Table Of ContentPP.. BBoonnggrraanndd PP.. MM.. CCllaaeessssoonn AA.. SS.. GG.. CCuurrttiiss ((EEddss..))
SSttuuddyyiinngg
CCeellll AAddhheessiioonn
WWiitthh 9955 FFiigguurreess
SSpprriinnggeerr--VVeerrllaagg
BBeerrlliinn HHeeiiddeellbbeerrgg GGmmbbHH
Professor Dr. PIERRE BONGRAND
Hopital de Sainte-Marguerite
Laboratoire d'Immunologie
INSERM0387
13277 Marseille Cedex 09
France
Dr. PER M. CLAESSON
The Surface Force Group
Department of Physical Chemistry
The Royal Institute of Technology
S-114 86 Stockholm
Sweden
Professor Dr. ADAM S. G. CURTIS
Department of CeH Biology
University of Glasgow
Glasgow G12 8QQ
Scotland, U.K.
ISBN 978-3-662-03010-3
Libarary of Congress Cataloging-in-Publication Data. Studying cell adhesion / P. Bongrand, P.M. Claesson,
A.S.G. Curtis, eds. p. cm. Inc1udes bibliographics references.
ISBN 978-3-662-03010-3 ISBN 978-3-662-03008-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-03008-0
1. Cell adhesion -Research -Methodology. 1. Bongrand, Pierre. II. Claesson, P.M. (Per M.)
III. Curtis, A.S.G. QH623.S78 1994 574.87'6-dc20 94-36098
This work is subject to copyright. Ali rights are reserved, whether the whole or part of the material is
concemed, specifically of translation, reprinting reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction
on microfilm or in any other way, and storage in data banks. Duplication of this publication or parts thereof is
permitted only under the provisions of the German Copyright Law of September 9, 1965, in its current
version, and permission for use must always be obtained from Springer-Verlag Berlin Heide1berg GmbH.
Violations are Iiable for prosecution under the German Copyright Law.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994
Originally published by Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York in 1994
The use of general descriptive names, registered names, trademarks, etc. in this publication does not imply,
even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relavant protective laws and
regulations and therefore free for general use.
Cover design: Struve & Partner, Heidelberg
Typesetting: Camera ready by author
39/3130-5432 10-Printed on acid-free paper
TTwwoo PPrreelliimmiinnaarryy RReemmaarrkkss
PP..GG.. ddee GGeennnneess
WWee kknnooww tthhaatt cceelllluullaarr aaddhheessiioonn ppllaayyss aann eesssseennttiiaall rroollee iinn ttiissssuuee bbuuiilldd uupp
aanndd ttiissssuuee ffuunnccttiioonn.. BBuutt iitt iiss hhaarrdd ttoo mmeeaassuurree.. IInnddeeeedd,, iitt iiss eevveenn hhaarrdd ttoo
ddeeffiinnee..
WWhheenn wwee jjooiinn ttwwoo ssoolliidd bblloocckkss vviiaa aa gglluuee,, oouurr ffiirrsstt ((nnaaiivvee)) mmooddee ooff
tthhiinnkkiinngg ffooccuusseess oonn tthhee ccrriittiiccaall ssttrreessss cor"cc rreeqquuiirreedd ttoo sseeppaarraattee tthheemm..
HHoowweevveerr,, tthhiiss iiss nnoott tthhee mmaatteerriiaall ppaarraammeetteerr ddeeffiinniinngg tthhee qquuaalliittyy ooff tthhee
gglluuee.. TThhee ttrruuee mmaatteerriiaall ppaarraammeetteerr iiss tthhee aaddhheessiioonn eenneerrggyy GG,, ii..ee.. tthhee
eenneerrggyy ppeerr uunniitt aarreeaa rreeqquuiirreedd ttoo sseeppaarraattee tthhee ttwwoo ppaarrttnneerrss.. OOff ccoouurrssee,, tthhee
ccrriittiiccaall ssttrreessss cor"cc iiss rreellaatteedd ttoo GG,, bbuutt iitt aallssoo ddeeppeennddss oonn tthhee tthhiicckknneessss WW ooff
tthhee gglluuee llaayyeerr :: cor"cc -- ((JJ...llGGI/WW))IlI/22,, wwhheerree JJ...ll iiss tthhee eellaassttiicc mmoodduulluuss ooff tthhee
gglluuee.. TThhuuss cor"cc iiss nnoott aa mmaatteerriiaall ppaarraammeetteerr..
