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1Department of Biological Sciences and Geology, Queensborough Community College, 2Department of Physiology & Biophysics, Stony Brook University
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Golebiewska, U., Scarlata, S. Measuring Fast Calcium Fluxes in Cardiomyocytes. J. Vis. Exp. (57), e3505, doi:10.3791/3505 (2011).
1. कैल्शियम संकेतक के साथ लोड हो रहा है कोशिकाओं
2. Microinjecting कोशिकाओं
3. सह - immunofluorescence अध्ययन
4. फास्ट कैल्शियम इमेजिंग
5. डेटा विश्लेषण
6. प्रतिनिधि परिणाम:
हम पर कक्षों लेजर confocal सूक्ष्मदर्शी (Zeiss, जेना, जर्मनी) LSM510 बहु - रेखा लेजर उत्तेजना और एक 40x/1.2 एनए apochromat पानी विसर्जन उद्देश्य के साथ सुसज्जित स्कैनिंग imaged. अंजीर में. 1 (लाल) हम distributio दिखानेn कुत्ते वयस्क निलय cardiomyocytes कि निर्धारित किया गया है और caveolin-3 के लिए एक एंटीबॉडी जो इन 9 कोशिकाओं में प्रमुख संरचनात्मक caveolar प्रोटीन के साथ दाग में caveolae की. Caveolin-3 Alexa 647 के साथ immunolabelled किया गया था और एक वह से 633 एनएम के साथ लाइन में उत्साहित: Ne लेजर. छवियाँ LP650 एनएम उत्सर्जन फिल्टर का उपयोग कर दर्ज किए गए. caveolin-3 के वितरण Gα क्ष कि एलेक्सा-488 (हरा) के साथ immunolabeled किया गया था की तुलना में किया गया था. एलेक्सा 488 488nm लेजर आर्गन आयन लाइन के साथ उत्साहित थी और छवि BP505-530nm उत्सर्जन फिल्टर का उपयोग कर दर्ज की गई थी. इन colocalization माप में, दो fluorophores एक अनुक्रमिक तरीके का उपयोग मल्टी ट्रैक अधिग्रहण में उत्साहित थे. यह प्रक्रिया चैनल पार बात कम से कम. Colocalization के लिए डेटा विश्लेषण AIM LSM510 - मेटा Zeiss के साथ प्रदान की सॉफ्टवेयर का उपयोग किया था. के रूप में देखा जा सकता है, दो प्रोटीन colocalized हैं.
कैसे निर्धारित करने के लिए caveolin-3 और Gα के बीच युग्मन 2 Ca + ग्रीन के साथ भरी हुई थी . हम एक 488nm आर्गन आयन लेजर के साथ डाई उत्साहित और एक LP515 उत्सर्जन फिल्टर के माध्यम से एकत्र की छवियों. छवि फ्रेम 500 एमएस अंतराल पर एकत्र किए गए थे. प्रत्येक पिक्सेल के लिए तीव्रता मूल्यों ओलिंप सॉफ्टवेयर और ImageJ का उपयोग कर निकाले गए थे. स्कैन लाइन मोड तेजी Ca 2 + यात्रियों और सीए 2 + स्पार्क्स के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया था . वर्तमान अध्ययन में प्रयुक्त पिक्सेल आकार 0.1-0.3 सुक्ष्ममापी किया गया था. पंक्ति स्कैन दर के बारे में प्रति पंक्ति μs के कई सौ किया गया था. अंजीर में. 2 हम एक 2 Ca की एक पंक्ति स्कैन + ग्रीन लोड cardiomyocyte जहां पिक्सेल घ दिखानेअच्छी तरह से समय 2 μs था, लाइन समय 142 μs था. 1200 लाइनों की छवि बना है.
स्कैन की प्रत्येक पंक्ति 2 Ca की तीव्रता अस्थिरता से मेल खाती है है + ग्रीन एक 142 μs रेंज पर लिया 71 अंक से मिलकर, और कैल्शियम प्रतिक्रियाओं के लिए एक तेजी से पढ़ने के बाहर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, छवि में. 3 हम Ca दिखाने 2 + एक व्यक्ति cardiomyocyte की एक एकल लाइन की गतिविधि, के रूप में सीए द्वारा 2 मापा + सेकंड में समय के एक समारोह के पहले (ऊपर) के रूप में और बाद में ग्रीन प्रतिदीप्ति तीव्रता (नीचे) के अलावा 5 सुक्ष्ममापी carbachol जो बढ़ाता है intracellular Ca 2 के स्तर + Gα q-PLCβ गतिविधि के माध्यम से. जब कई लाइनों औसत हैं, carbachol उत्तेजना एक ~ 2 CA में 1.8 गुना वृद्धि का उत्पादन + ग्रीन तीव्रता . प्रयोगात्मक शर्तों में बदलाव (कमरे के तापमान, लेजर बिजली, डिटेक्टर प्रतिक्रिया, डाई वितरण, आदि) के कारण व्यक्ति में इस वृद्धि नहीं की जा देखा जा सकतालाइन स्कैन. हालांकि तीव्रता मान (y अक्ष मान) के समान हैं, यह स्पष्ट है कि तल पर carbachol उत्तेजित साजिश बहुत व्यापक चोटियों, संकीर्ण अस्थिरता उत्तेजना से पहले देखा चोटियों से अधिक निरंतर कैल्शियम का स्तर इसी है. तीव्रता में यह व्यापक बनाने और रिश्तेदार वृद्धि छोटे, धीमी दोलनों obscures. हमारा लक्ष्य बेहतर कैल्शियम उतार चढ़ाव के इन विभिन्न स्पष्ट प्रकार के बीच भेदभाव है.
इन तेजी से कैल्शियम उतार चढ़ाव का एक अन्य उदाहरण छवि में दिखाया गया है. 4. शीर्ष ग्राफ उत्तेजित निलय (लाल) cardiomyocytes और पंक्ति 3 के निशान के एक औसत काले रंग में दिखाया गया है के लिए कच्चे लाइन डेटा से पता चलता है. निर्धारित हद तक है कि इन कैल्शियम उतार चढ़ाव Gα क्ष द्वारा मध्यस्थता थे - caveoline3 बातचीत करने के लिए, हम एक पेप्टाइड है कि caveolin-3 destabilizes microinjected - Gα क्ष बातचीत (यानी Cav3 पेप्टाइड) + जो अब Ca 2 समाप्त वर्तमान और इन आंकड़ों नीले में हैं(हम ध्यान दें कि हम Cav3 पेप्टाइड तीव्रता इतनी है कि दो निशान बेहतर discerned किया जा सकता से 500 घटाया).
हम हमारे Sigmaplot में एक्सेल फ़ाइलें (Jandel इंक) से कच्चे डेटा के स्तंभों के आयात और बाहर एक हिस्टोग्राम विश्लेषण किया जाता है. इस विश्लेषण में, घटनाओं की संख्या बक्से की एक समान संख्या (डिब्बे) हिस्टोग्राम उत्पादन में बांटा है. बिन की चौड़ाई समय की एक समान अंतराल का प्रतिनिधित्व करता है. तीव्रता अलग समय में डाला कर रहे हैं तो बांधता है कि एक विशेष बिन की ऊंचाई बार की संख्या कि तीव्रता विशेष समय विंडो में होता है का प्रतिनिधित्व करता है. विश्लेषण के इस प्रकार के बाद से केवल एक ही स्कैन दर पर डेटा इकट्ठा करने पर निर्भर करता है, कई निशान एक साथ विश्लेषण किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, इस विश्लेषण डाई स्तर में मतभेद, लेजर बिजली, आदि, और समय पैमाने पर इलेक्ट्रॉनिक और पृष्ठभूमि शोर बहुत तेजी से होता है के प्रति संवेदनशील नहीं है और केवल पहले 1-2 डिब्बे में देखा है.
इसी histograचित्र में कच्चे डेटा के एमएस. 4 पृष्ठ के तल पर दिखाए जाते हैं. हिस्टोग्राम नियंत्रण कक्षों के लिए एक व्यापक समय पर वितरण, के रूप में लाल रेखा (लाइन आँख मार्गदर्शन के लिए है और कोई मॉडल माना जाता है) द्वारा दर्शाया इसी डिब्बे की एक बड़ी संख्या में फैले हुए हैं. इसके विपरीत, जहां Gα बातचीत क्ष - Cav3 पेप्टाइड द्वारा बाधित किया गया था कोशिकाओं की प्रतिक्रिया के लिए डिब्बे एक संकीर्ण बिन सुझाव है कि पेप्टाइड की उपस्थिति में लंबी अवधि के अपशिष्टों समाप्त वितरण तक ही सीमित हैं. एक नियंत्रण पेप्टाइड है कि क्ष - Cav3 Gα को बाधित नहीं करता Microinjection एक संयुक्त राष्ट्र इंजेक्शन 8 कोशिकाओं के लिए इसी तरह की हिस्टोग्राम उत्पादन.
अंजीर में. 5 हम Ca 2 के तेजी से तीव्रता उतार चढ़ाव + वयस्क कुत्ते निलय cardiomyocytes में ग्रीन (बाएं) और ताजा, unstimulated चूहे नवजात cardiomyocytes कि caveolae (दाएं) की कमी की तुलना . यहाँ, एक 3 मिनट की अवधि से अधिक तीव्रता के इसी histograms binned गया 35 पर धीमी कैल्शियम की घटनाओं को देखने के लिए. ध्यान दें कि नवजात cardiomyocytes एक फ्लैट आधारभूत धीमी 2 Ca + गतिविधि की कमी दिखा रहा है, जबकि एक अधिक संरचित आधारभूत वयस्क कोशिकाओं के लिए देखा है पर तेजी से उतार - चढ़ाव प्रदर्शन. इन मतभेदों को सबसे आसानी से histograms में देखा जाता है.

कुत्ते वयस्क निलय Gα क्ष के वितरण दिखा cardiomyocytes की छवियाँ चित्रा 1 Alexa-488 जहां Alexa 488 488nm लेजर आर्गन आयन लाइन और छवि के साथ उत्साहित थी के साथ immunolabeled BP505-530nm उत्सर्जन फिल्टर का उपयोग कर दर्ज की गई थी. ऊपर दाईं ओर एक ही छवि को देखने caveolin-3 का स्थानीयकरण Alexa-647 के साथ immunolabeled से 633 एनएम लाइन के साथ उत्साहित है वह फंट लेजर और LP650 एनएम उत्सर्जन फिल्टर का उपयोग कर दर्ज. मर्ज किए गए छवि जहां colocalization नारंगी में देखा जाता है सही करने के लिए एक विस्तारित छवि के साथ छोड़ दिया तल पर है.

चित्रा 2 एक जीवित कुत्ते वयस्क निलय cardiomyocyte कैल्शियम इमेजिंग 2 Ca + ग्रीन के साथ भरी हुई है. छवि एक confocal स्कैनिंग लेजर खुर्दबीन प्रणाली पर एक 40x उद्देश्य के साथ 488nm आर्गन आयन लेजर और एक LP515 उत्सर्जन फिल्टर का उपयोग कर लिया गया था. 1200 लाइनों की छवि बना है, पिक्सेल ध्यान केन्द्रित करना समय 2 μs था, और पिक्सेल आकार 0.1 सुक्ष्ममापी किया गया था.

चित्रा 3 एक जीवित कुत्ते वयस्क निलय 2 Ca + ग्रीन के साथ भरी हुई है और imaged के रूप में वर्णित cardiomyocyte, और नीचे एक ही 5 सुक्ष्ममापी carbachol के अलावा द्वारा प्रेरित सेल से एक लाइन ट्रेस के शीर्ष तीव्रता उतार चढ़ाव .
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चित्रा 4 में रहने वाले कुत्ते वयस्क निलय 2 Ca के साथ भरी हुई cardiomyocyte से टॉप लाइन निशान का एक उदाहरण है. + (लाल) ग्रीन 180 एमएस जहां 3 निशान के औसत एक काला लाइन के रूप में दिखाया गया है, और एक सेल है कि microinjected था की तुलना में अधिक लिया कि एक पेप्टाइड के साथ बाधित Gα क्ष caveolin 3 (लाल) संघ जहां तीन निशान के एक औसत के काले रंग में है . हम ध्यान दें कि हम देखने के प्रयोजनों के लिए डेटा के निचले सेट से 400 तीव्रता मायने रखता है घटाया. कम पैनल binned डेटा पाठ में वर्णित के रूप में की इसी histograms हैं, और जहां बिन संख्या मनमाना है और बिन गिनती (या बस गिनती के लिए) है कि विशेष रूप से बिन में तीव्रता की कुल राशि से मेल खाती है है. हम ध्यान दें कि लाइन लाल और नीले रंग नियंत्रण (बाएं) और पेप्टाइड histograms (दाएं) में तैयार की लाइनों के लिए आसान पहचान और डेटा की तुलना के लिए अनुमति देते हैं और कोई मॉडल माना जाता है.
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5 चित्रा 2 Ca की तीव्रता उतार चढ़ाव + वयस्क कुत्ते निलय cardiomyocytes में ग्रीन (बाएं) और ताजा, unstimulated चूहे नवजात cardiomyocytes कि caveolae (दाएं) और उनके इसी histograms कमी नीचे दिखाई जाती हैं.
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हम एक को देखने और रहने वाले cardiomyocytes में तेजी से कैल्शियम संकेतों को अलग विधि विकसित की है. जबकि इन मापों के प्रयोगात्मक शर्तों अन्य सेल 10 प्रणाली के रूप में के रूप में अच्छी तरह से 11 cardiomyocytes पहले लागू किया गया है है, histograms और बिन विश्लेषण का उपयोग डेटा से कई Ca 2 + घटनाओं को हासिल किया जा अनुमति देता है. तेज़ घटनाओं को आसानी से धीमी गति वाले और मॉडल अपनी अंतर्निहित तंत्र को समझने के लिए अनुकूलित से अलग किया जा सकता है. संवर्धन cardiomyocytes, कई प्राथमिक कोशिका लाइनों के रूप में मुश्किल हो सकता है. हालांकि यह आम तौर पर सोचा है कि जल्द ही माप लिया जाना चाहिए के बाद कोशिकाओं प्राप्त कर रहे हैं, हमने पाया है कि वयस्क कुत्ते cardiomyocytes हम इस अध्ययन में इस्तेमाल केवल 3 दिनों के बाद उनकी विशिष्ट गुण खो शुरू. यह लंबे समय सीमा कोशिकाओं को मजबूती से बीमा है कि कोशिकाओं microinjection जैसे संभावित घातक उपचार बच जाएगा सब्सट्रेट पर देते हैं अनुमति देता है. फर्म लगाव महत्वपूर्ण हैmicroinjection की सफलता के लिए.
हम एक पेप्टाइड है कि उनकी बातचीत बाधित microinjecting कैल्शियम अपशिष्टों में Gα क्ष caveolin 3 संघ की भूमिका सत्यापित . हम तनाव है कि microinjection महान देखभाल के साथ किया जाना चाहिए करने के लिए सेल और सेलुलर सामग्री का रिसाव हानिकारक कम से कम करना चाहते हैं. हालांकि, इन जोखिमों बड़ा व्यास सुई है कि अपेक्षाकृत बड़े cardiomyocytes में सामग्री की एक पर्याप्त राशि देने की जरूरत है के उपयोग के द्वारा संतुलित किया जाना चाहिए. DAPI जैसे एक रंग है कि एक ट्रैक करने के लिए जो कोशिकाओं microinjection किया गया है की अनुमति देता है के शामिल किए जाने के महत्वपूर्ण है. के रूप में उल्लेख किया है, यह महत्वपूर्ण है कि microinjection myocytes के लिए कैल्शियम मुक्त माध्यम में और इंजेक्शन समाधान भी कैल्शियम की मुक्त स्नान कर रहे हैं. कोशिकी कैल्शियम की बाढ़ संकुचन और कोशिकाओं के बाद मृत्यु शुरू
माप खुद को अन्य कोशिका प्रकार, रंग और लेजर confocal के लिए अनुकूलित किया जा सकता हैसिस्टम अन्य insoitol 1,4,5 trisphospate और शिविर अपशिष्टों के रूप में तेजी से सेल की घटनाओं का पालन करने के लिए, हालांकि Ca 2 + अपशिष्टों निश्चित रूप से कर रहे हैं एक सबसे जटिल सेलुलर दूत. एक फ्लोरोसेंट संकेतक है कि आसानी से और नहीं photobleached एक मजबूत और गतिशील प्रतिदीप्ति प्रतिक्रिया है ताकि कम लेजर शक्तियों का इस्तेमाल किया जा सकता है चुनने के बारे में सतर्क होना चाहिए. कम लेसर शक्ति भी स्थानीय हीटिंग जो अवांछित सेलुलर प्रभाव को जन्म दे सकता से बचना होगा.
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ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
यह काम राष्ट्रीय स्वास्थ्य अनुदान GM53132 2R01 और GM071558 P50 के संस्थान के द्वारा समर्थित किया गया.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMEM | Invitrogen | ABCD1234 |