细胞生物学方法 第143卷 细胞外基质生物学方法——Methods in Extracellular Matrix Biology
作者：Robert P. Mecham
出版：Zoe Kruze
索书号：Q2/M592/2018/V.143/Y
ISBN: 978-0-12-812297-6
藏书地点： 武大外教中心
细胞微环境对细胞功能因子有显著的影响。很大程度上，这种微环境由构成细胞外基质(ECM)的大量聚合蛋白和糖蛋白组成。随着时间的推移，ECM已经进化到与日益复杂的生物体的组织功能相一致。除了作为几乎所有生物体的结构支架外，ECM还通过与膜相关受体(如整合素)相互作用或调节基质结合生物化学信号(如FGF、VEGF)的生物利用度来影响细胞分化、增殖和运动。ECM在提供和传递机械刺激方面也很重要，这些机械刺激会影响细胞的活力，并赋予组织特定的物理特性(如拓扑硬度和孔隙度)，从而决定细胞的命运。
本卷书的重点是组织和细胞中的可视化、净化和特征化ECM的方法。前四章描述了用于在光和超微结构水平上成像ECM的细胞技术。第一章详细描述了用电子显微镜评价ECM的方法，并提供了一个固定和染色方法的概要，这将为任何对ECM的超微结构分析感兴趣的人提供一个重要的资源。接下来的一章描述了一种在活生物体中对ECM蛋白进行贮藏的方法。利用直接注射到组织中的标记抗体，该方法可以可视化ECM支架的结构特征和原位分布图谱。活体组织成像的另一种技术是多光子成像显微镜，第3章描述了一种集成的方法来实现多谐和双光子激发成像的不同，以确定小鼠主动脉的微结构。由于能够在没有固定物或化学染色的情况下观察生物化学样品，因此多谐成像显微镜非常适合研究富含胶原和弹性组织的ECM组织。基质重塑是组织生长的重要组成部分，但是出错时也可能导致疾病。第四章阐述了利用光学和电子显微镜分析ECM定位和降解的方法，以及利用体外侵袭和酶谱分析，这些方法与疾病中的基质降解特别相关。
第5章描述了从培养细胞中去除细胞材料的过程，从而产生完整的、天然的、细胞组装的ECM。在过去的几年里，大家对细胞外环境和细胞命运决定之间的重要关系的理解已经有了显著的增长。事实上，许多发育时钟和感应信号已经定位到ECM组件。探索ECM如何影响细胞表型的一种方法是将培养的细胞暴露于脱细胞的ECM中。通过使用细胞培养系统提供一个自然的ECM，脱细胞化允许通过引入选择的蛋白质和可溶性因子进行高度定制。
胶原蛋白和弹性蛋白的成熟依赖于共价交联形成过程中催化的赖氨酸衍生的赖氨酸氧化酶。这些交联对于这些蛋白质的功能以及对ECM的寿命和有限的溶解度起着重要的作用。第六章描述了胶原蛋白和弹性蛋白中的主要交联，并提供了分离和表征它们的技术。交联分析提供了重要的洞察胶原纤维组装的质量以及组织完整性。交联也可用于定量组织中的弹性蛋白和胶原蛋白。组织中的弹性蛋白和胶原蛋白。第七章概述了一种免疫测定弹力蛋白中主要交联物间丝蛋白的方法，该方法可用于评估组织中成熟不溶性弹力蛋白的水平。结合胶原蛋白羟脯氨酸测定法和总蛋白茚三酮测定法，可以在单个样本中获得相对于总蛋白的弹性蛋白和胶原蛋白水平的准确评估。众所周知，在弹性蛋白骨胶原中产生交联的酶赖氨酸氧化酶很难分离和表征。然而，它在组织和细胞中的活性可以直接用过氧化物酶或Red法测定，该方法在第8章中有描述。
接下来的六章重点介绍ECM的单个结构蛋白成分，包括纤维连接蛋白、胶原蛋白、薄层蛋白、类连接蛋白、纤颤蛋白和纤维蛋白。血浆纤连蛋白是肝内合成的一种糖蛋白，以可溶性形式循环。第二种形式的纤维连接蛋白在组织中局部分解，虽然纤维连接蛋白不被认为是一种结构基质蛋白，但它在许多ECM蛋白的沉积过程中发挥着关键的协调作用，包括胶原蛋白、纤维蛋白林和纤维蛋白等。第9章描述了两种微平板分析方法，它们可以定量细胞在单层培养中对纤维连接素的组装，这些分析方法应该能够适用于大多数粘附细胞类型，并可作为设计其他ECM分子组装方法的范例。
所有的胶原家族成员都是α链的三聚体，共同具有一个三重腹主膜。纤维形成的胶原(I型、II型、III型、V型、XI型、XXIV型和XXVI型)被合成并分泌为原胶原，I型、II型和III型是脊椎动物体内最丰富的蛋白质，它们作为结构元素为组织提供力量。胶原蛋白也是基底膜的重要组成部分，IV型胶原蛋白是基底膜的主要结构元素，与纤溶纤维胶原蛋白形成对比的是，IV型胶原蛋白是一个紧密编织的网状结构，类似于鸡的丝状结构。这种胶原可从六种不同的α链中选择形成三螺旋聚合物。第10章描述了IV型胶原结构域的纯化、表达和分析方法。细胞通过层粘连蛋白分子与基底膜中的IV型胶原相互作用。椎板蛋白是B、r多肽的三聚体，聚在一起形成一个T形或交叉形的分子，分别有两个或三个短臂和一个长臂。第11章概述了目前组织和培养细胞中薄层蛋白的纯化和鉴定技术，以及检测薄层蛋白细胞黏附或黏附活性的方法。
在脊椎动物中，除了原纤维胶原外，弹性纤维是第二丰富的ECM结构。最高浓度存在反复拉伸（如血管，肺），以及较小程度的拉伸（如皮肤）组织中。弹性纤维是由蛋白弹性蛋白(第12章)和微纤丝耦合而成的多组分结构，微纤丝由纤维蛋白林(第13章)和各种微纤丝相关蛋白(第14章)组成。由于弹性蛋白本身的不溶性，使用弹性纤维是很困难的。而微纤原纤维成分是不溶性的，它们从组织中提取需要变性和还原剂。
蛋白聚糖是一种富含碳水化合物的ECM组分。蛋白增强蛋白的一个显著特征是它们的可变性，这是由碳水化合物含量和寡聚体结构的差异引起的。接下来的四章描述了蛋白聚糖的纯化和表征技术，这些蛋白聚糖构成了四个主要的功能分类：维桑蛋白聚糖和大蛋白聚糖(第15章);富含亮氨酸的小蛋白聚糖(第16章);透明质酸(第17章);而多配体聚糖(第18章)是一类跨膜蛋白聚糖，在由外向内的信号中起着重要作用。
