ونظراً للتداخل الطيفي لموجات الإثارة والانبعاثات لنظائر NADH وfura-2، فإن تداخل الإشارة من كلتا الكيميائيتين في الخلايا الحية أمر لا مفر منه أثناء القياس الكمي [Ca2+]. وهكذا، تم تطوير طريقة تصحيح جديدة عبر الإنترنت لتداخل إشارة NADH لقياس [Ca2+] .
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
ونظراً للتداخل الطيفي لموجات الإثارة والانبعاثات لنظائر NADH وfura-2، فإن تداخل الإشارة من كلتا الكيميائيتين في الخلايا الحية أمر لا مفر منه أثناء القياس الكمي [Ca2+]. وهكذا، تم تطوير طريقة تصحيح جديدة عبر الإنترنت لتداخل إشارة NADH لقياس [Ca2+] .
ولقياس [Ca2+] كمياً، كثيراً ما تُستخدم النظائر fura-2، التي هي مركبات فلورية قياسية النسبية. ومع ذلك، فإن استخدام الصبغة محدود في جوهره في الخلايا الحية بسبب تداخل الفلورة الذاتية، وذلك أساسا من نيكوتيناميد الدينوكليوتيد (NADH). وبشكل أكثر تحديدا، وهذا هو عقبة رئيسية عند قياس الميتوكوندريا [كاليفورنيا2 +] كميا باستخدام النظير fura-2 لأن غالبية NADH في الميتوكوندريا. إذا كان تركيز صبغة الفلورسنت هو نفسه، يجب أن تنتج كثافة الإثارة معينة نفس كثافة الانبعاثات. ولذلك، ينبغي أن تكون نسبة كثافة الانبعاثات لاثنين من الأطوال الموجية المختلفة ثابتة. وبناء على هذا المبدأ، تم تطوير طريقة تصحيح جديدة على الإنترنت لتداخل إشارة NADH لقياس [Ca2+] ويمكن الحصول على كثافة الإشارة الحقيقية لNADH وfura-2. وعلاوة على ذلك، تم تطوير معادلة جديدة لحساب [Ca2+] مع الإثارة isosbestic أو الإثارة في 400 نانومتر. مع هذه الطريقة، يمكن قياس التغييرات في الميتوكوندريا [Ca2+] بنجاح. وبالإضافة إلى ذلك، مع مجموعة مختلفة من الإثارة والموجات الموجية للانبعاثات، يمكن قياس معلمات متعددة، بما في ذلك NADH، [Ca2+] وإمكانية وجود غشاء الميتوكوندريا(M)في وقت واحد. تم قياس الميتوكوندريا [Ca2+]وM أو الرقم الهيدروجيني باستخدام fura-2-FF وtetramethylrhodamine إيثيل إستر (TMRE) أو كاربوكسي-seminaphtorhodafluor-1 (كاربوكسي-SNARF-1).
ومن المعروف على نطاق واسع الدور الهام للداخل الخلايا كاليفورنيا2 + 1. القياس الكمي لـ [Ca2+] ضروري لفهم عمليات الوظائف الفسيولوجية الخلوية. Fura-2 النظير مفيدة جدا لأنها متحمسة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية (<400 نانومتر)، ويمكن تطبيق طريقة قياس النسب للقياس الكمي. لذلك، يمكن قياس المعلمات الفسيولوجية الأخرى مثل درجة الحموضة، وإمكانات الغشاء، وما إلى ذلك، مع الأصباغ الفلورية الأخرى. ويقال إن نطاق تركيز الميتوكوندرياCa2+ ([Ca2+]m)كان 0.08−20 μM2و3و4و5. بين fura-2 النظير، fura-2-FF هو مناسب لقياس هذا النطاق من [Ca2+]. ومع ذلك، تحتوي الخلايا الحية للأسف NADH / NADPH لعملياتها الأيضية، وNADH يولد تداخل إشارة بسبب الإثارة المتداخلة وأطياف الانبعاثات مع التناظرية fura-2. هذا التداخل يحد إلى حد كبير من استخدام النظير fura-2. على وجه التحديد، إذا تم تطبيق التناظرية لقياس الميتوكوندريا [كاليفورنيا2+] ، وهذا التدخل هو أكبر عقبة لأن أعلى كمية من NADH هو في الميتوكوندريا. ومما يزيد من تعقيد هذا الأمر التغيرات التي تحدثها NADH المرتبطة بإمكانية غشاء الميتوكوندريا(م)ويؤثر تغيير M [Ca2+] م6و7و8 , 9.وعلاوة على ذلك، لدراسة [Ca2+]م ديناميات، فمن الضروري أن نعرف حالة المعلمات الميتوكوندريا الأخرى، مثل NADH،م،والرقم الهيدروجيني.
