Actin-肌動蛋白是細胞骨架不可或缺的一個組成部分,其在很多基礎的細胞活動中扮演著非常重要的角色。尤其在細胞形態,遷移和研究細胞機制中,肌動蛋白都是一個非常理想的觀測蛋白。肌動蛋白是由小球狀的G-actin聚合成絲狀的F-actin動態交互變化構成的,從而參與了細胞活動中的各種細胞骨架的變化。通常研究活細胞中actin的活動用的是轉染actin-GFP蛋白的質粒,可以同時標記F-actin和G-actin,可以有效的反映出細胞骨架的相對活性,但是當值需要觀測F-actin的時候,使用actin-GFP會降低信噪比,難以專一捕捉F-actin的活動。更有研究顯示,使用actin-GFP會直接影響細胞遷移和細胞分裂中的肌動蛋白活性。 2015年英國的科研人員研究了幾種可以標記F-actin染料發現LifeAct是一種觀測F-actin非常理想的染料,其能特異性結合F-actin而不會影響肌動蛋白的活性,能夠很好的顯現出肌動蛋白的結構。LifeAct是一個17個氨基酸形成短肽,由于其很小,不會被哺乳動物細胞當作外來蛋白清除,從而使一個非常理想的F-actin標記物。文中,以人間充質干細胞(hMSCs, Human mesenchymal stem cells)為載體,研究LifeAct-GFP對比actin-GFP在觀測肌動蛋白中的應用。 (一)實驗材料 1) 細胞: hMSCs (STEMCELL Technologies,UK) 2) 試劑: LifeAct-TagGFP2 質粒 (ibidi, Germany) DMEM (Gibco) Actin-GFP Lipofetamine LTX Plus (Invitrogen) 4%多聚甲醛溶液 0.5%Triton X-100 3) 耗材:玻璃管(外徑1mm,內徑0.58mm) (二)實驗步驟 1、LifeAct-GFP和 actin-GFP轉染 l 使用未分化的hMSCs細胞轉染actin-GFP質粒。 l 無抗生素10%FBS低葡萄糖DMEM培養細胞30min到1h l 使用Lipofetamine LTX Plus轉染質粒,按照說明書將細胞在轉染培養基中培養6小時。 l 使用未分化的hMSCs細胞和,hMSCs細胞分化的永生化軟骨細胞系感染含LifeAct-TagGFP2的腺病毒。 2、固定細胞的肌動蛋白結構 使用Alexa Flour555-phalloidin標記F-actin l 單層細胞貼壁染色,是將已經用LifeAct-GFP和 actin-GFP轉染的細胞,用4%多聚甲醛固定10分鐘,再用0.5%Triton X-100通透5分鐘,再用Alexa Flour555-phalloidin染色20分鐘。 l 懸浮細胞染色,是將已經用LifeAct-GFP和 actin-GFP轉染的細胞消化為單細胞,再在懸浮液中直接用4%多聚甲醛固定10分鐘,再用0.5%Triton X-100通透5分鐘,再用Alexa Flour555-phalloidin染色20分鐘。 3、微管吸吮技術 l 將外徑1mm,內徑0.58mm玻璃管拉為內徑7-8μm的微管 l 使用注射泵維持微管內有0.76kPa的負壓 l 輕輕吸取細胞,每2秒采集一張圖片 l 細胞在微管負壓情況下會有不規則的突起,進入微管,能很好的觀測F-actin的活動。 (三)實驗結果 1、鬼筆環肽和LifeAct-GFP和 actin-GFP轉染共定位(圖一)
圖一:鬼筆環肽和LifeAct-GFP和 actin-GFP轉染共定位:A、E)貼壁細胞中,LifeAct-GFP和 Actin-GFP 在標記F-actin時都表現很好,但是在懸浮細胞中,C、G)雖然LifeAct-GFP和 Actin-GFP和鬼筆環肽都能共定位F-actin,但是actin-GFP在整個細胞中都有染色,因為其同時染G-actin沒有凸顯出F-actin。 2、微管吸吮技術使細胞發生形變,觀察F-actin活動(圖二)
圖二:微管吸吮技術造成細胞形變。A)LifeAct-GFP可以很好的追蹤F-actin,會根據細胞的形變,標記到細胞突起的外緣的骨架;B)使用Actin-GFP標記沒有特異性,不能看到細胞變形中邊緣的骨架。
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