Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

一种新型的尼古丁酰胺二丁二核苷酸校正方法,用于在活细胞中使用Fura-2-模拟进行细胞内Ca2+测量

Published: September 20, 2019 doi: 10.3791/59881

Summary

由于NADH和fura-2类似物的激发和发射波长的光谱重叠,在[Ca2]的定量测量中,活细胞中两种化学物质的信号干扰是不可避免的。因此,开发了一种新型的NADH信号干扰在线校正方法,以测量[Ca2]。

Abstract

为了定量测量[Ca2],经常使用fura-2类比,即比例荧光探针。然而,由于自荧光干扰,染料在活细胞中的使用受到内在限制,主要来自烟酰胺腺苷二核苷酸(NADH)。更具体地说,这是使用 fura-2 模拟体定量测量线粒体 [Ca2]时的一个主要障碍,因为 NADH 的大部分位于线粒体中。如果荧光染料浓度相同,则一定的激发强度应产生相同的发射强度。因此,两个不同激发波长的发射强度比应该是恒定的。基于此原理,开发了一种新型的NADH信号干扰测量在线校正方法,并得到了NADH和fura-2的实际信号强度。此外,在400nm处,在无共态激发或激发下,开发了一种计算[Ca2]的新方程。使用这种方法,可以成功地测量线粒体 [Ca2]的变化。此外,使用一组不同的激发和发射波长,可以同时测量多个参数,包括NADH、[Ca2]和pH或线粒体膜电位(μm)。线粒体 [Ca2]μm或 pH 值使用 fura-2-FF 和四甲基二甲胺乙酯 (TMRE) 或半磷酸二酯-1(卡博比-SNARF-1)进行测量。

Introduction

细胞内Ca2+的重要作用是众所周知的1。[Ca2]的量化对于了解细胞生理功能的过程至关重要。Fura-2 类比非常有用,因为它们在 UV 范围(<400 nm)中激发,比例测量方法可用于定量测量。因此,其他生理参数,如pH、膜电位等,可以使用其他荧光染料进行测量。据报道,线粒体Ca2+浓度([Ca2+]m)范围为0.08±20 μM2,3,4,5。在 fura-2 模拟中,fura-2-FF 适用于测量此范围 [Ca2]。然而,不幸的是,活细胞含有NADH/NADPH的代谢过程,NADH产生信号干扰,因为与fura-2模拟的激发和发射光谱重叠。这种干扰极大地限制了 fura-2 模拟物的使用。具体来说,如果应用模拟测量线粒体[Ca2],这种干扰是最大的障碍,因为NADH的最大量是线粒体。这与线粒体膜电位 (μm)相关的 NADH 变化进一步复杂化,而 αm的变化影响 [Ca2]m6,78,9.此外,为了研究[Ca2]m动力学,必须了解其他线粒体参数(如NADH、μm和pH值)的状态。

450 nm 和 500 nm 的排放,在 353 nm、361 nm 和 400 nm 的激发下包含来自 NADH 和 fura-2-FF 的信号,方程如下。在这里,353 nm 和 361 nm 是 fura-2-FF 的等位,分别用于 450 nm 和 500 nm 的排放。

F361,450 = F361,450,NADH = F361,450,富拉方程 1
F353,500 = F353,500,NADH = F353,500,富拉方程 2
F400,500 = F400,500,NADH = F400,500,Fura方程 3

其中 Fx,y是通过 x-nm 激发在 y-nm 处测量的发射强度,F x,y,NADH表示纯 NADH 相关发射强度,而 Fx,y,Fura表示纯 fura-2-FF 依赖性发射强度。在荧光染料的相同浓度下,一定的激发强度应产生相同的发射强度。因此,两个不同激发波长的发射强度比应该是恒定的。Ca2+和 fura-2 不影响 NADH 荧光特性;因此,在450nm和500nm的NADH下,在任何激发波长下,发射率是恒定的。基于NADH或[Ca2]不影响fura-2-FF的发射和激发光谱的假设,同样的规则可用于fura-2-FF。但是,Ca2+导致 fura-2-FF 发射的光谱偏移。因此,要消除Ca2+的影响,需要使用独立于Ca2+的等位激励。每个发射波长(即 450 nm 和 500 nm)具有不同的异位,从我们的实验设置中,选择 353 nm 在 500 nm,361 nm 在 450 nm。从这些,以下方程是有效的10。

