Método confiável para altamente eficiente In vitro Expressão e de gravação eletrofisiológicas subseqüente de recombinação dos canais de íons nas culturas de células embrionárias do rim (HEK-293T).
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Método confiável para altamente eficiente In vitro Expressão e de gravação eletrofisiológicas subseqüente de recombinação dos canais de íons nas culturas de células embrionárias do rim (HEK-293T).
A expressão in vitro e em gravação eletrofisiológicas de recombinante dos canais de íons nas culturas de células embrionárias do rim (HEK-293T) é uma estratégia de pesquisa onipresente. HEK-293T células devem ser semeados em lamínulas de vidro com uma densidade baixa o suficiente para que eles não estão em contato uns com os outros, a fim de permitir a gravação eletrofisiológicas sem efeitos de confusão devido ao contato com as células adjacentes. Canais transfectadas também deve expressar com alta eficiência na membrana plasmática de células inteiras de gravação patch clamp de correntes detectável acima dos níveis de ruído. Canais iônicos heteróloga muitas vezes exigem longos períodos de incubação a 28 ° C após a transfecção, a fim de alcançar expressão membrana adequada, mas há um aumento na perda de células-lamela aderência e estabilidade da membrana, a esta temperatura. Para contornar esse problema, desenvolvemos uma estratégia otimizada para células HEK-293T transfecção e placa. Este método requer que as células transfectadas ser em uma confluência relativamente alto, e incubados a 28 ° C por diferentes períodos de incubação pós-transfecção para permitir a adequada expressão da proteína de canal iônico. Células transfectadas são então banhado em lamínulas de vidro e incubados a 37 ° C por várias horas, que permite a penhora de células rígidas para as lamelas e restabilização membrana. As células podem ser gravadas logo após o plaqueamento, ou podem ser transferidos para 28 ° C para a incubação mais. Nós achamos que a incubação inicial a 28 ° C, após a transfecção, mas antes do plaqueamento, é a chave para a expressão eficiente de canais de íons heteróloga que normalmente não expressam bem na membrana plasmática. Positivamente transfectadas, as células cultivadas são identificados por co-expressas ou eGFP eGFP expressa a partir de um vector bicistronic (por exemplo, pIRES2-EGFP) contendo o canal iônico recombinante cDNA logo acima de um local de entrada interna ribossomo e uma seqüência de codificação eGFP. Whole-cell patch clamp gravação requer equipamentos especializados, além da elaboração de eletrodos de registro polido e eletrodos em forma de L chão de vidro de borosilicato. A entrega da droga para estudar a farmacologia dos canais iônicos podem ser alcançados diretamente micropipetting drogas no prato de gravação, ou usando microperfusão ou sistemas de fluxo por gravidade que produzem fluxos ininterruptos de solução de drogas sobre as células gravadas.
1. Cultura de células
2. Transfecção de HEK-293T com proteína recombinante cDNAs de canal iônico
3. Chapeamento de células transfectadas HEK293T em preparação para a gravação eletrofisiológicas
nt "> ion Diferentes canais de expressar com diferentes eficiências na membrana celular das células HEK e, como tal, o restante deste protocolo exige alguma otimização para maximizar a expressão de canais de superfície permitindo a gravação eletrofisiológicos de sucesso. Expressão heteróloga de canais iônicos em células HEK, particularmente daqueles de não-mamíferos fontes, pode apresentar alguns desafios, incluindo (1) tamanhos grande proteína que exigem longos períodos de traduzir e localizar para a membrana plasmática (2) ausência ou diferenças de dobrar e definindo motivos na proteína de canal necessários em um mamífero linha celular (3) as diferenças nas freqüências de uso de códon de espécie para espécie. Todos esses fatores combinados pode resultar em uma exigência para os tempos de incubação longo a 28 ° C, o que garante a expressão da