蛍光発光-ブリルアンイメージングを用いた組織内生細胞の細胞内機械的特性のマッピング

Sci. Signal. 05 Jul 2016:
Vol. 9, Issue 435, pp. rs5
DOI: 10.1126/scisignal.aaf6326

Kareem Elsayad^1,*,†, Stephanie Werner^2,*,‡, Marçal Gallemí^2,§, Jixiang Kong², Edmundo R. Sánchez Guajardo¹, Lijuan Zhang¹, Yvon Jaillais³, Thomas Greb^2,¶, and Youssef Belkhadir^2,*,†

¹ Advanced Microscopy Facility, Vienna Biocenter Core Facilities, A-1030 Vienna, Austria.
² Gregor Mendel Institute, Austrian Academy of Sciences, Vienna Biocenter, A-1030 Vienna, Austria.
³ Laboratoire Reproduction et Développement des Plantes, Univ Lyon, ENS de Lyon, UCB Lyon 1, CNRS, INRA, F-69342 Lyon, France.

† Corresponding author. Email: kareem.elsayad@vbcf.ac.at (K.E.); youssef.belkhadir@gmi.oeaw.ac.at (Y.B.)

* These authors contributed equally to this work (joint first authors).

* Present address: Department of Forest Botany and Tree Physiology, University of Göttingen, 37077 Göttingen, Germany.

§ Present address: Institute of Science and Technology Austria, 3400 Klosterneuburg, Austria.

¶ Present address: Center for Organismal Studies, Heidelberg University, 69120 Heidelberg, Germany.

要約

細胞外マトリックス（ECM）は、多細胞生命出現の中心であり、その機械的特性は、生命維持に必要な細胞機能を制御する細胞内シグナル伝達経路により調節され、また、その経路に影響を及ぼす。しかしながら、生細胞での機械的特性の高空間分解能マッピングは、非常に困難である。従って、シグナル伝達経路が、生理学的信号を処理し、適切な機械的応答を生じる仕組みについてのわれわれの理解は限られている。われわれは、生きている生物においてサブミクロンスケールでの機械的特性と蛍光の平行全光測定法である、蛍光発光-ブリルアン散乱イメージング（FBi）を紹介する。われわれは、FBiを用いて、細胞の静水圧および細胞質の粘弾性の変化が植物ECMの機械的シグネチャーを調節することを示した。われわれはさらに、測定された植物ECMの「剛性」が、一方向性成長している胚軸細胞で対称的にパターン化することを立証した。最後に、光受容体変異をもつシロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）にこの手法を適用することにより、赤と遠赤色光信号が、ECMの粘弾性の不可欠な調節因子であることを明らかにした。われわれは、複雑なECMの粘弾性シグネチャーをマッピングすることにより、FBiを幅広い生物へ適用して細胞内シグナル伝達経路の機械的出力を測定する原理を示す。このように、われわれの仕事は機械シグナル伝達経路や発生生物学の研究に意味をもつ。

Citation: K. Elsayad, S. Werner, M. Gallemí, J. Kong, E. R. Sánchez Guajardo, L. Zhang, Y. Jaillais, T. Greb, Y. Belkhadir, Mapping the subcellular mechanical properties of live cells in tissues with fluorescence emission-Brillouin imaging. Sci. Signal. 9, rs5 (2016).