Rf = F361,450,富拉/F353,500,富拉方程 4
RN1 = F400,500,NADH/F361,450,NADH方程 5
RN2 = F353,500,NADH/F361,450,NADH方程 6

对于这些常数,以下(公式 1)(方程 2)和(方程 3)的方程有效。

F361,450 = F361,450,NADH = Rf = F353,500,富拉方程 7
F353,450 = RN2 = F361,450,NADH = F353,500,富拉方程 8
F400,500 = RN1 = F361,450,NADH = F400,500,富拉方程 9

从这些方程中,如果已知Rf、RN1和RN2,则可以获得NADH和fura-2的纯信号,如下所示。

F361,450,NADH = (F361,450 - Rf = F353,500)/(1 = Rf = RN2)方程 10
F353,500,Fura = (RN2 = F361,450 = F353,500)/(Rf = RN2 = 1) 方程 11
F400,500,Fura = F400,500 = RN1 = F361,450,NADH方程 12
RFura = F353,500,富拉/F400,500,富拉方程 13

在400nm激发波长下,Fura-2-FF的Ca2+结合形式几乎是非荧光的。基于此属性,可以派生出以下新的校准方程。

[Ca2]= = Kd = (F400,500,最大/F353,500, 最大值) = (RFura = R分钟)方程 14

其中 Kd是解散常数,F400,500、max和 F353,500,最大值是 500 nm 时发射信号的最大值,激发分别为 400 nm 和 353 nm,Rmin是 Ca 2 中的最低 RFura *-免费条件。由于使用了等位激励,可以进一步简化方程,如下所示。

[Ca2+= Kd = (1 / R分钟)] (RFura = R分钟)方程 15

因此,只需 Kd和 R最小值即可计算 [Ca2]

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

所有实验协议都通过了当地机构动物护理和使用委员会的批准。

1. 解决方案准备

  1. 准备单新鲜分离的心脏肌细胞11。
    注:每个实验室可能有不同的细胞存储解决方案。在这里,肌细胞存储在培养基(DMEM)中。
  2. 准备 100 mL 的 Ca2+无解决方案 (表 1.
  3. 在 50 mL 烧杯中准备 50 mL 的培养基。5 mL,在 37°C 下放入水浴中。将剩余的溶液保持在室温下。
  4. 通过在 50 mL 的 Ca2+无溶液中加入 5 毫克皂苷,制备 50 mL 的皂苷溶液。
    注:皂苷用于渗透心肌细胞,去除细胞体隔间,并仅可视化线粒体荧光。
  5. 制备16 μL的1 mM fura-2-FF-AM溶解在二甲基硫酸盐(DMSO)中。
    注:在2mL管中制造1mM库存溶液,将Fura-2-FF-AM溶解在DMSO中,在2mL管中等分16μL。将它们储存在-20°C,直到使用。
  6. 在测量无状态点时,准备 50 mL 的无 NADH Ca2+无抗性溶液(表 1)和 50 mL 的 NADH 无 Ca2+饱和溶液(表 1)。使用 KOH 将 pH 调整到 7.0。
    注: 无NADH Ca2+无溶液 (表 1) 包含 10 μM FCCP 和 100 μM ADP,不含任何线粒体基板,以尽量减少线粒体中的 NADH。
  7. 制备 50 mL 的 Ca2+无溶液、50 mL 的麻原溶液、50 mL 的丙酸酯溶液、50 mL 的麻黄素-硫柳酸溶液和 50 mL 的罗酮溶液,用于 NADH 校正系数测量(表 1)。