CCeellll /I cceellll aaddhheessiioonn iiss aa ccaassee ooff bboonnddiinngg bbeettwweeeenn ssoofftt oobbjjeeccttss.. BBuutt,, hheerree
aallssoo,, iitt iiss nnoott wweellll eexxpprreesssseedd iinn tteerrmmss ooff aa sseeppaarraattiioonn ffoorrccee ;; iitt iiss ddeeffiinneedd
mmoorree ffuunnddaammeennttaallllyy bbyy aann aaddhheessiioonn eenneerrggyy GG.. DDeelliiccaattee
mmiiccrroommaanniippuullaattiioonnss oonn cceellll ppaaiirrss ssoommeettiimmeess aallllooww ttoo mmeeaassuurree GG ((sseeee ffoorr
iinnssttaannccee tthhee ppaappeerr bbyy EE.. EEvvaannss aanndd ccoowwoorrkkeerrss iinn tthhiiss bbooookk)).. FFiigguurree 11
sshhoowwss aannootthheerr ttyyppee ooff sseett uupp,, wwhhiicchh mmaayy ssoooonn bbeeccoommee aavvaaiillaabbllee :: hheerree,, aann
ooppttiiccaall ttwweeeezzeerr aalllloowwss oonnee ttoo ppuullll oouutt aa cceellll ffrroomm aa ccoonnttaacctt ssuurrffaaccee..
TThhee ppuulllliinngg ffoorrccee FF iinndduucceess aa tteennssiioonn ''tt iinn tthhee cceellll ::
FF == 22nn:rr''ttssiinn8e ((11))
aanndd tthhee ffoorrccee bbaallaannccee oonn tthhee ccoonnttaacctt lliinnee ggiivveess ::
==
GG ''tt((ll --ccooss 88)) ((22))
ee
KKnnoowwiinngg FF aanndd wwee sshhoouulldd,, iinn pprriinncciippllee,, bbee aabbllee ttoo mmeeaassuurree GG..
NNeeeeddlleessss ttoo ssaayy,, mmoosstt aaddhheessiioonn mmeeaassuurreemmeennttss oonn lliivviinngg cceellllss mmeeaassuurree
oonnllyy aa cceerrttaaiinn tthhrreesshhoolldd ffoorrccee,, ssiimmiillaarr ttoo tthhee FF ddeessccrriibbeedd aabboovvee.. AAnndd tthhiiss iiss
VVII PP.. GG.. ddee GGeennnneess
ssuuffffiicciieenntt ffoorr mmaannyy ppuurrppoosseess,, ee..gg.. iiff wwee wwaanntt ttoo ccllaassssiiffyy tthhee aaddhheessiioonn
pprrooppeerrttiieess ooff oonnee cceellll ttyyppee uunnddeerr ddiiffffeerreenntt eeffffeeccttoorrss.. TThhee pprreesseenntt bbooookk iiss
FFiigg..1l.. SSeeppaarraattiioonn ooff aa cceellll ffrroomm aa ccoonnttaacctt ssuurrffaaccee wwiitthh aann ooppttiiccaall ttwweeeezzeerr.. TThhee
ccaassee sshhoowwnn hheerree ccoorrrreessppoonnddss ttoo aa vveerryy ppeerrmmeeaabbllee cceellll,, wwiitthh aann aaddjjuussttaabbllee wwaatteerr
vvoolluummee..
mmaaiinnllyy ddeeddiiccaatteedd ttoo tthhiiss ttyyppee ooff mmeeaassuurreemmeennttss :: cceerrttaaiinn sseett uuppss,, aalllloowwiinngg
ffoorr aa ffaasstt ccoolllleeccttiioonn ooff ddaattaa,, aarree eexxttrreemmeellyy iinnggeenniioouuss..
