Tutaj prezentujemy jednorodny FRET (HTRF) jako skuteczną metodę szybkiego wykrywania insuliny wydzielanej przez komórki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy jednorodny FRET (HTRF) jako skuteczną metodę szybkiego wykrywania insuliny wydzielanej przez komórki.
Wykrywanie wydzielania insuliny jest kluczowe dla wyjaśnienia mechanizmów regulowanego wydzielania, jak również w badaniach nad metabolizmem. Chociaż od dziesięcioleci istnieje wiele testów insulinowych, niedawne pojawienie się technologii jednorodnego transferu energii rezonansowej Förstera (HTRF) z rozdzielczością czasową znacznie uprościło te pomiary. Jest to szybki, opłacalny, powtarzalny i solidny test optyczny, oparty na przeciwciałach sprzężonych z jasnymi fluoroforami o długotrwałej emisji, co ułatwia czasowo-rozdzielczy transfer energii rezonansu Förstera. Co więcej, wykrywanie insuliny HTRF jest podatne na opracowanie wysokoprzepustowych testów przesiewowych. Tutaj używamy HTRF do wykrywania wydzielania insuliny w komórkach INS-1E, linii komórkowej pochodzącej z insulinoma szczurów. Pozwala to na oszacowanie podstawowych poziomów insuliny i ich zmian w odpowiedzi na stymulację glukozy. Ponadto używamy tego systemu wykrywania insuliny, aby potwierdzić rolę dopaminy jako negatywnego regulatora wydzielania insuliny stymulowanej glukozą (GSIS). W podobny sposób inni agoniści receptora dopaminopodobnegoD2, chinpirol i bromokryptyna, zmniejszają GSIS w sposób zależny od stężenia. Nasze wyniki podkreślają użyteczność formatu testu insulinowego HTRF w określaniu roli wielu leków w GSIS i ich profilach farmakologicznych.
Regulacja metabolizmu energetycznego jest precyzyjnie dostrajana przez główny hormon anaboliczny – insulinę. Insulina jest syntetyzowana i uwalniana przez beta-komórki trzustki w odpowiedzi na wzrost poziomu glukozy zewnątrzkomórkowej. Uwolniona insulina pobudza pobieranie glukozy przez tkanki wrażliwe na insulinę1,2. Fizjologicznie proces ten jest powiązany ze wzrostem stężenia glukozy po posiłku, po którym następuje wydzielanie insuliny w celu regulacji poboru glukozy. Zaburzenia homeostazy glukozy prowadzą do upośledzeń metabolicznych, które kulminują w insulinooporności, a w konsekwencji w wystąpieniu cukrzycy typu 22,3,4.
Mimo że sekrecja insuliny była szeroko badana, mechanizmy jej regulacji pozostają słabo poznane. Krytycznym obszarem badań jest identyfikacja nowych modulatorów sekrecji insuliny przez komórki beta5,6,7,8. Badania te wymagają lepszego zrozumienia zależności sprzężenia między stymulacją glukozą a sekrecją insuliny. Dlatego kluczowa stała się możliwość dokładnego monitorowania i ilościowego oznaczania poziomów sekrecji insuliny stymulowanej glukozą (GSIS). Do tej pory dostępna była jednak tylko ograniczona liczba metod umożliwiających kwantyfikację GSIS z użyciem linii komórek wydzielających insulinę i/lub wysepek trzustkowych. Jedną z nich jest radioimmunologiczna metoda analizy (RIA), która wykorzystuje insulinę znakowaną izotopem promieniotwórczym oraz przeciwciała. Głównymi ograniczeniami tego podejścia są kwestie bezpieczeństwa związane z obchodzeniem się z materiałami radioaktywnymi i ich utylizacją. Ponadto metoda ta jest pracochłonna, obejmując wiele długotrwałych etapów przemywania i inkubacji. Test immunoenzymatyczny (ELISA) to kolejne kosztowne i pracochłonne podejście wykorzystujące przeciwciała do detekcji insuliny. Zmienność powinowactwa przeciwciał oraz efektywności rozpoznawania insuliny są czynnikami ograniczającymi tę metodę i mogą wpływać na powtarzalność wyników. Ani ELISA, ani RIA nie zostały zaprojektowane do eksperymentów wysokoprzepustowych. AlphaScreen to homogeniczny test stosowany do wykrywania i pomiaru poziomów sekrecji insuliny. Technologia AlphaScreen opiera się na konwersji tlenu z otoczenia w wzbudzony stan singletowy, który może reagować z gatunkami chemiluminescencyjnymi, co prowadzi do generowania chemiluminescencji. Ponieważ test jest homogeniczny, wiele etapów przemywania związanych z RIA i ELISA zostaje wyeliminowanych. Jednak niestabilność sygnału wynikająca z natury reakcji jest czynnikiem ograniczającym, który może wpływać na odczyt testu. (TR-PINCER, opracowany przez Heyduka i współpracowników9, to kolejne homogeniczne podejście do pomiaru insuliny, oparte na wiązaniu dwóch oddzielnych przeciwciał do różnych epitopów cząsteczki insuliny. Przeciwciała są chemicznie połączone z dwuniciowym DNA z krótkimi, komplementarnymi jednoniciowymi nadwiszącymi końcami DNA. Wiązanie przeciwciał z insuliną zbliża je do siebie, co prowadzi do powstania dupleksu dwuniciowego DNA. Każde przeciwciało jest również powiązane z odpowiednim fluoroforem donorem lub akceptorem, a powstanie dupleksu DNA zbliża te fluorofory, generując transfer energii rezonansowej Förstera (FRET). Potencjalnym ograniczeniem TR-PINCER jest jednak sam mechanizm FRET. Brak możliwości szybkiego rozproszenia fluorescencji tła podczas reakcji FRET może prowadzić do stosunkowo wysokich poziomów fluorescencji tła i niskiego stosunku sygnału do szumu w teście. W związku z tym nadal istnieje potrzeba opracowania niezawodnego, odpornego i kosztowo efektywnego testu do wysokoprzepustowego ilościowego oznaczania GSIS.
Ostatnie postępy w biofizyce doprowadziły do opracowania homogenicznego testu opartego na czasowo rozdzielonym transferze energii rezonansowej fluorescencji (HTRF). Ściślej mówiąc, choć transfer energii w tym teście można opisać jako oparty na FRET, dokładniej HTRF opiera się na rezonansowym transferze energii luminescencyjnej (LRET)10, który polega na nieradiacyjnym transferze energii między donorem a akceptorem11,12,13. Rozróżnienie to jest istotne, ponieważ czas interakcji FRET opartej na fluorescencji lub gaszeniu jest znacznie inny niż w przypadku LRET, mimo że dla obu mechanizmów można stosować te same rodzaje bramkowania. Co więcej, zastosowanie związków kryptatów lantanowców ziem rzadkich, takich jak kryptaty europu lub terbnego w HTRF, pozwala uzyskać długie czasy połowicznego rozpadu fluorescencji12,14. Daje to unikalną zaletę w postaci wprowadzenia opóźnienia czasowego (µsec) między wzbudzeniem donora a pomiarem emisji akceptora (t.j. test czasowo rozdzielony). Opóźnienie to zapewnia wystarczający czas na wygaśnięcie fluorescencji tła przed pomiarem fluorescencji emisyjnej akceptora. W rezultacie odczyt jest wolny od nieswoistej fluorescencji, co pozwala uzyskać wysoki stosunek sygnału do szumu (Rycina 1). Ponadto homogeniczny charakter HTRF eliminuje konieczność etapów płukania w celu usunięcia niezwiązanych cząsteczek, co sprawia, że test ten jest znacznie szybszy niż metody oparte na ELISA lub RIA.

Rycina 1: Schemat mechanizmu detekcji insuliny metodą HTRF.Dwa niezależnie wytworzone przeciwciała monoklonalne specyficznie rozpoznają i wiążą insulinę w osobnych miejscach. Przeciwciała te są sprzężone albo z donorem w postaci kryptatu europu, albo z akceptorem XL665. Wzbudzenie donora przy 337 nm skutkuje emisją przy 620 nm. Wynikający z tego transfer energii powoduje emisję XL665 przy dłuższej fali, wynoszącej 665 nm. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.
W niniejszej pracy przedstawiamy szczegółowy protokół wykorzystania metody opartej na technologii HTRF w celu oznaczenia poziomów GSIS z komórek INS-1E, dobrze udokumentowanej linii komórkowej insulinoma szczura, pochodzącej z wydzielających insulinę komórek beta15. Ponadto test ten może być wykorzystany do identyfikacji profilu farmakologicznego molekularnych regulatorów wydzielania insuliny. Stosujemy ten test insuliny oparty na HTRF, aby zbadać regulację GSIS przez receptory dopaminergiczne typu D2. Coraz więcej badań wskazuje, że neuroprzekaźnik dopamina jest istotnym regulatorem GSIS8,16,17,18,19,20,21,22. Dopamina wpływa na GSIS w negatywny sposób autokrynny/parakrynny poprzez działanie na receptory dopaminergiczne typu D2 (receptory D2, D3, D4) wykazujące ekspresję na powierzchni komórek beta trzustki8,16,19. Wykorzystując ten test, potwierdzamy rolę dopaminy jako negatywnego regulatora GSIS i wykazujemy, że agoniści receptorów dopaminergicznych typu D2 — bromokryptyna i kwinpirol — również redukują GSIS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Komórki INS-1E: utrzymanie i wysiew
2. Analiza sekrecji insuliny (Dzień 3)
3. HTRF do pomiaru wydzielania insuliny
| Standardowy roztwór zapasowy 500 ng/ml | Rozcieńczenia seryjne | Robieże stężenie [insuliny] ng/ml |
| STD 7 | 30 µl Stock + 140 µl KRB | 150 |
| STD 6 | 30 µl STD 7 + 45 µl KRB | 60 |
| STD 5 | 30 µl STD 6 + 45 µl KRB | 24 |
| STD 4 | 30 µl STD 5 + 45 µl KRB | 9.6 |
| STD 3 | 30 µl STD 4 + 45 µl KRB | 3.84 |
| STD 2 | 30 µl STD 3 + 45 µl KRB | 1.54 |
| STD 1 | 30 µl STD 2 + 45 µl KRB | 0.61 |
| STD 0 | 45 µl KRB | 0 |
| Uwaga: Roztwór zapasowy STD ma stężenie 500 ng/ml | ||
Tabela 1. Rozcieńczenia seryjne do przygotowania krzywej standardowej dla insuliny.
4. Analiza i normalizacja danych

Rycina 2: Krzywa wzorcowa insuliny. Do wygenerowania krzywej wzorcowej insuliny wykorzystano roztwór stokowy ludzkiej insuliny o znanych stężeniach. Uzyskane stosunki HTRF (665 nm/ 620 nm) naniesiono na wykres w funkcji stężeń insuliny. Dane najlepiej dopasowano do krzywej wielomianowej drugiego stopnia (R2 = 0.99996). Jest to reprezentatywna krzywa wzorcowa. Słupki błędu = SEM. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zwalidowaliśmy nasz test HTRF dla insuliny poprzez wygenerowanie krzywej standardowej insuliny z wykorzystaniem oczyszczonych standardów ludzkiej insuliny o zdefiniowanych stężeniach (Ryc. 2). Wygenerowanie krzywej standardowej pozwoliło nam na ekstrapolację ratiometrycznych odczytów fluorescencji, a tym samym na oznaczenie poziomów wydzielanej insuliny w odpowiedzi na działanie leków (Ryc. 2). Zmienność wewnątrz płyt dla dopasow...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj test insuliny HTRF oferuje szybki i wydajny system do pomiaru wydzielania insuliny z systemu opartego na hodowanych komórkach. Jedną z najważniejszych zalet tego testu jest niski sygnał tła ze względu na wysoki stosunek sygnału do szumu. Dodatkowo potwierdziliśmy, że sygnał HTRF jest stabilny przez dłuższy czas (>24 h)7. Niemniej jednak, ponieważ przeciwciała monoklonalne wiążące insulinę szybko osiągają wysycenie wiązania po dodaniu do testu, na kinetykę wiązania przeciwciał może mi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dziękujemy Nicolasowi Pierre'owi (Cisbio Bioassays) za pomocne porady i dr Pierre'owi Maechlerowi (Uniwersytet Genewski) za hojne dostarczenie komórek INS-1E. Praca ta była wspierana przez fundusze z Departamentu Obrony (grant PR141292 dla Z.F.) oraz John F. and Nancy A. Emmerling Fund of The Pittsburgh Foundation (dla Z.F.).
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 96-dołkowa biała półpłytka | Greiner Bio-One | 82050-042 | |
| 384-dołkowa biała płytka o małej objętości i okrągłym dnie | Corning | 15100157 | |
| Insulina High Range Kit | Cisbio Bioassays | 62IN1PEH | 10 000 testowy zestaw do oznaczania insuliny na bazie HTRF |
| Czytnik płytek PHERAstar FSX | BMG Labtech | FSX | Czytnik płytek przystosowany do odczytów testów opartych na HTRF |
| Uszczelniacze do płytek | Fisher Scientific | DY992 | Do uszczelniania płytki podczas inkubacji przeciwciał |
| Hemocytometr | Hausser Scientific | 3100 | |
| RPMI Medium 1640 (1x) | Gibco | 11875-093 | [+] L-glutamina |
| Trypsyna 0.05% | Corning | 25-052-CI | 0,53 mM EDTA, (-) wodorowęglan sodu |
| DPBS (sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dulbecco) | Corning | 21-031-CV | Bez wapnia i magnezu |
| Surowica bydlęca płodu | Corning | 35-010-CV | |
| HEPES | Gibco | 156-30-080 | |
| Pirogronian sodu | Gibco | ||
| Roztwór penicyliny/streptomycyny 100x | Corning | 30-002 CT | |
| 2-merkaptoetanol | Sigma | M1348 | |
| Trypan Blue Stain (0,4%) | Gibco | 15250-061 | |
| Chlorowodorek dopaminy | Sigma | 8502 | |
| Mesylan bromokryptyny | Tocris | 427 | |
| (-)-chlorowodorek chinpirolu | Tocris | 1061 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Calbiochem | 12659 | |
| Poli-L-lizyna | Sigma | P4832 | |
| Glukoza | Sigma | G7021 | |
| DMSO (sulcotlenek dimetylu) | Sigma | 276855 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.