最后一章强调蛋白质是ECM功能的重要修饰物，但并不直接影响ECM的结构完整性。这些“母细胞”蛋白包括SPARC(第19章)、血小板反应蛋白(第20章)、肌腱蛋白(第21章和第22章)、母细胞蛋白(第23章)，以及其他符合结合ECM和调节细胞行为功能定义的蛋白，因为母细胞的定义是功能性的而不是结构性的，包括在母细胞家族中的ECM成分也有待解释。
综上而言，本卷的目的是提供一个工具的详细大纲，可用来解剖和了解ECM生物聚合物的功能复杂性。虽然仍然需要使用生物化学来描述单个基质成分，但要充分理解ECM需要细胞生物学的基础知识。事实上，所有动植物生物学的领域在某种程度上都与ECM问题有关。希望本卷书将有助于提供工具，以回答重要的问题，从而更好地了解组成部分。
最后，鉴于此书结构清晰，内容丰富细致，举例详尽，图文结合的特点，以及具有工具书的特性，在细胞生物学方法系列丛书里算得上是一本值得推荐的专业书籍，故此推荐从事分子生物学、生命科学和细胞生物学等相关方面的研究人员，学生和学者参看。
本书目录
贡献者
前言
第一章
细胞外基质的超微结构分析
第二章
活体组织抗体注射: 肢体芽和其他组织中的一种新成像方法ECM
Donald A. Fowler,
Michael B. Filla, Charles D. Little, Brenda J. Rongish, Hans C.E. Larsson
第三章
细胞外基质蛋白的非线性光学成像
Chien-Cheng Shih, Dennis M. Oakley, Matthew S. Joens,
Robyn A. Roth, James A.J. Fitzpatrick
第四章
可视化方法以及细胞外基质蛋白结构和降解的分析
Annemarie K. Leonard,
Elizabeth A. Loughran, Yuliya
Klymenko, Yueying Liu, ... M. Sharon Stack
第五章
细胞来源的脱细胞细胞外基质
Greg M. Harris, Irene Raitman, Jean E. Schwarzbauer
第六章
胶原蛋白和弹性蛋白交联分析
Mitsuo Yamauchi, Yuki Taga, Shunji Hattori, Masashi Shiiba,
Masahiko Terajima
第七章
组织中弹性蛋白、胶原蛋白和总蛋白水平的测量
Ivan Stoilov,
Barry C. Starcher, Robert P. Mecham,
Thomas J. Broekelmann
第八章
测定小组织样本和细胞培养物的赖氨酰氧化酶活性
Philip C. Trackman,
Manish V. Bais
第九章
血浆和细胞纤维连接素组装量的微效价测定
Bianca R. Tomasini-Johansson, Deane F. Mosher
第十章
基底膜胶原IV:功能域的分离
Sergei P. Boudko, Neonila Danylevych, Billy G. Hudson, Vadim
K. Pedchenko
第十一章 层粘连蛋白的分离和分析
Monique Aumailley
第十二章 弹性蛋白的纯化和溶解
Carmen M. Halabi, Robert P. Mecham
第十三章 纤颤蛋白
Heena Kumra, Dieter P. Reinhardt
第十四章 重组纤维蛋白在哺乳动物细胞中的表达和纯化
Katsuhiro Hanada, Takako Sasaki
第十五章 多功能蛋白聚糖的生物化学和免疫组织化学
Stephen P. Evanko, Christina K. Chan, Pamela Y. Johnson, Charles W. Frevert, Thomas N. Wight
第十六章 骨中富含亮氨酸的小蛋白聚糖的分离、产生和分析
David J. Kirby, Marian
F. Young
第十七章 使用简化的荧光团辅助碳水化合物电泳(FACE)程序定量透明质酸(HA)
Ronald J. Midura, Valbona Cali, Mark E.
Lauer, Anthony Calabro, Vincent C. Hascall
第十八章 多配体聚糖的分离和功能分析
Pyong Woo Park
第十九章 重组人SPARC的生产和纯化
Gail Workman, Amy D.
Bradshaw
第二十章 血小板反应蛋白:血小板反应蛋白1的纯化
John M. Sipes, Joanne E. Murphy-Ullrich, David D. Roberts
第二十一章 如何检测和纯化肌腱蛋白c
Sean P. Giblin, Devadarssen Murdamoothoo, Claire Deligne, Anja Schwenzer, ... Kim S. Midwood
第二十二章 研究肌腱蛋白c的细胞型特异性功能
Devadarssen Murdamoothoo, Anja
Schwenzer, Jessica Kant, Tristan Rupp,
... Gertraud Orend
第二十三章 母系
Mats Paulsson,
Raimund Wagener
索引