1. Construcciones de ADNc y expresión de proteínas en ovocitos de Xenopus
El ADNc de la proteína de membrana de interés debe clonarse en un vector adecuado para la expresión en ovocitos de Xenopus laevis, como pTLN9 o pcDNA3.1X10. Dichos vectores optimizados contienen las regiones no traducidas (UTR) 5' y 3' del gen β-globina de Xenopus laevis que flanquean el sitio de clonación múltiple (MCS), una secuencia promotora de ARN polimerasa (pTLN: SP6, pcDNA3.1X: T7) ubicada antes del UTR 5', un tramo de poli-A en dirección 3' del MCS para garantizar la estabilidad del ARNc en las células, y más abajo otra secuencia de sitios de endonucleasas de restricción de corte único para la linealización del plásmido, con el fin de que sirva como molde para la transcripción in vitro de ARNc.
Para distinguir la actividad de la Na+/K+-ATPasa humana sobreexpresada (subunidad α2 + subunidad β1) de la Na+/K+-ATPasa endógena de los ovocitos, se introdujeron las mutaciones Q116R y N127D para obtener una proteína resistente a la ouabaina con una IC50 en el rango de milimolar11. En el caso de la H+/K+-ATPasa, las mediciones de flujo se realizaron utilizando el mutante S806C de la subunidad α de la H+/K+-ATPasa, ya que los flujos de Rb+ se correlacionaron con datos cinéticos procedentes de experimentos de fluorometría con bloqueo de voltaje (VCF). La técnica de VCF (https://www.jove.com/video/2627/ examining-the-conformational-dynamics-of-membrane-proteins-in-situ-with-site-directed-fluo rescence-labeling)12 se basa en la unión específica a un residuo de cisteína introducido estratégicamente de un fluoróforo, que reporta los cambios conformacionales de la enzima.
2. Linealización y purificación de la plantilla de ADN
- Para la linealización de la plantilla de ADN, digiera 3 μg de ADN plasmídico en un volumen de reacción de 50 μl con 5 μl de tampón concentrado 10x adecuado para la enzima de restricción y 10 U de enzima de restricción durante 1 h a 37 °C.
- Purifique el ADN linealizado utilizando el High-Pure PCR Product Purification Kit (Roche Applied Science). Primero, añada 350 μl de tampón de unión (que contiene guanidinioisotiocianato) al vial de digestión. Tras este paso de purificación, la plantilla de ADN linealizado es de "calidad para ARN" porque el guanidinioisotiocianato es un desnaturalizante proteico eficaz y destruye especialmente la ARNasa, que es un contaminante frecuente en laboratorios de biología molecular.
- Coloque las columnas de centrifugación en tubos colectores, cargue la columna con la solución de ADN del paso 2, centrifugue a 13.000 x g durante 30 s y deseche el flujo pasante.
- Añada 500 μl de tampón de lavado a la columna. Centrifugue 1 min a 13.000 x g y deseche el flujo pasante.
- Añada 200 μl de tampón de lavado a la columna. Centrifugue 1 min a 13.000 x g para secar completamente la columna.
- Coloque la columna de centrifugación en un tubo Eppendorf nuevo de 1,5 ml y añada 50 μl de agua libre de nucleasas (Ambion Producto # AM9937) a la columna. Eluya mediante centrifugación durante 1 min a velocidad máxima.
- Tras la elución, concentre la solución que contiene ADN hasta aproximadamente 15 μl. Este paso asegura que la solución contenga 0,5 μg de ADN linealizado en 3 μl, que es la concentración recomendada para la siguiente reacción de transcripción in vitro de cARN.
3. Síntesis de cRNA In Vitro
- Seleccione el kit mMessage mMachine adecuado (Ambion Producto #1340, #1344) según la secuencia del promotor en el plásmido (SP6, T7). En un volumen total de reacción de 10 μl, añada 3 μl de ADN linealizado del paso anterior y 1 μl de tampón de transcripción a muestras previamente alícuotadas de 5 μl de la mezcla NTP-cap. Es necesario alícuotar previamente la mezcla NTP-cap para evitar ciclos repetidos de congelación-descongelación, que podrían provocar la degradación de los nucleósidos trifosfato. Finalmente, añada 1 μl de la ARN polimerasa adecuada, mezcle brevemente y centrifugue brevemente la mezcla de reacción.
