Tutaj prezentujemy jednorodny FRET (HTRF) jako skuteczną metodę szybkiego wykrywania insuliny wydzielanej przez komórki.
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 komórki beta trzustki w odpowiedzi na wzrost poziomu glukozy w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Uwolniona insulina inicjuje pobieranie glukozy przez tkanki wrażliwe na insulinę1,2. Fizjologicznie proces ten jest powiązany z podwyższeniem stężenia glukozy po posiłku, po którym następuje sekrecja insuliny w celu uregulowania poboru glukozy. Zaburzenia homeostazy glukozy prowadzą do upośledzeń metabolicznych, których kulminacją jest insulinooporność, a ostatecznie rozwój cukrzycy typu 22,3,4.
Mimo że wydzielanie insuliny zostało szeroko zbadane, mechanizmy jego regulacji pozostają słabo poznane. Kluczowym obszarem badań była identyfikacja nowych modulatorów wydzielania insuliny przez komórki beta5,6,7,8. Badania te wymagają lepszego zrozumienia związku sprzężenia między stymulacją glukozą a wydzielaniem insuliny. Dlatego niezbędna stała się zdolność do dokładnego monitorowania i ilościowego określania poziomu wydzielania insuliny stymulowanego glukozą (GSIS). Do tej pory jednak dostępna była jedynie ograniczona liczba metod umożliwiających ilościowe oznaczenie GSIS z wykorzystaniem linii komórek wydzielających insulinę i/lub wysepek trzustkowych. Jedną z nich jest test radioimmunologiczny (RIA), który wykorzystuje insulinę znakowaną radioizotopem oraz przeciwciała. Głównymi ograniczeniami tego podejścia są kwestie bezpieczeństwa związane z obchodzeniem się z materiałami promieniotwórczymi i ich utylizacją. Dodatkowo metoda ta jest pracochłonna, wymagając wielu 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 detekcji i pomiaru poziomów wydzielania insuliny. Technologia AlphaScreen opiera się na konwersji tlenu z otoczenia w wzbudzony stan singletowy tlenu, 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 osobnych przeciwciał do różnych epitopów cząsteczki insuliny. Przeciwciała są chemicznie połączone z dwuniciowym DNA z krótkimi, komplementarnymi, jednoniciowymi nawisami DNA. Wiązanie przeciwciał do insuliny zbliża je do siebie i prowadzi do powstania dupleksu dwuniciowego DNA. Każde przeciwciało jest również powiązane z odpowiednim fluorophorem donorem lub akceptorem, a powstanie dupleksu DNA zbliża te fluorophorey, generując transfer energii rezonansowej Förstera (FRET). Jednym z potencjalnych ograniczeń 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 zapotrzebowanie na niezawodny, odporny i kosztowo efektywny test do ilościowego oznaczania GSIS w sposób wysokoprzepustowy.
Ostatnie postępy w biofizyce doprowadziły do opracowania testu opartego na homogenicznym czasowo rozdzielonym rezonansowym transferze energii fluorescencji (HTRF). W szczególności, choć transfer energii w tym teście można opisać jako oparty na FRET, dokładniej rzecz biorąc HTRF opiera się na rezonansowym transferze energii luminescencji (LRET)10, który polega na nieradiacyjnym transferze energii między donorem a akceptorem11,12,13. Rozróżnienie to jest istotne, ponieważ czas trwania oddziaływania FRET opartego na fluorescencji lub wygaszaniu jest znacznie inny niż w przypadku LRET, mimo że w obu przypadkach można stosować te same rodzaje bramkowania. Ponadto zastosowanie związków kryptatów lantanowców z metali ziem rzadkich, takich jak kryptaty europu lub terbu w HTRF, pozwala na uzyskanie długich okresów półtrwania fluorescencji12,14. Daje to unikalną zaletę w postaci możliwości wprowadzenia opóźnienia czasowego (µsec) między wzbudzeniem donora a pomiarem emisji akceptora (tzn. test czasowo rozdzielony). Opóźnienie to zapewnia wystarczający czas na wygaśnięcie fluorescencji tła przed pomiarem fluorescencji emisyjnej akceptora. W konsekwencji odczyt jest wolny od nieswoistej fluorescencji, co pozwala na uzyskanie wysokiego stosunku sygnału do szumu (Ryc. 1). Co więcej, homogeniczny charakter HTRF eliminuje konieczność etapów płukania w celu usunięcia niezwiązanych cząsteczek, dzięki czemu test jest znacznie szybszy niż metody oparte na ELISA lub RIA.

Rysunek 1: Schemat mechanizmu detekcji insuliny metodą HTRF. Dwa niezależnie wytworzone przeciwciała monoklonalne specyficznie rozpoznają i wiążą insulinę w oddzielnych 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, że XL665 emituje światło o dłuższej fali, 665 nm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
W niniejszej pracy przedstawiamy szczegółowy protokół wykorzystujący metodę opartą na HTRF do oznaczania poziomu GSIS w komórkach INS-1E, dobrze poznanej linii komórkowej insulinoma szczura pochodzącej z wydzielających insulinę komórek beta15. Ponadto test ten może być stosowany do identyfikacji profilu farmakologicznego molekularnych regulatorów wydzielania insuliny. Wykorzystujemy ten test insuliny oparty na HTRF do zbadania regulacji 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 sposób negatywny, autokrynny/parakrynny, poprzez oddziaływanie na receptory dopaminergiczne typu D2 (receptory D2, D3, D4) eksprymowane na powierzchni komórek beta trzustki8,16,19. Za pomocą tego testu 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. Test wydzielania insuliny (dzień 3)
3. Metoda HTRF do pomiaru wydzielania insuliny
| Standardowy roztwór stokowy 500 ng/ml | Rozcieńczenia seryjne | Robocze stężenie [insuliny] ng/ml |
| STD 7 | 30 µl Roztwór zapasowy + 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: stężenie roztworu zapasu standardu (STD Stock) wynosi 500 ng/ml | ||
Tabela 1. Rozcieńczenia seryjne do przygotowania krzywej wzorcowej dla insuliny.
4. Analiza i normalizacja danych

Rysunek 2: Krzywa wzorcowa insuliny. Do wygenerowania krzywej wzorcowej insuliny wykorzystano roztwór stokowy ludzkiej insuliny o znanych stężeniach. Wynikowe stosunki HTRF (665 nm/ 620 nm) wykreślono w funkcji stężeń insuliny. Dane najlepiej dopasowano do krzywej wielomianowej drugiego stopnia (R2 = 0.99996). Jest to reprezentatywna krzywa wzorcowa. Słupki błędów = SEM. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zwalidowaliśmy nasz test HTRF dla insuliny poprzez wyznaczenie krzywej wzorcowej insuliny z wykorzystaniem oczyszczonych wzorców ludzkiej insuliny o określonych stężeniach (Rysunek 2). Wyznaczenie krzywej wzorcowej pozwoliło nam na ekstrapolację ratiometrycznych odczytów fluorescencji, a tym samym na określenie poziomów wydzielanej insuliny w odpowiedzi na zastosowane leki (Rysunek 2). Zmienność wewnątrz płytki dla dopasowania kr...
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.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie