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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
继承心律失常通常是由改变一种或多种离子通道的表面上输送的突变引起的。在这里,我们适应流式细胞测定法,以提供在TSA-201细胞中表达的重组的离子通道的相对总和细胞表面蛋白表达的定量。
阳离子选择性通道中的遗传性或新生突变可能导致心源性猝死。通常假设这些多跨度跨膜蛋白质膜运输的改变,无论通道门控是否发生变化,都会对这一过程做出重大贡献。因此,开发一种大规模量化心脏离子通道相对细胞表面表达变化的方法变得至关重要。在此,提供了详细的方案,以使用双色荧光细胞术测定法确定 tsA-201 细胞中心脏 L 型钙通道 CaV1.2 和膜相关亚基的相对总表达和细胞表面表达。与其他基于显微镜或免疫印迹的定性方法相比,流式细胞术实验是一种快速、可重现且大体积的检测方法,可在单次流式细胞中为具有相似细胞特征的大活细胞样品(范围从 104 到 106 个细胞)提供可量化的终点。构建体设计为在细胞内 C 端组成性表达 mCherry(从而允许快速评估总蛋白表达)并表达面向细胞外的血凝素 (HA) 表位,以使用抗 HA 荧光偶联抗体估计膜蛋白的细胞表面表达。为避免假阴性,还在透化细胞中进行了实验,以确认 HA 表位的可及性和正确表达。详细程序提供:(1) 标记 DNA(脱氧核糖核酸)构建体的设计,(2) tsA-201 细胞中脂质介导的构建体转染,(3) 非透化和透化细胞的培养、收获和染色,以及 (4) 荧光信号的采集和分析。此外,还解释了流式细胞术的基本原理,并详细讨论了实验设计,包括荧光团的选择、HA 抗体的滴定和对照实验。这种特定方法提供了离子通道总表达和细胞表面表达的客观相对定量,可以扩展到研究离子泵和质膜转运蛋白。
本文提供了可靠的测定报告的膜蛋白如在使用现有的流式细胞仪技术的重组细胞中表达离子通道的相对细胞表面表达。离子通道是孔隙形成膜蛋白是负责通过门控离子穿过细胞膜的流控制的电信号。它们被激活的机制,性质和离子物质通过在那里它们被局部孔隙过渡的选择性分类。在细胞和组织水平,通过离子通道的宏观离子通量的生物物理(选通和渗透),生物化学(磷酸化),和生物合成(合成,糖基化,贩卖,和降解)特性1的产物。每个这些过程是唯一的每一种类型的离子通道,并且被优化以满足离子通道的生理作用。因此,在改变这些微调过程中通过继承或遗传修饰,通常被称为"离子通道",可能是有害的细胞稳态。需要强调的是在细胞表面传递的离子通道的"正确"的金额为细胞稳态关键的是非常重要的。即使是很小的增加(增益的功能)和小下降(失函数)的离子通道活性有可能引起过一辈子了严重的病变的可能性。在成熟的离子通道的细胞表面输送的缺陷是在许多离子通道,如囊性纤维化(CFTR离子通道)2和长QT综合征形式(心脏钾通道)3的心律失常的重要决定因素。
离子通道与心脏猝死4有关。所有心脏离子通道的当前世界范围内流行被认为是至少为1:2,000-1:3000每个人5和负责一半左右突然心律失常心脏病死亡的CaSES 6。功能障碍在心脏的电压门控钠 - ,钾和钙 - 选择性离子通道已知在此过程中的关键作用。的L-型Ca V 1.2电压门控钙通道,需要发起同步心脏肌肉收缩。心脏L-型Ca V 1.2通道是α2δ1辅助亚基7-12的主孔形成的Ca Vα1亚单位和Ca V SS和Ca 的V组成的多亚基蛋白复合物。需要注意的是辅亚基的满装需要产生在质膜官能的Ca V 1.2通道和动态相互作用之间的这些亚基是必不可少的,以支持心脏13的正常电动功能。钙V SS促进钙Ⅴ的细胞表面表达通过非共价纳摩尔疏水相互作用14 1.2通道。钙Vα2δ1亚基无线的共表达次的Ca V SS结合的Ca Vα1刺激峰值电流表达式(5至10倍),并促进信道激活的更多负电压。增益的函数的孔隙形成亚基的Ca V 1.2已经用称为而形成L-型Ca V 1.2通道的三个主要亚单位的宿主点突变的长QT综合征15的室性心律失常的形式相关联的基因突变从短QT综合征形式16,17心律失常的受试者已经确定。离子通道是可以从生物化学观点(蛋白质化学)进行调查,或使用电的工具(电流产生的机器),并常常使用这些互补的方法膜蛋白。电生理学,特别是全细胞膜片钳,是阐明离子通道15的功能的合适的方法,但不能从它们的生物物理变化解决蛋白质运输的修改属性。蛋白质化学已然而,经常使用有限的,由于相对于较小的可溶性蛋白大的膜蛋白的相对低的表达。用荧光读数鲁棒高通量方法需要为了专门解决在蛋白质生物合成引起离子通道的细胞表面表达的变化的缺陷被开发。