FFoorr ffuuttuurree,, qquuaannttiittaattiivvee ssttuuddiieess,, tthhee ddeeffiinniittiioonn ooff aaddhheessiioonn iinn tteerrmmss ooff
tthhee eenneerrggyy GG wwiillll hhaavvee ttoo bbee kkeepptt iinn mmiinndd.. BBuutt aannootthheerr wwaarrnniinngg iiss aallssoo
eesssseennttiiaall.. WWhheenn wwee llooookk aatt cceerrttaaiinn ccllaassssiiccaall ppaatttteerrnnss ooff eemmbbrryyoollooggiiccaall
ddeevveellooppmmeenntt,, wwee aarree oofftteenn tteemmpptteedd ttoo rreellaattee tthheemm ttoo iinntteerrffaacciiaall eenneerrggiieess
((yy)) bbeettwweeeenn cceellllss.. IInnddeeeedd,, iinn cceerrttaaiinn rreeccoonnssttiittuuttiioonn eexxppeerriimmeennttss,, aa mmiixxttuurree
ooff ttwwoo cceellll ttyyppeess AA aanndd BB sseeggrreeggaatteess vveerryy mmuucchh lliikkee ttwwoo nnoonn ccoommppaattiibbllee
fflluuiiddss,, aanndd tthhiiss mmaayy ppoossssiibbllyy bbee rreellaatteedd ttoo tthhee ddiiffffeerreennccee
IItt mmuusstt bbee ssttrreesssseedd tthhaatt tthheerree iiss,, iinn ggeenneerraall,, nnoo ssiimmppllee rreellaattiioonn
bbeettwweeeenn tthhee aaddhheessiioonn eenneerrggyy GG aanndd tthhee iinntteerrffaacciiaall eenneerrggyy yy.. MMaannyy ffoorrmmss
ooff iirrrreevveerrssiibbllee ddiissssiippaattiioonn ccoonnttrriibbuuttee ttoo GG,, aanndd nnoott ttoo yy..
TTwwoo PPrreelliimmiinnaarryy RReemmaarrkkss VVIIII
AA ssiimmppllee eexxaammppllee ooff t thhiiss iiss aa ""ccoonnnneeccttoorr"" ((FFiigg.. 22)) ffiirrmmllyy bboouunndd aatt bbootthh
eennddss ttoo tthhee ccyyttoosskkeelleettoonn ooff t thhee ttwwoo ppaarrttnneerr cceellllss..
((BB))
Pp
NN--PP
((AA))
FFiigg..22.. AA ""ccoonnnneeccttoorr"" rreellaattiinngg cceellll AA ttoo cceellll BB..
TThhee ccoonnnneeccttoorr iiss mmaaddee uupp ooff oonnee rreeccooggnniittiioonn ssiittee CC pplluuss ttwwoo ssppaacceerrss..
TThhee ssppaacceerrss aarree aassssmmnneedd ttoo bbee mmoorree oorr lleessss lliinneeaarr ((nnoott gglloobbuullaarr)) :: tthheeyy aarree
ffoorrmmeedd ooff aa ttoottaall ooff N N rreeppeettiittiivvee uunniittss ((eeaacchh ooff t thheemm ccaann bbee eeiitthheerr fflleexxiibbllee
oorr rriiggidid :: tthhiiss iiss nnoott tthhee pprroobblleemm)).. WWhheenn tthhee ttwwoo ccoommpplleemmeennttaarryy ppiieecceess,,
eemmeerrggiinngg ffrroomm bbootthh cceellllss,, eessttaabblliisshh ccoonnttaacctt aatt ppooiinntt CC,, tthhiiss iimmpplliieess aa
cceerrttaaiinn bbiinnddiinngg eenneerrggyy UVbb.. TThhee eeqquuiilliibbrriiuumm iinntteerrffaacciiaall eenneerrggyy iiss yy == vv UVbb,,
wwhheerree vv iiss tthhee nnuummbbeerr ooff ccoonnnneeccttoorrss ppeerr uunniitt aarreeaa.. BBuutt tthhee aaddhheessiioonn
eenneerrggyy GG iiss mmuucchh llaarrggeerr ::
((33))
VVIIIIII PP.. GG.. ddee GGeennnneess
TThhiiss wwaass ffiirrsstt uunnddeerrssttoooodd,, iinn aa ddiiffffeerreenntt ccoonntteexxtt,, bbyy LLaakkee aanndd TThhoommaass..
TThhee ppooiinntt wwhhiicchh tthheeyy mmaaddee mmaayy bbee ssttaatteedd aass ffoolllloowwss :: wwhheenn II hhoolldd aann
eellaassttiicc rruubbbbeerr bbaanndd uunnddeerr tteennssiioonn,, iiff ssoommeebbooddyy ccoommeess wwiitthh aa ppaaiirr ooff
sscciissssoorrss aanndd ccuuttss iitt iinnttoo ttwwoo hhaallvveess,, tthhee ttwwoo hhaallvveess ssnnaapp bbaacckk oonn mmyy
hhaannddss,, aanndd tthhee eenneerrggyy wwhhiicchh II ((ppaaiinnffuullllyy)) eexxppeerriieennccee oonn mmyy hhaannddss iiss mmuucchh
llaarrggeerr tthhaann tthhee eenneerrggyy rreeqquuiirreedd ffoorr tthhee sscciissssoorrss ttoo cclliipp tthhee bbaanndd..
