The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Swedish was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Department of Biology, University of Waterloo
This article is a part of JoVE General. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Senatore, A., Boone, A. N., Spafford, J. D. Optimized Transfection Strategy for Expression and Electrophysiological Recording of Recombinant Voltage-Gated Ion Channels in HEK-293T Cells. J. Vis. Exp. (47), e2314, doi:10.3791/2314 (2011).
In vitro uttryck och elektrofysiologiska inspelning av rekombinant spänningskänsliga jonkanaler i odlade humana embryonala njur celler (HEK-293T) är en allestädes närvarande forskningsstrategi. HEK-293T cellerna måste vara klädd på glaset täckglas på tillräckligt låg densitet så att de inte har kontakt med varandra för att möjliggöra elektrofysiologiska inspelning utan störande effekter på grund av kontakt med angränsande celler. Transfekterade kanaler måste också uttrycka med hög verkningsgrad vid plasmamembranet för hel-cell patch clamp inspelning av detekterbara strömmar över bullernivåer. Heterologa jonkanaler kräver ofta långa inkubationstider vid 28 ° C efter transfektion för att uppnå tillräcklig membran uttryck, men det finns ökande förluster av cell-täckglas vidhäftning och membranet stabilitet vid denna temperatur. För att kringgå detta problem har vi utvecklat en optimerad strategi att transfektera och plåt HEK-293T celler. Denna metod kräver att celler transfekterade på en relativt hög confluency och inkuberas vid 28 ° C i varierande inkubationstid efter transfektion att möjliggöra adekvat jonkanal protein uttryck. Transfekterade cellerna sedan pläterade på glas täckglas och inkuberas vid 37 ° C under flera timmar, vilket möjliggör för styva cellbindning till täckglas och membran restabilization. Celler kan spelas in strax efter plätering, eller kan överföras till 28 ° C för vidare inkubering. Vi finner att den ursprungliga inkubation vid 28 ° C, efter transfektion men innan plätering, är nyckeln till den effektiva uttryck för heterolog jonkanaler som normalt inte uttrycker bra i plasmamembranet. Positivt transfekterade är odlade celler identifieras av samarbete uttryckta-EGFP eller EGFP uttryck från en bicistronic vektorer (t.ex. pIRES2-EGFP) som innehåller rekombinanta jonkanal cDNA strax uppströms om en intern ribosomen inträde webbplats och en EGFP kodning sekvens. Helcells-patch clamp inspelning kräver specialutrustning, plus hantverk av polerat inspelning elektroder och L-formade elektroder marken från borosilikatglas. Drug delivery att studera farmakologi jonkanaler kan uppnås genom direkt micropipetting narkotika till inspelningen skålen, eller genom att använda microperfusion eller av jordens dragningskraft flödessystem som producerar oavbrutet strömmar av medicinska lösningen över inspelade celler.
1. Cell Culture
2. Transfektion av HEK-293T med rekombinant jonkanal cDNAs
3. Plätering transfekterade HEK293T celler som förberedelse för elektrofysiologiska inspelning
nt "> Olika jonkanaler uttrycka med olika effektivitet i cellmembranet av HEK celler, och som sådan kräver resten av detta protokoll del optimering att maximera uttrycket kanal yta möjliggör framgångsrika elektrofysiologiska inspelning. Redovisning av heterolog jonkanaler i HEK celler, särskilt de från icke-däggdjur källor, kan innebära vissa utmaningar, inklusive (1) stort protein storlekar som kräver lång tid att översätta och lokalisera till plasmamembranet (2) frånvaro eller olikheter i falsning och inriktning motiv på kanalen proteinet nödvändiga i ett däggdjur cellinje (3) skillnader i frekvenser kodon användning från art till art. Alla dessa faktorer sammantaget kan resultera i ett krav för långa inkubationstiderna vid 28 ° C, som säkerställer ett effektivt protein uttryck och yta lokalisering utan celldelning (vilket skulle späda ut Det heterologa cDNAs och proteiner). Tyvärr, inkubation under längre perioder vid 28 ° C leder till cell lossnar och dålig membran stabilitet gör elektrofysiologiska inspelning svårt. Vi bestämde oss för att ändra konventionella transfektion strategier (över Thomas och Smart 2005) för att minimera inkubation vid 28 ° C före inspelningen och för att maximera ytan uttryck. Vår metod kräver att celler transfekterade, ruvade under en period av 3-7 dagar vid 28 ° C, då cellerna avlägsnas genom trypsinization och replated på täckglas och inkuberas vid 37 ° C som restabilizes membran och möjliggör starka engagemang av celler på täckglas. Celler kan sedan spelas in direkt, eller kan inkuberas i ytterligare perioder vid 28 ° C. Vi hittar nicasiling av celler på täckglas vid detta senare tillfälle i vårt sätt att vara absolut nödvändigt för att producera täckglas med ett stort antal kanaler-uttryckande, separat bifogad celler.Vi presenterar två alternativa strategier, som vi föredrar att använda för jonkanaler och jon komplex kanal som inte innehåller stora extracellulära domäner som kan vara känsliga för trypsin digestion (t.ex. Cav3 spänningsstyrda kalciumkanaler, SENATORE och Spafford 2010), och en som vi använder för jonkanaler som inte innehåller stora extracellulära områden (t.ex. L-typ spänningsstyrda kalciumkanaler och deras subenheter tillbehör,. SENATORE, et al 2010).
4. Elektrofysiologiska inspelning av rekombinant kanaler i HEK-293T celler
Flera omfattande resurser finns tillgängliga som beskriver de allmänna begreppen bakomliggande elektrofysiologiska inspelning (t.ex. Ogden och Stanfield 1987, Molleman 2003).
4,1 Elektrofysiologi rigg
En typisk elektrofysiologi rigg (Figur 4) innehåller en förstärkare (t.ex. Axopatch 200B eller Multiclamp 700B förstärkare, Axon Instruments, Union City, Kalifornien), en PC-dator utrustad med en Digidata 1440A analog-till-digital omvandlare gränssnittet i samband med pClamp10.1 programvara (Molecular Devices, Sunnyvale, Kalifornien), utan motor, dubbla pipett manipulatorer (MPC-385-2, Sutter Instrument Company), ett epifluorescensmikroskop (Axiovert 40 CFL, Zeiss Kanada, Toronto, Ontario) och system perfusion (figur 4 och 5 ). Vibrationer är begränsade genom att montera utrustningen på en TMC 63-500 serie vibrationsisolering tabellen (Tekniska Manufacturing Corporation, Peabody. MA). Stray elektriska störningar begränsas med hjälp av en 40 "lång typ II Faradays bur (TMC) kring den elektriska utrustningen monteras på vibrationsisolering bordet. Elektroniska styrsystem (t ex dator och bildskärm, förstärkare, analog-till-digital omvandlare, motor manipulatorn och Valvelink perfusion styrsystem) monteras utanför Faradays bur till en fristående metall elektriska rack (Hammond Manufacturing, Guelph Ontario). All elektrisk utrustning är jordad för att en koppar-distributör och ansluten till en medicinsk grad Isolering Tranformer (1800W, Tripp Lite UL60601-1) som ger linje isolering, ett konsekvent marken och överspänningsskydd.
4,2 Patch pipetter
