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방법 논문

패치 클램프 및 라이브 형광 현미경을 구현 갓 고립 PKD 상피 세포의 기능적 특성을 모니터링하려면

9.3K 조회수

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DOI:

10.3791/53035

⸱

2015년 9월 1일

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physiology, Medical College of Wisconsin, 2Department of Integrative Biology & Pharmacology, University of Texas Health Science Center at Houston

이 논문에서

요약

신 세뇨관 상피에서 발현 이온 채널은 다낭성 신장 질환의 병리에 중요한 역할을한다. 여기에서 우리는 갓 쥐의 신장에서 분리 낭포 성 상피 세포에서 패치 클램프 분석 및 세포 내 칼슘 수준 측정을 수행하는 데 사용되는 실험 프로토콜을 설명합니다.

초록

다낭성 신장 질환 중 낭종 개시 및 확장은 관 모양의 세포 증식, 내강 유체 축적과 세포 외 기질 형성에 이상을 특징으로하는 복잡한 과정이다. 이온 채널 및 세포 내 칼슘 신호 전달의 활성은 관상 상피의 기능을 결정하는 중요한 생리적 파라미터이다. 우리는 갓 신장 낭종 분리 상피 단층 세포 내 칼슘 수준의 패치 - 클램프 기법 및 등록이 이온 채널 활성을 실시간으로 관찰하기에 적합한 방법을 개발 하였다. PCK 래트, 염색체 열성 다낭성 신장 질환 (ARPKD)의 유전 적 모델은, 이온 채널 및 칼슘 플럭스의 생체 외 분석을 위해 여기에 사용 하였다. 여기에 설명하는 하나의 채널 활동 및 세포 내 칼슘 역학을 낭성 단일 층 및 PCK 또는 일반 스프 라그 돌리 (SD) 쥐에서 비 넓혀 세관을 분리하고 모니터링하도록 설계 자세한 단계별 절차입니다.이 방법은 효소 처리를 필요로 갓 격리 상피 단층의 기본 설정에서 분석이 가능하지 않습니다. 또한,이 기술은 세포 내 칼슘의 변화에​​ 매우 민감하고 정확한 측정을위한 고해상도 이미지를 생성한다. 마지막으로, 고립 된 낭성 상피 더 항체 또는 염료, 각종 생화학 적 분석을위한 차 문화의 준비 및 정제 염색에 사용할 수 있습니다.

서론

이온 채널은 세포의 성장과 분화를 포함하여 많은 생리적 기능에 중요한 역할을한다. 상 염색체 우성과 열성 다낭성 신장 질환 (각각 ADPKD과 ARPKD는) 관 상피 세포 기원의 신 유체로 채워진 낭종의 개발에 의해 특징 유전 질환이다. ADPKD는 polycystins 1 세포 증식 및 분화의 조절에 관여 2, 막 단백질을 코딩 PKD1 또는 PKD2 유전자의 돌연변이에 의해 발생된다. 그 자체로 또는 PKD1과 복잡한 PKD2 또한 칼슘 -permeable 양이온 채널 1로 작동합니다. PKHD1 유전자 부호화 fibrocystin (세뇨관 및 / 또는 상피의 극성의 유지에 관여 섬모 수용체 - 관련 단백질과 같은)의 돌연변이는 ARPKD 2 유전 자극이다. 낭종의 성장은 복잡한 현상을 방해 확산 3,4, 혈관 신생 (5), 탈분화 및 극성의 손실을 동반한다관 모양의 세포 6-8의 성만.

담낭 상피 세포에 결함이 재 흡수와 분비 증강은 루멘과 낭종 확장 ​​9,10 유체 축적에 기여한다. 손상된 흐름 의존성 [Ca를 2+] I 시그널링도 PKD 11-15 중 cystogenesis 연결되었다.

여기서, 우리는 하나의 채널 활동 및 PCK 래트로부터 단리 낭성 상피 세포 단층의 칼슘 농도의 패치 클램프 측정하기에 적합한 방법을 설명한다. 이 방법은 성공적으로 상피 나 + 채널 (ENAC) 10의 활동의 특성을 우리가 적용하고 [칼슘 2 +] 나는 칼슘 -permeable TRPV4 및 퓨린 신호 캐스케이드 (13)에 의해 유도되는 과정을 의존성.

