией обоих на монослойной границе, имеют решающее значение для выполнения МСМ^13. Принимая во внимание приведенную выше информацию, мы используем МСМ для выполнения конечного анализа элементов (FEM) для восстановления максимального основного стресса_{(максимума)}и минимального основного стресса_(min)путем вращения плоскости напряжения в каждой точке в монослой. Эти основные стрессы впоследствии используются для расчета 2D среднего нормального межклеточного стресса_(макс й_мин) /2» и 2D максимального сдвига межклеточного стресса_(макс –_мин) /2 » в пределах всего монослойного ^12,13. Эта процедура описана более подробно Tambe et al.^12,13

Монослойная микроскопия стресса (МСМ) позволяет рассчитать межклеточные напряжения клеток, образовавшиеся в пределах монослойной^6,7,8,12,13. Эти межклеточные стрессы были предложены, чтобы иметь важное значение для роста тканей и ремонта, заживление ран, и метастазировать рак^12,15,16,17. Кроме того, межклеточные стрессы были предложены также иметь важное значение в эндотелиальной миграции клеток и эндотелиальной функции^{барьера 17,18}. В то время как соединения клеток, такие как узкие соединения и адепты, как было предложено, чтобы играть важную роль в эндотелиальной межклеточной генерации стресса и передачи, роль разрыв соединений остается неуловимым. Разрыв ные соединения физически соединяют соседние клетки и обеспечивают путь для электрического тока и молекул (Злт;1 KDa), чтобы пройти между соседними клетками^19,20,21. Хотя эндотелиальные клетки выражают Cx37, Cx40, и Cx43 разрыв узлов^19,22, Cx43, возможно, наиболее важным с точки зрения прогрессирования заболевания²³. Доказательства важности Cx43 можно найти в том, что генетическое удаление Cx43 у мышей приводит к гипотонии²⁴ и оказывает неблагоприятное воздействие на ангиогенез²⁵. Кроме того, Cx43 был задокументирован, чтобы быть важным для миграции клеток и распространения и в прогрессировании атеросклероза^{18,22,23,24,25} .

В этом протоколе мы использовали TFM и MSM для исследования того, будет ли тяга и межклеточное напряжение в рамках слияния, эндотелиальный монослой будет влиять на нарушение эндотелиального разрыва соединения Cx43. Мы нарушили Cx43 с 2,5-dihydroxychalcone (халкон), молекула документально ингибировать Cx43 выражение²⁶. Chalcone был использован для того чтобы нарушить Cx43 вместо siRNA по мере того как chalcone было сообщено ранее Ли et al. для того чтобы нарушить выражение Cx43²⁶. Кроме того, мы были особенно заинтересованы в влиянии халкона на эндотелий, как было также сообщается, противовоспалительное и противо-тромбоцитов соединения, которые потенциально могут быть использованы для профилактики и лечения различных сосудистых патологии²⁶. Обработка chalcone была выполнена час после начала эксперимента, chalcone-обработанные monolayers были изображены на итог 6 часов, и обработка изображения была выполнена с custom-written кодом MATLAB для того чтобы обусловить tractions и затем межклеточные Напряжения. Наши результаты показали общее снижение тяги и межклеточных стрессов, предполагая, что Cx43 играет ключевую роль в эндотелиальной биомеханике.