Borosilikatglas kapillärrör med glödlampa (OD 1.5mm, OD 0.86mm, 15cm längd; BF150-86-15; Sutter Instrument Company) är halveras och infogas i en flammande / Brun Mikropipett Puller Modell P-97 (Sutter Instrument Company) . En pipett-avdragare programmet är optimerat för att ständigt skapa pipetter med motstånd mellan 2 till 5MΩ från elektroden till jord (efter brand polering, Fig. 6) Pipetter är individuellt Fire Polished att jämna pipettspetsen ytor som tillåter tätningar mot cellmembran ( Micro Forge MF-830, Narishige, Japan, Figur 6). Mikropipetter monteras på headstage med en specialiserad hållare (1-HL-U, Molecular Devices, Sunnyvale i Kalifornien).
4,3 Ground elektroder
Den borosilikatglas rör som används för att göra patch pipetter används också för att hänvisa elektroder. Den 15 cm långa rör skärs i 3 bitar. Med 2 spetsig pincett, är rören hålls i en Bunsenbrännare låga tills glaset blir formbar och slangen kan böjas till ett "L" eller "hockeyklubba" formen med en 90o vinkel. Medan glasrör är fortfarande varma, är ett slut omedelbart ned i ett hett 3M CsCl och 1,5% agaroslösningen som dras in i röret med kapillärkraft. När en referenselektrod är helt fylld med lösningen är det placeras i en bägare med kallt vatten. Efter alla av hänvisningen elektroderna är fyllda, de är individuellt torkas med Kimwipes ta bort extra agaros utifrån och är nedsänkt i en 3M CsCl lösning. För elektrofysiologiska inspelning är referenselektroder hölls i en mikroelektrod Holder Half-Cells (hållare 90 F Pellets 1,5 mm, # MEH3RF15, World precisionsinstrument Inc. Sarasota Florida) fylld med 3M CsCl lösning. (Se figur 7 för illustration av en jordelektroden i bad-lösning)
4,4 Elektrofysiologi inspelning lösningar
Olika typer av spänningskänsliga jonkanaler kräver olika inspelning lösningar beroende på jon permeabilitet / selektivitet. För spänningsstyrda kalciumkanaler, celler normalt badar i externa lösningar som innehåller antingen barium eller kalcium vid olika koncentrationer. Till exempel kan elektrofysiologiska inspelning av ryggradslösa Cav3 spänningsstyrda kalciumantagonister (LCav3) utföras med hjälp av en extern lösning innehållande 5mm CaCl 2, 166mm tetraethylammonium (TEA-Cl), 10mm HEPES med ett pH justeras till 7,4 med TEA-OH. Patch pipetter är fyllda med en intern lösning av 125mm CsCl, 10mm EGTA, 2mm CaCl 2, 1mm MgCl 2, 4mm MgATP, 0.3mm Tris-GTP, och 10 mm HEPES med ett pH på 7,2 (SENATORE och Spafford, 2010). Den ryggradslösa L-typ spänningsstyrda kalciumantagonister (LCav1) kan spelas in med hjälp av en extern lösning som innehåller barium som avgiften bärare (15mm BaCl2, 1mm MgCl 2, 10mm HEPES, 40mm TEA-Cl, 72.5mM CsCl, 10mm glukos, med pH-värdet justeras till 7,2 med TEA-OH) och en intern lösning som innehåller 108mm Cs-methanesulfonate, 4mm MgCl 2, 9 mm EGTA, 9mm HEPES, pH justeras till 7,2 med CsOH (SENATORE et al., 2010).
4,5 Hela Cell-inspelning
4,6 Drug studier av inspelade celler
Läkemedel kan vara direkt pipetteras i skålen spelas in. Koncentration av läkemedel kan beräknas om volymen av läkemedel läggas och volym bad lösningen är kända. Dyra eller begränsade mängder av läkemedel kan också läggas till genom microperfusion från en multi-fat grenröret polyimid perfusion penna med ett 250 micron avtagbar spets, antingen en åtta-kanal Smartsquirt trycket mikro perfusion system (Automatisera vetenskapliga) eller självfall system som drivs genom Teflon ventiler och Valvelink8 ventil styrenheter (Automatisera vetenskapliga, se figur 5 för konfigurationer perfusion system). Flöden från microperfusion systemen har fastställts till 0,1 ml per minut i en bäck ut ur perfusionen penna 400 mikrometer från den inspelade cellen. Avståndet mellan perfusion penna tips från inspelningen elektrodspetsen bör vara konsekvent från lapp till lapp, Figur 10 illustrerar ett förslag på avstånd syns vid 40x förstoring. Adekvat flöden ger mättar genomblödning av det inspelade cellen. Innan ett läkemedel experiment utförs med microperfusion, celler jämvikt med microperfusion kontroll bad lösning i en kontinuerlig ström. Minimal avbrott i ån undviks under försöket genom snabb växling från kontroll bad, läkemedel eller tvättlösning. Sug monterad vid kanten av inspelningen skålen kan användas to ta bort överflöd av lösningar, genom manuell sug med en spruta eller med en Slangpumpar driven enhet (t.ex. Ministar Miniatyr DC peristaltiska pumpar, World precisionsinstrument). Man måste vara försiktig eftersom extremt snabb genomblödning inducerar skjuvkrafter som kan ändra kalcium nuvarande (Peng et al. 2005), kan tvätta bort cellen som spelas in, och utarmar drogen reservoaren för snabbt.
Direkt pipeting i skålen vs system perfusion
| Direkt pipettering | Micro perfusion systemet | Självfall perfusion systemet | |
| Volym läkemedel behövs | Måttlig | Låg | Hög |
| Teknisk skicklighet | Låg | Medium | Medium |
| Utrustning kostnad | Låg | Betydande | Betydande |
| Daglig Dags att ställa in och sanering | Ingen | 20 + minuter | 20 + minuter |
| Förorening av utrustning | Ingen | Ja | Ja |
| Felsökning | Lätt | Komplexa | Komplexa |
| Garanterat läkemedel i rätt | Ja | Inga | Inga |
| Förlora cell med drogberoende | Ja | Ja | Ja |
| Kraftigt minska drog konc. genom tvättning | Svårt | Okomplicerad | Okomplicerad |
| Lätt att göra en multipel kurva dos respons | Mindre än optimala | Okomplicerad | Okomplicerad |
| Reproducerbarhet av resultat | OK - beroende på lokalisering av pippeting | Bra | Bra |
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Att kunna spela in helcells-strömmar med hjälp av den beskrivna protokoll och lösningar visar att transfektion var framgångsrik och att den önskade spänningskänsliga jonkanaler eller jon komplex kanal finns med betydande mängder i cellmembranet. Om cellerna positivt transfekterade (dvs fluorescerande grön), men har inte inspelningsbar strömmar, extra tid vid 28 ° C kan krävas för att möjliggöra för kanalen proteinet vara ordentligt förpackade och infogas i cellmembranet. Observera att långvarig inkubation vid 28 ° C gör att cellerna lossnar från täckglas och membran destabilisera och samla skräp från döda celler, vilket gör patch clamp spela mer utmanande. Alla tider som föreslås i detta protokoll har optimerats för våra speciella kanaler. Andra kanaler och deras subenheter kan behöva kortare eller längre inkubationstiderna, och våra protokoll kan justeras ytterligare efter behov. För vissa kanaler dålig transfektion effektivitet (dvs. mindre fluorescerande celler och lägre fluorescensintensiteten per cell) ger bättre resultat än effektivt transfekterade, mycket fluorescerande celler. Om cellerna fluorescerande men inte har inspelningsbar strömmar, felsökning punkter att tänka på är: brist på tillbehör protein (er), felaktig blandning av transfektion reagenser, sub-optimal inspelning lösningar, och mutation / rekombination av kanal eller kanal subenheten cDNA konstruktioner producera felaktigt vikta eller icke-uttrycker kanaler.