- Incube la mezcla de reacción durante 1 a 2 horas a 37 °C. El tiempo de incubación no debe exceder las 2 horas, ya que esto podría reducir el rendimiento o la calidad del cARN.
- Añada 15 μl de solución de LiCl 3 M fría (a temperatura de hielo) del kit, 15 μl de agua fría libre de nucleasas, mezcle brevemente (no agite por vórtice), centrifugue brevemente la muestra a 11.000 x g durante 10 segundos y almacénela a -20 °C durante al menos 30 minutos para permitir la precipitación del cARN.
- Enfríe previamente la centrífuga a 4 °C y centrifugue al menos 15 minutos a 13.000 x g tras la precipitación.
- Retire cuidadosa y completamente el sobrenadante del pellet marrón pálido en el fondo del tubo y añada 150 μl de etanol al 70% de grado para ARN enfriado a -20 °C. Centrifugue a 4 °C durante 5 minutos a 13.000 x g.
- Elimine completamente el sobrenadante, seque brevemente (1-2 minutos) el pellet restante de cARN en un evaporador centrífugo (e.g. Eppendorf Concentrator modelo 5301) a temperatura ambiente.
- Disuelva el pellet en 12 μl de agua fría libre de nucleasas. PRECAUCIÓN: Todos los pasos subsiguientes deben realizarse manteniendo la muestra de cARN sobre hielo.
- Determine la concentración de cARN utilizando un espectrofotómetro (e.g. Eppendorf BioPhotometer).
- Verifique la integridad del cARN mediante electroforesis en gel de agarosa. PRECAUCIÓN: Esta verificación cruzada es necesaria, ya que incluso el ARN parcialmente degradado produce una absorción de UV distinta de cero. Para la electroforesis de cARN, utilice una cámara de electroforesis completamente limpia, recién llenada con tampón TAE y un gel de agarosa al 1% recién preparado. Si se sospecha contaminación por ribonucleasas en la cámara de electroforesis o en el tampón, llene la cámara con HCl 0,1 M durante 1 hora para su limpieza y prepare el tampón TAE con agua libre de nucleasas.
- Almacene el cARN a -20 °C hasta su uso. El cARN puede almacenarse durante al menos un año a -20 °C.
4. Obtención de material de ovario de hembras de Xenopus laevis mediante ovariectomía parcial
Este protocolo ha sido aprobado por la autoridad estatal responsable (Landesamt für Gesundheit und Soziales Berlin, The Senate of Berlin, Alemania).
- No alimente la rana al menos 12 horas antes de la cirugía para prevenir el vómito.
- Prepare una solución de 2 g del anestésico local tricaina (MS-222) disueltos en 1 L de agua ajustada a pH 7,0 con tampón HEPES 5 mM. PRECAUCIÓN: Use guantes de nitrilo en todo momento al manipular MS-222 y prepare la solución en una cabina de seguridad química.
- Sumerja la rana en la solución de tricaina (máx. 10 min) hasta que el animal ya no presente reflejos de enderezamiento. Para comprobar la falta de respuesta, intente dar vuelta a la rana boca arriba en sus manos y observe movimientos de defensa.
- Saque la rana de la solución de tricaina manualmente y enjuague el animal con agua del grifo fría para eliminar el anestésico.
- Coloque la rana con la espalda hacia arriba sobre una cama de hielo cubierta con una toalla de papel húmeda para evitar dañar la piel de la rana por contacto directo con el hielo. Mantenga la piel del animal húmeda en todo momento durante la operación para evitar que se seque. Colocarla sobre hielo prolonga el tiempo de anestesia.
- Realice una pequeña incisión abdominal (de 8-10 mm de longitud) con tijeras afiladas en el lado izquierdo o derecho de la línea media de la rana. PRECAUCIÓN: Tenga cuidado de no lesionar la línea lateral. Las cirugías posteriores deben realizarse en lados alternados para permitir una buena recuperación del tejido ovárico subyacente. Por lo general, deben atravesarse tres capas de tejido (la piel externa, una capa delgada de tejido conectivo blanco —la fascia— y una capa muscular).