流式细胞术是在细胞计数,分拣,生物标志物的检测,以及蛋白质工程18中采用的生物物理技术。当活细胞或颗粒的样品溶液被注入到流式细胞仪,细胞被排序成可由机器的检测系统( 图1)被探测的单个流。第一流式细胞仪1956 19产生仪器检测到只有一个参数,但现代的流式细胞仪具有多个激光器和荧光检测器,使超过30荧光参数20,21的检测。镜和反射镜(光学发射)指示细胞的光散射或荧光到按比例转换成光的强度的电子网络(光电二极管和探测器)。数字数据使用专门的软件分析和主输出显示为一个点图21。

图1:流量生物物理学原理术分选的单细胞被通过喷嘴在高压下鞘流体的流,其通过一个或多个激光询问点移动他们内推。的光束被传递细胞偏转并在向前的方向(前向散射,FCS)的收集的光被发送到的光转换成成比例的小区的大小的信号的光电二极管。的光也收集在一个90°角的激光路径并传送到检测器(也称为光电倍增管(PMT))。如果激发荧光染料是存在于细胞中这个光透过分色镜允许侧向散射信号(SSC),这反映了细胞内的粒度的检测,和荧光发射路由。三个检测器(绿色,黄色和红色)被表示具有不同波长的带通滤波器,允许不同的荧光染料的同时检测。不同的信号被外部的计算机数字化并转换成将要分析量化细胞的特性数据。 请点击此处查看该图的放大版本。
流式细胞仪的高通量容量利用来量化重组野生型和贩卖缺陷电压门控L-型Ca V 1.2通道和在活细胞相关亚基的相对膜表达。 cDNA构建合作丁对蛋白双重标记同时进行,可以由一个不渗透的荧光缀合的抗体和细胞内的荧光团是组成型荧光来检测细胞外的非荧光的表位。两者胞外表位,插在该蛋白质的细胞外环,与细胞内荧光团,C末端后插入,被翻译的蛋白质。在这一系列的实验中,钙Vα2δ1蛋白质工程改造以表达一种细胞外血凝素(HA)表位(YPYDVPDYA)由一个不渗透的FITC(异硫氰酸荧光素)检测到的缀合的抗HA和mCherry作为固有细胞内荧光团。为了确定mCherry钙Vα2δ1HA标记的蛋白的相对细胞表面的表达水平,表达的融合蛋白的重组细胞转染后,收获,并用FITC-缀合的小鼠单克隆抗HA表位标签antibod染色Y( 图2)。 FITC是有机荧光化合物为比酶记者相当小,因此不作为可能与生物功能干涉。 mCherry-钙Vα2δ1-HA在TSA-201cells过表达时,产生在FITC荧光和mCherry荧光二维图22显著3-日志增加。鉴于该HA抗原决定基位于所述蛋白的细胞外部分,在完整细胞的存在下获得的FITC的荧光强度反映的HA标记的蛋白的细胞表面表达的相对指数。在结构的HA抗原决定基的可访问性系统通过测量细胞透后FITC信号验证。这项措施也有助于证实了标准化总蛋白的表达,因为对FITC荧光的相对强度在透细胞估计是定性相媲美的相对荧光值FOřmCherry透和非透化条件22,23下进行测定。要注意的是本征荧光光谱透后向更高值移位但相比于对照构建所报告的唯一值是在荧光强度的变化是很重要的。在荧光强度为测试构建体的相对变化所使用的ΔMean荧光强度(ΔMFI)值对于每个荧光团(mCherry或FITC)估算。实验设计用于测量相对于在相同条件下表达的对照构建的荧光强度测试构建体的荧光强度,以限制在所述荧光团共轭抗体的固有荧光实验的变化。使用该测定两膜蛋白被成功地研究了:在一个不同系列的L型电压门控钙通道的Ca V 1.2 14,22和孔形成亚基实验中,细胞外辅助的Ca Vα2δ1亚基22,23。以下方案用于测定1.2信道控制的条件下,影响离子通道的翻译后修饰的突变后的心脏L-型CaⅤ的钙Vα2δ1亚基的细胞表面表达。根据标准化的实验条件下,FITC的细胞表面的荧光增加的准线性的cDNA编码的mCherry钙Vα2δ1-HA蛋白质( 图5从参考22)的表达。

图2:在流式细胞术实验方案的总流量和膜标签的示意图的方案概述了一些必要的主要步骤来量化由佛罗里达州的重组离子通道的相对总和细胞表面表达流式细胞仪。细胞在TSA-201细胞(1)用双标记的结构mCherry钙Vα2δ1-HA转染的和之前或透化后染色的(2)。多参数数据在流动收购仪(3)多因素分析(4)。 请点击此处查看该图的放大版本。
1.双标记的DNA构建
2.脂质体介导瞬时转染(30分钟,所有的步骤中进行在层流罩)
3.细胞的流式细胞染色(3小时)

表1: 流式细胞仪对于实验对照样品不透和透化的细胞的每个实验需要包括以下阴性对照:(1)未转染的细胞(无抗体,同种型或同偶联的抗体)。 (2)转染的细胞与感兴趣的质粒亚克隆而不构荧光细胞内荧光蛋白(pCMV-钙Vα2δ1-HA)或者与双重标记的结构(pmCherry钙Vα2δ1和无抗体温育,用同种型或同共轭抗体)。单一的色彩控制用于荧光发射重叠的赔偿。相同的控制将运行于非透化,并在各系列实验透条件。
4.流式细胞仪
本文介绍了一种可靠的协议通过双色流式细胞术测定法来量化TSA-201cells表达的重组的离子通道的总和细胞表面。作为一个例子,相对的细胞表面和总蛋白表达的钙Vα2δ1subunit定量。为了进行流式细胞术测定中两色流动,钙Vα2δ1被双重标记,以表示可被一个抗HA FITC缀合的抗体和组成型荧光灯内mCherry荧光团来检测一个细胞外的非荧光的表位的HA。对FITC和mCherry的激发和发射光谱表明,FITC被激发与488纳米的激光88%的效率,但效率下降到0%与561纳米的激光器。的mCherry显示其最大荧光的63.9%,当用561纳米激光,但只有7.6%的488纳米激光( 图3)激发。激发和发射SPECTRA两种荧光团表现出最佳的采光和最小的重叠与选定不同的激光器和过滤器。流式细胞仪分析可提供从一个大的细胞群大约膜蛋白的相对表达的定量信息只要MFI对于给定荧光染料成正比的Ca Vα2δ1对每个单元中的蛋白的表达,而不是荧光细胞的数目。这涉及到使用超出饱和荧光缀合的抗体的浓度。对于抗HA FITC缀合的抗体结合的Ca Vα2δ1( 图4)滴定曲线示出了三个阶段。虽然在第一阶段中没有检测到荧光,荧光强度与在第二阶段增加抗体浓度成倍增加。饱和度(第三阶段)的点之后,增加抗体的浓度对相对荧光INTEN没有影响减到的FITC(RFI)。的抗HA FITC缀合的抗体的饱和点在5微克/毫升成立,从而保证在实验过程中的共轭抗体的浓度不限制MFI。
加标签的Ca Vα2δ1was在TSA-201cells表达和流式细胞测定法中的FITC偶联的抗HA的存在下,在非透化的细胞( 图5)进行。适当的控制( 表1)上的流式细胞仪上的属性的xy值给每个小区通过激光束进行分析。细胞分布上观察点图( 图5A)。 FCS / SSC散点图确认细胞样品的制备提供了高存活率( 图5BA)的单细胞悬浮液。对活细胞(P1)的所选择的栅极代表分析的细胞的总数的75%。总蛋白表达Ø在TSA-201细胞˚F钙Vα2δ1被认为是成比例的mCherry荧光。正如mCherry 与 FITC等高线图和直方图可见-与pmCherry钙Vα2δ1-HA转( 图5BB BC),47 2%TSA-201细胞被发现显著表达mCherry荧光以及显示由于显著FITC荧光的结合在非透化的细胞的Ca Vα2δ1的外部HA标签。无抗体或用同种型进行阴性对照实验表明,FITC仅或主要结合到正转染的细胞。
该协议被用来表征对Ca Vα2δ1的总和细胞表面的表达中TSA-201cells 23 N-糖基化的作用。实验是在非透化的细胞中进行,以评估细胞表面表达并在透化的细胞以评价总蛋白表达以及确认HA抗原决定基的可及性。基于计算出的Ca Vα2δ1的相对表达于MFI估计每个荧光团(mCherry或FITC)。对于突变体ΔMFI值标准化为测定当天为mCherry钙Vα2δ1-HA WT中的最大值相同的条件下表达。这在抗HA的FITC缀合的抗体的绝对荧光强度随时间占的变化是重要的。如在图6A中看到的,在非透化的细胞的ΔMFI为FITC强劲用于WT和4xNQ构造,但接近为16xNQ构建体的背景荧光水平表明该蛋白质是从质膜几乎不存在。测定细胞透之后进行的,结果表明,16xNQ构建体的总蛋白表达也显著降低它是否在透化的细胞,或从非透测定的构mCherry荧光和透化的细胞( - D 图6C)从FITC荧光推断。如在图6B中看到的,蜂窝的自发荧光水平细胞透,这防止完好非透和透化的细胞之间的绝对荧光值的比较之后增加。对于mCherry测量的ΔMFI荧光是两种不透和渗透细胞以表明通透的解决方案不会改变mCherry的相对荧光信号相似。的N-糖基化位点的突变与在mCherry的荧光强度支承公布观察该蛋白质生物合成/稳定性降低23下降有关。在这一系列的实验中,在透化的细胞测定FITC的相对荧光信号原来到bË比mCherry表明该蛋白的N-糖基化类型的状态可以影响由在胞外域的FITC偶联的抗HA抗体检测出的荧光强度的相对信号更小。共细胞透前后的变化FITC的相对荧光提供了可靠的指标来量化蛋白表达。

图3:FITC和mCherry形成一对合适的荧光染料为双色流式细胞测定法激励(空曲线)和FITC标记的发射光谱(实心曲线)激发488nm的蓝色激光(AA)和mCherry兴奋561纳米黄光。绿色激光(AB)。FITC和mCherry荧光收集用530/30 nm和一个二十零分之六百一纳米bandpasS表示过滤器。不同激光器(有色的垂直线)和滤波器(彩色矩形)的波长被选择为最佳的光收集和最小重叠。 (B)mCherry-钙Vα2δ1-HA蛋白的示意图。钙Vα2δ1倍加标记来表示,可以通过抗HA FITC标记的抗体和组成的荧光细胞内mCherry荧光检测到细胞外无荧光抗原HA。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4:抗HA FITC缀合的单克隆抗体结合的Ca Vα2δ1滴定 TSA-201细胞中瞬时与pmCherry钙的V&染 #945;2δ1-HA和与一系列抗HA FITC缀合或同种型的抗体的孵育。仅FITC信号在该面板被分析。 (A)的单参数直方图显示细胞在y轴的相对数量和在x轴为浓度的抗HA FITC缀合抗体的范围(0.01〜20微克/毫升)的FITC荧光强度。 (B)中的抗HA FITC缀合的抗体作为FITC的MFI的函数的半对数座标图。滴定曲线是使用一个网站绑定方程趋势线值R 2 = 0.99561装。对于同型抗体滴定进行显示无荧光预期。 0.001〜0.01微克/毫升的浓度从背景噪声区别。 请点击此处查看该图的放大版本。


图6: 氮 -glycosylation网站同时突变打乱了细胞表面的前钙Vα2δ1的PRESSION,稳定TSA-201钙Vβ3细胞中瞬时染pCMV钙V 1.2 WT和pmCherry钙Vα2δ1-HA WT或突变体转染同时进行。如上所述非透化(A)和透化的细胞(B)中,用抗HA FITC缀合抗体染色。对于抗HA的FITC缀合抗体染色(右图)的荧光强度的分布的mCherry 与 FITC荧光(左小图)和直方图的代表两参数等高线图中示出用于后N个 -glycosylation突变体(NQ)四个位点的破坏(4xNQ:N92Q / N184Q / N468Q / N876Q)和16个网站(16xNQ:N92Q / N136Q / N184Q / N324Q / N348Q / N468Q / N475Q / N585Q / N594Q / N663Q / N769Q / N812Q / N876Q / N883Q / N973Q / N986Q)在完整的非透或NP细胞(A)和透化或P细胞(B)。该DISTRIB为P2栅极(荧光阳性细胞)内的细胞测得的荧光强度的ution示于灰色,和荧光强度的中存在的P3栅极(荧光阴性细胞)的细胞的分布是在一个透明显示为叠加灰色的情节 。如在(B)中看到的,自发荧光水平细胞透后增加。对于FITC指示所有转染HA标记的Ca Vα2δ1蛋白质进行染色并通过抗HA FITC抗体检测出的荧光强度为所有转染的透化的细胞增加测量(视为在x轴右移)。 (C)棒图显示FITC的完整的非透(表面表达)存在测量的标准化MFI或透细胞(共表达)。相对荧光密度一式三份测定各条件(30,000个细胞),并在细胞中的三个不同批次transfec泰德历时1个月,因此该数据被显示为平均值±SEM 90,000细胞为每个条件。峰荧光强度转染后24和36小时之间达成。在完整的非渗透细胞测定FITC的ΔMFI值被用作钙Vα2δ1-HA的细胞表面表达的索引,并在透化的细胞测定FITCΔMFI值反映了总蛋白表达(细胞表面和细胞内蛋白质表达)。 ΔMFI为FITC通过从FITC阳性细胞(P2)的荧光强度减去FITC阴性细胞(P3)的FITC荧光强度计算。用同样的方法来计算mCherry的ΔMFI。 MFI值标准化为测定当天为mCherry钙Vα2δ1-HA WT中的最大值。 (D)棒图显示的归ΔMFImCherry非透或透细胞(TOT测量人的表达)。结果表示为平均值±SEM 请点击此处查看该图的放大版本。
提交人声明,他们没有竞争的经济利益。
继承心律失常通常是由改变一种或多种离子通道的表面上输送的突变引起的。在这里,我们适应流式细胞测定法,以提供在TSA-201细胞中表达的重组的离子通道的相对总和细胞表面蛋白表达的定量。
我们感谢 Serge Sénéchal 先生和 Jacques Thibodeau 博士分享他们的专业知识,并允许我们使用他们的流式细胞术和细胞分选平台。这项工作是在加拿大卫生研究院的运营赠款130256、加拿大心脏和中风基金会的赠款以及"蒙特利尔心脏病研究所"对 LP 的支持下完成的。
| Q5 定点诱变试剂盒 | New England Biolabs | E0554S | 可替代 QuickChange 定点诱变试剂盒 (Agilent, #200523)。 |
| 试管 1.5 ml | Sarstedt | 72-690-001 | |
| 试管 15 ml | 萨斯特 | 德 62-554-002 | |
| 一次性刻度传输移液管 | VWR | 160001-192 | |
| 100 mm 培养皿 | Corning | 430167 | 用于 HEKT 细胞的标准培养。 |
| 35 mm 培养皿 | Falcon | 353001 | 用于 HEKT 细胞的标准培养。 |
| 血清移液管 1 ml | Sarstedt | 86.1251.001 | |
| 血清移液管 5 ml | Sarstedt | 86.1253.001 | |
| 血清移液管 10 ml | Sarstedt | 86.1254.001 | |
| 血清移液管 25 ml | Sarstedt | 86.1285.001 | |
| Dulbecco's 高葡萄糖培养基 | Life Technologies | 12100-046 | 温热 37 &度;C 使用前进行水浴。 |
| 牛血清,合格,热灭活,美国来源 | Life Technologies | 16140-071 | |
| 青霉素-链霉素 (10,000 U/ml)Life | Technologies | 15140-122 | |
| Lipofectamine 2000 | Life Technologies | 11668-019 | 用于脂质体转染。可以用磷酸钙转染代替。 |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Life Technologies | 31985-070 | 温暖在 37 °C 使用前进行水浴。 |
| 胰蛋白酶-EDTA (1x) 0.05%,酚红 | Life Technologies | 25300-062 | |
| 1.5 ml 微管 | Sarstedt | 72.690.001 | |
| 磷酸盐缓冲盐水 1x | Fisher | BP661-10 | 可以"自制"。 |
| 抗 HA FITC 偶联抗体 | Sigma | H7411 | |
| IgG1−FITC 同种型对照抗体 | Sigma | F6397 | |
| BD Cytofix/Cytoperm 固定/透化溶液试剂盒 | BD Biosciences | 554714 | 固定/透化。透化/洗涤溶液,在 4 °C 下储存。 |
| 血细胞计数器 | Fisher | 49105161 | |
| 台盼蓝 | Fisher | 15250061 | 用于获取细胞活力。 |
| 冷冻微量离心机, 5430R | Eppendorf | A14H172200 | |
| Forma Steri-Cycle CO2 培养箱 | Fisher | 370 | |
| 实验室平台摇杆 | Fisher | 545034 | |
| 水浴 | VWR | 89032-216 | |
| BD FACSARIA III | BD Biosciences 648282 | 流式细胞仪。 | |
| FlowJo 软件 v10 | FlowJo | FlowJo v10 加密狗 | 用于数据分析。 |