Metodo affidabile per l'alta efficienza In vitro Espressione e la successiva registrazione elettrofisiologica di ricombinante voltaggio-dipendenti canali ionici in colture di cellule renali umane embrionali (HEK-293T).
Articolo metodologico
Metodo affidabile per l'alta efficienza In vitro Espressione e la successiva registrazione elettrofisiologica di ricombinante voltaggio-dipendenti canali ionici in colture di cellule renali umane embrionali (HEK-293T).
L'espressione in vitro e la registrazione elettrofisiologica di ricombinante voltaggio-dipendenti canali ionici in colture di cellule renali umane embrionali (HEK-293T) è una strategia di ricerca onnipresente. HEK-293T cellule devono essere placcato sulla coverslips vetro a bassa densità sufficiente in modo che non siano in contatto tra loro al fine di consentire la registrazione elettrofisiologica senza effetti confondenti dovuti al contatto con le cellule adiacenti. Canali transfettate deve anche esprimere ad alta efficienza a livello della membrana plasmatica per la cellula intera registrazione patch clamp delle correnti rilevabili di sopra dei livelli di rumore. Canali ionici eterologa spesso richiedono lunghi periodi di incubazione a 28 ° C dopo trasfezione al fine di raggiungere un'adeguata espressione di membrana, ma ci sono sempre perdite di cellule coprioggetto adesione e la stabilità della membrana a questa temperatura. Per aggirare questo problema, abbiamo sviluppato una strategia ottimizzata per trasfezione e piastra HEK-293T cellule. Questo metodo richiede che le cellule sono transfettate in una confluenza relativamente alto, e incubate a 28 ° C per diversi periodi di incubazione post-trasfezione per consentire un'adeguata espressione della proteina del canale ionico. Cellule transfettate vengono placcati su coprioggetto di vetro e incubate a 37 ° C per diverse ore, che permette di attaccamento cellula rigida per i coprioggetti e ristabilizzazione della membrana. Le celle possono essere registrate subito dopo placcatura, o possono essere trasferiti a 28 ° C per l'incubazione ulteriormente. Troviamo che l'incubazione iniziale a 28 ° C, dopo trasfezione ma prima di placcatura, è la chiave per l'espressione efficace dei canali ionici eterologa che normalmente non esprimono bene a livello della membrana plasmatica. Positivamente transfettate, cellule in coltura sono identificati da co-espressi eGFP o eGFP espresso da un vettore bicistronic (ad esempio pIRES2-EGFP) contenente il canale ionico del DNA ricombinante appena a monte di un sito interno ingresso ribosoma e una sequenza eGFP codifica. Whole-cell patch clamp registrazione richiede attrezzature specializzate, oltre alla lavorazione di elettrodi di registrazione e lucido a forma di L elettrodi di massa in vetro borosilicato. Somministrazione di farmaci per studiare la farmacologia dei canali ionici può essere ottenuto direttamente micropipetting droga nel piatto di registrazione, oppure utilizzando microperfusione o sistemi di flusso di gravità che producono flussi ininterrotti di soluzione farmaco sulle cellule registrate.
