L'insulina è prodotta dalle cellule beta delle isole pancreatiche ed è un regolatore chiave di glucosio metabolismo1. Morte o disfunzione delle cellule beta disturba l'omeostasi del glucosio e porta a diabete2. L'insulina è confezionato in granelli del denso-centro che vengono rilasciati in Ca2 +-modo dipendente3. Delucidamento com'è regolata la esocitosi di granuli di insulina è essenziale per comprendere appieno ciò che determina la secrezione di insulina e apre nuove strade per l'identificazione di nuovi bersagli terapeutici per il trattamento del diabete.
Esocitosi di insulina è stato studiato estesamente utilizzando approcci elettrofisiologici, come le misure di capacità di membrana e approcci al microscopio in combinazione con molecole fluorescenti. Misure di capacità di membrana hanno una buona risoluzione temporale e consentono registrazioni singola cella. Tuttavia, variazioni della capacità riflettono il netto cambiamento di superficie della cella e non acquisire gli eventi di fusione individuale o distinguere fusione di granello di insulina da altre vescicole secretorie non insulino-3. Approcci al microscopio, come microscopia di fluorescenza (TIRF) di riflessione interna totale o due fotoni in combinazione con sonde fluorescenti e proteine cargo della vescicola, forniscono ulteriori dettagli. Queste tecniche catturano singoli eventi esocitotico e anche le fasi pre- e post-esocitotico e possono essere utilizzate per studiare i modelli esocitotico in popolazioni di cellule3.
Reporter fluorescenti possono essere di tre tipi: 1) extracellulare, 2) citoplasmatici o 3) vescicolare. 1) extracellulare reporter sono elementi traccianti polari (ad es., destrani, solforodamina B (SRB), Lucifero giallo, pyranine) che possono essere introdotto attraverso l' ambiente extracellulare4. L'impiego di traccianti polari consente per l'indagine del poro di fusione in una popolazione delle cellule e cattura varie strutture intercellulari quali i vasi sanguigni. Tuttavia, non segnalano il comportamento del carico della vescicola. 2) citoplasmiche reporter sono sonde fluorescenti accoppiati a proteine di membrana-collegato che affrontano il citoplasma e sono coinvolte nella docking station ed esocitosi. Esempi includono i membri della famiglia di solubile N- ethylmaleimide-sensibile fattore allegato proteina recettore (rullante) che sono stati utilizzati con successo in Neuroscienze per lo studio del neurotrasmettitore release5. Tali proteine hanno più partner di legame e non insulina-granuli specifici. 3) vescicolare reporter sono sonde fluorescenti fuse a proteine cargo vescicolare che permettono per l'indagine del comportamento di carico specifico della vescicola. Insulina-granello carico specifiche proteine includono insulina, c-peptide, polipeptide amiloide dell'isolotto e NPY tra gli altri6,7. NPY è presente solo in insulina contenente granuli ed è co-pubblicato con l'insulina, che lo rende un ottimo partner per un reporter fluorescente8.
La fusione di diverse proteine fluorescenti di NPY è stato precedentemente impiegata per studiare vari aspetti dell'esocitosi in cellule neuroendocrine, quali il requisito di synaptotagmin specifiche isoforme9,10 e come la corso di tempo di rilascio dipende dal citoscheletro di actina e miosina II11,12. In questo studio, abbiamo scelto pHluorin come il reporter fluorescente, che è un GFP modificate che è non fluorescente a pH acido all'interno del nucleo denso granuli ma diventa brillantemente fluorescente sopra l'esposizione al pH neutro extracellulare13. Granuli di insulina matura hanno un pH acido inferiore a 5.5. Una volta che il granello si fonde con la membrana plasmatica e si apre, il carico è esposto al pH neutro extracellulare di 7,4, che consente di utilizzare il pHluorin di proteine pH sensibili come reporter7,14.
In considerazione della natura sensibile del pH di pHluorin e l'espressione selettiva di NPY nei granuli di insulina, il costrutto di fusione di NPY-pHluorin consente di studiare le varie proprietà di esocitosi di granuli di insulina. La consegna virale del costrutto fusione assicura efficienza di trasfezione alta e lavora sul primarie beta cellule o linee cellulari e isolotti isolati. Questo metodo utilizzabile anche come linea guida per lo studio di esocitosi in qualsiasi altro tipo di cellula con vescicole contenenti NPY. Può anche essere combinato con qualsiasi modello di topo transgenico per studiare gli effetti di determinate condizioni (atterramenti, sovraespressione, ecc.) su esocitosi. Questa tecnica è stato precedentemente utilizzata per caratterizzare i modelli spaziali e temporali del granello della secrezione dell'insulina in popolazioni di cellule beta in isolotti umani15.