Método fiable para alta eficiencia In vitro Expresión y posterior registro electrofisiológico de los canales iónicos recombinantes dependientes de voltaje en cultivos de células de riñón embrionario humano (HEK-293T).
Artículo de método
Método fiable para alta eficiencia In vitro Expresión y posterior registro electrofisiológico de los canales iónicos recombinantes dependientes de voltaje en cultivos de células de riñón embrionario humano (HEK-293T).
La expresión in vitro y de registro electrofisiológico de los canales iónicos recombinantes dependientes de voltaje en cultivos de células de riñón embrionario humano (HEK-293T) es una estrategia de investigación en todas partes. HEK-293T las células deben ser sembradas en cubreobjetos de vidrio con una densidad lo suficientemente baja para que no estén en contacto unos con otros con el fin de permitir registro electrofisiológico, sin factores de confusión debido al contacto con las células adyacentes. Canales transfectadas también debe expresarse con la máxima eficiencia en la membrana plasmática de células enteras de grabación de patch clamp de las corrientes detectables por encima de los niveles de ruido. Canales de iones heteróloga a menudo requieren largos períodos de incubación a 28 ° C después de la transfección con el fin de lograr la adecuada expresión en la membrana, pero cada vez hay más pérdidas de adhesión célula-cubreobjetos y estabilidad de la membrana a esta temperatura. Para evitar este problema, hemos desarrollado una estrategia optimizada para transfectar y la placa de HEK-293T las células. Este método requiere que las células se transfectaron en una confluencia relativamente alto, y se incuba a 28 ° C durante diferentes períodos de incubación después de la transfección para permitir la expresión de la proteína adecuada de los canales iónicos. Células transfectadas se está chapada en cubreobjetos de vidrio y se incuba a 37 ° C durante varias horas, lo que permite la adhesión celular rígido para los cubreobjetos y re-estabilización de la membrana. Las células se pueden grabar poco después de la siembra, o pueden ser transferidos a 28 ° C de incubación. Nos encontramos con que la incubación inicial a 28 ° C, después de la transfección de las placas, pero, es la clave para la expresión eficaz de los canales iónicos heteróloga que normalmente no se expresan así en la membrana plasmática. Positivamente transfectadas, las células cultivadas se identifican por co-expresó eGFP o eGFP expresa a partir de un vector bicistrónico (por ejemplo, pIRES2-EGFP) que contiene el canal de iones cDNA recombinante justo aguas arriba de un sitio interno de entrada de ribosomas y una secuencia de codificación eGFP. De células enteras de grabación de patch clamp requiere equipo especializado, además de la elaboración de electrodos de registro y pulido en forma de L electrodos de masa de vidrio de borosilicato. La administración de fármacos para el estudio de la farmacología de los canales iónicos se puede conseguir directamente micropipetting drogas en el plato de grabación, o mediante el uso de microperfusión o sistemas de desagüe que producen flujos ininterrumpidos de solución del fármaco sobre las células registrado.