Figur 1: Mänskliga embryonala njur 293T celler (HEK-293T) odlas i anhängare monolager vid 37oC i CO2 inkubatorer (5% CO2) i ventilerade 25cm2 kolvar till 90% confluency och dela på 1:12, 1:08 och 1:04 spädningar. Celler är vanligtvis delas varannan vecka, från en ~ 90% confluency. För att säkerställa en liknande ~ 90% confluency vid delning, celler delas i en 1:08 spädning på måndagar och 01:12 på torsdagar. Före transfektion, är en helt konfluenta kolv split 1:04 in i en ny kolv, och cellerna får fästa vid 37oC i en CO2-inkubator i 3-4 timmar.

Figur 2: Strategi för heterologa uttryck av jonkanaler i HEK-293T (vänster) jonkanal cDNAs är klonad i flera kloning platsen för pIRES2-EGFP plasmid.. (Höger) transfektion av dessa konstruktioner i HEK celler resulterar i produktionen av mRNA-molekyler som innehåller jonkanal kodande sekvens (röd) strax uppströms om en intern ribosomen post hotellet (IRES, blå) och EGFP kodande sekvens (grön). Jonkanaler översätts och skytteltrafik till cellmembranet via akutmottagningen och endomembrane systemet, medan EGFP är översatt och behålls i cytoplasman.