1. Colture Cellulari
2. Trasfezione di HEK-293T con cDNA ricombinante canali ionici
3. Placcatura transfettate cellule HEK293T in preparazione per la registrazione elettrofisiologica
nt "> ioni di diversi canali di esprimere con diverse efficienze a livello della membrana cellulare delle cellule HEK, e come tale, il resto di questo protocollo richiede una certa ottimizzazione per massimizzare la superficie espressione canali che consente per la riuscita registrazione elettrofisiologica. espressione di canali ionici eterologhe in cellule HEK, soprattutto di quelli provenienti da fonti non-mammiferi, può presentare alcune difficoltà tra cui (1) Le dimensioni delle proteine di grandi dimensioni che richiedono tempi lunghi per tradurre e localizzare sulla membrana plasmatica (2) assenza o difformità di piegatura e targeting motivi sulla proteina canale necessari in un mammifero linea cellulare (3) le differenze nelle frequenze di utilizzo codone da specie a specie. Tutti questi fattori combinati possono provocare un requisito per i tempi lunghi di incubazione a 28 ° C, che assicura un'efficace espressione e la localizzazione delle proteine di superficie, senza la divisione cellulare (che dovrebbe diluire fuori il cDNA eterologo e proteine). Purtroppo, per lunghi periodi di incubazione a 28 ° C porta al distacco delle cellule e la stabilità della membrana poveri rendendo registrazione elettrofisiologica difficile. Abbiamo deciso di modificare le strategie di trasfezione convenzionali (recensione a Thomas e Smart 2005) al fine di minimizzare l'incubazione a 28 ° C prima della registrazione e per massimizzare l'espressione di superficie. Il nostro metodo richiede che le cellule sono transfettate, incubate per un periodo di 3-7 giorni a 28 ° C, quindi le cellule sono staccati da tripsinizzazione e saltuariamente su coprioggetto e incubate a 37 ° C che restabilizes membrane e permette di forte attaccamento di cellule sul vetrino coprioggetto. cellule sono poi in grado di essere registrate subito, o può essere incubate per ulteriori periodi di tempo a 28 ° C. Troviamo la replating di cellule su coprioggetto in questa fase successiva nel nostro metodo che sia assolutamente essenziale per la produzione di coprioggetto con un gran numero di canali che esprimono, separare le cellule in allegato.Vi presentiamo due strategie alternative, quella che noi preferiamo usare per i canali ionici e complessi dei canali ionici che non contengono grandi domini extracellulari che potrebbero essere vulnerabili alla digestione tripsina (ad esempio CAV3 voltaggio-dipendenti canali del calcio, Senatore e Spafford 2010), e uno che usiamo per i canali ionici, che contengono grandi domini extracellulari (ad esempio L-type voltage-gated canali del calcio e le loro subunità accessorie;. Senatore, et al 2010).
4. Registrazione elettrofisiologica dei canali ricombinanti in cellule HEK-293T
Diverse le risorse complete sono disponibili che descrivono i concetti generali alla base registrazione elettrofisiologica (ad esempio Ogden e Stanfield 1987; Molleman 2003).
4,1 Elettrofisiologia rig
Un tipico impianto di elettrofisiologia (Figura 4) comprende un amplificatore (ad esempio Axopatch 200B o Multiclamp amplificatore 700B, Axon Instruments, Union City, CA), un PC dotato di un 1440A Digidata analogico-digitale convertitore di interfaccia in congiunzione con pClamp10.1 software (Molecular Devices, Sunnyvale, California), motorizzato, manipolatori pipetta doppia (MPC-385-2, Instrument Company Sutter), un microscopio a epifluorescenza (Axiovert 40 CFL, Zeiss Canada, Toronto, Ontario) e sistemi di perfusione (figure 4 e 5 ). Le vibrazioni sono limitate montando l'attrezzatura su un tavolo 63-500 isolamento TMC vibrazioni serie (Technical Manufacturing Corporation, Peabody. MA). Stray rumore elettrico è limitato con un 40 "alto di tipo II gabbia di Faraday (TMC) che circondano l'impianto elettrico montato sul tavolo isolamento dalle vibrazioni. Sistemi di controllo elettronico (come i computer e monitor, amplificatore, analogico-digitale convertitore, manipolatore motorizzato e sistema di perfusione ValveLink di controllo) sono montati al di fuori della gabbia di Faraday ad un free-standing cremagliera elettrico metallico (Hammond Manufacturing, Guelph Ontario). Tutte le apparecchiature elettriche è messo a terra a un distributore di rame e collegati a un trasformatore di isolamento Medical Grade (1800W, Tripp Lite UL60601-1) che fornisce l'isolamento di linea, un terreno consistente e soppressione delle sovratensioni.
4,2 Patch pipette
Tubi di vetro borosilicato capillare con filamento (OD 1,5 mm, diametro 0,86 millimetri, 15 centimetri di lunghezza; BF150-86-15; Instrument Company Sutter) vengono tagliati a metà e inserito in un Flaming / Brown Micropipetta Estrattore modello P-97 (Instrument Company Sutter) . Una pipetta-estrattore programma è ottimizzato per generare costantemente pipette con resistenze da 2 a 5MΩ da elettrodo a terra (dopo la lucidatura fuoco; Fig.6) Pipettes sono individualmente fuoco lucido per levigare le superfici puntale che permette di tenuta stretta contro le membrane cellulari ( micro Forge MF-830; Narishige, Giappone, figura 6). Micropipette sono montati sul headstage con un supporto specializzato (1-HL-U; Molecular Devices, Sunnyvale California).