الانبعاثات في 450 نانومتر و 500 نانومتر مع الإثارة في 353 نانومتر, 361 نانومتر, و 400 نانومتر تحتوي على إشارات من NADH وfura-2-FF, والمعادلات هي كما يلي. هنا, 353 نانومتر و 361 نانومتر هي النقاط isosbestic من fura-2-FF للانبعاثات في 450 نانومتر و500 نانومتر, على التوالي.
F361,450 = F361,450,NADH + F361,450,Fura Equation 1
F353,500 = F353,500,NADH + F353,500,Fura Equation 2
F400,500 = F400,500,NADH + F400,500,Fura Equation 3
حيث Fx,y هو كثافة الانبعاثات المقاسة في y-nm بواسطة x-nm الإثارة، Fx،y، NADH يمثل كثافة الانبعاثات المعتمدة على NADH نقية، وFx،y، Fura يمثل كثافة الانبعاثات النقية fura-2-FF-تعتمد على. تحت نفس التركيز من صبغة الفلورسنت، ينبغي أن تنتج كثافة الإثارة معينة نفس كثافة الانبعاثات. ولذلك، ينبغي أن تكون نسبة كثافة الانبعاثات لاثنين من الأطوال الموجية المختلفة ثابتة. Ca2+ وfura-2 لم يؤثر على خصائص الفلورة NADH; ولذلك، فإن نسبة الانبعاثات عند 450 نانومتر و500 نانومتر من NADH كانت ثابتة في أي موجة إثارة. ويمكن استخدام نفس القاعدة لfura-2-FF على أساس افتراض أن NADH أو [Ca2+] لا يؤثر على الأطياف الانبعاثات والإثارة من fura-2-FF. ومع ذلك، تسبب Ca2+ في تحول طيفي لانبعاث الفوا-2-FF. لذلك، لإزالة تأثير Ca2+، الإثارة isosbestic، وهو مستقل عن Ca2+، يحتاج إلى استخدامها. كل موجة الانبعاثات (أي، 450 نانومتر و 500 نانومتر) لديه نقطة isosbestic مختلفة، ومن الإعداد التجريبي لدينا، 353 نانومتر في 500 نانومتر و 361 نانومتر في 450 نانومتر تم اختيار. من هذه المعادلات التالية صالحة10.
Rf = F361,450,Fura/F353,500,Fura Equation 4
RN1 = F400,500,NADH/F361,450,NADH Equation 5
RN2 = F353,500,NADH/F361,450,NADH Equation 6
مع هذه الثوابت، المعادلات التالية من (المعادلة 1) (المعادلة 2) و (المعادلة 3) صالحة.
F361,450 = F361,450,NADH + Rf × F353,500,Fura Equation 7
F353,450 = RN2 × F361,450,NADH + F353,500,Fura Equation 8
F400,500 = RN1 × F361,450,NADH + F400,500,Fura Equation 9
من هذه المعادلات، إذا كان Rf،RN1،و RN2 معروفة، يمكن الحصول على إشارات نقية من NADH وfura-2 على النحو التالي.
F361,450,NADH = (F361,450 - Rf × F353,500)/(1− Rf × RN2)المعادلة 10
F353,500,Fura = (RN2 × F361,450 − F353,500)/(Rf × RN2 − 1) المعادلة 11
F400,500,Fura = F400,500 − RN1 × F361,450,NADH Equation 12
RFura = F353,500,Fura/F400,500,Fura Equation 13
كان شكل Ca2+من المنضم من fura-2-FF غير فلورسنت عمليا ً في الطول الموجي للإثارة 400 نانومتر. استناداً إلى هذه الخاصية، يمكن اشتقاق معادلة المعايرة الجديدة التالية.
[Ca2+] = Kd ∙ (F400,500,max/F353,500,max)× (RFura − Rmin)Equation 14
حيث Kd هو ثابت التفكك، F400،500، ماكس و F353،500، كحد أقصى هي القيم القصوى للإشارات المنبعثة في 500 نانومتر مع الإثارة في 400 نانومتر و 353 نانومتر، على التوالي، وRدقيقة هو الحد الأدنى RFura في كاليفورنيا2 +خالية من الشرط. بما أنّ الإثارة [إسوسبستيك] كان استعملت, المعادلة يستطيع كنت بسّطت أبعد [أس فولّووس].
