The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Department of Physiology and Biophysics, Confocal Microscopy and Cell Imaging Core, Robert Wood Johnson Medical School, 2Department of Physiology and Biophysics, Robert Wood Johnson Medical School, 3Muscle Biology Research Group-MUBIG Schools of Nursing & Medicine, University of Missouri-Kansas City
Pan, Z., Zhao, X., Brotto, M. Fluorescence-based Measurement of Store-operated Calcium Entry in Live Cells: from Cultured Cancer Cell to Skeletal Muscle Fiber. J. Vis. Exp. (60), e3415, doi:10.3791/3415 (2012).
店は以前の容量性Ca 2 +のエントリと呼ばれる、Ca 2 +のエントリ(SOCE)を運営し、+枯渇小胞体(ER)や筋小胞体(SR)のCa 2 +ストアを補充する細胞に細胞外Ca 2 +の流入のために厳密に制御メカニズムです。 1,2。のCa 2 +ユビキタスセカンドメッセンジャーであるので、SOCEが増殖、アポトーシス、遺伝子の転写と運動性を含む細胞プロセスの様々な重要な役割を果たしているのを見て驚くことではありません。上皮細胞と骨格筋を含むほぼすべての細胞型で広い発生のため、この経路は、大きな関心3,4を受けています 。ただし、異なる細胞型と生理機能のSOCE特性の不均一性は、まだ5-7クリアされていません。
SOCEの機能チャネルのプロパティは、THIに関する知識の大きな体に対し、パッチクランプ法の研究によって明らかにすることができるの経路があるため、ハイスループットスクリーニングのため、その利便性と実現可能性の蛍光ベースの細胞内Ca 2 +測定によって得られている。このレポートの目的は、単層細胞、浮遊細胞や筋線維5,8-10でSOCEの活性化を測定するためにいくつかの蛍光ベースの方法を要約することである。最も一般的にこれらの蛍光法の使用は、直接細胞内Ca 2 +の動態を監視するために+ F 340nm、レシオメトリックのCa 2 +インジケーターフラ-2のF 波長380nm(発光波長510 nm)の比を使用しています。細胞内Ca 2から一方向SOCEの活性を分離するには+の放出とCa 2 +放出は、Mn 2 +クエンチアッセイが頻繁に使用されます。それは非常に高い親和性ウィットのために+ポンプ表面膜の押出プロセスまたはCa 2によってERの取り込みに不浸透性のある間のMn 2 +は SOCEを介して細胞に浸透することができることが知られているHフラ-2。その結果、細胞内に細胞外のMn 2 +のエントリによって誘発されるフラ-2蛍光の消光がSOCE 9の活性の測定を表しています。レシオメトリック測定とMn 2消光アッセイは、単一細胞を可視化する細胞集団モードまたは顕微鏡ベースのシステムでキュベットベースの蛍光光度計で実行することができます。単一細胞の測定の利点は、遺伝子操作を受け、個々の細胞は、遺伝子組み換えや変異細胞の研究をできるように、GFPまたはRFPレポーターを使用して選択することができることである。構造的に特殊な骨格筋でSOCEの時空間特性は、同時に二つの低親和性Ca 2 +の蛍光を監視することによって、肌の筋線維で達成することができるSRと、このようなにみたFluo-5Nとして筋線維の特定のコンパートメントを対象とした+の指標rhodo-の異形横細管9,11,12で5N。
1。細胞内Ca 2 +個々のセルの測定
上記のプロトコルは、細胞懸濁液システムにおける細胞内Ca 2 +の測定のために変更することができます。
2。培養細胞中のMn消光アッセイ
3。筋細胞中のMn消光アッセイ
4。肌の筋線維の空間的·時間的に解決SOCE
5。代表的な結果
我々は細胞内Ca 2 +測定( 図2)を使用してKYSE-150細胞でSOCE活性を調べた。レポーターとしてRFPを使用して、我々はorai1に対して含むプラスミド特異的なshRNA、SOCE Cをコードする遺伝子でトランスフェクトし、個々のセルを選択することができますhannel。スクランブルのshRNA( 黒トレース )、減少SOCE活性( 赤のトレース )にOrai1タンパク質結果のノックダウンを含むプラスミドをトランスフェクトした細胞と比較した。
KYSE-150細胞内SOCEものMn 2 +クエンチ法( 図3)を確認した。 360 nmの励起波長は、蛍光Ca 2 +濃度に依存しませんフラ-2の等吸収点を報告します。 TGは完全に枯渇し、ERのCa 2 +貯蔵した後は、Mn 2 +灌流は、重要な蛍光減少した。浅い傾きは活性の低いSOCEを意味しながら、全体的なSOCE活動は、より積極的なSOCEを示す急峻なスロープを持つフラ-2蛍光強度の減少率によって測定することができる。 2-APB処理した細胞の蛍光の減少の傾きは、そのSOCE活動が、この化合物によってブロックされた示されている、非常に浅いように見えた。 Mnは2 +消光率は消光が飽和することなく直線範囲にまだあった最初の10秒の記録から決定した。
類似したMn 2 +はクエンチングアッセイは、( 図4)。筋肉で行われた。この場合のMn 2 +は、TGと一緒に適用されました。 TGは、SRのCa 2 +ストアの枯渇したが、その最大速度に達するまで、蛍光消光の傾きが徐々に変更されました。シグモイド曲線は、これらの実験条件下でSOCEの傾斜状態であることを示します。
文化の中で健康な無傷の単一筋線維は、明確かつ均一なストライエーション、汚染の徴候、および収縮に起因する損傷の徴候を示した。これらの繊維は電気的な刺激や脱分極ソリューションに応じて縮小することができました。共焦点イメージングの下で、TTのコンパートメントでrhodo-の異形5N色素の皮の繊維トラッピング(visu特徴哺乳類の二重パターンを示した)赤チャンネルでalized。にみたFluo-5N AMとSRのロードした後、典型的な中断SRパターン(緑のチャネルで)表示されていた。 TT / SRローディング溶液によるスキンドファイバーの灌流時には、rhodo-の異形5NとみたFluo-5Nの両方の蛍光強度が増加し、SRの枯渇溶液を灌流時に、SRのコンパートメントとTTコンパートメント内の蛍光レベルは、密結合を示し、減少し始めSRのCa 2 +の間にそれぞれストアの枯渇とSOCEの活性化、( 図5)。

