Questo protocollo descrive una metodologia per valutare la funzione dei canali ionici attivati meccanicamente nelle cellule uroteliali native utilizzando il sensore fluorescente Ca2+ GCaMP5G.
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Articolo metodologico
Questo protocollo descrive una metodologia per valutare la funzione dei canali ionici attivati meccanicamente nelle cellule uroteliali native utilizzando il sensore fluorescente Ca2+ GCaMP5G.
I canali ionici attivati meccanicamente sono trasduttori biologici che convertono stimoli meccanici come forze di allungamento o taglio in segnali elettrici e biochimici. Nei mammiferi, i canali attivati meccanicamente sono essenziali per la rilevazione di stimoli esterni e interni in processi diversi come la sensazione tattile, l'udito, la regolazione del volume dei globuli rossi, la regolazione della pressione sanguigna basale e la sensazione di pienezza della vescica urinaria. Mentre la funzione dei canali ionici attivati meccanicamente è stata ampiamente studiata in vitro utilizzando la tecnica patch-clamp, valutare la loro funzione nel loro ambiente nativo rimane un compito difficile, spesso a causa dell'accesso limitato ai siti di espressione di questi canali (ad esempio, terminali afferenti, cellule di Merkel, barocettori e tubuli renali) o difficoltà nell'applicare la tecnica patch-clamp (ad esempio, le superfici apicali delle cellule ombrello uroteliali). Questo protocollo descrive una procedura per valutare i transitori Ca 2+ evocati meccanicamente utilizzando il sensore fluorescente GCaMP5G in una preparazione uroteliale ex vivo, una tecnica che potrebbe essere facilmente adattata per lo studio di eventi di Ca2+ evocati meccanicamente in altre preparazioni tissutali native.
Le cellule epiteliali nel tratto urinario sono soggette a forze meccaniche mentre il filtrato urinario viaggia attraverso i nefroni e l'urina viene pompata fuori dalla pelvi renale e viaggia attraverso gli ureteri per essere immagazzinata nella vescica urinaria. È stato a lungo riconosciuto che le forze meccaniche (ad esempio, sforzo di taglio e stiramento) esercitate dai fluidi sulle cellule epiteliali che rivestono le vie urinarie regolano il riassorbimento delle proteine nel tubulo prossimale e dei soluti nel nefrone distale 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13, così come la conservazione delle urine nella vescica urinaria e la minzione14,15,16,17.
La conversione di stimoli meccanici in segnali elettrici e biochimici, un processo denominato meccanotrasduzione, è mediata da proteine che rispondono alla deformazione delle strutture cellulari o della matrice extracellulare associata 18,19,20,21. I canali ionici attivati meccanicamente sono unici nel senso che passano da uno stato chiuso a uno stato permeabile aperto in risposta a cambiamenti nella tensione della membrana, nella pressione o nello sforzo di taglio 18,19,20,21,22. Inoltre, i transitori di Ca 2+ possono essere iniziati mediante meccanotrasduzione integrina-mediata o mediante attivazione di sistemi di adesione meccano-responsivi alle giunzioni cellula-cellula23,24,25,26. La funzione del canale ionico viene solitamente valutata con la tecnica patch-mord, che comporta la formazione di un sigillo gigaohm tra la membrana cellulare e la pipetta patch27. Tuttavia, le cellule situate in strati di tessuto profondo con una matrice extracellulare densa (ad esempio, tubuli renali) o circondate da una barriera fisica (ad esempio, glicocalice) sono difficili da accedere con una micropipetta di vetro. Allo stesso modo, le cellule incorporate o che sono parti integranti di tessuti con scarsa stabilità meccanica (ad esempio, l'urotelio) non possono essere facilmente studiate con la tecnica patch-clamp. Poiché molti canali ionici attivati meccanicamente sono permeabili al Ca 2+, un approccio alternativo consiste nel valutare la loro attività mediante microscopia fluorescente utilizzando un colorante sensibile al Ca2+ o indicatori di calcio geneticamente codificati (GECI) come GCaMP. I recenti sforzi nell'ingegneria proteica hanno aumentato significativamente la gamma dinamica, la sensibilità e la risposta dei GECI28,29,30, e i progressi nella genetica hanno permesso la loro espressione in specifiche popolazioni cellulari, rendendoli ideali per studiare la meccanotrasduzione.
L'urotelio, l'epitelio stratificato che ricopre l'interno della vescica urinaria, funge da barriera, impedendo la diffusione di soluti urinari nell'interstizio della vescica, ma funziona anche come trasduttore, rilevando la pienezza della vescica e comunicando questi eventi ai nervi e alla muscolatura sottostanti16. Studi precedenti hanno dimostrato che la comunicazione tra l'urotelio e i tessuti sottostanti richiede i canali ionici attivati meccanicamente Piezo1 e Piezo231. Per valutare i transitori di Ca 2+ indotti meccanicamente nelle cellule uroteliali, è stata sviluppata una nuova tecnica descritta che utilizza il trasferimento genico adenovirale per esprimere il sensore Ca2+ GCaMP5G nelle cellule uroteliali. Questa tecnica impiega una preparazione del foglio di mucosa che fornisce un facile accesso allo strato più esterno della cellula dell'ombrello e un sistema assistito da computer per la stimolazione meccanica simultanea delle singole cellule con una micropipetta di vetro chiusa e la registrazione delle variazioni di fluorescenza nel tempo.