1. Cultivo de células
2. La transfección de células HEK-293T con recombinante ADNc de canales de iones
3. Revestimiento de las células transfectadas HEK293T en la preparación de registro electrofisiológico
nt "> Los distintos canales de iones de expresarse con diferentes eficiencias en la membrana celular de las células HEK, y como tal, el resto de este protocolo requiere una optimización para maximizar la expresión de los canales de superficie que permite el éxito de registro electrofisiológico. Expresión heteróloga de canales iónicos en las células HEK, especialmente de los de animales no mamíferos fuentes, puede presentar algunos problemas, incluyendo (1) las proteínas de gran tamaño que requiere largos periodos de traducción y localización en la membrana plasmática (2) la ausencia o diferencias de plegado y la orientación motivos de la proteína del canal necesario en un mamífero línea celular (3) diferencias en las frecuencias de uso de codones de especie a especie. Todos estos factores combinados pueden resultar en un requisito para los tiempos de incubación largo a 28 ° C, lo que garantiza la expresión de proteínas eficaz y localización superficie sin la división celular (lo que diluiría a cabo el ADNc heterólogo y proteínas). Desafortunadamente, la incubación durante períodos prolongados a 28 ° C conduce al desapego y estabilidad de la membrana celular mala toma de registro electrofisiológico difícil. Decidimos modificar las estrategias convencionales de la transfección (revisado en Thomas y Smart 2005) con el fin de minimizar la incubación a 28 ° C antes de la grabación y para maximizar la expresión de la superficie. Nuestro método requiere que las células se transfectaron, se incuba durante un periodo de 3-7 días a 28 ° C, entonces las células se separan por tripsinización y replated en cubreobjetos y se incubaron a 37 º C, que restabilizes membranas y permite una unión fuerte de las células en cubreobjetos. Las células son capaces de ser registrados de inmediato, o pueden ser incubados por períodos adicionales de tiempo a 28 ° C. Se encuentra el replating de las células en cubreobjetos en esta etapa posterior en nuestro método es absolutamente esencial para la producción de cubreobjetos con un gran número de canales que expresan, separar las células adjunto.Se presentan dos estrategias alternativas, que preferimos utilizar los canales de iones y los complejos de los canales iónicos que no contienen grandes dominios extracelulares que pueden ser vulnerables a la digestión de la tripsina (por ejemplo, CAV3 voltaje canales de calcio, Senatore y Spafford 2010), y un que utilizamos para los canales iónicos que contienen grandes dominios extracelulares (por ejemplo, tipo L-voltaje canales de calcio y sus subunidades accesorias;. Senatore, et al 2010).
4. Registro electrofisiológico de los canales de recombinantes en células HEK-293T
Varios recursos integrales disponibles que describen los conceptos generales subyacentes de registro electrofisiológico (por ejemplo, Ogden y Stanfield, 1987; Molleman 2003).
4.1 Electrofisiología equipo
Un típico equipo de electrofisiología (Figura 4) incluye un amplificador (por ejemplo, Axopatch 200B o 700B MultiClamp amplificador, Axon Instruments, Union City, CA), un ordenador PC equipado con una interfaz Digidata 1440A convertidor de analógico a digital en conjunto con pClamp10.1 software (Molecular Devices, Sunnyvale, California), motorizados, manipuladores pipeta doble (MPC-385-2, la compañía de Sutter Instrument), un microscopio de epifluorescencia (Axiovert 40 CFL, Zeiss Canadá, Toronto, Ontario) y sistemas de perfusión (Figuras 4 y 5 ). Las vibraciones están limitadas por el montaje del equipo sobre una mesa de TMC 63-500 serie de aislamiento de vibración (Técnico Manufacturing Corporation, Peabody. MA). Ruido eléctrico callejero se limita el uso de 40 "de altura de tipo II jaula de Faraday (TMC) que rodea el equipo eléctrico montado en la tabla de aislamiento de vibraciones. Los sistemas electrónicos de control (como la computadora y el monitor, amplificador, convertidor analógico-digital, manipulador motorizado y perfusión ValveLink sistema de control) están montados fuera de la jaula de Faraday a una rejilla de metal independiente eléctrica (Hammond Manufacturing, Guelph en Ontario). Todo el equipo eléctrico esté conectado a un distribuidor de cobre y conectado a un transformador de aislamiento de grado médico (1800W, Tripp Lite UL60601-1) que proporciona aislamiento de la línea, un campo de constante y de supresión de sobretensiones.
Parche 4.2 pipetas
Tubos capilares de vidrio de borosilicato con filamento (OD de 1,5 mm, diámetro externo 0.86mm, 15 cm de longitud; BF150-86-15, la compañía de Sutter Instrument) se redujo a la mitad y se inserta en un Flaming / Brown Micropipeta Extractor modelo P-97 (Empresa Sutter Instrument) . Un programa de pipeta-tirador está optimizado para generar constantemente pipetas con las resistencias de entre 2 y 5MΩ desde el electrodo a tierra (después del pulido fuego, Fig. 6) Pipetas individualmente pulidas al fuego para suavizar las superficies de punta de la pipeta que permite un sellado hermético frente a las membranas celulares ( Micro Forge MF-830; Narishige, Japón, la Figura 6). Micropipetas están montados en el headstage con un soporte especializado (1-HL-U, Molecular Devices, Sunnyvale California).
