NADH 및 fura-2 유사체의 여기 및 방출 파장의 스펙트럼 중첩으로 인해[Ca2+]의 정량 적 측정 중에 라이브 셀의 두 화학 물질의 신호 간섭이 불가피합니다. 따라서, NADH 신호 간섭을 측정하는 새로운 온라인 보정 방법이개발되었다[Ca2+]
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방법 논문
NADH 및 fura-2 유사체의 여기 및 방출 파장의 스펙트럼 중첩으로 인해[Ca2+]의 정량 적 측정 중에 라이브 셀의 두 화학 물질의 신호 간섭이 불가피합니다. 따라서, NADH 신호 간섭을 측정하는 새로운 온라인 보정 방법이개발되었다[Ca2+]
[Ca2+]정량적으로 측정하기 위해 비메트릭 플루오로프로브인 fura-2 유사체가 자주 사용됩니다. 그러나, 염료 사용은 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(NADH)로부터 주로 자가형광 간섭으로 인해 살아있는 세포에서 본질적으로 제한된다. 보다 구체적으로, 이것은 NADH의 대부분이 미토콘드리아에 있기 때문에 fura-2 유사체를 정량적으로 사용하여 미토콘드리아[Ca2+]를측정할 때 주요 장애물이다. 형광 염료 농도가 동일하면 특정 여기 강도가 동일한 방출 강도를 생성해야 합니다. 따라서, 두 개의 상이한 여기 파장의 방출 강도 비는 일정해야 한다. 이러한 원리에 기초하여, NADH 신호 간섭을 측정하는 새로운온라인 보정 방법이 개발되었으며, NADH 및 fura-2의 실제 신호 강도를 얻을 수 있다. 또한,[Ca2+]를계산하는 새로운 방정식은 400 nm에서 isosbestic 여기 또는 여기로 개발되었다. 이 방법을 사용하면 미토콘드리아 [Ca2+]의변화를 성공적으로 측정할 수 있습니다. 또한, 다른 일련의 여기 및 방출 파장의 경우, NADH,[Ca2+],및 pH 또는 미토콘드리아 막 전위(Θm)를포함하는 다중 파라미터를 동시에 측정할 수 있었다. 미토콘드리아[Ca2+] 및 Θm 또는 pH는 후라-2-FF 및 테트라메틸호다민 에틸 에스테르(TMRE) 또는 카르복시-세미나피-호르다플루오르-1(카르복시-SNARF-1)을 사용하여 측정하였다.
세포 내 Ca2+의 중요한 역할은 널리 알려진1. [Ca2+]의정량화는 세포 생리 기능의 과정을 이해하는 데 필수적입니다. Fura-2 아날로그는 UV 범위(&400 nm)에서 흥분하기 때문에 매우 유용하며, 비율 측정 방법은 정량 측정에 적용될 수 있습니다. 따라서, pH, 막 전위 등과 같은 다른 생리학적 파라미터는 다른 형광 염료로 측정될 수 있다. 미토콘드리아Ca2+ 농도([Ca2+]m]범위는 0.08-20 μM2,3,4,5로알려졌다. fura-2 유사체 중에서 fura-2-FF는 [Ca2+]의 이 범위를 측정하는 데 적합합니다. 그러나, 살아있는 세포는 불행하게도 그들의 신진 대사 과정에 대한 NADH/NADPH를 포함하고, NADH는 fura-2 아날로그와 겹치는 여기 및 방출 스펙트럼 때문에 신호 간섭을 생성합니다. 이 간섭은 fura-2 유사체의 사용을 크게 제한합니다. 구체적으로, 유사체가 미토콘드리아[Ca2+]를측정하기 위해 적용되는 경우, NADH의 가장 높은 양이 미토콘드리아에 있기 때문에 이러한 간섭이 가장 큰 장애물이다. 이것은 NADH 변화가 미토콘드리아 막 전위(Θm)와관련이 있고 Θm의 변화가[Ca2+ ]m6,7,8에영향을 미치므로 더욱 복잡해져요. , 9. 또한,[Ca2+]m 역학을 공부하기 위해, NADH, Θm및 pH와 같은 다른 미토콘드리아 매개 변수의 상태를 아는 것이 필수적이다.
450 nm 및 500 nm에서의 방출은 353 nm, 361 nm 및 400 nm에서 NADH 및 fura-2-FF로부터의 신호를 포함하고, 수학식은 다음과 같다. 본 명세서에서, 353 nm 및 361 nm는 각각 450 nm 및 500 nm에서 배출을 위한 후라-2-FF의 이등산 지점이다.
F361,450 = F361,450, NADH + F361,450,후라 방정식 1
F353,500 = F353,500, NADH + F353,500,후라 방정식 2
F400,500 = F400,500, NADH + F400,500, 후라 방정식 3
여기서 Fx, y는 x-nm 여기, Fx, y, NADH는 순수한 NADH 의존 방출 강도를 나타내고, Fx, y, Fura는 순수한 후라-2-FF 의존 방출 강도를 나타냅니다. 형광 염료의 동일한 농도하에서, 특정 여기 강도는 동일한 방출 강도를 생성해야 한다. 따라서, 두 개의 상이한 여기 파장의 방출 강도 비는 일정해야 한다. Ca2+ 및 fura-2는 NADH 형광 특성에 영향을 미치지 않았다; 따라서 NADH의 450 nm 및 500 nm에서의 방출 비율은 임의의 여기 파장에서 일정하였다. 동일한 규칙은 NADH 또는[Ca2+]가후라-2-FF의 방출 및 여기 스펙트럼에 영향을 미치지 않는다는 가정에 기초하여 fura-2-FF에 사용될 수 있다. 그러나,Ca2+는 후라-2-FF 방출의 스펙트럼 변화를 일으켰다. 따라서Ca2 +의효과를 제거하려면Ca2 +와무관한 isosbestic 여기를 사용해야합니다. 각 방출 파장(즉, 450 nm 및 500 nm)은 상이한 isosbestic 포인트를 가지며, 우리의 실험 설정에서, 500 nm에서 353 nm 및 450 nm에서 361 nm이 선택되었다. 이 로부터 다음 방정식은 유효한10.
Rf = F361,450, 후라/ F353,500, 후라 방정식 4
RN1 = F400,500, NADH/F361,450, NADH 방정식 5
RN2 = F353,500, NADH/F361,450, NADH 방정식 6
이러한 상수의 경우 (수학식 1) 및 (수학식 3)의 다음 방정식이 유효합니다.
F361,450 = F361,450, NADH + Rf × F353,500, 후라 방정식 7
F353,450 = RN2 × F361,450, NADH + F353,500, 후라 방정식 8
F400,500 = RN1 × F361,450, NADH + F400,500, 후라 방정식 9
이러한 방정식으로부터, Rf,RN1및 RN2가 공지된 경우, NADH 및 fura-2의 순수한 신호는 다음과 같이 얻어질 수 있다.
F361,450,NADH = (F361,450 - RF × F353,500)/(1− RF ×R N2)방정식 10
F353,500,후라 = (RN2 × F361,450 - F353,500)/(RF × RN2 - 1) 방정식 11
F400,500,후라 = F400,500 - RN1 × F361,450, NADH 방정식 12
R후라 = F353,500, 후라/ F400,500, 후라 방정식 13
Ca2+-바운드 형태의 후라-2-FF는 400 nm 여기 파장에서 실질적으로 비형광이었다. 이 속성에 따라 다음과 같은 새 교정 방정식을 파생할 수 있습니다.
[Ca2+ +] = KD ∙ (F400,500, 최대/ F353,500, 최대)× (R후라 - R분)방정식 14
여기서Kd는 해리 상수, F400,500, 최대 및 F353,500, 최대는 각각 400 nm 및 353 nm에서 여기와 500 nm에서 방출 된 신호의 최대 값이며, Rmin은 Ca 2의 최소 RFura입니다. +- 무료 상태. 이소성 여기가 사용되었기 때문에, 방정식은 다음과 같이 더 단순화 될 수있다.
[Ca2+ +] = KD ∙ (1 / R분)∙ (R후라 - R분)방정식 15
따라서 [Ca2+]를 계산하려면 Kd 및 R최소 값만 필요합니다.
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모든 실험 프로토콜은 지역 기관 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 승인되었습니다.
1. 솔루션 준비
2. 미토콘드리아에 플루오로프로브 로딩 절차
3. 다분체 측정 시스템 도입
참고: 그림 1은 전체 시스템의 다이어그램을 보여줍니다.
4. 다분측정 시스템을 통한 NADH 보정 방법
5. TMRE 또는 카복시-SNARF-1의 여기 및 방출 표시등 선택
6. 후라-2-FF의 Kd 값 선택
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미토콘드리아 Ca2+ 수정으로 인한 변경10
그림 4는 보정 전후의[Ca2+]m의 변화를 보여줍니다. 결과는[Ca2+]m의상당한 변화를 명확하게 보여 주었다. 시토솔산 Ca2+([Ca 2+]c)가없는 미토콘드리아 휴식 칼슘 농도는 1.03±0.13 μM(평균 ±S.E., n=32)이었고, 1-μM에서[Ca2+]m의 최대는 29.6±1.61 μM(0.6 ±1.61 μM) 평균 ± S.E., n = 33)(그림 5).
NADH, [Ca2+ +], 및 Θm10의 동...
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간섭 보정 방법은 NADH 및 fura-2 유사체의 신호를 측정하기 위해 성공적으로 개발되었습니다. 정확한 교정을 위해서는 신호의 정확한 측정이 필수적입니다. 그러나, 형광 장치의 본질적인 특성은 후라-2의 NADH와 관련이 없는 배경 신호를 생성한다. 최고 품질의 밴드 패스 필터는 빛의 원치 않는 파장의 10-8까지 만 통과 할 수 있습니다. 그러나 단일 셀의 형광 신호는 매우 작고, 밴드 패스 필터 후 여기 빛의 반사는 실제 형광 신호를 오염시킬 만큼 충분히 강합니다. 따라서 배경 신호를 주의 깊게 수정해야 합니다.
Fura-2는 미토콘드리아 Ca2+측정에 로딩 문제가 있습니다. 첫째, 염료를 미토콘드리아에 구체적으로 적재하는 것은 쉽지 않으며, 다른 세포기관에 비특이적 로딩이 잘못될 수 있다. 미토콘드리아Ca2+ 농도는 일반적으로 시토졸보다 높고, 높은 Kd 값을 가진 fura-2-FF를 사용하면...
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저자는 공개할 이해상충이 없습니다.
이 작품은 교육부(2018R1A6A3A0111832)가 지원하는 국립연구재단(NRF)을 통해 기초과학 연구 프로그램(NRF-2016M3C1A696606)의 지원을 받았습니다. 산업통상자원부(10068076)에 의해
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2 mL eppendorf tube | Axygen | MCT-200-C | 2 mL Tube |
| AD/DA converter | Instrutech | ITC-18 | Equipment |
| ADP, Adenosine 5′-diphosphate monopotassium salt dihydrate | Sigma-aldrich | A5285 | Chemicals |
| Band pass filter | Ealing Electro-Optics, Inc | 35-3920 | 장비, 640± 11nm |
| Band 통행 여과기 | Omega 광학 | 690-9823 | 장비, 590± 15nm |
| Band pass filter | Omega Optical | 500DF20-9916 | 장비, 500± 20nm |
| 밴드 패스 필터 | Chroma Technology Corp. | 60685 | 장비, 450± 30nm |
| Calcium chloride solution | Sigma-aldrich | 21114 | Chemicals |
| carboxy-SNARF-1(AM) | Invitrogen | C1272 | Chemicals |
| Charge-coupled device (CCD) camera | Philips | FTM1800NH/HGI | Equipment |
| Dichroic mirror | 크로마 테크놀로지 코퍼레이션 | 86009 | 장비, 다중대역 이색성 거울, 반사 : < 400nm, 490&플러스mn; 10, 560&플러스mn; 10, 전송 : 460± 15, 510&플러스mn; 20, >580nm |
| <강>다이크로익 미러 | Chroma Technology Corp. | 567DCXRU | 장비, 반사 : < 560nm, 투과 : > 580 nm |
| Dichroic mirror | Chroma Technology Corp. | 480DCLP | 장비, 반사 : < 470nm, 투과 : > 490 nm |
| Dichroic mirror | Chroma Technology Corp. | 20728 | 장비, 다대역 이색성 거울, 반사 : < 405nm, 470&플러스mn; 30, 투과 : 430nm ~ 520nm, > 640 nm |
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