이러한 연구에서 우리는 PCK 래트, PKHD1 유전자의 자연 돌연변이에 의한 ARPKD의 모델을 사용 하였다. PCK 변형은 originall의했다스프 라그 - 돌리 (SD) 래트 16함으로써 SD 래트 PCK 균주와 비교를위한 적절한 제어로 사용되는 Y로부터 유도. 그 결과, 동일한 PCK 래트로부터 단리 SD 래트 네프론 세그먼트 및 비 팽창 된 포집 관 모두 낭성 상피 실험 두 가지 비교 군으로 사용할 수.

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프로토콜

아래에서 설명하는 실험 절차는 위스콘신 휴스턴 텍사스 건강 과학 센터의 대학의 의과 대학에서 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인 및 실험 동물의 관리 및 사용을위한 건강 가이드의 국립 연구소에 따라했다되었다. 도 1은 조직의 분리 및 처리 과정의 주요 단계를 설명한다. 간단히, PCK 또는 SD 쥐에서 신장 건강이 아닌 다이얼 세관 또는 낭종에서 하나 덕트를 수집 상피 단일 층의 수동 분리를 위해 사용된다. 여기에서 우리는 4-16 주 된 PCK 쥐 10,13에서 신장을 공부했다.

1. 신장 낭종과 연결 세관 (CNT) /의 분리 수집 덕트 (CD) 세그먼트

  1. 이소 플루 란 (5 % 유도, 1.5 %, 2.5 유지) / 의료용 O 2 또는 다른 승인 된 방법으로 실험 동물을 마취. 동물은 계속적으로 적절한 제작을 위해 모니터링되어야마취의 VEL. 안정적인 호흡과 발가락 핀치 반응은 적절한 마취를 확인하는 데 사용됩니다.
  2. 개복술을 수행하고 복부 대동맥 (17)를 통해 인산염 완충 식염수 (PBS)와 신장을 세척하십시오.
    1. 폴리에틸렌 튜브 카테터 (PE50)을 준비하고 PBS로 가득 주사기 펌프에 연결합니다. 측면 및 장간막과 복강 동맥 분기와 하행 대동맥에 액세스하려면 면봉으로 복부 장기를 이동하는 측면에서 복부에 걸쳐 가로 복부 절개를 한 후, 원격 교육 알바를 따라 피부와 복부 벽을 잘라. 자신의 건조를 방지하기 위해 추가 과정에서 따뜻한 식염수와 내부 장기를 적셔.
    2. 하나 장간막과 복강 동맥 주위에 합자 (# 1)과 다른 합자 (# 2) 다이어프램에서 대동맥 주위 (넥타이를하지 않는)을 놓습니다. 조심스럽게 분리. 얇은 집게로 주위 결합 조직을 해부하고 두 합자를 배치 무디게하여 abdominalis ~ 3왼쪽 신장 동맥 아래 MM (# 3)과 장골 동맥의 분기점 위 (# 4).
    3. 합자 # 4 타이 왼쪽 신장 동맥과 합자 # 3 사이의 대동맥 주위 혈관 클램프를 연결합니다. 단단히 카테터를 해결하기 위해 합자 # 3를 사용, 클램프 및 대동맥을 카테 테르를 꽂다하는 합자 # 4 사이에 절개를합니다.
    4. 클램프를 풀고 혈액 펄스가 올바른 설치를 위해 카테터에 볼 수 있는지 확인하십시오. 6 mL의 속도로 관류 시작 / 분, 합자 # 1, # 2를 묶어, 좌측 신장의 혈관을 절단. 장기가 완전히 희게 될 때까지 1 ~ 2 분 동안 세척을 계속합니다.
    5. 가위 신장 혈관, 요도 주변 결합과 지방 조직을 절단하는 것은 신장을 수집. 그리고 신장 캡슐에서 짧은 눈물을하고이를 디 캡슐하기 위해 신장을 떼어. 얼음처럼 차가운 PBS로 신장을 놓습니다. 안락사는 개흉술에 의해 확인된다.
  3. 폴리 -L- 라이신 코팅 5 × 5mm 커버 유리 칩을 준비합니다. 커버 GLA를 잘라다이아몬드 연필과 장소 각 유리 칩에 0.01 % 멸균 여과 폴리 -L- 라이신 솔루션의 약 20 μL와 SS. 생리 및 해부 용 시계 포셉 두 쌍을 준비합니다.
  4. 1-2mm 두께 ~의 조각으로 정면 평면을 따라 면도날과 신장을 잘라. 실체 현미경에서 조각 중 하나를 놓습니다. 조직의 분리 빙냉 염수에서 수행되어야한다.
  5. 둥근 모양의 캐비티 (그림 2A)와 같은 실체 현미경 하에서 낭종을 찾습니다; 그 벽은 자주 증식 혈관의 저명한 네트워크를 포함하고있다. 사용 뾰족한 집게 단층 영역을 얻기 위해 가능한 한 얇은 낭종 내부 상피층 해부. 폴리 -L- 라이신으로 덮여 유리 칩에 연결합니다. 스티커 폴리 -L- 라이신 표면은 연구자가 단단히 유리의 내부 낭종 층을 배치 할 수 있습니다. 피펫 (그림 2B)에 대한 액세스를 제공하기 위해 혀끝의면을 위로하여 낭종을 노출.
  6. PCK 또는 SD 쥐 아이를 사용하여비 팽창 된 탄소 나노 튜브 / CCDsegments 18 ~ 21의 분리를위한 유두를 포함 네이 중앙 조각.
    참고 : 유두 조직이 피질 이상과 집게로 유두 관 밴드를 잡고 슬라이스가 얇은 분야로 절단 할 수있다 축 반경 방향을 따라 찢어보다 내구성이 있습니다. 개별 세관은 볼 수 있으며 커버 유리 칩 상에 배치 될 인출 할 수있다.
  7. , 분기점으로 근위 세뇨관과 큰 눈에 띄게 보이는 세포 (그림 2C)보다 높은 투명성을 탄소 나노 튜브 / CCD 세분을 확인하십시오. 마이크로 피펫을 구동하기에 적합한 미세 조작기를 구비 한 현미경을 첨부 tubules와 커버 유리 칩을 배치했다. 유리 가장자리를 선명 가능한 Micropipette에게 분할 오픈 세관를 사용하여 연결하면 (그림 2D) 혀끝의 표면에 액세스 할 수 있도록합니다.