図1。のアクティベーションストア作動性Ca 2 +のエントリ(SOCE)。Orai1、ユニットを形成するチャンネル孔は、細胞膜(PM)とSTIM1は、Ca 2 +センサーに配置されている小胞体や筋小胞体(ER /に配置されているSR)膜。 ER / SRのCa 2 +ストアが原因でER / SRのCa 2 +ポンプ(SERCのブロックのいずれかに減少している場合A)またはCa 2は、IP 3受容体やリアノジン受容体を介し+リリースでは、STIM1がアクティブになります。活性化STIM1分子がパッチを形成し、さらにSOCEの活性化をリードしていますOrai1の凝集を誘導。

図2。 KYSE-150細胞の細胞内Ca 2 +の測定。0のCa 2 +(0.5mMのEGTA)から2 mMまで細胞外液の交換のCa 2 +は細胞内Ca 2 +の変化を誘発しなかった。 0のCa 2 +バスソリューション誘発受動的なER Ca 2 +放出のTG 5μM。 ERのCa 2 +ストアが持続的な細胞内Ca 2 + SOCE阻害剤によってブロックすることができますSOCE、例えば、SKF-96365と2を経由して標高を活性化し細胞外Ca 2 +(2 mM)を加えて、(> 10分)が枯渇した後- APB(データは表示されません)。に対して特異的shRNAを含むプラスミドでトランスフェクトした細胞orai1(赤)は、スクランブルシーケンス(黒)でトランスフェクトした細胞よりも有意に減少しSOCEを示した。

図3。のMn 2 KYSE-150細胞におけるSOCEの+消光アッセイのMn 2 +(0.5 mm)でフラ-2蛍光の消光がフラ-2(360 nm)の+非依存性、励起波長のCa 2で測定した。細胞が完全にERのCa 2 +ストアの枯渇に10分間TG 5μMで処理した。のMn 2時のフラ-2蛍光の減衰の傾きは+加算(破線、最初の10秒以内)は、単位時間あたりの蛍光の減少率(100%として初期値)として表したSOCEの活性化を、表されます。最大限に急冷蛍光シグナルは、0.1%トリトンX-100(0%など)で細胞を溶解することによって、実験の終わりに設立されました。 2-APB(75μM)で処理した細胞は非常に浅く実証スロープ、示唆SOCEはKYSE-150細胞内でこの化合物によってブロックされています。

図4。筋細胞におけるSOCEの段階的活性化は、Mn 2 +によって明らかにされた消光アッセイを。TGは、SRのCa 2 +ストアの枯渇している間にSOCEの活性化は、登録されている可能性があります。のMn 2 +(0.5)とTG(20μM)の同時アプリケーションは、初期のMn 2 +から急冷別個であった細胞内のフラ-2蛍光(最速消光点を表示するにはシアン破線)の等級とシグモイド減少を誘発した率(青破線)。のMn 2 +クエンチスロープはそのSOCEが阻害されたことを示唆し、ほぼ2-APB(75μM)で処理した細胞の基底レベルと同じであった。

