Méthode fiable pour très efficace In vitro Expression et ultérieures enregistrement électrophysiologique de recombinaison canaux ioniques voltage-dépendants dans des cultures de cellules rénales embryonnaires humaines (HEK-293T).
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Méthode fiable pour très efficace In vitro Expression et ultérieures enregistrement électrophysiologique de recombinaison canaux ioniques voltage-dépendants dans des cultures de cellules rénales embryonnaires humaines (HEK-293T).
L'expression in vitro et l'enregistrement électrophysiologique de recombinaison canaux ioniques voltage-dépendants dans des cultures de cellules rénales embryonnaires humaines (HEK-293T) est une stratégie de recherche omniprésent. HEK-293T doivent être plaqués sur des lamelles de verre à densité assez faible de sorte qu'ils ne sont pas en contact les uns avec les autres afin de permettre l'enregistrement électrophysiologique sans effets confondants dus au contact avec les cellules adjacentes. Transfectées canaux doivent aussi exprimer avec une grande efficacité à la membrane plasmique des cellules entières d'enregistrement patch clamp des courants détectable au-dessus des niveaux de bruit. Canaux ioniques hétérologue exigent souvent longues périodes d'incubation à 28 ° C après transfection afin de parvenir à l'expression membranaire adéquat, mais il ya augmentation des pertes de cellules lamelle d'adhérence et stabilité de la membrane à cette température. Pour contourner ce problème, nous avons développé une stratégie optimisée pour transfecter et la plaque HEK-293T. Cette méthode nécessite que les cellules transfectées soit à un confluence relativement élevés, et incubés à 28 ° C pendant différentes périodes d'incubation post-transfection pour permettre l'expression d'ions suffisamment de protéines canal. Les cellules transfectées sont ensuite étalées sur des lamelles de verre et incubées à 37 ° C pendant plusieurs heures, ce qui permet la fixation des cellules rigides pour les lamelles et la restabilisation membrane. Les cellules peuvent être enregistrées peu après le placage, ou peuvent être transférées à 28 ° C pour incubation. Nous constatons que l'incubation initiale à 28 ° C, après transfection, mais avant le placage, est la clé pour l'expression efficace des canaux ioniques hétérologue qui normalement n'expriment pas ainsi à la membrane plasmique. Positivement transfectées, les cellules cultivées sont identifiés par co-exprimé eGFP ou EGFP exprimée par un vecteur bicistronique (par exemple pIRES2-EGFP) contenant les ADNc recombinants canal ionique juste en amont d'un site interne d'entrée du ribosome et une séquence de codage eGFP. Cellules entières d'enregistrement patch clamp nécessite un équipement spécialisé, plus la artisanat des électrodes d'enregistrement poli et électrodes de masse en forme de L à partir de verre de borosilicate. La livraison de drogue à l'étude de la pharmacologie des canaux ioniques peuvent être obtenus directement en micropipetage médicaments dans le plat d'enregistrement, ou en utilisant microperfusion ou des systèmes à écoulement par gravité qui produisent des flux ininterrompu de solution médicamenteuse sur les cellules enregistrées.