2. 단일 채널 패치 클램프 전기 생리학

  1. 욕 용액 패치 - 클램프 챔버를 채우고 커버 유리 칩을 전송할실에 격리 된 조직과. 패치 클램프 Micropipette과 신뢰성에 셀 (세포 부착) 측정을 위해 7 ~ 10 MΩ의 저항이 있는지 확인합니다.
  2. 세포 부착 측정을 위해 20 배 증폭기 이득 비율을 설정하고 여덟 폴 베셀 필터가 300 Hz에서 전류를 저역 통과. ENAC 채널 모니터링의 경우, 밀리미터에서 목욕 솔루션, 사용 : 150의 NaCl, CaCl2를 1, 2의 MgCl 2, 10 HEPES (PH 7.4); 피펫 : (140)의 LiCl, 2의 MgCl 2, 10 HEPES (PH 7.4).
  3. 세포 부착 모드 (10)에 기존의 패치 클램프 실험을 실시한다. 상피 단층의 셀을 선택하고 혀끝 막에 피펫을 접근. 부드러운 흡입을 적용하여 피펫 및 세포막 사이에 고 저항 시일을 형성한다. 고 저항 기가 옴 시일이 형성되면, 유지 전위에서 갭이없는 프로토콜은 관심 채널의 모니터링 활동을 시작한다.
  4. 기가의 저장 간격이없는 단일 채널 현재 데이터이후 분석을위한 옴 씰. 일반적으로 패치 - 클램프 (18)로 공급되는 셋업 소프트웨어 패키지를 사용하여 상기 채널 이벤트를 분석. 채널의 평균 열린 확률 N이 패치 P O 활성 채널의 개수를 의미 여기서 NPO 같은 채널 활성을 계산한다.
    참고 : 30 분 동안 패치 클램프 실험에 고립 된 낭종 또는 세관을 사용합니다.

상피 세포에서 세포 내 칼슘 농도의 3 비례 표면 형광 측정

  1. DMSO에 용해 5 밀리미터의 Fura - 오전 2시을 사용합니다. 각각 500 μL 원뿔 튜브로 나누어지는 원액 (약 10 μL). 최대 6 개월 -20 ℃에서 냉장고에 빛과 상점에서 보호합니다.
  2. PSS에 30 ~ 40 분 동안 고립 된 낭종 및 분할 오픈 세관을 품어 (MM의 : (145)의 NaCl, 4.5의 KCl, 2의 MgCl 2, 2 염화칼슘 2의 pH 7.35에서 10 HEPES) 5 μM의 Fura-2 오전 염료 0.0을 포함5 % 플루로 닉 산은 아세 톡시 메틸 에스테르를 분산 도움이됩니다. 이를 위해, 로딩 칵테일을 함유하는 3.5 cm 접시 장소 조직, 빛으로부터 보호하고, 실온에서 천천히 진탕 배양한다.
  3. 부화 후 PSS를 청소하고 더​​ 표면 형광 이미징을 수행하기 위해 현미경으로 조직을 배치하는 미디어를 포함하는의 Fura-2 오전 변경합니다.
  4. CCD 카메라와 필터 휠을 갖추고 안정적​​인 광원 (단색화 장치)를 켜고 (각 필터의​​ 위치는 필터가 호출 될 때마다 선택된 자체 감쇠 레벨과 연관 될 수있다).
  5. 밝은 분야에서 조직을 찾을 수 있습니다. 형광 신호의 검출에 전환 신호의 포화를 피하기 위해 감광 필터 및 램프 전력을 이용하여, 광원의 강도를 조정한다.
  6. 0.125 Hz의 이상의 주파수 380분의 340 nm에서 비율 계량 여기에 조직 샘플에서의 Fura-2 오전 형광을 모니터링합니다. 적절한 resolu위한 40 × / NA 1.3 또는 유사한는 대물 렌즈를 사용하여기 이미지입니다.
  7. 화상 처리 및 계산 이미지 시퀀스를 가져. 채널을 분할하고 hyperstack 그레이 스케일 모드를 사용하십시오. 여러 관심 지역 (단일 낭종 세포 또는 낭성 조직의 선택 영역)를 선택하고 원하는 데이터 분석 소프트웨어로 각 채널 (340 및 380 ㎚)에 대한 강도 값을 계산; 각 데이터 포인트에서 빼기 배경 강도 값.
  8. 각 시점의 Fura-들어 오전 2시 340-380 채널의 세기의 비율을 계산한다. 플롯 분산 / 각 지역의 칼슘 과도의 라인 포인트 - 시간의 변화와 계산 평균 / SE 값.

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결과

cystogenesis 잠재적 ENAC 개입은 ARPKD 뮤린 모델 및 조직 배양 물에서 26-28 22-25 PKD 진행 비정상적인 나트륨 재 흡수에서 시그널링 중단 표피 성장 인자 (EGF)를 관찰 여러 연구에 의해 입증되었다. 예를 들어,은 등 Veizis. 아밀로 라이드 - 민감성 나트륨 + 흡수는 ARPKD (29)의 비 orthologous BPK 마우스 모델에서 CD 세포에서 감소되는 것으로 나타났다. 우리는 최근 낭종에 손상 나트륨과 수분 재 흡수가 cystogenesis 10 악화에 중요한 요소임을 보여 주었다. 특히, 우리는 전기 생리 및 면역 조직 화학적 분석을 고용 낭종이 무딘 나트륨 재 흡수를 발휘하는 것으로 나타났습니다. 약리학 적 접근 방식은 선택적 ENAC 봉쇄가 현저하게 낭종 진행 (10)을 악화 것을 보여 주었다.

우리는 추가로 O...

