يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
أردنا تطوير بديل حساس وآمن وغير مكلف لتجارب التتبع المشع للتحقيق في نشاط النقل المحدد لبروتينات الغشاء التي تنقل الأيونات من أجل التحايل على القيود المتعلقة بالوصول إلى مختبرات النظائر أو متطلبات السلامة أو استخدام النظائر المشعة المكلفة ، والتي - كما في حالة الليثيوم - قد تكون غير متوفرة بسبب أوقات الاضمحلال القصيرة للغاية. كنا مهتمين بشكل خاص بتحديد نشاط المعدة التي تعمل كهروبايد H + ، K + - ATPase ، لأن الإنزيم لا يولد تيارا وبالتالي لا يمكن معالجة نشاطه بالطرق الفيزيولوجية الكهربية. نظرا لأن Na + و K + - و H + و K + - ATPase نقل Rb + بنفس كفاءة K + (و Li + أيضا) ، فإن الحساسية العالية لتقنية AAS للروبيديوم أو الليثيوم يجب أن تيسر الكشف الحساس عن نشاط النقل. مقاييس الطيف الضوئي للامتصاص الذري هي أجهزة تحليلية شائعة ، يتم توزيعها على نطاق واسع في المختبرات الكيميائية ويجب أن تكون في متناول عدد كبير من العلماء المهتمين. علاوة على ذلك ، أردنا الاستفادة من نظام تعبير البويضات Xenopus ، الذي يستخدم خلايا مفردة كبيرة (قطرها حوالي 1.0-1.5 مم) تسمح بتحقيق تباين منخفض بشكل ملحوظ من خلية إلى أخرى فيما يتعلق بمستوى تعبير البروتين ضمن دفعة واحدة. يوضح حساب بسيط جدوى اختبار AAS: حد الكشف (الكتلة المميزة) للروبيديوم باستخدام تقنية THGA-AAS هو 10 بيكوغرام أو 1.2 · 10-13 مول (Rb: 85.47 جم / مول) ، لليثيوم 5.5 بيكوغرام أو 7.9 · 10-13 مول (Li: 6.94 جم / مول). عند التعبير غير المتجانس عن Na + ، K + -ATPase في بويضات Xenopus ، يمكن تحقيق تيارات مضخة تبلغ 100 نانو أمبير (أي ما يعادل حوالي 6.2 · 1011 شحنات أولية في الثانية ، أو 1.03 · 10-12 مول ثانية -1) ، مما يؤدي إلى نقل 6 · 10-6 درجة مئوية من الشحنة في غضون دقيقة واحدة. نظرا لأن نقل شحنة صافية واحدة يتوافق مع امتصاص اثنين من أيونات Rb + (بسبب القياس المتكافئ 3Na + / 2K +) ، فإن تيار 100 nA لمدة دقيقة واحدة يتوافق مع امتصاص 1.2 · 10-10 مول Rb +. وبالتالي ، حتى عند التخفيف بمقدار 1,000 ضعف (تجانس بويضة بحجم حوالي 1 ميكرولتر في 1 مل من الماء) ، تحتوي عينة THGA-AAS النموذجية (20 ميكرولتر) على 2.4 · 10-12 مول Rb + (أو 204 pg) ، وهو أعلى بكثير من عتبة الكشف. لذلك ، حتى الناقلات التي لديها نشاط نقل أقل بأكثر من 100 ضعف أو تعبير غشاء البلازما يمكن فحصها باستخدام هذه التقنية عن طريق ضبط وقت تدفق التجربة بشكل مناسب.
< p class = "jove_content" >نظرا لأن معدل الضخ يعتمد بشكل حساس على درجة الحرارة (طاقات التنشيط النموذجية ل Na + ، K + -ATPase تتراوح من 90 كيلو جول / مول إلى 130 كيلو جول / مول1-3 ، مما يؤدي إلى زيادة بنسبة 30٪ تقريبا في معدل الدوران عند التغيير من 20 درجة مئوية إلى 22 درجة مئوية) ، فمن الضروري إجراء قياسات التدفق تحت تحكم دقيق في درجة الحرارة (تكييف الهواء) مع حلول عازلة متوازنة بشكل جيد. علاوة على ذلك ، يجب اختيار البويضات بعناية فيما يتعلق بالحجم المتجانس للتعبير عن ناقل الأيونات. باستخدام هذه الاحتياطات ، من الممكن تحقيق أخطاء قياسية تجريبية بشكل روتيني أقل من 10 في المائة مع حوالي 10 خلايا لكل حالة تجريبية. باستخدام هذه التقنية ، تمكنا من تحديد على سبيل المثال التقارب الواضح Rb + لنقل الكاتيون4-6 ، وتأثير الرقم الهيدروجيني خارج وداخل الخلايا7 وتأثير طفرات المخلفات المشاركة في تنسيق الكاتيون أثناء النقل4،8. تتمثل إحدى مزايا هذه التقنية في أنه يمكن أيضا تحديد التدفقات الأيونية بالاشتراك مع لقط جهد البويضات ثنائي القطب ، والذي يضمن من ناحية التحكم الدقيق في إمكانات الغشاء أثناء النقل ومن ناحية أخرى يسمح بربط تدفق الأيونات بتيار الغشاء. وبالتالي ، كان من الممكن التحقق من القياس المتكافئ 3Na + / 2K + ل Na + ، K + -ATPase (انظر النتائج النموذجية أدناه) وتحديد اعتماد الجهد لنقل الكاتيون في المعدة H + / K + -ATPase 7.الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. بناءات cDNA والتعبير البروتيني في بويضات Xenopus
يجب استنساخ cDNA لبروتين الغشاء المستهدف في ناقل مناسب للتعبير في بويضات Xenopus laevis مثل pTLN9 أو pcDNA3.1X10. تحتوي هذه النواقل المُحسَّنة على المناطق غير المترجمة (UTR) 5' و 3' لجين β-globin الخاص بـ Xenopus laevis والتي تحيط بموقع الاستنساخ المتعدد (MCS)، وتسلسل محفز لإنزيم RNA polymerase (في pTLN: SP6، وفي pcDNA3.1X: T7) يقع قبل منطقة 5' UTR، وسلسلة poly-A في الاتجاه 3' من موقع MCS لضمان استقرار cRNA داخل الخلايا، وبالإضافة إلى ذلك، يتوفر في الاتجاه السفلي تسلسل آخر من مواقع إنزيمات القطع التقييدية أحادية القطع لخطية البلازميد ليكون بمثابة قالب لعملية نسخ cRNA in vitro.
للتمييز بين نشاط إنزيم Na+/K+-ATPase البشري مفرط التعبير (الوحدة الفرعية α2+الوحدة الفرعية β1) وإنزيم Na+/K+-ATPase الداخلي للخلايا البيضية، تم إدخال الطفرات Q116R وN127D للحصول على بروتين مقاوم للأواباين بتركيز IC50 في نطاق المليمولار11. وفي حالة H+/K+-ATPase، أُجريت قياسات التدفق باستخدام طفرة S806C في الوحدة الفرعية α لإنزيم H+/K+-ATPase، حيث ارتبطت تدفقات Rb+ بالبيانات الحركية المستمدة من تجارب قياس الفلورية بجهد تثبيت الغشاء (VCF). تعتمد تقنية VCF (https://www.jove.com/video/2627/ examining-the-conformational-dynamics-of-membrane-proteins-in-situ-with-site-directed-fluo rescence-labeling)12 على ربط فلوروفور في موقع محدد ببقايا سيستين تم إدخالها استراتيجياً، والتي تعطي تقريراً عن التغيرات التشكيلية للإنزيم.
2. خطيّة وتنقية قالب الـ DNA
3. تخليق الـ cRNA In Vitro
4. الحصول على مادة المبيض من إناث Xenopus laevis عن طريق استئصال المبيض الجزئي
لقد تمت الموافقة على هذا البروتوكول من قبل السلطة الحكومية المسؤولة (Landesamt für Gesundheit und Soziales Berlin، مجلس شيوخ برلين، ألمانيا).
5. العزل الإنزيمي للبويضات الفردية
6. حقن الـ cRNA
المعالجة المسبقة للبويضات التي تعبر عن إنزيم ATPase غير متجانس
إجراء تحميل +Na
من أجل القياسات الوظيفية لـ Na+/K+-ATPase، من المهم رفع تركيز Na+ داخل الخلايا13، وذلك على النحو التالي:
7. الحجب المسبق للصوديوم الداخلي (Endogenous Na)+،K+أدينوزين ثلاثي الفوسفاتيز (-ATPase)
تنبيه: بما أن بويضات Xenopus تعبر عن مضخة Na+,K+-ATPase داخلية، فمن المهم تثبيط هذه المضخة الداخلية قبل إجراء تجارب تدفق Rb+، وذلك على النحو التالي:
8. الفيزيولوجيا الكهربائية
9. قياسات امتصاص Rb+
10. تحضير جهاز AAnalyst 800 باستخدام نظام فرن THGA
11. ملاحظات حول قياس أعداد العينات الكبيرة (أكثر من 50)
بروتوكول درجة الحرارة الموصى به لتقنية THGA-AAS لتقدير الروبيديوم
| الخطوة | درجة الحرارة (°C) | وقت الصعود (sec) | وقت التثبيت (sec) | تدفق غاز الأرجون (ml/min) |
| التجفيف 1 | 110 | 1 | 20 | 250 |
| التجفيف 2 | 130 | 5 | 30 | 250 |
| التحلل الحراري | 300-600 | 10 | 20 | 250 |
| التذرية | 1700-1800 | 0 | 5 | 0 |
| التنظيف | 2400 | 1 | 2 | 250 |
بروتوكول درجة الحرارة الموصى به لتقنية THGA-AAS لتقدير الليثيوم
| الخطوة | درجة الحرارة (°C) | وقت التصاعد (sec) | وقت التثبيت (sec) | تدفق غاز الأرغون (ml/min) |
| التجفيف 1 | 110 | 1 | 30 | 250 |
| التجفيف 2 | 130 | 15 | 30 | 250 |
| التحلل الحراري | 900 | 10 | 20 | 250 |
| التذرير | 2200 | 0 | 5 | 0 |
| التنظيف | 2450 | 1 | 3 | 250 |
تحليل البيانات
أو دالة Michaelis-Menten
على البيانات. في هذه المعادلات، يمثل [S] تركيز الركيزة، وnH معامل Hill، وK0.5 تركيز الركيزة اللازم لنصف التنشيط الأقصى.الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يسمح تقدير كمية امتصاص Rb+ بواسطة مضخات P-type ATPases التي تعمل بالنقل المضاد لـ K+ (أو Rb+) بواسطة AAS في نظام التعبير في بويضات Xenopus بالتحديد الموثوق لمعاملات حركية الإنزيم.
تحديد قياس اتحادية النقل لـ Na+/K+-ATPase
بالنسبة لـ Na+/K+-ATPase المولدة للكهرباء، يمكن تحديد تدفقات Rb+ في تجارب تثبيت الجهد ثنائية القطب التي تهدف إلى إيجاد الارتباط بين نقل الشحنة الصافي (الت...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أثبتت الطريقة الموصوفة لقياس كمية Rb + (أو Li +) المأخوذة في بويضات Xenopus الفردية التي تعبر عن Na + أو K +- أو H + أو K + - - ATPase أنها تقنية متعددة الاستخدامات ومرنة ودقيقة لتحديد المعلمات الحركية أو الديناميكية الحرارية للنقل من النوع P1،4،5،7،8. إنه بديل آمن وموثوق لمقايسات تدفق التتبع الإشعاعي ، ويسمح بمعالجة نطاق كبير من الأسئلة التجريبية في غضون فترة زمنية قصيرة جدا. وفقا لذلك ، تم الحصول على بيانات محدودة للغاية فقط باستخدام ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.
يشكر المؤلفون إرنست بامبرغ (معهد ماكس بلانك للفيزياء الحيوية ، فرانكفورت ، ألمانيا) على الدعم السخي خلال المرحلة الأولى من تطوير الطريقة ، وكازوهيرو آبي (جامعة كيوتو ، اليابان) على العديد من المناقشات المثمرة والدكتور مايكل كول (Analytik-Service ، Woltersdorf ، ألمانيا) على الدعم الفني. يقر المؤلفون بامتنان بالتمويل المقدم من مؤسسة الأبحاث الألمانية DFG (مجموعة التميز "توحيد المفاهيم في التحفيز") ، والتي مولت أيضا جهاز Perkin Elmer AAnalyst 800 (SFB 498).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 4.0 مادة خياطة Ethicon Vicryl | جونسون جونسون | V633H | |
| كولاجيناز نوع 1A من Clostridium hystolyticum< / em> | Sigma Aldrich | C9891 | |
| طقم تنقية منتج PCR عالي النقاء | Roche العلوم التطبيقية | 11732676001 | |
| المياه الخالية من Nuclease | Ambion | AM9937 | |
| mMessage mMachine Kit SP6 / T7 | Ambion | 1340 ، 1344 | |
| Ouabain أوكتاهيدرات | Sigma Aldrich | O3125 | |
| Tricain (ملح إيثيل 3-أمينوبنزوات ميثان سولفونات) | Sigma Aldrich | A5040 | |
| مثبط التربسين من النوع III-O من بياض بيض الدجاج | Sigma Aldrich | T2011 | |
| SCH28080 | Sigma Aldrich | S4443 | |
| AAnalyst 800 | Perkin Elmer | 0993-5256 | |
| WinLab32TM | Perkin Elmer | ||
| BioPhotometer | Eppendorf | 6131 000.012 | |
| علوم الشعيرات الدموية البورسليكات | GB150F-8P | ||
| أنابيب الهيماتوكريت 3.5 " | Drummond Scientific | 3 000-203-G / X | |
| مصباح الكاثود المجوف ليثيوم | Photron | P929LL | |
| مصباح الكاثود المجوف روبيديوم | فوترون | P945 | |
| مجتذب الماصات | الدقيقة Narishige | نموذج PC-10 | |
| غرفة تسجيل البويضات RC-10 | Warner Instr. | W4 64-0306 | |
| حقن Nanoject II | Drummond Scientific | 3-000-204 | |
| برنامج pCLAMP | الأجهزة الجزيئية | ||
| كوب عينة من مادة البولي بروبلين (1.2 مل) | Perkin Elmer | B0510397 | |
| Speedvac - موديل المكثف 5301 | Eppendorf | 5301 000.210 | |
| THGA Tube | Perkin Elmer | B3000641 | |
| مكبر للصوت توربو TEC-10CX | NPI للإلكترونيات | TEC-10CX |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.