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La cura e la gestione degli animali sono state effettuate in conformità con il Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Pittsburgh. Per il presente studio sono stati utilizzati topi femmina C57Bl/6J di 2-4 mesi. I topi sono stati ottenuti commercialmente (vedi Tabella dei materiali).
1. Assemblaggio e configurazione dell'attrezzatura
2. Trasduzione in situ e isolamento della mucosa vescicale
3. Stimolazione meccanica delle singole cellule uroteliali e imaging Ca2+
4. Analisi dei dati
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Il presente protocollo descrive una tecnica per valutare i transitori Ca 2+ evocati meccanicamente in celle ombrello utilizzando il sensore fluorescente Ca2+ GCaMP5G. La trasduzione adenovirale è stata impiegata per esprimere GCaMP5G nelle cellule uroteliali grazie alla sua elevata efficienza e perché produce un elevato livello di espressione. Le immagini fluorescenti delle criosezioni colorate da una vescica trasdotta sono mostrate nella Figura 2D. Per questi esperimen...
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Tutti gli organismi, e apparentemente la maggior parte dei tipi di cellule, esprimono canali ionici che rispondono agli stimoli meccanici 20,33,34,35,36,37. La funzione di questi canali attivati meccanicamente è stata valutata prevalentemente con la tecnica patch-mors. Tuttavia, a causa di problemi di accessibilità, gli studi...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni NIH R01DK119183 (a G.A. e M.D.C.) e S10OD028596 (a G.A.) e dal Cell Physiology and Model Organisms Kidney Imaging Cores del Pittsburgh Center for Kidney Research (P30DK079307).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 20x Obiettivo | Olympus | UMPlanFL N | |
| 24 G ¾ ” catetere | Medline | Suresite IV vetrino | |
| 4x Obiettivo | Olympus | UPlanFL N | |
| Convertitore analogico/digitale | Molecular Devices | Digidata 1440A | |
| Anticorpo anti-GFP | Abcam | Ab6556 | |
| Divisore di fascio | Chroma | T495lpxr | |
| Regolatore di temperatura bipolare | Warner Instruments | TC-344B | |
| CaCl2 | Fluka | 21114-1L | M soluzione |
| cellSens software | Olympus | Imaging | |
| software CMOS fotocamera | Hamamatsu | ORCA fusion | |
| Donkey anti-coniglio coniugato ad Alexa Fluor 488 | Jackson ImmunoResearch | 711-545-152 | |
| Excel | Microsoft Corporation | ||
| Filtro | Crominanza | ET470/40X | |
| Capillari in vetro Corning 8250 in vetro | Warner Instruments | G85150T-4 | |
| Glucosio | Sigma | G8270 | |
| HEPES | Riscaldatore in linea Sigma | H4034 | |
| Warner Instruments | SH-27B | ||
| KCl | Sigma | 793590 | |
| Sorgente luminosa | Sutter Instruments | Lambda XL | |
| Collettore pompa tubo | Fisherbrand | 14-190-510 | ID 1.52 mm |
| Collettore pompa | Fisherbrand | 14-190-533 | ID 2.79 mm |
| MgCl2 | Sigma | M9272 | |
| Mice | Jackson Lab | 664 | femmina di 2-4 mesi C57BL/6J |
| Microforge | Narishige | MF-830 | |
| Micromanipolatore | Sutter Instruments | MP-285 | |
| Microscopio | Olympus | BX51W | |
| Supporti di montaggio con DAPI | Invitrogen | S36964 | Slowfade Diamond Antifade con DAPI |
| NaCl | Software Sigma | S7653 | |
| pClamp | Molecular Devices | Versione 10.4 | Software di acquisizione e analisi dati per elettrofisiologia patch-clamp |
| Pompa peristaltica | Gilson | Minipuls 3 | |
| Attuatore piezoelettrico | Thorlabs | PAS005 | |
| Supporto per pipette | World Precision Instruments | ||
| Estrattore per pipette | Narishige | PP-830 | |
| Base riscaldata a scambio rapido con perfusione e kit anello adattatore | Warner Instruments | QE-1 | La piattaforma a scambio rapido si adatta a piatti da 35 mm |
| Rodamina-falloidina | Invitrogen | R415 | |
| Sigma-Plot | Systat Software Inc | Versione 14.0 | Software scientifico per la grafica e l'analisi dei dati |
| Elastomero siliconico | Dow | Sylgard 184 | |
| Controller piezoelettrico a circuito aperto a canale singolo | Thorlabs | MDT694B | |
| Cuscinetto portagriglia quadrato | Ted Pella | 10520 | |
| Sutura | AD Surgical | S-S618R13 | 6-0 Sylk |
| Asta di montaggio in teflon | Su | Da utilizzare per montare l'attuatore piezoelettrico nel micromanipolatore | |
| Tubo | Fisher Scientific | 14171129 | Tygon S3 ID 1/16 IN, OD 1/8 IN USB |
| I/O device | National Instruments | NI USB-6501 |
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