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토론

우리는 ARPKD의 쥐의 유전자 모델에서 파생 된 담낭 상피 단층 여기에 기존의 패치 클램프 기술과 표면 형광 칼슘 이미징의 응용 프로그램을 설명했다. 프로토콜은 가장 관심 낭종 (프로토콜 부의 단계 1.5)의 단리 및 전기 생리 학적 연구에 지불되어야하는 세 단계로 구성된다. 이러한 주요 절차는 광범위한 훈련과 인내를 필요로하고, 독자는 한 번에 좌절해서는 안됩니다.

우선, 가장 관심 낭종 단층의 절연 처리를 기울여야한다. 준비의이 부분은 세포의 가시성 중요하다 유리 칩의 표본과도 첨부의 두께가 상당히 매뉴얼 기술과 영향 추가 작업을 필요로한다. 격리 된 낭종 벽의 두께는 시편의 다른 부분에서 변화, 그것은 법과 편리 큰 단층 지역에 큰 낭종에 집중하는 것이 좋습니다K. 시편을 청소 도움이 단층에 액세스하려면, 주변 조직은 실체 현미경에서 집게로 벗겨해야합니다. 이는 기술 분야의 상당한 깊이 절개 동안 다양한 크기의 객체를 수용하기 위해 다양한 배율을 변경하는 능력을 특징으...

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

저자는 현미경 실험과 우수한 기술 지원을 글렌 슬로 컴 (위스콘신 의과 대학)과 콜린 A. Lavin (니콘 인스트루먼트 Inc의)에 감사의 말씀을 전합니다. 본 연구는 (AS에) R01 HL108880 (OPO에) R01 DK095029과 (TSP에) K99 HL116603 (TSP에) 국립 신장 재단 IG1724 (OPO에) 미국 심장 협회 (American Heart Association) 13GRNT16220002 및 부여 국립 보건원 (National Institutes of Health)에 의해 지원되었다 (DVI에) 신장의 미국 사회에서 벤 제이 Lipps 연구 활동.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Fura-2 AMLife TechnologiesF-14185
Fluo-8AAT Bioquest21091
폴리-L-라이신Sigma-AldrichP4707
Pluronic acidSigma-AldrichF-68 용액
ShakerBoekel Scientific260350
라이트 소스Sutter Instrument CoLambdaXL은 셔터/필터 휠 드라이버가 통합된
중립 밀도 필터NikonND4, ND8
ObjectiveNikonSFluo 40/1.3 DIC WD 0.22    오일
카메라Andor TechnologiesZyla sCMOS
Nikon  현미경 (반전)Nikon Nikon Eclipse TE2000-S
커버 유리Thermo Scientific6661B52
다이아몬드 연필Fisher Scientific22268912
이미지 획득 소프트웨어NikonNikon NIS-Elements 
이미지 분석 소프트웨어ImageJhttp://imagej.nih.gov/ND 유틸리티 플러그인을 사용하면 기본 Nikon Instruments .nd2 형식
녹음/관류 챔버Warner InstrumentsRC-26
패치 클램프 증폭기분자 장치MultiClamp 700B
데이터 수집 시스템의이미지를 가져올 수 있습니다.분자 장치Digidata 1440A축삭 Digidata® 시스템
로우 패스 필터워너 인스트루먼트LPF-88 극 베셀
붕규산 유리 모세관세계 정밀 기기1B150F-4
마이크로 피펫 풀러셔터 기기 CoP-97화염 / 갈색 형 마이크로 피펫 풀러
MicroforgeNarishigeMF-830일본
전동 마이크로 매니퓰레이터Sutter Instrument CoMP-225
도립 현미경NikonEclipse Ti
미세 진동 절연 테이블TMC패러데이 케이지가 장착된
다채널 밸브 관류 시스템AutoMake ScientificValve Bank II
녹음/관류 챔버Warner InstrumentsRC-26
소프트웨어분자 장치pClamp 10 . 2
온도 조절 수술 테이블 설치류용MCW 코어
쌍안 실체 현미경NikonSMZ745
주사기 펌프 기반 관류 시스템Harvard Apparatus
폴리에틸렌 튜빙Sigma-AldrichPE50
Isofluorane 마취http://www.vetequip.com/911103
다른 기본 시약: Sigma-Aldrich
,

참고문헌

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