TThhuuss,, rreettuurrnniinngg ttoo tthhee vveerryy ffiirrsstt sseenntteennccee ooff tthhiiss ffoorreewwoorrdd,, ttiissssuuee bbuuiilldd
uupp mmaayy ((ssoommeettiimmeess)) bbee uunnddeerrssttoooodd iinn tteerrmmss ooff yy,, bbuutt ttiissssuuee aaddhheessiioonn iiss
ddeessccrriibbeedd bbyy GG,, aanndd tthhee ttwwoo tthhiinnggss aarree ddiissttiinncctt..
IItt iiss iimmppoorrttaanntt ttoo rreemmeemmbbeerr tthheessee ttwwoo ccaavveeaattss.. OOff ccoouurrssee,, tthhee
mmeeaassuurreemmeennttss oonn cceelllluullaarr aaddhheessiioonn wwhhiicchh aarree ccuurrrreennttllyy ppeerrffoorrmmeedd rreeqquuiirree
mmaannyy ootthheerr,, ddeelliiccaattee pprreeccaauuttiioonnss,, rreellaatteedd ttoo cceellll pprreeppaarraattiioonn,, ttoo tthhee
ppoossssiibbiilliittyy ooff ssppuurriioouuss ddaammaaggee dduurriinngg sseeppaarraattiioonn,, aanndd aallssoo ttoo tthhee iinnttrriinnssiicc
ccoommpplliiccaattiioonnss bbrroouugghhtt iinn bbyy ppoooorrllyy sshhaappeedd oobbjjeeccttss..
TThhee pprreesseenntt bbooookk iiss rreemmaarrkkaabbllyy wweellll ttuunneedd ttoo tthheessee pprroobblleemmss.. TThhee
eeddiittoorrss ccoommbbiinnee tthhrreeee ffoorrmmss ooff kknnoowwlleeddggee :: pphhyyssiiccoo--cchheemmiiccaall,, bbiioollooggiiccaall,,
mmeeddiiccaall.. TThhee ssppeeccttrruumm ooff aauutthhoorrss iiss wwiiddee,, bbuutt tthhee llaannggaaggee iiss ssiimmpplliiffiieedd,,
aanndd hhooppeeffuullllyy aacccceessssiibbllee ttoo aallll.. II aamm ccoonnvviinncceedd tthhaatt tthhiiss jjooiinntt pprroodduuccttiioonn
wwiillll hhaavvee lloonngg llaassttiinngg ssuucccceessss..
PP..GG..ddee GGeennnneess
MMaarrcchh 11999944
CCoonntteennttss
11.. IInnttrroodduuccttiioonn
AA.. SS.. GG.. CCuurrttiiss,, PP.. BBoonnggrraanndd aanndd PP.. MM.. CCllaaeessssoonn ...................................... 11
22.. TThhee SSuurrffaaccee FFoorrccee TTeecchhnniiqquuee::
IInntteerraaccttiioonnss BBeettwweeeenn SSuurrffaaccttaanntt BBiillaayyeerrss
aanndd BBeettwweeeenn PPrrootteeiinn LLaayyeerrss
PP.. MM.. OOaaeessssoonn.. .......................................................................................... 1155
33.. DDiirreecctt MMeeaassuurreemmeennttss ooff SSppeecciiffiicc LLiiggaanndd--RReecceeppttoorr IInntteerraaccttiioonnss
BBeettwweeeenn MMooddeell MMeemmbbrraannee SSuurrffaacceess
JJ.. IIssrraaeellaacchhvviillii,, DD.. LLeecckkbbaanndd,, FF--JJ.. SScchhmmiitttt,, JJ.. ZZaassaaddzziinnsskkii,,
SS.. WWaallkkeerr aanndd SS.. CChhiirruuvvoolluu.. .................................................................... 3377
44.. TThhee SSttuuddyy ooff BBiioommoolleeccuulleess oonn SSuurrffaacceess
UUssiinngg tthhee SSccaannnniinngg FFoorrccee MMiiccrroossccooppee
RR.. EErrllaannddssssoonn aanndd LL.. OOllssssoonn .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 5511
55.. SSuurrffaaccee FFoorrccee MMeeaassuurreemmeenntt TTeecchhnniiqquueess aanndd TThheeiirr AApppplliiccaattiioonn
ttoo tthhee IInntteerraaccttiioonn BBeettwweeeenn SSuurrffaaccttaanntt CCooaatteedd SSuurrffaacceess
JJ.. LL.. PPaarrkkeerr.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 6655
66.. MMeeaassuurreemmeenntt ooff tthhee SSttrreennggtthh ooff CCeellll--CCeellll aanndd CCeellll--SSuubbssttrraattuumm
AAddhheessiioonn wwiitthh SSiimmppllee MMeetthhooddss
AA.. MM.. BBeennoolliieell,, CC.. CCaappoo,, JJ.. LL.. MMeeggee aanndd PPiieerrrree BBoonnggrraanndd ...................... 8811