Figur 3:. Transfection och uttryck för heterolog cDNAs jonkanaler i HEK-293T celler och plätering av celler på täckglas för elektrofysiologiska inspelning (A) (Top paneler) HEK-293T celler inkuberas vid 28 C, fyra dagar efter transfektion med LCav3 kalciumkanaler hyste i pIRES2-EGFP däggdjur CMV uttryck vektor. (Botten paneler) Ovanstående cellerna trypsinized och pläterade på glas täckglas, isolerad för elektrofysiologiska inspelning. Differential interferenskontrast mikroskopi (DIC).

Figur 4:. En typisk elektrofysiologiska inspelning rigg inställning Elektrofysiologiska inspelning rigg komponenter inkluderar en förstärkare (A), en persondator (PC), Digidata 1440A analog till digital omvandlare gränssnitt (C), utan motor, dubbla manipulatorer pipett (PM) ett epifluorescensmikroskop (M), perfusion system (P), TMC 63-500 serie vibrationsisolering tabellen (VT), 40 höga Typ II Faradays bur (FC) och en fristående 19 metall-, el-rack (R).

Figur 5: Perfusion system (A) En självfall system som drivs med hjälp av teflon ventiler och Valvelink8 controllers.. (B) åtta kanal Smartsquirt trycket mikro perfusion system. Multi-Barrel Manifold tips antingen perfusionen är monterad på en motordriven manipulator.

