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生きた骨芽細胞の細胞外マトリックス蛋白質のダイナミックイメージングによる細胞外マトリックスの集合と再編成に関する新たな知見を得た
New insights into extracellular matrix assembly and reorganization from dynamic imaging of extracellular matrix proteins in living osteoblasts.
PMID: 16537652 DOI: 10.1242/jcs.02830.
抄録
細胞外マトリックス（ECM）は、従来、細胞や組織を支える静的な足場と考えられてきた。しかし、最近の動的イメージング研究では、ECMの構成要素は非常に弾性があり、継続的な運動と変形を受けることが示唆されています。潜在性トランスフォーミング成長因子ベータ（TGFbeta）結合タンパク質-1（LTBP1）は、潜在性TGFbetaを結合し、その可用性と活性を調節するECM糖タンパク質である。LTBP1は、骨芽細胞の細胞外マトリックス中でフィブロネクチンと共配し、フィブロネクチンに依存している。LTBP1の集合機構やフィブロネクチンとの空間的・時間的相互作用をより深く理解するために、私たちは蛍光プローブを用いて、生きた骨芽細胞におけるLTBP1とフィブロネクチンの二重蛍光タイムラプスイメージングを行いました。タイムラプス動画では、細胞運動に伴う驚くほど大きなフィブリル変位と、時折、LTBP1やフィブロネクチンを含むフィブリルの破断が観察された。個々のフィブリルは3.5倍にも伸びたり、元の長さの4分の1にも縮んだりしていた。運動性細胞は、既存のフィブリルにマトリックス物質の「グロビュール」または「パケット」を加えることで、細胞外マトリックスの集合を積極的に媒介しているようであった。また、細胞は、ある場所から別の場所へマトリックス物質を移動させ、フィブリル間でフィブリル物質を交換することにより、細胞外マトリックスを積極的に再編成した。この細胞が媒介するマトリックスの再編成は、主に初期（初期）のマトリックスの組み立てとリモデリングに関連していたが、成熟した確立したECMはより安定であった。変位ベクトルマッピングは、同じ培養物内の異なるマトリックスフィブリルネットワークが細胞の動きに応じて異なる動的な動きを示すことを示し、フィブリルの動きが細胞の動きと相関していることを示した。これらのデータは、細胞が介在する新しい細胞外マトリックスの組み立てと再編成のメカニズムを示唆しており、組み立てプロセスにおける細胞運動の役割を強調している。
The extracellular matrix (ECM) has been traditionally viewed as a static scaffold that supports cells and tissues. However, recent dynamic imaging studies suggest that ECM components are highly elastic and undergo continual movement and deformation. Latent transforming growth factor beta (TGFbeta) binding protein-1 (LTBP1) is an ECM glycoprotein that binds latent TGFbeta and regulates its availability and activity. LTBP1 initially co-distributes with fibronectin in the extracellular matrix of osteoblasts, and depends on fibronectin for its assembly. To gain further insights into the mechanisms of assembly of LTBP1 and its spatial and temporal interactions with fibronectin, we have performed dual fluorescence time-lapse imaging of these two proteins in living osteoblasts using fluorescent probes. Time-lapse movies showed surprisingly large fibril displacements associated with cellular movement as well as occasional breaking of LTBP1 or fibronectin-containing fibrils. Individual fibrils stretched to as much as 3.5 times or contracted to as much as one fourth of their original length. Motile cells appeared to actively mediate extracellular matrix assembly by adding 'globules' or 'packets' of matrix material onto existing fibrils. They also actively reorganized the extracellular matrix by shunting matrix material from one location to another and exchanging fibrillar material between fibrils. This cell-mediated matrix reorganization was primarily associated with the assembly and remodeling of the initial (early) matrix, whereas mature, established ECM was more stable. Displacement vector mapping showed that different matrix fibrillar networks within the same cultures can show different dynamic motion in response to cell movement and showed that the motion of fibrils was correlated with cell motion. These data suggest novel cell-mediated mechanisms for assembly and reorganization of the extracellular matrix and highlight a role for cell motility in the assembly process.