Correlation of cellular traction forces and dissociation kinetics of adhesive protein zyxin revealed by multi-parametric live cell microscopy
Creators
- 1. University of Buenos Aires
- 2. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 3. Institute of Astronomy and Space Physics
- 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 5. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas
Description
Cells exert traction forces on the extracellular matrix to which they are adhered through the formation of focal adhesions. Spatial-temporal regulation of traction forces is crucial in cell adhesion, migration, cellular division, and remodeling of the extracellular matrix. By cultivating cells on polyacrylamide hydrogels of different stiffness we were able to investigate the effects of substrate stiffness on the generation of cellular traction forces by Traction Force Microscopy (TFM), and characterize the molecular dynamics of the focal adhesion protein zyxin by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) and Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP). As the rigidity of the substrate increases, we observed an increment of both, cellular traction generation and zyxin residence time at the focal adhesions, while its diffusion would not be altered. Moreover, we found a positive correlation between the traction forces exerted by cells and the residence time of zyxin at the substrate elasticities studied. We found that this correlation persists at the subcellular level, even if there is no variation in substrate stiffness, revealing that focal adhesions that exert greater traction present longer residence time for zyxin, i.e., zyxin protein has less probability to dissociate from the focal adhesion.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تمارس الخلايا قوى جر على المصفوفة خارج الخلية التي تلتصق بها من خلال تكوين التصاقات بؤرية. يعد التنظيم المكاني والزماني لقوى الجر أمرًا بالغ الأهمية في التصاق الخلية والهجرة والانقسام الخلوي وإعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلية. من خلال زراعة الخلايا على الهلاميات المائية من البولي أكريلاميد ذات الصلابة المختلفة، تمكنا من التحقيق في آثار صلابة الركيزة على توليد قوى الجر الخلوية بواسطة الفحص المجهري لقوة الجر (TFM)، وتمييز الديناميكيات الجزيئية لبروتين الالتصاق البؤري زيكسين بواسطة التحليل الطيفي لارتباط التألق (FCS) واسترداد التألق بعد التبييض الضوئي (FRAP). مع زيادة صلابة الركيزة، لاحظنا زيادة في كل من توليد الجر الخلوي وزمن بقاء الزيكسين عند الالتصاقات البؤرية، في حين أن انتشاره لن يتغير. علاوة على ذلك، وجدنا علاقة إيجابية بين قوى الجر التي تمارسها الخلايا ووقت بقاء الزيكسين في مرونة الركيزة التي تمت دراستها. وجدنا أن هذا الارتباط يستمر على المستوى تحت الخلوي، حتى لو لم يكن هناك تباين في صلابة الركيزة، مما يكشف عن أن الالتصاقات البؤرية التي تمارس جرًا أكبر تقدم وقت بقاء أطول للزايكسين، أي أن بروتين الزيكسين لديه احتمال أقل للانفصال عن الالتصاق البؤري.Translated Description (French)
Les cellules exercent des forces de traction sur la matrice extracellulaire à laquelle elles adhèrent par la formation d'adhérences focales. La régulation spatio-temporelle des forces de traction est cruciale pour l'adhésion cellulaire, la migration, la division cellulaire et le remodelage de la matrice extracellulaire. En cultivant des cellules sur des hydrogels de polyacrylamide de rigidité différente, nous avons pu étudier les effets de la rigidité du substrat sur la génération de forces de traction cellulaires par microscopie à force de traction (TFM), et caractériser la dynamique moléculaire de la protéine d'adhésion focale zyxine par spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS) et récupération de fluorescence après photoblanchiment (FRAP). Au fur et à mesure que la rigidité du substrat augmente, nous avons observé une augmentation à la fois de la génération de traction cellulaire et du temps de séjour de la zyxine aux adhérences focales, alors que sa diffusion ne serait pas altérée. De plus, nous avons trouvé une corrélation positive entre les forces de traction exercées par les cellules et le temps de séjour de la zyxine aux élasticités du substrat étudiées. Nous avons constaté que cette corrélation persiste au niveau subcellulaire, même s'il n'y a pas de variation dans la rigidité du substrat, révélant que les adhérences focales qui exercent une plus grande traction présentent un temps de résidence plus long pour la zyxine, c'est-à-dire que la protéine zyxine a moins de probabilité de se dissocier de l'adhérence focale.Translated Description (Spanish)
Las células ejercen fuerzas de tracción sobre la matriz extracelular a la que se adhieren a través de la formación de adherencias focales. La regulación espacio-temporal de las fuerzas de tracción es crucial en la adhesión celular, la migración, la división celular y la remodelación de la matriz extracelular. Al cultivar células en hidrogeles de poliacrilamida de diferente rigidez, pudimos investigar los efectos de la rigidez del sustrato en la generación de fuerzas de tracción celular mediante microscopía de fuerza de tracción (TFM) y caracterizar la dinámica molecular de la proteína de adhesión focal zixina mediante espectroscopía de correlación de fluorescencia (FCS) y recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP). A medida que aumenta la rigidez del sustrato, observamos un incremento tanto de la generación de tracción celular como del tiempo de residencia de la zixina en las adherencias focales, mientras que su difusión no se vería alterada. Además, encontramos una correlación positiva entre las fuerzas de tracción ejercidas por las células y el tiempo de residencia de la zixina en las elasticidades del sustrato estudiadas. Encontramos que esta correlación persiste a nivel subcelular, incluso si no hay variación en la rigidez del sustrato, lo que revela que las adhesiones focales que ejercen una mayor tracción presentan un mayor tiempo de residencia para la zixina, es decir, la proteína zixina tiene menos probabilidad de disociarse de la adhesión focal.Files
journal.pone.0251411&type=printable.pdf
Files
(2.4 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:d6cc45578f416a876fe161858f7a746a
|
2.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ارتباط قوى الجر الخلوية وحركيات التفكك للبروتين اللاصق zyxin التي كشف عنها المجهر متعدد المعايير للخلايا الحية
- Translated title (French)
- Corrélation des forces de traction cellulaires et de la cinétique de dissociation de la protéine adhésive zyxine révélée par microscopie multiparamétrique à cellules vivantes
- Translated title (Spanish)
- Correlación de las fuerzas de tracción celular y la cinética de disociación de la proteína adhesiva zixina revelada por microscopía multiparamétrica de células vivas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3161321544
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0251411
References
- https://openalex.org/W1964793873
- https://openalex.org/W1965933207
- https://openalex.org/W1982957540
- https://openalex.org/W1989095124
- https://openalex.org/W1993006648
- https://openalex.org/W1996757213
- https://openalex.org/W2009511046
- https://openalex.org/W2010227280
- https://openalex.org/W2029561530
- https://openalex.org/W2041033836
- https://openalex.org/W2042936107
- https://openalex.org/W2051504714
- https://openalex.org/W2063802789
- https://openalex.org/W2074572112
- https://openalex.org/W2079508597
- https://openalex.org/W2081910439
- https://openalex.org/W2085767196
- https://openalex.org/W2089191944
- https://openalex.org/W2097539516
- https://openalex.org/W2097697809
- https://openalex.org/W2107406411
- https://openalex.org/W2110148884
- https://openalex.org/W2129314813
- https://openalex.org/W2135165925
- https://openalex.org/W2142219685
- https://openalex.org/W2147924290
- https://openalex.org/W2149667112
- https://openalex.org/W2165381688
- https://openalex.org/W2166052672
- https://openalex.org/W2167279371
- https://openalex.org/W2171484340
- https://openalex.org/W2611640387
- https://openalex.org/W2809498605
- https://openalex.org/W2949673162
- https://openalex.org/W413440677
- https://openalex.org/W4200500639
- https://openalex.org/W4240274314