[Ca2+] = Kd ∙ (1/ Rmin)∙ (RFura − Rmin)المعادلة 15
لذلك، يجب فقط قيمالحد الأدنى Kd و R لحساب [Ca2+].
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وقد وافقت اللجنة المؤسسية المحلية لرعاية الحيوانات واستخدامها على جميع البروتوكولات التجريبية.
1. إعداد الحلول
2- إجراء تحميل المسبار الفلوري في الميتوكوندريا
3 - إدخال نظام القياس متعدد القياسات
ملاحظة: يظهر الشكل 1 رسم تخطيطي للنظام بأكمله.
4. طرق تصحيح NADH مع نظام قياس متعدد البارامترية
5. اختيار الإثارة وضوء الانبعاثات لTMRE أو carboxy-SNARF-1
6. اختيار Kd قيمة fura-2-FF
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الميتوكوندريا Ca2+ التغييرات بسبب تصحيح10
ويبين الشكل 4 التغييرات في [Ca2+]م قبل التصحيح وبعده. وأظهرت النتائج بوضوح التغييرات الكبيرة في [كاليفورنيا2+]م. كان تركيز الكالسيوم الميتوكوندريا يستريح دون Ca السيتوسول2+ Ca([2+]ج)1.03 ± 0.13 μM (متوسط ± S.E., n = 32), والحد الأقصى [Ca2+]م في 1-μM [Ca2+]c كان 29.6 ± 1.61 μM ( يعني ± S.E., n = 33)(...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وقد تم تطوير طريقة تصحيح التداخل بنجاح لقياس إشارات NADH وfura-2 التناظرية. القياس الدقيق للإشارات ضروري للتصحيح الدقيق. ومع ذلك، فإن الطبيعة المتأصلة في جهاز الفلورسنت تنتج إشارة خلفية لا علاقة لها بإشارة NADH من fura-2. يمكن لفلتر تمرير النطاق الأعلى جودة تمرير ما يصل إلى 10−8 فقط من الأطوال الموجية غير المرغوب فيها للضوء. ومع ذلك، إشارة الفلورسنت من خلية واحدة صغيرة جداً، وانعكاس ضوء الإثارة بعد مرشح تمرير الفرقة لا تزال قوية بما فيه الكفاية لتلويث إشارات الفلورسنت الفعلية. لذلك، من الضروري تصحيح دقيق لإشار...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح للكشف عنها.
وقد تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل برنامج بحوث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) بتمويل من وزارة التعليم (2018R1A6A3A01011832)، من قبل وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والتخطيط المستقبلي (NRF-2016M3C1A6936606) ومن قبل وزارة التجارة والصناعة والطاقة (10068076).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي >2 مل أنبوب eppendorf < / قوي > | Axygen | MCT-200-C | 2 مل أنبوب |
| < قوي > AD / DA محول < / قوي > | Instrutech | ITC-18 | المعدات |
| <قوي > ADP ، الأدينوزين 5 & رئيس ثنائي الفوسفات ثنائي فوسفات أحادي البوتاسيوم الملح ثنائي البوتاسيوم ثنائي الهيدرات < / قوي > | سيجما ألدريتش | A5285 | المواد الكيميائية |
| < قوي > حزام تمرير الفلتر < / قوي> | Ealing Electro-Optics، Inc | 35-3920 | Equipment ، 640 & plusmn ؛ 11nm |
| < قوي > حزام تمرير مرشح < / قوي > | أوميغا البصرية | 690-9823 | المعدات ، 590 & plusmn ؛ 15nm |
| < قوي > حزام تمرير مرشح < / قوي > | أوميغا البصرية | 500DF20-9916 | المعدات ، 500 & plusmn ؛ 20nm |
| Band تمرير مرشح< / strong> | Chroma Technology Corp. | 60685 | المعدات ، 450 & plusmn ؛ 30 نانومتر |
| < قوي > محلول كلوريد الكالسيوم < / قوي > | سيجما ألدريتش | 21114 | كيماويات |
| < قوي > كربوكسي - SNARF-1 (AM) < / قوي > | Invitrogen | C1272 | كيماويات |
| < قوي > جهاز مقترن بالشحن (CCD) كاميرا< / قوي> Philips | FTM1800NH / HGI | ||
| Equipment < مرآة قوية > ثنائية اللون < / قوية> | شركة كروما تكنولوجي كورب. | 86009 | المعدات ، مرآة ثنائية اللون متعددة النطاقات ، انعكاس: < 400 نانومتر ، 490 & plusmn ؛ 10 ، 560 & plusmn ؛ 10 ، ناقل الحركة: 460 & plusmn ؛ 15 ، 510 & plusmn ؛ 20 ، >580 نانومتر |
| <مرآة قوية >ثنائية اللون < / قوية > | شركة Chroma Technology Corp. | 567DCXRU | المعدات, انعكاس: < 560 نانومتر ، ناقل الحركة: > 580 نانومتر |
| < قوي >مرآة ثنائية اللون < / قوي> | Chroma Technology Corp. | 480dclp | المعدات ، الانعكاس: < 470 نانومتر ، ناقل الحركة: > 490 نانومتر |
| < قوي >مرآة ثنائية اللون < / قوي> | Chroma Technology Corp. | 20728 | المعدات ، مرآة ثنائية اللون متعددة النطاقات ، انعكاس: < 405 نانومتر ، 470 & plusmn ؛ 30 ، ناقل الحركة: 430 نانومتر ~ 520 نانومتر ، > 640 نانومتر |
| < قوي > ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) < / قوي > | سيجما ألدريتش | 154938 | كيماويات |
| < قوي > DMEM ، Dulbecco ' s النسر المعدل s متوسطة < / قوية > | سيجما ألدريتش | D5030 | المواد الكيميائية |
| < قوية > EGTA ، حمض إيجتازيك ، إيثيلين بيس (أوكسي إيثيلين لينينيتريلو) حمض رباعي الأسيتيك ، جلايكول إيثر ديامين حمض رباعي الأسيتيك < / قوي > | سيجما ألدريتش | E4378 | كيماويات |
| < قوي > FCCP ، ميزوكسالونيتريل 4-ثلاثي فلوروميثوكسي فينيل هيدرازون < / قوي > | سيجما ألدريتش | 21857 | كيماويات |
| <الحجاب الحاجز > المجال القوي < / قوي > | نيكون | 86506 | |
| المعدات < قوي > Fura-2-FF (AM) < / قوي > | TEFLABS | 137 | مادة كيميائية |
| < قوي > أنبوب أخضر < / قوي > | أنبوب اختبار | DWM | |
| < قوي > HEPES ، & nbsp ؛ 4- (2-هيدروكسي إيثيل) بيبيرازين -1-حمض إيثان سلفونيك ، N- (2-هيدروكسي إيثيل) بيبيرازين-N & برايم ؛ - (2-حمض إيثان سلفونيك) < / قوي > | سيجما ألدريتش | H3375 | كيماويات |
| < قوي > عداد عالي السرعة < / قوي > | أدوات | وطنية NI-6022 | معدات |
| <مرآة قوية > ساخنة < / قوي> | Chroma Technology Corp. | 21002 | المعدات ، 50:50 |
| < قوي > مجهر مقلوب < / قوي > نيكون | TE-300 | المعدات | |
| < قوي > مالات < / قوي > | سيجما ألدريتش | 27606 | كيماويات |
| < قوي > بالقرب من مرشح الأشعة تحت الحمراء < / قوي> | Chroma Technology Corp. | معدات D750 / 100X | ، 750 & plusmn ؛ عدسة غمر بالزيت 100 نانومتر |
| < قوية > < / قوية > | نيكون | MRF01400 | 40x ، NA 1.3 ؛ المعدات |
| <وحدة عداد الفوتون القوية> الفوتون< / قوي > | Hamamatsu | C3866 | المعدات |
| < قوي > أنبوب مضاعف الفوتون < / قوي > | Hamamatsu | R2949 | المعدات |
| < قوي > متعدد الألوان II < / قوي > | الضوئيات | SA3 / MG04 | المعدات |
| < قوي > كلوريد البوتاسيوم < / قوي > | ميرك | 1.04936 | المواد الكيميائية |
| < قوية> محلول هيدروكسيد البوتاسيوم< / قوي> | سيجما ألدريتش | P4494 | كيماويات |
| <قوية> بيروفات< / قوي> | سيجما ألدريتش | 107360 | كيماويات |
| <قوي> روتينون< / قوي> | سيجما ألدريتش | R8875 | كيماويات |
| <قوي>سابونين< / قوي> | سيجما ألدريتش | S4521 | المواد الكيميائية |
| < قوية > TMRE ، رباعي ميثيل رودامين ، إيثيل إستر < / قوي > | مجسات جزيئية | T669 | كيماويات |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.