4,3 a terra elettrodi
I tubi in vetro borosilicato usato per fare pipette patch sono utilizzati anche per fare elettrodi di riferimento. I tubi di 15 cm vengono tagliati in 3 pezzi. Con 2 pinze a punta fine, i tubi sono tenuti in una fiamma becco Bunsen fino a quando il vetro diventa malleabile e il tubo può essere piegato a "L" o "bastone da hockey" forma con un angolo di 90 °. Mentre i tubi di vetro sono ancora caldi, una delle estremità è subito immerso in un caldo 3M CsCl e 1,5% di soluzione di agarosio cui è redatto nel tubo per azione capillare. Una volta che un elettrodo di riferimento è completamente pieno di soluzione, è collocato in un bicchiere di acqua fredda. Dopo tutti gli elettrodi di riferimento sono pieni, sono singolarmente pulito con Kimwipes per rimuovere supplementare agarosio dall'esterno e sono immersi in una soluzione 3M CsCl. Per la registrazione elettrofisiologica, gli elettrodi di riferimento sono tenuti in una Holder microelettrodo Half-Cells (Holder 90 F pellet 1.5mm; # MEH3RF15; Mondiale Precision Instruments Inc., Sarasota in Florida) riempita con una soluzione 3M CsCl. (Vedi Figura 7 per l'illustrazione di un elettrodo di massa in soluzione bagno)
4,4 Elettrofisiologia registrazione soluzioni
Diversi tipi di voltaggio-dipendenti canali ionici richiedono soluzioni di registrazione differenti a seconda della permeabilità agli ioni / selettività. Per voltaggio-dipendenti canali del calcio, le cellule sono in genere immersi in soluzioni esterne contenenti bario o calcio a diverse concentrazioni. Per esempio, la registrazione elettrofisiologica del invertebrati CAV3 voltaggio-dipendenti del canale del calcio (LCav3) può essere effettuata utilizzando una soluzione esterna contenente 5mM CaCl 2, 166mm tetraetilammonio (TEA-Cl), HEPES 10 mM con un pH regolato a 7,4 con TEA-OH. Pipette di patch sono riempiti con una soluzione interna di 125 mm CsCl, 10mM EGTA, 2mM CaCl 2, 1 mm di MgCl 2, MgATP 4 mm, 0,3 mm Tris-GTP, e HEPES 10mm con un pH di 7,2 (Senatore e Spafford, 2010). Il invertebrati tipo L voltaggio-dipendenti del canale del calcio (LCav1) possono essere registrati con una soluzione esterna che contiene bario come portatori di carica (15mm BaCl2, 1MM MgCl 2, HEPES 10mm, 40mm TEA-Cl, 72.5mM CsCl, glucosio 10mM, con il pH regolato a 7,2 con TEA-OH) ed una soluzione interna contenente 108mm Cs-metanosolfonato, 4mm MgCl 2, 9mm EGTA, HEPES 9mm, pH regolato a 7,2 con CsOH (Senatore et al., 2010).
4,5 di registrazione cellula intera
4,6 studi d'delle cellule registrate
I farmaci possono essere direttamente pipettati nel piatto in fase di registrazione. Concentrazione dei farmaci può essere calcolata se il volume del farmaco e volume di soluzione da bagno sono noti. Quantità limitate di costosi o farmaco può anche essere aggiunto microperfusione da un multi-barile molteplici poliimmide matita perfusione con una punta di 250 micron rimovibili, utilizzando un otto Smartsquirt canale micro pressione di perfusione (AutoMate scientifico) o sistema a flusso gravità gestiti tramite valvole in teflon e Valvelink8 controllori valvola (AutoMate scientifico; vedi Figura 5 per le impostazioni del sistema di perfusione). Portate da sistemi microperfusione sono fissati a 0,1 ml al minuto in un flusso di uscita dalla matita perfusione 400 micron dalla cella registrato. La distanza della punta perfusione matita dalla punta dell'elettrodo di registrazione dovrebbero essere uniformi di patch per patch, figura 10 illustra una distanza suggerito visibile con ingrandimento 40x. I tassi di flusso adeguato fornire perfusione saturando della cellula registrato. Prima che un esperimento di droga è condotta utilizzando microperfusione, le cellule sono in equilibrio con la microperfusione della soluzione di controllo bagno in un flusso continuo. Minima interruzione del flusso è evitata durante l'esperimento con un rapido passaggio dal bagno di controllo, di droga o la soluzione di lavaggio. Aspirazione montate sul bordo del piatto di registrazione possono essere usati trimuovere o troppo pieno di soluzioni, mediante aspirazione manuale con una siringa o utilizzando un dispositivo di azionamento pompa peristaltica (ad esempio MINISTAR miniatura DC pompa peristaltica, strumenti di precisione del Mondo). Bisogna fare attenzione perché la perfusione estremamente rapida induce forze di taglio che possono alterare l'attuale calcio (Peng et al. 2005), può lavare via la cellula in fase di registrazione, e impoverisce la riserva di droga troppo in fretta.