Figur 6:. Polerad, plåster pipetter visas till 10x (vänster) och 40x (höger) förstoringen Patch pipetter genererades av borsilikatglas kapillärrör med glödlampa och eld polerade för att släta ytorna pipettspetsen. En pipett-avdragare program optimerade för att generera pipetter som gav en läsning av 2-5MΩ i vår elektrofysiologi uppsättning.
2314fig7.jpg "alt =" Bild 7 "/>
. Figur 7: jordelektroden och pipetter lapp i inspelningen skålen Patch pipett (höger) och jordelektrod (vänster, vit pil) i inspelningen lösning.

Figur 8:. PClamp10.1 skärmbilder som illustrerar de olika stegen för att göra en patch (A) Fyrkantsvåg spår iakttas när i bad-läge. (B) A Gigaohm tätning i patch-läge leder till en utplaning av torget våg spår med pipett kapacitans synliga som små blippar av nuvarande på inledande och avslutande kanter plana nuvarande spår. (C) Efter genombrottet och samtidigt i cell-läge, är stora kapacitiva transienter sett.

Figur 9:. Elektrofysiologi resultat (vänster) Inspelningsbara inåt spänningskänsliga kalcium strömmar indikerar framgångsrika transfektion och uttryck heterolog jonkanaler (t.ex. LCav3). (Höger) Untransfected celler har ingen inspelningsbar strömmar. Cellerna utsattes för en IV-protokoll som anger att programvaran håller cellen vid-110mV och sedan steg till-70mV för 250msec sedan tillbaka ner till-110mV hålla potential. Varje gång steg ökar med 10mV så att stegen är till-70mV,-60mV osv tills det sista steget är att 20 mV. Resultaten för en ryggradslösa T-typ (Cav3) spänningsstyrda kalciumantagonister homolog från L. stagnalis kallas LCav3.

Figur 10: Arrangemang av elektroder och microperfusion penna i inspelningen lösning (A) Patch pipetter tillverkade av borosilikatglas (höger) och polyamid flera fat grenrör tips för läkemedelsutveckling perfusion (till vänster).. Jordelektrod (tillbaka) av borosilikatglas fyllda med 3M CsCl och 1,5% agaroslösningen böjd som hockeyklubba hölls i mikroelektrod Holder Half-Cells. (B) 40x se genom ett mikroskop av perfusion blyerts spets och inspelning mikroelektrod.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Inga intressekonflikter deklareras.
Detta arbete stöddes av ett Discovery driftsbidrag till JDS från naturvetenskap och teknik forskningsrådet (NSERC) i Kanada, en NSERC Alexander Graham Bell Canada Graduate Stipendier (doktorsavhandling) (till A. SENATORE) och hjärtat och Stroke Foundation, Grant -I-Aid NA # 6284.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| pIRES2-EGFP plasmid | Clontech Laboratories | 6029-1 | |
| Circle glass coverslips | Fisher Scientific | 12-545-80 | Circles No. 1 - 0.13 to 0.17mm thick, Size: 12mm |
| Amplifier | Axon Instruments | Axopatch 200B or Multiclamp 700B | |
| Data Acquisition System | Axon Instruments | Digidata 1440A | |
| Electrophysiology Software | Axon Instruments | pClamp10.1 | |
| Pipette manipulators | Sutter Instrument Co. | MPC-385-2 | |
| Epifluorescence inverted microscope | Carl Zeiss, Inc. | Axiovert 40 CFL | |
| Headstage | Axon Instruments | CV-7B | |
| Headstage electrode holder | Axon Instruments | 1-HL-U | |
| Micr–lectrode holder for ground electrode | World Precision Instruments, Inc. | MEH3RF 15 | |
| Electrophysiology capillary tubes | Sutter Instrument Co. | BF-150-86-15 | Borosilicate glass with filament, O.D. 1.5mm, O.D. 0.86mm, 15cm long |
| Flaming/Brown Micropipette Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Micropipette fire polisher | Narishige International | Micro Forge MF-830 | |
| Micro drug perfusion system | AutoMate Scientific, Inc. | SmartSquirt8 Valvelink8.2 | |
| Drug perfusion system | AutoMate Scientific, Inc. | Valvelink8.2 with Teflon valves |
I'm intreged by the fact that 28°C could help the transfection. Is there a known reason? Bettere translocation to the membrane? I'm asking because i'm trying to transiently transfect an ionchannel into HEK293T cells with the ultimate goal to generate a stable cell line, expressing these channels
Thanks and kind regards
1
ReplyPosted by: Daniel J.May 10, 2012, 9:47 AM