2. 线粒体中的荧光探针加载程序

  1. 通过将培养基的 2 mL 添加到 1 mM fura-2-FF-AM 的 16 μL,准备染料加载溶液。
    注:荧光染料在光线下易碎。在使用前准备解决方案。将含有荧光染料的溶液保存在黑暗的地方。fura-2-FF-AM 的最终浓度为8μM。如果使用卡博基-SNARF-1,则使用 2 μM 卡博基-SNARF-1-AM 制备染料加载溶液。
  2. 取2 mL的分离细胞,并放置在5 mL试管的直立位置。
  3. 等待 15 分钟,让肌细胞沉入底部并取出上清液。
    注:上清液可能包含细胞碎片。请勿使管离心以避免细胞损坏。
  4. 添加 2 mL 的染料加载溶液。
  5. 在4°C下用细胞孵育60分钟的染料加载溶液。
  6. 然后,将试管置于 37°C 水浴中,以直立姿势放置 30 分钟。
  7. 去除上清液,并添加4 mL的预加热培养基37°C。在37°C的水浴中孵育细胞60分钟。
  8. 最后,去除上清液,在室温下加入4mL培养基,并将管保持在室温下。

3. 多参数测量系统的介绍

注:图1显示了整个系统的图表。

  1. 对于激励光源,请使用可在 3 毫秒内改变光线的快速单色器(多色 II)。
  2. 使用油浸透镜(40x,NA 1.3)与倒置显微镜来增加信号强度。
  3. 使用近红外滤波器和电荷耦合器件 (CCD) 摄像机监控对象场,无荧光信号干扰。
  4. 捕获对象字段图像以获取区域。
  5. 使用字段隔膜调整监视器屏幕中的对象字段,以显示用于减少背景的单元格。
  6. 使用每个带通滤波器(450、500、590 和 640 nm)使用四个光电倍增管,使用光子计数方法检测发射波长。使用适当的二色反射镜分割和重定向发射灯。
    注:与发射灯相比,激发光非常强。因此,选择具有最高阻塞特性的带通滤波器以减少背景。光子计数系统由PMT、光子计数器单元和高速计数器组合组成。为了控制系统和对数据进行采样,使用了定制的驱动软件。找到一种方法将此方法应用于其他系统是必要的。

4. 具有多参数测量系统的 NADH 校正方法

  1. 原位对 Fura-2-FF 等位点的识别。
    注:许多报告指出,荧光特性在细胞中发生变化。因此,执行所有步骤以获取参数以纠正原位干扰。
    1. 将染料加载的细胞安装在显微镜上,等待 3 分钟将细胞沉入底部。
      注:调整细胞数,使用40倍物镜,每一个物位看一个细胞。
    2. 在 37°C 下注入无 NADH Ca2+无溶液。
    3. 靶向细胞后,测量无细胞背景和细胞区域,如第 4.1 节所示。从单元格区域计算单元格背景。
      注:两个背景信号都需要在每个实验中进行校正。
    4. 将皂苷溶液注入 60 s,并返回到无 NADH Ca2+无解决方案。
    5. 通过从 350 nm 到 365 nm 的激励扫描,使用 0.1 nm 步长同时测量 450 nm 和 500 nm 的 Fura-2-FF 发射信号。
    6. 注入无 NADH Ca2+饱和溶液并重复步骤 4.2.5。
    7. 从 Ca2+自由条件下的信号中减去 Ca2+饱和溶液中的信号。
    8. 用其他单心肌细胞重复从4.2.2到4.2.7的过程。
      注:如果信号强度变弱,请从 4.2.1 重复。对至少5个不同的单元格重复此过程。
    9. 从所有获得的信号中,计算每个激发处发射的标准偏差,并选择显示最小标准偏差 (SD) 值的激发波长作为等位。
      注:具有代表性的数字如图2所示。
  2. 背景信号检测及细胞面积校正方法
    注:有两种背景。一个来自细胞,另一个来自封面滑轨上的反射(无细胞背景)。每个实验中都需要纠正这两个背景。
    1. 将无染料细胞安装在浴缸的显微镜上,等待 3 分钟将细胞沉入底部。注入无 NADH Ca2+无解决方案约 5 分钟。
      注:在37°C下,所有溶液灌注速率为2-3 mL/min。
      注:调整细胞数,使用40倍物镜,每一个物位看一个细胞。
    2. 将对象字段设置为覆盖目标单元格。
    3. 将单元格移出字段后,测量无像元窗口的背景信号并将其设置为偏移。
      注: 信号表示光子计数系统中要检测到的光信号。
    4. 将单元格返回到初始位置,并测量细胞背景信号和细胞区域。
      注: 即使激励光使用带通滤波器进行滤波,它仍然包含大量滤光。由于光子计数系统高度敏感,因此在击中细胞时,此光会分散,并产生相当大的背景信号。需要纠正此问题。
      注: 可以使用捕获的细胞图像和可用的成像软件计算细胞面积。像元区域的单位可以是包括像素计数在内的任何单位。只有标准化是必要的。
    5. 从 4.1.1 到 4.1.4 重复 10 次,以获取细胞区域和细胞背景信号之间的关系。
      注:稍后,可以从关系中的细胞区域计算细胞背景信号。由于激励灯泡老化,这个程序需要重复,至少,每月。
  3. R 因子的测量
    1. 使用公式 4 从第 4.2 节中获得的信号计算 Rf。
    2. 将无染料细胞安装在显微镜上,并注入 Ca2+无溶液。
    3. 测量信号,如F361,450,NADH,F400,500,NADH,F361,450,NADH和F353,500,N ADH。
    4. 注入麻麦溶液并重复4.3.3。并测量信号。
    5. 注入丙酮酸盐溶液并重复4.3.3。并测量信号。
    6. 注入麻胶-硫磷溶液,重复4.3.3。并测量信号。
    7. 注入罗酮溶液并重复4.3.3。并测量信号。
      注:在5 mM丙酸、5 mM马酸盐加5 mM丙酮和10 μM罗酮添加上记录的NADH信号示例如图3所示。
    8. 计算每个斜率 F361, 450, NADH vs. F400, 500, NADH和 F361, 450, NADH vs. F353, 500, NADH。如图3所示。每个斜率指示 RN1和 RN2