Direttamente nel piatto pipeting vs sistemi perfusione
| Pipettaggio diretto | Perfusione sistema micro | Gravità sistema a flusso perfusione | |
| Farmaco volume necessario | Moderato | Basso | Alto |
| Abilità tecnica | Basso | Medio | Medio |
| Apparecchiature di costo | Basso | Significativo | Significativo |
| Tempo giornaliero di setup e di pulizia | Nessuno | 20 + minuti | 20 + minuti |
| Contaminazione delle apparecchiature | Nessuno | Sì | Sì |
| Risoluzione dei problemi | Facile | Complesso | Complesso |
| Farmaco garantito piatto | Sì | No | No |
| Perdere cella con tossicodipendenza | Sì | Sì | Sì |
| Ridurre notevolmente conc droga. di lavaggio | Difficile | Lineare | Lineare |
| Facilità di fare un multiplo curva dose-risposta | Meno che ottimale | Lineare | Lineare |
| Riproducibilità dei risultati | OK - dipende dalla posizione del pippeting | Bene | Bene |
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Essere in grado di registrare a cellula intera correnti utilizzando i protocolli descritti e soluzioni indica che la trasfezione ha avuto successo e che la tensione desiderata-canali ionici o complessi di canali ionici sono presenti con quantità significative a livello della membrana cellulare. Dovrebbe essere positivamente le cellule transfettate (cioè fluorescente verde) ma non sono le correnti registrabili, tempo supplementare a 28 ° C può essere necessario per consentire la proteina canale che deve essere adeguatame...
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Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione di funzionamento Discovery per JDS dalle scienze naturali e ingegneria Research Council (NSERC) del Canada, un NSERC Alexander Graham Bell Canada Borse di studio Laurea (dottorato) (di A. Senatore) e la Heart and Stroke Foundation, Grant -In-Aid NA # 6284.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| pIRES2-EGFP plasmide | Clontech Laboratories | 6029-1 | |
| Vetrini coprioggetti circolari in vetro | Fisher Scientific | 12-545-80 | Cerchi n. 1 - spessore da 0,13 a 0,17 mm, dimensioni: 12 mm |
| Amplificatore | Axon Instruments | Axopatch 200B o Multiclamp 700B | |
| Sistema di acquisizione dati | Axon Instruments | Digidata 1440A | |
| Elettrofisiologia Software | Axon Instruments | pClamp10.1 | |
| Manipolatori di pipette | Sutter Instrument Co. | MPC-385-2 | |
| Microscopio invertito a epifluorescenza | Carl Zeiss, Inc. | Axiovert 40 CFL | |
| Headstage | Axon Instruments | CV-7B | |
| Portaelettrodo Headstage | Axon Instruments | 1-HL-U | |
| Micr– supporto per elettrodo di terra | World Precision Instruments, Inc. | MEH3RF 15 | |
| Tubi capillari per elettrofisiologia | Sutter Instrument Co. | BF-150-86-15 | Vetro borosilicato con filamento, diametro esterno 1,5 mm, diametro esterno 0,86 mm, lunghezza 15 cm |
| Estrattore per micropipette fiammeggiante/marrone | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Micropipetta lucidatrice antincendio | Narishige International | Micro Forge MF-830 | |
| Micro sistema di perfusione di farmaci | AutoMate Scientific, Inc. | SmartSquirt8 Valvelink8.2 | |
| Sistema di perfusione farmacologica | AutoMate Scientific, Inc. | Valvelink8.2 con valvole |
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