77.. MMeetthhoodd ttoo AAsssseessss tthhee SSttrreennggtthh ooff CCeellll--CCeellll AAddhheessiioonn
UUssiinngg aa MMooddiiffiieedd FFllooww CCyyttoommeetteerr
FF.. AAmmbbllaarrdd. . ................................................................................................ 9933
88.. AA QQuuaannttiittaattiivvee CCeellll AAddhheessiioonn AAssssaayy BBaasseedd
oonn DDiiffffeerreennttiiaall CCeennttrriiffuuggaattiioonn ooff BBoouunndd CCeellllss
PP..NNaaqquueett .................................................................................................. l 1l11l
XX CCoonntteennttss
99.. PPiiccooffoorrccee MMeetthhoodd ttoo PPrroobbee SSuubbmmiiccrroossccooppiicc AAccttiioonnss
iinn BBiioommeemmbbrraannee AAddhheessiioonn
EE.. EEvvaannss,, RR.. MMeerrkkeell,, KK.. RRiittcchhiiee,, SS.. TThhaa aanndd AA.. ZZiillkkeerr .......................... 112255
1100.. SSttuuddyy ooff CCeellll--CCeellll IInntteerraaccttiioonnss wwiitthh tthhee TTrraavveelllliinngg MMiiccrroottuubbee
HH.. LL.. GGoollddssmmiitthh ...................................................................................... 114411
1111.. AAnnaallyyssiiss ooff tthhee MMoottiioonn ooff CCeellllss DDrriivveenn AAlloonngg
aann AAddhheessiivvee SSuurrffaaccee bbyy aa LLaammiinnaarr SShheeaarr FFllooww
AA.. PPiieerrrreess,, 0O.. TTiissssoott aanndd PP.. BBoonnggrraanndd .................................................... 115577
1122.. TTeecchhnniiqquueess ffoorr SSttuuddyyiinngg BBlloooodd PPllaatteelleett AAddhheessiioonn
JJ.. JJ.. SSiixxmmaa aanndd PP.. GG.. ddee GGrroooott ................................................................ 117755
1133.. IInntteerrffeerreennccee RReefflleeccttiioonn MMiiccrroossccooppyy aanndd RReellaatteedd MMiiccrroossccooppiieess
aanndd CCeellll AAddhheessiioonn
AA.. SS.. GG.. CCuurrttiiss ........................................................................................ 118855
1144.. AAddvvaanncceess TToowwaarrddss tthhee MMeeaassuurreemmeenntt ooff CCeellll CCoonnttaaccttss
wwiitthh SSuurrffaacceess aatt NNeeaarr NNaannoommeetteerr VVeerrttiiccaall RReessoolluuttiioonn bbyy MMeeaannss
ooff TToottaall IInntteerrnnaall RReefflleeccttiioonn FFlluuoorreesscceennccee
DD.. GGiinnggeellll ................................................................................................ 119955
1155.. EElleeccttrroonn MMiiccrroossccooppiiccaall AAnnaallyyssiiss ooff CCeellll--CCeellll
aanndd CCeellll--SSuubbssttrraattee IInntteerraaccttiioonnss ::
UUssee ooffIlmmaaggee AAnnaallyyssiiss,, XX--RRaayy MMiiccrrooaannaallyyssiiss aanndd EEFF11EEMM
CC.. FFooaa,, MM.. SSoolleerr,, MM.. FFrraatteermnoo,, MM.. PPaasssseerreell,, JJ.. LL.. LLaavveerrggnnee,,
JJ.. MM.. MMaarrttiinn aanndd PP.. BBoonnggrraanndd .............................................................. 221199
GGlloossssaarryy ..................................................................................... .'..' .......... 224433
Description:Cell adhesion - the attachment of cells to any surface such as other cell membranes or tissues - is a complex process. In many physiological and pathological processes adhesion of a cell is the first critical step.A wide spectrum of the most powerful techniques currently available to study the basic