1. Culture de cellules
2. La transfection de cellules HEK-293T avec recombinante ADNc canal ionique
3. Placage des cellules transfectées HEK293T en préparation pour l'enregistrement électrophysiologique
nt "> Différents canaux ioniques exprimer avec des rendements différents à la membrane cellulaire des cellules HEK, et comme tel, le reste de ce protocole requiert une optimisation pour maximiser l'expression en surface de canal permettant l'enregistrement électrophysiologique de succès. Expression des canaux ioniques hétérologues dans des cellules HEK, particulièrement de ceux de sources non mammifères, peuvent présenter certains défis, notamment (1) Les dimensions des protéines de grande envergure nécessitant de longues périodes de traduire et de localiser à la membrane plasmique (2) l'absence ou des dissemblances de pliage et le ciblage des motifs sur la protéine du canal nécessaire dans une mammifères lignée cellulaire (3) les différences de fréquences d'usage des codons d'une espèce à. Tous ces facteurs combinés peuvent entraîner une exigence pour des temps d'incubation est longue à 28 ° C, ce qui garantit l'expression des protéines efficaces et localisation à la surface sans division cellulaire (qui diluerait les les ADNc hétérologues et des protéines). Malheureusement, pour des périodes prolongées d'incubation à 28 ° C conduit au détachement des cellules et stabilité de la membrane de mauvaises décisions d'enregistrement électrophysiologiques difficile. Nous avons décidé de modifier les stratégies de transfection classiques (examiné dans l'affaire Thomas et Smart 2005) afin de minimiser l'incubation à 28 ° C avant d'enregistrer et de maximiser l'expression en surface. Notre méthode nécessite que les cellules transfectées être, incubée pendant une période de 3-7 jours à 28 ° C, puis les cellules sont détachées par trypsinisation et réensemencées sur des lamelles et incubées à 37 ° C qui rééquilibre les membranes et permet d'attachement des cellules sur des lamelles. Les cellules sont alors capables d'enregistrer tout de suite, ou peut-être incubées pour des périodes supplémentaires de temps à 28 ° C. Nous trouvons la replating de cellules sur des lamelles à ce stade ultérieur dans notre méthode est absolument indispensable pour la production de lamelles avec un nombre élevé de canaux d'exprimer, séparer les cellules ci-joint.Nous présentons deux stratégies alternatives, celle que nous préférons utiliser des canaux ioniques et des complexes de canaux ioniques qui ne contiennent pas de grands domaines extracellulaires qui peuvent être vulnérables à la digestion de trypsine (par exemple CAV3 canaux calciques voltage-dépendants; Senatore et Spafford 2010), et un que nous utilisons pour les canaux ioniques qui contiennent de grandes domaines extracellulaires (par exemple de type L canaux calciques voltage-dépendants et leurs sous-unités accessoires;. Senatore, et al 2010).
4. L'enregistrement électrophysiologique des canaux recombinants dans des cellules HEK-293T
Plusieurs ressources complètes sont disponibles qui décrivent les concepts généraux qui sous-tendent l'enregistrement électrophysiologiques (par exemple, Ogden et Stanfield 1987; Molleman 2003).
4,1 électrophysiologie rig
Un banc d'électrophysiologie typiques (figure 4) comprend un amplificateur (par exemple Axopatch 200B ou 700B Multiclamp amplificateur; Axon Instruments, Union City, CA), un ordinateur PC équipé d'une interface Digidata 1440A convertisseur analogique-numérique en conjonction avec pClamp10.1 logiciel (Molecular Devices, Sunnyvale, Californie), motorisé, manipulateurs double pipette (MPC-385-2, Sutter Instrument Company), un microscope à épifluorescence (Axiovert 40 CFL, Zeiss Canada, Toronto, Ontario) et les systèmes de perfusion (Figures 4 et 5 ). Les vibrations sont limitées par le montage des équipements sur une table de TMC 63-500 isolement série de vibrations (Technical Manufacturing Corporation, Peabody. MA). Stray bruit électrique est limitée en utilisant un 40 "de haut de type II cage de Faraday (TMC) qui entoure les équipements électriques montés sur la table d'isolation des vibrations. Systèmes de contrôle électronique (tels que l'ordinateur et moniteur, amplificateur, convertisseur analogique-numérique de convertisseur, manipulateur motorisé et Système de contrôle ValveLink perfusion) sont montés à l'extérieur de la cage de Faraday pour une grille métallique autoportante électriques (Hammond Manufacturing, Guelph, en Ontario). Tout le matériel électrique est fondée à un distributeur de cuivre et branché sur une isolation de qualité médicale tranformer (1800W, Tripp Lite UL60601-1) qui assure l'isolation de ligne, un terrain uniforme et de suppression des surtensions.
4.2 Pipettes Patch
Tubes en verre borosilicaté capillaire avec filament (OD 1.5mm, OD 0.86mm, 15cm de longueur; BF150-86-15; Sutter Instrument Company) sont réduits de moitié et inséré dans un Flaming / Brown Micropipette Extracteur modèle P-97 (Sutter Instrument Company) . Un programme de la pipette-extracteur est optimisée de façon constante avec les pipettes résistances entre 2 à 5MΩ de l'électrode à la terre (après polissage feu; Fig.6) Pipettes sont individuellement polies au feu pour lisser les surfaces pointe de la pipette qui permet d'assurer l'étanchéité contre les membranes cellulaires ( Micro Forge MF-830; Narishige, le Japon, figure 6). Micropipettes sont montés sur le headstage avec un support spécialisé (1-HL-U; Molecular Devices, Sunnyvale en Californie).
4,3 électrodes de masse
Les tubes en verre borosilicate utilisé pour faire des pipettes de patch sont également utilisés pour fabriquer des électrodes de référence. Les tubes sont coupés 15cm de long en 3 morceaux. Avec 2 à pointe fine pince, les tubes sont maintenus dans une flamme du bec Bunsen jusqu'à ce que le verre devient malléable et le tuyau peut être plié à un «L» ou «crosse de hockey" forme avec un angle de 90o. Alors que les tubes de verre sont encore chauds, une extrémité est immédiatement immergé dans un hot CsCl 3M et 1,5% de solution d'agarose qui est aspiré dans le tube par capillarité. Une fois une électrode de référence est complètement rempli de solution, il est placé dans un bécher d'eau froide. Après que toutes les électrodes de référence sont remplis, ils sont individuellement essuyés avec Kimwipes pour enlever supplémentaires agarose de l'extérieur et sont immergés dans une solution 3M de CsCl. Pour l'enregistrement électrophysiologiques, les électrodes de référence sont détenues dans un porteur microélectrodes Demi-cellules (90 F Titulaire Pellet 1.5mm; # MEH3RF15; World Precision Instruments Inc, Sarasota en Floride) rempli de 3M CsCl solution. (Voir Figure 7 pour l'illustration d'une électrode de masse dans une solution de bain)
4.4 des solutions d'enregistrement d'électrophysiologie
Différents types de canaux ioniques voltage-dépendants ont besoin de solutions d'enregistrement différents selon la perméabilité aux ions / sélectivité. Pour les canaux calciques voltage-dépendants, les cellules sont généralement baigné dans des solutions externes contenant soit de baryum ou de calcium à des concentrations différentes. Par exemple, l'enregistrement électrophysiologique de l'invertébré CAV3 canaux calciques voltage-dépendants (LCav3) peut être effectuée en utilisant une solution externe contenant 5mM de CaCl 2, 166mm tétraéthylammonium (TEA-Cl), HEPES 10 mM d'un pH ajusté à 7,4 avec de la TEA-OH. Pipettes de patch sont remplies d'une solution interne de 125mm de CsCl, 10 mM EGTA, 2 mM CaCl 2, MgCl 2 1 mM, 4mm MgATP, 0.3mm Tris-GTP, et HEPES 10 mM d'un pH de 7,2 (Senatore et Spafford, 2010). Les invertébrés de type L des canaux calciques voltage-dépendants (LCav1) peuvent être enregistrées à l'aide d'une solution externe contenant du baryum comme porteur de charge (15mm BaCl2, 1 mM de MgCl2, 10 mM HEPES, 40 mM de TEA-Cl, 72.5mm CsCl, Glucose 10 mM, avec le pH ajusté à 7,2 avec de la TEA-OH) et une solution interne contenant 108mm Cs-méthanesulfonate, 4mm MgCl2, 9mm EGTA, HEPES 9mm, pH ajusté à 7,2 avec CsOH (Senatore et al., 2010).
4.5 Enregistrement de cellules entières
4.6 études sur les médicaments des cellules enregistrées
Les médicaments peuvent être directement à la pipette dans le plat en cours d'enregistrement. Concentration de la drogue peut être calculé si le volume de médicament ajouté et le volume de solution de bain sont connues. Des quantités limitées de coûteux ou de drogue peuvent également être ajoutés par microperfusion partir d'un collecteur multi-baril de polyimide crayon perfusion avec une pointe de 250 microns amovibles, utilisant soit une Smartsquirt huit canaux de pression de perfusion système de micro (AutoMate scientifique) ou un système à écoulement par gravité exploités par Téflon vannes et Valvelink8 contrôleurs de vanne (AutoMate scientifique; voir la Figure 5 pour les configurations système de perfusion). Débits de systèmes microperfusion sont fixés à 0,1 ml par minute dans un flux de quitter le crayon de perfusion de 400 microns de la cellule enregistrée. La distance de la pointe du crayon de perfusion de la pointe de l'électrode d'enregistrement doivent être compatibles à partir de patch à patcher; La figure 10 illustre une distance suggéré visibles à un grossissement de 40x. De fournir des débits adéquats perfusion saturante de la cellule enregistrée. Avant une expérimentation de drogues est effectuée à l'aide microperfusion, les cellules sont équilibrées avec l'microperfusion de solution de bain de contrôle dans un flux continu. Une interruption minimale du flux est évitée lors de l'expérience par la commutation rapide du bain de contrôle, de drogue ou la solution de lavage. Aspiration montées sur le bord du plat enregistrement peut être utilisé to retirer débordement des solutions, au moyen de l'aspiration manuelle avec une seringue ou un dispositif utilisant une pompe péristaltique entraîné (par exemple MINISTAR miniature DC Pompe péristaltique, Instruments de précision du monde). Des précautions doivent être prises depuis la perfusion extrêmement rapide induit des forces de cisaillement qui peuvent modifier le cours de calcium (Peng et al. 2005), peut laver la cellule en cours d'enregistrement, et épuise le réservoir de médicament trop rapidement.