- Después de abrir el abdomen, agarre partes de los lóbulos ováricos con pinzas romas y tire suavemente hacia el exterior. Como referencia, retire aproximadamente 3-5 cm de tejido ovárico del ovario mediante incisión. En caso de lesión de pequeños vasos sanguíneos y sangrado, aplique presión con una varilla de plástico estéril o enfríe la lesión con hielo hasta que cese el sangrado.
- Cierre quirúrgicamente la incisión utilizando un patrón de puntos separados con sutura Ethicon Vicryl 4.0 (Johnson & Johnson #V633H). Use instrumentos quirúrgicos para la sutura y anude dos o tres nudos por separado a lo largo de la incisión. PRECAUCIÓN: Es importante que cada nudo suture las tres capas de tejido en un solo paso.
- Después de la operación, coloque la rana en una fuente de agua ligeramente inclinada (30 L), que contenga suficiente agua para cubrir solo su fondo, de modo que las fosas nasales del animal queden por encima del nivel del agua para permitir la respiración. Cubra al animal durante el período de recuperación (aproximadamente 1-2 horas) con una toalla de papel húmeda para evitar el secado de la piel sensible.
- Cuando el animal vuelva a estar activo, llene la fuente de agua y mantenga a la rana separada de los demás animales durante 3-4 días para monitorear su recuperación y la cicatrización de la herida.
- Después de la cirugía, evite someter a la rana a operaciones posteriores durante al menos 3 meses para permitir una recuperación completa del animal y de su tejido ovárico. Como referencia, se pueden realizar un máximo de 6-8 cirugías en cada rana.
5. Aislamiento enzimático de ovocitos individuales
- Cortar el material ovárico en trozos más pequeños con tijeras y transferir el tejido a Solución Ringer para ovocitos sin Ca2+ (110 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgCl₂)2, 5 mM HEPES, pH 7,4) que contiene colagenasa (20 mg/ml, tipo 1A de Clostridium hystolyticum, Sigma #C9891) e inhibidor de tripsina (10 mg/ml, tipo III-O de albúmina de huevo de pollo, Sigma #T2011).
- Agite suavemente la solución digestiva durante 2,5 h a 18 °CPosteriormente, siga el progreso de la digestión a intervalos de 15 minutos hasta que la mayoría de los ovocitos se separen del tejido folicular.
- Lave los ovocitos varias veces en un tubo Falcon de 50 ml con Solución Ringer para ovocitos sin Ca2+ hasta que la solución esté suficientemente libre de restos de tejido.
- Almacene los ovocitos en Solución de Ringer para ovocitos que contiene Ca2+ (110 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgCl₂)2, 2 mM CaCl₂2, 5 mM HEPES, pH 7,4) incluyendo gentamicina (50 μg/ml) en 18 °C.
6. Inyección de ARNc
- Para la expresión de Na+,K+- o H+,K+-ATPasa, inyecte ovocitos con 50 nl de solución de ARNc que contenga 25 ng de ARNc de la subunidad α y 5 ng de ARNc de la subunidad β, utilizando una bomba de inyección eléctrica Nanoject II (Drummond Scientific Inc.), con tubos de hematocrito de 3.5" (Drummond #3 000-203-G/X). PRECAUCIÓN: La cantidad de ARNm puede variar según la proteína diana y podría necesitar ajustarse para lograr una expresión máxima mediante inmunotransferencia.
- Para cada condición de flujo (por ejemplo, a una concentración específica de Rb+), inyecte entre 18 y 22 ovocitos. De estos, el 50 % se analizará bajo condiciones "+flujo" (por ejemplo, una determinada concentración de Rb+), y el 50 % restante bajo condiciones "-flujo" (por ejemplo, con la concentración elegida de Rb+ y un inhibidor específico de la enzima en concentración saturante, como 10 mM de ouabaina para la Na+,K+-ATPasa o 10 μM de SCH28080 a pH 5.5 para la H+,K+-ATPasa).
- Después de la inyección, transfiera los ovocitos individualmente a placas de 96 pocillos llenas hasta la mitad con solución de Ringer para ovocitos que contenga Ca2+ y 50 μg/ml de gentamicina, a 18 °C.
- Cubra la placa de 96 pocillos con Parafilm para evitar una evaporación excesiva.
- Incube los ovocitos durante 2-7 días (según la proteína de interés) a 18 °C. Si se requiere almacenar los ovocitos por más de 3 días, se recomienda renovar el tampón de incubación dentro de los pocillos cada 3 días.
- Para cada conjunto de datos de flujo (por ejemplo, un experimento de titulación frente a [Rb+]), deben analizarse aproximadamente 10 ovocitos no inyectados (o inyectados con 50 nl de agua libre de nucleasas) como controles bajo condiciones "+flujo" y "-flujo". Por lo tanto, incube un número suficiente de células control de la misma manera que los ovocitos inyectados con ARNc antes del análisis de flujo.
Pretratamiento de oocitos que expresan ATPasa heteróloga
Procedimiento de carga con Na+
Para mediciones funcionales de la Na+/K+-ATPasa, es importante elevar la concentración intracelular de Na+13, como se indica a continuación:
- Transferir los ovocitos al Na+ Loading Buffer (110 mM NaCl, 2,5 mM Na-citrato, 2,5 mM MOPS, 2,5 mM TRIS, pH 7,4) durante 45 min en hielo.
- Para la recuperación posterior, incubar los ovocitos en el Post Loading Buffer "PLB" (100 mM NaCl, 1 mM CaCl2, 5 mM BaCl2, 5 mM NiCl2 y 2,5 mM MOPS, 2,5 mM TRIS, pH 7,4) durante al menos 30 min en hielo.
- Guardar los ovocitos en PLB en hielo hasta su uso.
7. Prebloqueo de la Na+,K+-ATPasa endógena
PRECAUCIÓN: Dado que los ovocitos de Xenopus expresan una Na+,K+-ATPasa endógena, es importante bloquear esta bomba endógena antes de realizar experimentos de flujo de Rb+, de la siguiente manera:
- Ahora, bloquee la Na+,K+-ATPasa endógena incubando los ovocitos en tampón posterior a la carga que contiene 100 μM de ouabaina durante 15 min a temperatura ambiente.
8. Electrónica fisiológica
- Prepare microelectrodos tirando capilares de borosilicato (GB150F-8P, Science Products GmbH) utilizando un micropipeteador de dos pasos (Modelo PC-10, Narishige).
- Llene los electrodos de vidrio por la parte trasera con KCl 3 M. Para experimentos de TEVC con H+,K+-ATPasa, recomendamos usar NaCl 3 M en su lugar, lo que proporcionó grabaciones de corriente más estables. Monte la pipeta sobre el hilo de Ag/AgCl de los soportes de microelectrodos del sistema de bloqueo de voltaje de dos electrodos.
- Introduzca los microelectrodos de vidrio y dos puentes de agar (que deben prepararse con NaCl/agar en lugar del KCl/agar comúnmente usado), que conectan los electrodos de referencia de Ag/AgCl con la solución del baño, en la cámara de registro (Warner Instr., modelo RC-10) previamente llenada con tampón de medición (por ejemplo, PLB con ouabaína 10 μM para Na+,K+-ATPasa).
- Cambie el amplificador de bloqueo de voltaje (Turbo TEC-10CX, NPI Electronics, Tamm, Alemania) al modo "OFF".
- Verifique la resistencia de cada electrodo de vidrio por separado (ambos deben estar en el rango de 0,5-2 MΩ).
- Verifique los potenciales de desplazamiento del electrodo de voltaje y de corriente en la pantalla correspondiente del amplificador TEVC. En caso de desviación respecto a cero, ajuste el desplazamiento con los reguladores de desplazamiento correspondientes del amplificador.
- Coloque un ovocito en el centro de la cámara y penetre suavemente la membrana con el electrodo de corriente y el electrodo de voltaje.
- Verifique la lectura de potencial del amplificador. La lectura del potencial del electrodo de voltaje ahora proporciona el valor del potencial de reposo de la célula.
- Cambie el amplificador al modo VC (bloqueo de voltaje).
- Utilizando el software pCLAMP (Molecular Devices Corp., Sunnyvale, CA), fije la célula a un potencial de membrana predefinido. Este puede ser el valor del potencial de reposo medido previamente (para grabar bajo condiciones de corriente de membrana cero) o cualquier valor de potencial de prueba deseado. Preste atención a la amplitud y estabilidad de la corriente de fuga (en ausencia de K+/Rb+/Li+), que, como guía general, no debe exceder -200 nA a -30 mV.
- Perfunda el ovocito durante un tiempo determinado (por ejemplo, 3 min para Na+,K+-ATPasa) con una solución que contenga Rb+ (para obtener corriente máxima, use concentraciones saturantes obtenidas mediante mediciones de flujo en condiciones no bloqueadas) y registre la corriente de la bomba con el software pCLAMP en modo de grabación continua. Asegúrese de que la captación de Rb+ se detenga completamente después mediante la perfusión de la célula con una solución libre de Rb+ durante 30 segundos.
- Detenga el experimento de bloqueo de voltaje de dos electrodos, retire el ovocito de la cámara de registro y continúe con el paso 4 de lavado del apartado "Experimentos de captación de Rb+" para analizar la captación de Rb+ mediante espectrofotometría de absorción atómica.
- Realice la sustracción de la corriente de desplazamiento y evalúe la integral temporal de la corriente de la bomba utilizando el programa Clampfit del paquete pCLAMP.
9. Mediciones de la absorción de Rb+
- Corte y derrita la punta amarilla de una pipeta en una pipeta de 200 μl hasta un diámetro de aproximadamente 2 mm. El uso de estas puntas asegura una transferencia mínima de solución cuando los ovocitos se mueven entre placas de incubación o lavado. Derrita brevemente la punta con la llama de un encendedor de bolsillo. Este paso de pulido evita dañar los ovocitos.
- Prepare para cada ovocito que se va a medir un tubo Eppendorf de 1,5 ml lleno con 1 ml de agua Millipore. Organice tres placas de Petri con tampón de lavado libre de Rb+ (por ejemplo, PLB) y una con agua Millipore.
- Transfiera simultáneamente cinco ovocitos preincubados a una placa de Petri de 3,5 cm llena con tampón para flujo de Rb+ (concentraciones de 0 a 15 mM de Rb+) e incube durante 3 min (Na+,K+-ATPasa) o 15 min (H+,K+-ATPasa) bajo control de temperatura (por ejemplo, 21 °C en una habitación con aire acondicionado o sobre una placa calefactora).
- Transfiera simultáneamente los ovocitos a la primera placa con tampón de lavado libre de Rb+ (en el caso de la Na+,K+-ATPasa se puede usar PLB). Es obligatorio mantener las desviaciones entre los tiempos de incubación menores a 5 s. Enjuague suavemente.
- Mueva los ovocitos a la segunda y tercera placa con tampón de lavado libre de Rb+, enjuague suavemente.
- Transfiera los ovocitos a la placa con agua Millipore, enjuague suavemente.
- Transfiera cada ovocito individualmente a uno de los tubos Eppendorf preparados llenos con 1 ml de agua Millipore.
- Homogenice el ovocito pipeteando arriba y abajo con una punta de pipeta de 200 μl hasta que la solución esté uniformemente turbia.
10. Preparación del AAnalyst 800 utilizando el sistema de horno THGA
- Encienda la válvula del gas inerte requerido (argón) e inserte una lámpara de cátodo hueco adecuada (lámparas de cátodo hueco de elemento único para Li+ o Rb+; Photron, Melbourne, Australia) en una posición arbitraria del zócalo.
- Inicie el software de control WinLab32 (Perkin Elmer) y encienda la lámpara de cátodo hueco correspondiente. Las lámparas de cátodo hueco Perkin Elmer Lumina se reconocen automáticamente y aparecen en la lista de selección. Las lámparas de cátodo hueco no compatibles deben ingresarse manualmente.
- Permita un tiempo de calentamiento de aproximadamente 10-15 min para la estabilización de las lámparas.