4.3 electrodos de tierra
Los tubos de vidrio borosilicato utilizado para hacer pipetas parche también se utilizan para hacer los electrodos de referencia. Los tubos de 15 cm de largo se cortan en tres piezas. Con dos pinzas de punta fina, los tubos se mantienen en una llama de un mechero Bunsen hasta que el vidrio se vuelve maleable y el tubo se puede doblar a una "L" o "palo de hockey" forma con un ángulo de 90 grados. Mientras que los tubos de vidrio todavía están calientes, uno de los extremos es inmediatamente inmersos en un caliente CsCl 3M y el 1,5% de solución de agarosa que se introduce en el tubo por capilaridad. Una vez que un electrodo de referencia está completamente lleno de solución, se coloca en un vaso de agua fría. Después de todos los electrodos de referencia están llenas, son individualmente limpiar con Kimwipes para eliminar agarosa adicional desde el exterior y se sumergen en una solución de 3M CsCl. De registro electrofisiológico, los electrodos de referencia se llevan a cabo en un soporte de microelectrodos Half-Cells (titular de la 90 F de pellets de 1,5 mm; # MEH3RF15, World Precision Instruments Inc., Sarasota, Florida) lleno de solución de CsCl 3M. (Ver Figura 7 para la ilustración de un electrodo de tierra en la solución del baño)
4.4 Electrofisiología soluciones de grabación
Los diferentes tipos de canales iónicos dependientes de voltaje requieren soluciones diferentes en función de grabación de la permeabilidad de iones / selectividad. Para los canales de calcio dependientes de voltaje, las células suelen ser bañados en soluciones externas que contienen bario o de calcio en diferentes concentraciones. Por ejemplo, registro electrofisiológico de los invertebrados CAV3 los canales de calcio voltaje-dependientes (LCav3) se puede realizar utilizando una solución externa que contiene 5 mM CaCl 2, 166mm tetraetilamonio (TEA-Cl), HEPES 10 mM con un pH ajustado a 7,4 con TEA-OH. Pipetas de parches se llena con una solución interna de 125 CsCl, EGTA 10 mM, 2 mM CaCl 2, 1 mM MgCl 2, MgATP 4 mm, 0,3 mm Tris-GTP, y HEPES 10 mM con un pH de 7.2 (Senatore y Spafford, 2010). Los invertebrados de tipo L voltaje del canal de calcio (LCav1) se puede grabar utilizando una solución externa que contiene bario como el portador de la carga (15mm BaCl2, 1mM MgCl2, 10 mM HEPES, 40 mm de TEA-Cl, 72.5mM CsCl, glucosa 10 mM, con se ajusta el pH a 7,2 con TEA-OH) y una solución interna que contiene 108 mm C-metanosulfonato, 4 mm de MgCl 2, 9 mm EGTA, HEPES 9 mm, pH ajustado a 7,2 con CsOH (Senatore et al., 2010).
4.5 Grabación de células enteras
4.6 Los estudios de medicamentos de células registradas
Los medicamentos pueden ser directamente pipeta en el plato que se está grabando. Concentración de las drogas se puede calcular si el volumen de drogas añadido y el volumen de solución del baño son conocidos. Cantidades caro o limitado de medicamentos también pueden ser añadidos por microperfusión de un colector multi-cañón poliimida lápiz de perfusión con una punta de 250 micras extraíble, ya sea utilizando un Smartsquirt ocho canales de presión del sistema de micro perfusión (AutoMate científico) o el sistema de flujo por gravedad operado a través de las válvulas de teflón Valvelink8 y controladores de válvulas (AutoMate Científico, ver Figura 5 para las configuraciones de sistema de perfusión). Caudales de los sistemas de microperfusión se han fijado en 0,1 ml por minuto en una corriente que sale del lápiz de perfusión de 400 micras de la célula registrado. La distancia de la punta de un lápiz de perfusión de la punta del electrodo de registro deberán ser uniformes de parche a parche, figura 10 ilustra una distancia sugerida visible en el aumento de 40x. Las tasas de flujo adecuado proporcionar la perfusión de saturación de la célula registrado. Antes de que un experimento de drogas se realiza utilizando microperfusión, las células se equilibró con el microperfusión de solución de control de baño en un flujo continuo. La mínima interrupción de la corriente se evita durante el experimento por un cambio rápido del baño de control, las drogas o la solución de lavado. Aspiración montado en el borde de la placa de registro se pueden utilizar to eliminar desbordamiento de las soluciones, por medio de succión manual con una jeringa o mediante un dispositivo impulsado por la bomba peristáltica (por ejemplo, MINISTAR miniatura DC bomba peristáltica, Instrumentos del Mundo de precisión). Se debe tener cuidado ya que la perfusión extremadamente rápido induce fuerzas de cizallamiento que pueden alterar la corriente de calcio (Peng et al. 2005), puede lavar la celda que se está grabando, y agota el depósito de medicamento demasiado rápido.