Directement dans le plat de pipetage vs systèmes de perfusion
| Pipetage direct | Micro système de perfusion | Système de perfusion par gravité | |
| Médicaments volume nécessaire | Modérée | Faible | Haute |
| L'habileté technique | Faible | Medium | Medium |
| Coût de l'équipement | Faible | Importants | Importants |
| Temps quotidien d'installation et de nettoyage | Aucun | 20 + minutes | 20 + minutes |
| La contamination de l'équipement | Aucun | Oui | Oui |
| Dépannage | Facile | Complexe | Complexe |
| Médicaments garanti dans le plat | Oui | Aucun | Aucun |
| Perdre cellule avec plus de drogue | Oui | Oui | Oui |
| Réduire considérablement concentré de drogue. par un lavage | Difficiles | Simples | Simples |
| Facilité de faire une courbe de réponse à doses multiples | Moins optimale | Simples | Simples |
| La reproductibilité des résultats | OK - dépend de l'emplacement du pippeting | Bonne | Bonne |
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Etre capable d'enregistrer la cellule entière courants en utilisant les protocoles décrits et les solutions indique que la transfection a été un succès et que les canaux souhaités ioniques voltage-dépendants ou les complexes de canaux ioniques sont présents en quantités significatives à la membrane cellulaire. Si les cellules transfectées de façon positive (c.-vert fluorescent) mais pas les courants enregistrable, un délai supplémentaire à 28 ° C peut être nécessaire pour permettre la protéine du canal pour être convena...
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Ce travail a été soutenu par une subvention de fonctionnement découverte à partir du JDS sciences naturelles et en génie (CRSNG) du Canada, du CRSNG Alexander Graham Bell Canada Bourses d'études supérieures (doctorat) (à A. Senatore) et la Fondation des maladies du cœur, Grant -in-aid NA # 6284.
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| Matériau | Société | Numéro de catalogue | Commentaire |
| pIRES2-EGFP plasmidique | Clontech | 6029-1 | |
| Cercle de verre lamelles | Fisher Scientific | 12-545-80 | Cercles n ° 1 - 0.13 à 0.17mm d'épaisseur, Taille: 12mm |
| Amplificateur | Axon Instruments | Axopatch 200B ou 700B Multiclamp | |
| Système d'acquisition de données | Axon Instruments | Digidata 1440A | |
| Logiciel d'électrophysiologie | Axon Instruments | pClamp10.1 | |
| Manipulateurs pipette | Sutter Instrument Co. | MPC-385-2 | |
| Microscope inversé à épifluorescence | Zeiss Canada | Axiovert 40 CFL | |
| Headstage | Axon Instruments | CV-7B | |
| Porte-électrode Headstage | Axon Instruments | 1-HL-U | |
| Détenteur de microélectrodes pour électrode de terre | Instruments de précision du monde | MEH3RF 15 | |
| Tubes capillaires électrophysiologie | Sutter Instrument Co. | BF-150-86-15 | Verre borosilicate avec filament, OD 1.5mm, OD 0.86mm, 15cm de long |
| Flaming / Brown Micropipette Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Micropipette feu polisseuse | Narishige | Micro Forge MF-830 | |
| Système de micro-perfusion de médicaments | AutoMate scientifique | SmartSquirt8 Valvelink8.2 | |
| Système de perfusion de drogues | AutoMate scientifique | Valvelink8.2 Teflon vannes |
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