- Asegúrese de que el tubo THGA (tubo de atomizador de grafito con calentamiento transversal, Perkin Elmer, #B3000641) esté en buen estado mediante inspección visual. Los hornos THGA deben reemplazarse cada 300 disparos (vida útil promedio indicada por el fabricante), aunque pueden soportar un número mayor de muestras.
- Seleccione la técnica de "horno THGA" en WinLab32.
- Prepare al menos cinco muestras de calibración con concentraciones de Rb+/Li+ entre 10 y 50 μg/L (por ejemplo, mediante dilución adecuada a partir de una solución de RbCl o LiCl 1 M) y una muestra en blanco con agua Millipore únicamente. Nota: las sales deben tener la máxima pureza disponible ("puriss." o provenientes de estándares comerciales de calibración para fines de AAS).
- Seleccione el archivo de inicialización adecuado (denominado archivo "método", que proporciona una referencia a los parámetros de calibración y carga la configuración del instrumento, por ejemplo, la longitud de onda de detección en AAS; las longitudes de onda para Rb+ y Li+ son 780 nm y 670.8 nm, respectivamente), luego ingrese las posiciones y concentraciones de las muestras de calibración. Para ello, seleccione el autómuestreador adecuado (bandeja de muestras con 88 o 148 posiciones de muestreo para el dispositivo AAnalyst 800).
- Mida la curva de calibración.
- Ahora transfiera cada homogenato de ovocito a vasos muestrales individuales de polipropileno de 1,2 ml (Perkin Elmer, #B0510397) y coloque estos tubos de ensayo en la bandeja del autómuestreador.
- Cree un archivo de información de muestras para identificar las muestras en las posiciones del autómuestreador, ajuste el volumen de muestra a 20 μl y active el instrumento.
- Tras finalizar el análisis (o durante la inspección visual cada hora, en series largas de muestras), revise las muestras en las que la cantidad medida de Rb+ supere el valor máximo de la curva de calibración. De ser así, diluya las muestras correspondientes adecuadamente y vuélvalas a medir.
11. Observaciones para la medición de un gran número de muestras (más de 50)
- Para una operación nocturna del instrumento, se recomienda llenar el depósito del muestreador automático con agua Millipore para prevenir la evaporación de los homogenizados en los tubos de ensayo.
- Se recomienda colocar entre cada 20 muestras un tubo de ensayo con HNO3 al 2% para evitar la obstrucción de la capilar de inyección del muestreador automático.
Protocolo de temperatura recomendado de THGA-AAS para rubidio
| Paso | Temperatura (°C) | Tiempo de rampa (seg) | Tiempo de retención (seg) | Flujo de gas argón (ml/min) |
| Secado 1 | 110 | 1 | 20 | 250 |
| Secado 2 | 130 | 5 | 30 | 250 |
| Pirólisis | 300-600 | 10 | 20 | 250 |
| Atomización | 1700-1800 | 0 | 5 | 0 |
| Limpieza | 2400 | 1 | 2 | 250 |
Protocolo de temperatura recomendado de THGA-AAS para litio
| Paso | Temperatura (°C) | Tiempo de rampa (seg) | Tiempo de retención (seg) | Flujo de gas argón (ml/min) |
| Secado 1 | 110 | 1 | 30 | 250 |
| Secado 2 | 130 | 15 | 30 | 250 |
| Pirólisis | 900 | 10 | 20 | 250 |
| Atomización | 2200 | 0 | 5 | 0 |
| Limpieza | 2450 | 1 | 3 | 250 |
Análisis de datos
- Para cada condición de medición, calcule la captación media de Rb+. El espectrofotómetro de AAS proporciona valores en μg/L, que deben convertirse a pmol/óocito/min.
- Para los análisis cinéticos (valores aparentes de KM), reste la captación de fondo de Rb+ determinada a partir de óocitos control no inyectados del mismo lote, a la concentración dada de RbCl.
- Represente gráficamente con el software Origin y aplique el ajuste de una función de Hill
o de Michaelis-Menten
a los datos. En estas ecuaciones, [S] es la concentración de sustrato, nH el coeficiente de Hill y K0.5 la concentración de sustrato necesaria para la activación a la mitad del valor máximo.