5. TMRE 或 Carboxy-SNARF-1 的激励和发射灯的选择

  1. 如果另外使用用于测量线粒体电位的 TMRE,请使用 530 nm 激发波长和 590 nm 发射波长。
  2. 如果此外还使用了Carboxy-SNARF-1测量线粒体电位,则使用540nm的激发波长和590nm和640nm12的发射波长。

6. 选择 Fura-2-FF 的 Kd

  1. pH 的变化会影响 Ca2+绑定在 fura-2-FF10上的 Kd值。线粒体在 pH 7.5 时使用 Kd值 5.28。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

线粒体 Ca2+因校正10而改变
图 4显示了更正前后[Ca2]m 中的更改。结果清楚地表明了[Ca2]m的重大变化。无细胞Ca2+([Ca 2+]c ) 的线粒体静钙浓度为 1.03 ± 0.13 μM (均值 = S.E., n = 32),最大 [Ca2]m1-μM [Ca2]c为 29.6 ± 1.61 μM (均值 = S.E.,n = 33) (图 5)。

同时测量 NADH、[Ca2]+m10
带正电荷的TMRE可以以膜电位相关的方式分布。膜电位可以使用Nernst的方程计算,每个隔间中的浓度。线粒体TMRA通过2-nM TMRE的灌注进行监测。假定初始 μm为 ±150 mV,并在此基础上计算了 μm的变化。Ca2+的应用降低了 NADH,但只影响 _m(图 6)。

线粒体 pH 随 [Ca2][m10]的变化而变化
线粒体pH值与卡博基-SNARF-1的额外载荷在Ca2+变化后被监测(图7)。线粒体pH仪不受[Ca2]m增加的影响。静止线粒体 pH 值为 7.504 ± 0.047 (均值 = S.E., n = 13)。从这些结果中,5.28 μM 是 pH 7.5 时 Fura-2-FF 的选定 Kd值。

Figure 1
图1:用于多参数测量的微荧光测量系统
显示了微荧光测量系统的原理图。安装的细胞通过CCD相机进行可视化。通过光子计数系统检测出四个不同的发射灯,其中四个PMT。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图 2:等位点的识别
A) 红色箭头指向 450 nm 发射波长的等位。非绑定状态的 Fura-2 FF 以虚线显示,在具有实线的 Ca2+绑定状态中显示。(B) 红色箭头指向 500 nm 发射波长的等位。(C) 显示了 Ca2+无饱和条件下 450 nm 处信号的减去数据,从 Ca2+无饱和条件中显示。(D) 显示了 Ca2+无饱和条件下 500 nm 处信号的减去数据,从 Ca2+无饱和条件中。(E) 显示了图 C 的标准偏差数据。(F) 图 D 的标准偏差数据显示.这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:RN因子的测量。
A) 在361nm激发和450nm发射波长下,通过应用各种线粒体基板,在无荧光染料的情况下,NADH信号的变化被测量。(B) 同时监测了 FRa-2-FF 信号的 NADH 干扰,F400,500 (+) 和 F353,500 (+)。(C) 显示 F361,450、NADH和 F400,500、NADH (+) 与 F361,450、NADH和 F353,500、NADH (+) 之间的关系。获得的斜率分别表示为RN1和RN2。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4:NADH和fura-2-FF干扰校正的结果
修正前的信号(如左侧面板所示)到修正后(如右侧面板所示)的变化。(A) 以 450 nm 发射波长处的 NADH 信号.(B) 500 nm 发射波长的 Fura-2-FF 信号。图中显示了F400,500 (+ +)、F353,500(----)和 fura-2-FF (+) 的比率。(C) 线粒体钙浓度.红色虚线表示零。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图 5:在 1 [M 细胞Ca2]下休息[Ca2]=m,最大稳定状态 [Ca2]m
线粒体通过灌注麻精-硫磷溶液获得能量。在 Ca2+无条件和 1 [M Ca2]条件下显示了稳定状态 [Ca2]m。增加 5 mM Na=恢复 NADH,并将 [Ca2]m降低到基线。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6:同时测量NADH、[Ca2]=m[m]
线粒体通过灌注麻精-硫磷溶液获得能量。显示了NAHD、[Ca2]=m和+m的变化。1 [M Ca2]的添加降低了 NAHD 并增加 [Ca2]m,[m]没有显著变化。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7:同时测量NADH、[Ca2]m和pH
Ca2+的反复应用可诱导NADH的降低和[Ca2][m]的增加,但线粒体pH不受Ca2+应用的影响。添加 Na+ 可使 NADH 和 [Ca2]m返回基线。这个数字已经复制了从韩国生理学和药理学杂志10的许可。请点击此处查看此图的较大版本。

解决方案名称 浓度(mM)
氯化钾 赫佩斯 EGTA CaCl2 M P R FCCP Adp 皂 苷
Ca2+-免费 150 10 1
无 NADH 150 10 1 0.01 0.1
Ca2+-免费
无 NADH 135 10 1 0.01 0.1
Ca2+-饱和
皂 苷 150 10 1 0.1毫克/毫升
马拉提 145 10 1 5
丙酮 酸 145 10 1 5
麻胶-皮鲁瓦酸盐 140 10 1 5 5
罗泰内内 140 10 1 5 5 0.01
文化媒介 杜尔贝科的改良鹰介质 (DMEM)
染料加载 在培养基(2 mL)中添加1mM Fura-2-FF-AM 库存(16 mL)

表 1:解决方案

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

成功地开发了用于测量NADH和fura-2模拟信号的干扰校正方法。准确测量信号对于精确校正至关重要。然而,荧光装置的固有特性会产生与Fura-2的NADH无关的背景信号。最高质量的带通滤波器只能传递多达10~8个不需要的光波长。然而,来自单个细胞的荧光信号非常小,带通滤波器后激发光的反射仍然足够强,足以污染实际的荧光信号。因此,有必要仔细校正背景信号。

Fura-2 存在测量线粒体 Ca2+的加载问题。首先,将染料具体加载到线粒体中并不容易,而非特异性加载到另一个细胞器中可能是错误的。线粒体 Ca2+浓度通常高于细胞醇,使用具有高 Kd值的 fura-2-FF 可以避免细胞体 Ca2+变化的污染。另一个有问题的细胞器是肉质视网膜(SR)。然而,分布体积差异(SR 3.5% 与线粒体 34%-36% 大鼠心室肌细胞)13,14和在实验中去除ATP可以补偿SR的污染.

我们的校准方程(方程 14 和 15)比格林凯维奇的方程15具有许多优势特征,如下所示:
1) 它只需要三个参数:Kd、F400,500、最大/F353,500、最大值和 R最小值 。
2) 在恒定的pH值下,与Ca2+浓度的比值是线性的。
3) 与 Sf2/Sb215相比,F 400,500、最大/F353,500,最大值中存在相对无误差参数。
4) 在公式15中,如果使用等位激励,则只需要Kd和Rmin。
5) 使用公式 15 获得参数的校准过程要简单得多。

但是,存在限制,因为 Ca2+-饱和 fura-2-FF 产生的发射量非常小。它会导致错误。新方程可应用于[Ca2]浓度,浓度可达Kd的50倍。

最后,开发了一种协议,成功地解决了现有的NADH和fura-2-FF干扰问题。此方法可以更准确地测量 Ca2+动力学。多参数测量系统,特别是在线粒体中,将有助于定量地了解线粒体生理学。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

提交人没有利益冲突可披露。

Acknowledgments

这项工作部分得到韩国国家科学研究基金会(NRF)基础科学研究计划的支持,该基金会由韩国教育部资助(2018R1A6A3A0101011832),由科学、ICT和未来规划部(NRF-2016M3C1A693666)资助。贸易、工业和能源部 (10068076)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 mL eppendorf tube Axygen MCT-200-C 2 mL Tube
AD/DA converter Instrutech ITC-18 Equipment
ADP, Adenosine 5′-diphosphate monopotassium salt dihydrate Sigma-aldrich A5285 Chemicals
Band pass filter Ealing Electro-Optics, Inc 35-3920 Equipment, 640±11nm
Band pass filter Omega Optical 690-9823 Equipment, 590±15nm
Band pass filter Omega Optical 500DF20-9916 Equipment, 500±20nm
Band pass filter Chroma Technology Corp. 60685 Equipment, 450±30nm
Calcium chloride solution Sigma-aldrich 21114 Chemicals
carboxy-SNARF-1(AM) Invitrogen C1272 Chemicals
Charge-coupled device (CCD) camera Philips FTM1800NH/HGI Equipment
Dichroic mirror Chroma Technology Corp. 86009 Equipment, Multiband dichroic mirror, Reflection : <400nm, 490±10, 560±10, Transmission : 460±15, 510±20, >580nm
Dichroic mirror Chroma Technology Corp. 567DCXRU Equipment, Reflection : <560nm, Transmission : > 580 nm
Dichroic mirror Chroma Technology Corp. 480dclp Equipment, Reflection : <470nm, Transmission : > 490 nm
Dichroic mirror Chroma Technology Corp. 20728 Equipment, Multiband dichroic mirror, Reflection : <405nm, 470±30, Transmission : 430nm~520nm, > 640 nm
Dimethyl sulfoxide(DMSO) Sigma-aldrich 154938 Chemicals
DMEM, Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium Sigma-aldrich D5030 Chemicals
EGTA, Egtazic acid, Ethylene-bis(oxyethylenenitrilo)tetraacetic acid, Glycol ether diamine tetraacetic acid Sigma-aldrich E4378 Chemicals
FCCP, Mesoxalonitrile 4-trifluoromethoxyphenylhydrazone Sigma-aldrich 21857 Chemicals
field diaphragm Nikon 86506 Equipment
Fura-2-FF(AM) TEFLABS 137 chemicals
Green tube DWM test tube
HEPES,  4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid, N-(2-Hydroxyethyl)piperazine-N′-(2-ethanesulfonic acid) Sigma-aldrich H3375 Chemicals
High-speed counter National Instruments NI-6022 Equipment
Hot mirror Chroma Technology Corp. 21002 Equipment, 50:50
Inverted microscope Nikon TE-300 Equipment
Malate Sigma-aldrich 27606 Chemicals
Near infrared filter Chroma Technology Corp. D750/100X Equipment, 750±100nm
Oil immersion lens Nikon MRF01400 40x, NA 1.3; Equipment
Photon counter unit Hamamatsu C3866 Equipment
Photon multiplier tube Hamamatsu R2949 Equipment
Polychrome II Till Photonics SA3/MG04 Equipment
Potassium chloride Merck 1.04936 Chemicals
Potassium hydroxide solution Sigma-aldrich P4494 Chemicals
Pyruvate Sigma-aldrich 107360 Chemicals
Rotenone Sigma-aldrich R8875 Chemicals
Saponin Sigma-aldrich S4521 Chemicals
TMRE, Tetramethylrhodamine, ethyl ester Molecular probes T669 Chemicals