図5。空間的·時間的に肌の筋線維にSOCEを解決しました。 (A)RHOD-5N塩はTTとみたFluo-5N AMにロードされたが、SRに読み込まれました。(B)+枯渇液のCa 2を適用した後、TT、およびSRの各コンパートメントの蛍光は減少した。みたFluo-5N蛍光の損失が急速に解放SR Ca 2 +含量を示したとrhodo-の異形5N蛍光の損失がSOCEの活性化を示唆した。
Ca 2 +結合およびCa 2 +フリーフラ-2の励起波長は、それぞれ340nmおよび380nmであるが、Caの2のフラ-2の最高の比ダイナミックレンジ+濃度測定は、特に、他の波長で発生する可能性があります顕微鏡システム。波長のようなシフトは、通常、様々な光学部品を添加した光路の変化によるものである。本研究では、フラ-2の励起波長は、フラ-2蛍光のスペクトル解析を行うことにより、350 nmと390 nmで測定した。
を含むいくつかのソースのバランスから、細胞質ゾルの結果細胞内Ca 2 +レベル、細胞内Ca 2 +放出は、細胞外Ca 2 +のエントリと同様に、小胞体と細胞膜でのCa 2 +排除機構。細胞内Ca 2 +放出とCa 2 + EXTRから一方向のSOC-介在Ca 2 +流入を単離するために、usionは、Mn 2 +が消光アッセイを使用することができます。のMn 2 +は SOCEを介して細胞に浸透することができることが知られているが、表面膜の押し出しまたはCa 2によってERの取り込み+ポンプへの浸透です。したがって、蛍光消光は、単方向のMn 2 + SOCEの活性化の度合いを推定する細胞内へのフラックスの測定を表しています。のMn 2 +クエンチアッセイは、このような波長で、等吸収点で行わフラ-2蛍光強度がCa 2 +濃度とは無関係です。されてい各システムの等吸収点は、スペクトラム·スキャンによって決定されるべきである。また、Mn 2 +の消光は、最終的な値は、Ca 2 +濃度の13の独立しているような方法で、任意の2つの波長で調整された蛍光によって記録することができます。
骨格筋におけるSOCEの活動の空間的および時間的情報を得るために、我々は同時measuremeを可能にするデュアル色素法を採用SOCE活動のNTおよびSRのCa 2 +肌の大人の哺乳類のEDL筋線維内のコンテンツ。 SRのCa 2の変化の間に相関が+コンテンツとSOCE活動は、SRのCa 2 +貯蔵の枯渇にSOCE活性化のしきい値と感度を示すためにプロットすることができます。 TT-ローディング溶液は、さらにカルシウム2とT-細管をロードするために最適化されている+とT-細管とSR-ローディング溶液のプライミングのために最大限のSRのCa 2 +ローディングを促進し、さらにT-細管をロードするように設計されています〜500μMのCa 2 +。 FCCPは、TT / SR-ローディング溶液とミトコンドリアからの影響を排除するためにSR-オゾンソリューションに含まれています。
利害の衝突が宣言されません。
私たちは、読書と、この原稿を編集するために博士ノアWeislederに感謝します。この作品は、MBに0535555N ZP、XZに米国心臓協会SDG2630086、および国立衛生研究所RC2AR058962-01 MBまでに研究費補助金UMDNJ財団62から09でサポートされていました。
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| RPMI 1640 | Mediatech | 10-040-CV | |
| Ham’s F-12 | Mediatech | 10-080-CV | |
| DMEM | Mediatech | 10-013-CV | |
| Glass Bottom Dish | MatTek | P35G-1.5-14-C | |
| Fura-2 AM | Invitrogen (Molecular Probes) | F1221 | -20°C, seal tight, protected from light, dissolved into DMSO |
| Fluo-5N AM | Invitrogen (Molecular Probes) | F14204 | -20°C, seal tight, protected from light |
| Rhod-5N | Invitrogen (Molecular Probes) | R14207 | -20°C, seal tight, protected from light |
| Quartz Cuvette | Starna Cells | 3-Q-10 | |
| thapsigargin | Tocris | 1138 | |
| 2-Aminoethoxydiphenylborane (2-APB) | Tocris | 1224 | |
| N-benzyl-p-toluene sulphonamide (BTS) | Sigma-Aldrich | 435600 | |
| Collagenase Type I | Sigma | C0130 | |
Equipment: |
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