Pipeta directamente en el plato frente a los sistemas de perfusión
| Pipeteo directo | Sistema de perfusión micro | Flujo por gravedad sistema de perfusión | |
| Drogas volumen necesario | Moderado | Bajo | Alto |
| Habilidad técnica | Bajo | Medio | Medio |
| Costo del equipo | Bajo | Significativo | Significativo |
| El tiempo diario para la instalación y la limpieza | Ninguno | 20 + minutos | 20 + minutos |
| La contaminación del equipo | Ninguno | Sí | Sí |
| Solución de problemas | Fácil | Complejo | Complejo |
| Drogas garantizado en el plato | Sí | No | No |
| Perder celda con adicción a las drogas | Sí | Sí | Sí |
| Reducir en gran medida concentrado de drogas. por lavado | Difícil | Sencillo | Sencillo |
| Facilidad de hacer una curva dosis-respuesta múltiple | Inferior al óptimo | Sencillo | Sencillo |
| Reproducibilidad de los resultados | OK - depende de la ubicación de pipeteo | Bueno | Bueno |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Ser capaz de grabar de células enteras corrientes utilizando los protocolos descritos y las soluciones indica que la transfección se ha realizado correctamente y que la tensión deseada canales iónicos o complejos de los canales iónicos están presentes con importantes cantidades en la membrana celular. En caso de que las células transfectadas de manera positiva (es decir, verde fluorescente), pero no tienen corrientes de grabación, el tiempo adicional a los 28 ° C puede ser necesaria para permitir la proteína del canal d...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Este trabajo fue apoyado por una subvención de funcionamiento Discovery para JDS de la de Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación (NSERC) de Canadá, una NSERC Alexander Graham Bell Canada Becas de Posgrado (doctorado) (A. Senatore) y la Fundación Heart and Stroke, Grant -En-Aid NA # 6284.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
| Material | Empresa | Número de catálogo | Comentario |
| pIRES2-EGFP plásmido | Clontech | 6029-1 | |
| Círculo de vidrio cubreobjetos | Fisher Scientific | 12-545-80 | Círculos No. 1 - 0,17 mm de espesor de 0,13 a, Tamaño: 12 mm |
| Amplificador | Axon Instruments | Axopatch 200B o 700B MultiClamp | |
| Sistema de Adquisición de Datos | Axon Instruments | Digidata 1440A | |
| Software de Electrofisiología | Axon Instruments | pClamp10.1 | |
| Pipeta de manipuladores | Sutter Instrument Co. | MPC-385 a 2 | |
| Microscopio invertido de epifluorescencia | Zeiss Canadá | Axiovert 40 CFL | |
| Headstage | Axon Instruments | CV-7B | |
| Headstage portaelectrodos | Axon Instruments | 1-HL-U | |
| Microelectrodo soporte para electrodo de tierra | Mundial de Instrumentos de Precisión | MEH3RF 15 | |
| Electrofisiología tubos capilares | Sutter Instrument Co. | BF-150-86-15 | Vidrio de borosilicato con filamento, OD 1.5mm OD, 0.86mm, 15 cm de largo |
| Flaming / Brown Micropipeta Extractor | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Micropipeta fuego pulidor | Narishige | Micro Forge MF-830 | |
| Micro sistema de perfusión de drogas | AutoMate Científico | SmartSquirt8 Valvelink8.2 | |
| Sistema de perfusión de drogas | AutoMate Científico | Valvelink8.2 con Teflon válvulas |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE
Solicitar permiso