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berridge, M. J., Bootman, M. D., Roderick, H. L. Calcium signalling: dynamics, homeostasis and remodelling. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 4 (7), 517-529 (2003).
  2. Miyata, H., et al. Measurement of mitochondrial free Ca2+ concentration in living single rat cardiac myocytes. American Journal of Physiology. 261 (4 Pt 2), H1123-H1134 (1991).
  3. Allen, S. P., Stone, D., McCormack, J. G. The loading of fura-2 into mitochondria in the intact perfused rat heart and its use to estimate matrix Ca2+ under various conditions. Journal of Molecular Cellular Cardiology. 24 (7), 765-773 (1992).
  4. Griffiths, E. J., Halestrap, A. P. Pyrophosphate metabolism in the perfused heart and isolated heart mitochondria and its role in regulation of mitochondrial function by calcium. Biochemical Journal. 290 (Pt 2), 489-495 (1993).
  5. Crompton, M., Moser, R., Ludi, H., Carafoli, E. The interrelations between the transport of sodium and calcium in mitochondria of various mammalian tissues. European Journal of Biochemistry. 82 (1), 25-31 (1978).
  6. Chance, B., Schoener, B., Oshino, R., Itshak, F., Nakase, Y. Oxidation-reduction ratio studies of mitochondria in freeze-trapped samples. NADH and flavoprotein fluorescence signals. The Journal of Biological Chemistry. 254 (11), 4764-4771 (1979).
  7. Eng, J., Lynch, R. M., Balaban, R. S. Nicotinamide adenine dinucleotide fluorescence spectroscopy and imaging of isolated cardiac myocytes. Biophysical Journal. 55 (4), 621-630 (1989).
  8. Brandes, R., Bers, D. M. Simultaneous measurements of mitochondrial NADH and Ca(2+) during increased work in intact rat heart trabeculae. Biophysical Journal. 83 (2), 587-604 (2002).
  9. Jo, H., Noma, A., Matsuoka, S. Calcium-mediated coupling between mitochondrial substrate dehydrogenation and cardiac workload in single guinea-pig ventricular myocytes. Journal of Molecular Cellular Cardiology. 40 (3), 394-404 (2006).
  10. Lee, J. H., Ha, J. M., Leem, C. H. A Novel Nicotinamide Adenine Dinucleotide Correction Method for Mitochondrial Ca2+ Measurement with FURA-2-FF in Single Permeabilized Ventricular Myocytes of Rat. Korean Journal of Physiology and Pharmacology. 19 (4), 373-382 (2015).
  11. Powell, T., Terrar, D. A., Twist, V. W. Electrical properties of individual cells isolated from adult rat ventricular myocardium. Journal of Physiology. 302, 131-153 (1980).
  12. Sun, B., Leem, C. H., Vaughan-Jones, R. D. Novel chloride-dependent acid loader in the guinea-pig ventricular myocyte: part of a dual acid-loading mechanism. Journal of Physiology. 495 (Pt 1), 65-82 (1996).
  13. Page, E. Quantitative ultrastructural analysis in cardiac membrane physiology. American Journal of Physiology. 235 (5), C147-C158 (1978).
  14. Page, E., McCallister, L. P., Power, B. Sterological measurements of cardiac ultrastructures implicated in excitation-contraction coupling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 68 (7), 1465-1466 (1971).
  15. Grynkiewicz, G., Poenie, M., Tsien, R. Y. A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. The Journal of Biological Chemistry. 260 (6), 3440-3450 (1985).

Tags

生物学, 问题 151, 线粒体, 钙, fura-2-FF, 线粒体膜电位, NADH, pH, 校准方程
一种新型的尼古丁酰胺二丁二核苷酸校正方法,用于在活细胞中使用Fura-2-模拟进行细胞内Ca<sup>2+</sup>测量
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lee, J. H., Ha, J. M., Ho, Q. M.,More

Lee, J. H., Ha, J. M., Ho, Q. M., Leem, C. H. A Novel Nicotinamide Adenine Dinucleotide Correction Method for Intracellular Ca2+ Measurement with Fura-2-Analog in Live Cells. J. Vis. Exp. (151), e59881, doi:10.3791/59881 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter