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方法文章

一种高通量钙流检测法,用于研究对甘氨酸/D-丝氨酸和谷氨酸敏感的NMDA受体

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DOI:

10.3791/58160

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2018年7月10日

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本文内容

摘要

本实验方案的目标是促进对NMDA受体(NMDAR)的大规模研究,并允许检测小分子的调节作用及其治疗应用。

摘要

N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体(NMDAR)属于离子型谷氨酸受体,在学习和记忆过程中发挥关键作用。NMDAR功能异常,无论是由于突变、表达改变、转运或定位异常所导致的过度或不足活性,均可能引发多种疾病,尤其是在中枢神经系统中。因此,深入了解该受体的生物学特性,并推动化合物和小分子的发现,对于当前防治神经系统疾病的努力至关重要。目前研究该受体的方法存在诸多局限性,包括通量低、成本高,以及由于必须使用通道阻滞剂以防止NMDAR介导的兴奋性毒性,而无法研究其功能特性。此外,现有的检测系统仅对谷氨酸刺激敏感,缺乏对甘氨酸(NMDAR的另一共配体)刺激的敏感性。本文中,我们首次报道了一种基于微孔板的高通量检测方法,可用于研究对两种共配体(谷氨酸和D-丝氨酸/甘氨酸)均敏感的NMDA受体。该方法能够研究不同NMDAR亚基组成,并可在甘氨酸和/或谷氨酸敏感模式下进行受体的功能研究。此外,该方法在检测过程中无需使用抑制剂。本检测体系可检测正向和负向变构调节剂的作用,且我们系统中已成功重现了NMDAR已知的药理学特性。该技术克服了现有方法的局限性,且具有成本效益。我们相信,这一新技术将加速针对NMDAR介导病理的治疗手段的发现。

引言

随着医学的不断进步,人类预期寿命显著延长;然而,与年龄相关疾病的患病率也随之上升。中枢神经系统(CNS)疾病,如精神分裂症、肌萎缩侧索硬化症(ALS)、阿尔茨海默病和帕金森病等,也不例外,预计在未来十年内将呈现增长趋势1,2,3。离子型谷氨酸受体(即N-甲基-D-天冬氨酸受体,NMDAR)功能障碍已被证实与阿尔茨海默病、精神分裂症、创伤性脑损伤、中风、糖尿病和青光眼等多种疾病相关,这凸显了深入研究其生物学特性以开发有效的、可改变疾病进程的治疗方法的必要性4,5,6,7。

NMDAR 由四个单体或亚基组成4,8,9。NMDAR 的结构组成在大脑中具有发育阶段和区域分布的差异性7,

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方案

1. 细胞的制备

注意:本实验方案(包括数据生成)使用经编码 NR1 和 NR2A 的杆状病毒感染的 HEK293 细胞。

  1. 接种适当数量的HEK293细胞,并加入适当终浓度的NR1和/或NR2A病毒(每种各1.00 µL)。对于384孔板,每孔接种10,000个细胞,终体积为30 µL。
  2. 或者,直接接种适当数量和体积的HEK293-NR1-NR2A细胞(对于384孔板,每孔接种10,000个细胞,终体积为30 µL)。加入终浓度为2 µg/mL的四环素以诱导NR2A表达,并加入保护性化合物(100 µM MDL105,519 或 5 µM CGP07066724)。
  3. 注意:编码NR1和NR2的杆状病毒滴度应约为每毫升5 × 109 至 10 × 109 个感染单位24。

2. NMDA受体活性的测定

  1. 在存在保护性化合物的情况下,准备一个384孔板,其中含有转导了NR1/NR2或HEK293-NR1-NR2A细胞的HEK293细胞。使用透明底、黑色边框、聚-D-赖氨酸包被的培养板。
    注意:使用100 µM MDL105,519可赋予细胞对甘氨酸的敏感性,而使用5 µM C....

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结果

在测试小分子的作用之前,必须确定NMDARs的最佳表达水平以及最佳配体浓度。如所述,将HEK293细胞以每孔10,000个细胞的密度接种于384孔板中,并加入5 µM CGP060667,随后用不同量的NR1和NR2A病毒进行转导。过夜孵育后,检测配体诱导的钙流变化(图1)。这些实验结果揭示了每个亚基所应使用的病毒最佳数量和比例(图1,黄色框)。

在确定了NR1和NR2A转导的最佳数量和比例后,进行配体滴定实验以确定激活NMDAR的最佳配体浓度。为此,在固定且饱和的另一种共配体浓度下,将其中一种共配体以不同浓度添加(图2A-2B)。对于其他NMDAR亚基组合(如NR1/NR2B和NR1/NR2D)也获得了类似结果(

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讨论

该实验的成功在很大程度上取决于所用HEK细胞的健康状态。应使用处于指数生长期且传代次数较低的细胞。本实验涉及多次溶液转移和添加操作,因此谨慎操作可确保结果的更高准确性。化合物及其他所有试剂的浓度也应仔细核对,以尽量减少误差。在钙流实验中用检测缓冲液替换细胞培养基时,应轻轻倾斜培养板,以防止细胞脱落。最后,本方案中使用聚-D-赖氨酸包被的培养板可增强细胞在板上的贴附性。

在转导时,根据HEK293细胞的传代次数和细胞状态,NMDAR的表达水平以及亚基表达所需的病毒量可能存在差异。此外,杆状病毒的保质期较短,通常为六个月至一年。因此,病毒的质量是本实验的重要参数。在进行后续实验之前,可采用标准免疫荧光实验来检测并确认NMDAR亚基的表达水平和定位情况24。本方案也可用于其他细胞系研究NMDA受体。然而,在使用杆状病毒表达NMDAR之前,必须先验证细胞系对该系统的耐受性及表达能力;否则,可能会出现意外结果。此外,已有报道指出,某些化合物(如拓扑异构酶II抑制剂)可提高杆状病毒表达系统的效率29.......

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披露

作者无利益冲突,无可披露内容。

致谢

作者感谢Post Baccalaureate Scholars计划办公室以及诺华生物医学研究中心整体对本研究的资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
HEK-293ATCCCRL-1573
人NMDA(NR1/NR2A)受体细胞系ChanTest CorporationCT6120
pFastBac Dual表达载体ThermoFisher Scientific10712-024
Corning 384孔透明平底微孔板Corning Life Sciences3844
FLIPR Calcium 6-QF检测试剂盒Molecular DevicesR8192
甘氨酸Sigma-AldrichG7126
谷氨酸Sigma-Aldrich49621
D-丝氨酸Sigma-AldrichS4250
L701,324Tocris907
HEPES缓冲液Boston Bio ProductBB-103
氯化镁溶液Sigma-Aldrich63069
氯化钙VWRE506
HBSSThermoFisher Scientific14025-092
丙磺舒ThermoFisher ScientificP36400
DMEM/F-12, GlutaMAX培养基ThermoFisher Scientific10565018
MDL105,519NIBRSynthesized in house
NVP-AAM077NIBRSynthesized in house
CGP070667NIBRSynthesized in house

参考文献

  1. Farrall, A. J., Wardlaw, J. M. Blood-brain barrier: ageing and microvascular disease--systematic review and meta-analysis. Neurobiology of Aging. 30 (3), 337-352 (2009).
  2. Walhovd, K. B., Fjell, A. M., Espeseth, T.

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