proteína eficaz e localização de superfície, sem a divisão celular (o que diluiria a os cDNAs heteróloga e proteínas). Infelizmente, por períodos prolongados de incubação a 28 ° C leva ao descolamento da membrana celular e estabilidade pobres fazendo gravação eletrofisiológicas difícil. Decidimos modificar estratégias convencionais de transfecção (revisto em Thomas e Smart 2005), a fim de minimizar a incubação a 28 ° C antes de gravar e para maximizar a expressão de superfície. Nosso método requer que as células transfectadas ser, incubados por um período de 3-7 dias a 28 ° C, em seguida, as células são separadas por tripsinização e replated em lamínulas e incubados a 37 ° C que restabilizes membranas e permite a forte ligação de células em lamínulas. células são, então, capaz de ser registrado imediatamente, ou pode ser incubados por períodos de tempo adicional a 28 ° C. Encontramos o repique das células em lamínulas nesta fase posterior em nosso método a ser absolutamente essencial para a produção de lamelas com elevado número de canal de expressão, separar as células em anexo.Nós apresentamos duas estratégias alternativas, uma que prefere usar para canais de íons e complexos de canal iônico, que não contêm grandes domínios extracelulares que podem ser vulneráveis a tripsina digestão (por exemplo, Cav3 dos canais de cálcio; Senatore e Spafford 2010), e um que usamos para canais iônicos que contêm grandes domínios extracelulares (por exemplo, L-tipo dos canais de cálcio e suas subunidades acessórias;. Senatore, et al 2010).
4. Gravação eletrofisiológica de canais recombinantes em células HEK-293T
Vários recursos estão disponíveis abrangente que descrevem os conceitos gerais subjacentes a gravação eletrofisiológico (por exemplo, Ogden e Stanfield, 1987; Molleman 2003).
4,1 Eletrofisiologia rig
Um típico eletrofisiologia rig (Figura 4) inclui um amplificador (por exemplo, Axopatch 200B ou 700B Multiclamp amplificador; Instruments Axon, Union City, CA), um computador PC equipado com uma interface conversor Digidata 1440A analógico para digital em conjunto com pClamp10.1 software (dispositivos Molecular, Sunnyvale, California), motorizado, dual manipuladores pipeta (MPC-385-2, Sutter Instrument Company), um microscópio de epifluorescência (Axiovert 40 CFL, Zeiss Canadá, Toronto, Ontario) e sistemas de perfusão (Figuras 4 e 5 ). Vibrações são limitadas pela montagem do equipamento em uma mesa 63-500 série de isolamento de vibração TMC (Technical Manufacturing Corporation, Peabody. MA). Ruído elétrico Stray é limitada usando um 40 "de altura Tipo II Faraday Cage (TMC) em torno do equipamento elétrico montado na mesa de isolamento de vibração. Eletrônico sistemas de controle (como computador e monitor, amplificador, analógico-digital conversor, manipulador motorizados e ValveLink sistema de controle de perfusão) são montados fora da gaiola de Faraday para uma grelha de metal free-standing elétrica (Hammond Manufacturing, Guelph Ontario). Todos os equipamentos elétricos é aterrado a um distribuidor de cobre e conectado a uma Medical Grade de isolamento tranformer (1800W, Tripp Lite UL60601-1) que fornece isolamento linha, um terreno consistente e supressão de surtos.
4,2 pipetas patch
Tubos de vidro de borosilicato com filamento capilar (OD, OD 1,5 milímetros 0,86 milímetros, 15 centímetros de comprimento; BF150-86-15; Sutter Instrument Company) são cortadas ao meio e inserido em um Flaming / Brown Micropipeta Puller modelo P-97 (Sutter Instrument Company) . Um programa de pipeta-extrator é otimizado para gerar consistentemente pipetas com resistências entre 2 a 5MΩ de eletrodo para a terra (após o polimento fogo; Fig.6) Pipettes são individualmente fogo polidas para suavizar as superfícies ponta da pipeta que permite a selagem estanque contra as membranas celulares ( Micro Forge MF-830; Narishige, Japão, Figura 6). Micropipetas são montados no headstage com um suporte especializado (1-HL-U; dispositivos moleculares, Sunnyvale Califórnia).
4,3 eletrodos terra
Os tubos de vidro de borosilicato utilizado para fazer pipetas correção também são usados para fazer eletrodos de referência. Os tubos de 15cm de comprimento é cortado em três pedaços. Com 2 pinças de ponta fina, os tubos são mantidos em uma chama bico de Bunsen até que o vidro se torna maleável e do tubo pode ser dobrado para um "L" ou "taco de hóquei" forma com um ângulo de 90o. Enquanto os tubos de vidro são ainda quente, uma final é imediatamente imerso em um hot 3M CsCl e 1,5% agarose solução que é atraído para dentro do tubo por ação capilar. Uma vez que um eletrodo de referência é completamente preenchida com a solução, ele é colocado num copo de água fria. Depois de todos os eletrodos de referência são preenchidas, elas são individualmente limpo com Kimwipes para remover agarose extras a partir do exterior e estão submersos em uma solução de CsCl 3M. Para a gravação eletrofisiológico, os eletrodos de referência são mantidas em um Detentor microeletrodos Half-Cells (Titular 90 F Pellet 1,5 mm; # MEH3RF15; Mundial Precision Instruments Inc., Sarasota Florida) preenchido com solução de CsCl 3M. (Veja a Figura 7 para ilustração de um eletrodo terra na solução do banho)
4,4 gravação soluções Eletrofisiologia
Diferentes tipos de canais voltagem-dependentes de íons requerem soluções de gravação diferentes, dependendo da permeabilidade de íons / seletividade. Para os canais de cálcio voltagem-dependente, as células são normalmente banhadas em soluções externas contendo um ou outro de bário ou de cálcio em várias concentrações. Por exemplo, a gravação eletrofisiológica da invertebrados dos canais de cálcio voltagem-dependentes Cav3 (LCav3) pode ser realizada utilizando uma solução externa contendo 5mM CaCl 2, 166mm tetraethylammonium (TEA-Cl), HEPES 10 mM com pH ajustado para 7,4 com TEA-OH. Pipetas patch são preenchidos com uma solução interna de 125mm CsCl, EGTA 10 mM, CaCl 2 2mM, MgCl 2 1 mM, 4mm MgATP, 0.3mm Tris-GTP, e HEPES 10mM com um pH de 7,2 (Senatore e Spafford, 2010). Os invertebrados tipo L-canais de cálcio voltagem-dependentes (LCav1) podem ser gravados utilizando uma solução externa contendo bário como o portador de carga (15mm BaCl2, 1mM MgCl 2, 10mM HEPES, 40mm Glucose TEA-Cl, 72.5mM CsCl, 10mM, com o pH ajustado para 7,2 com TEA-OH) e uma solução interna contendo 108mm Cs-metanossulfonato, 4 mM MgCl 2, EGTA 9mm, 9mm HEPES, pH ajustado para 7,2 com CsOH (Senatore et al., 2010).
4,5 Gravação de células inteiras
4,6 estudos Drogas de células gravadas
Drogas podem ser pipetados directamente o prato a ser gravada. Concentração de drogas pode ser calculada se o volume da droga adicionado e volume de solução de banho são conhecidos. Quantidades caro ou limitado de drogas também pode ser adicionado por microperfusão de um colector de multi-barril poliimida lápis de perfusão com uma ponta removível 250 micron, utilizando um canal de oito Smartsquirt pressão do sistema de perfusão micro (AutoMate Científica) ou sistema de fluxo de gravidade operado através de válvulas de Teflon e Valvelink8 controladores de válvula (AutoMate Científico; veja a Figura 5 para configurações do sistema de perfusão). Taxas de fluxo de sistemas microperfusão estão fixados em 0,1 ml por minuto em um fluxo de saída do lápis de perfusão 400 microns a partir da célula gravado. A distância da ponta do lápis perfusão da ponta do eletrodo de gravação deve ser consistente de patch para patch; A figura 10 ilustra uma distância sugeriu visível na ampliação de 40x. Taxas de fluxo adequado fornecer perfusão saturando da célula gravado. Antes de um experimento de drogas é realizada usando microperfusão, as células são equilibradas com a microperfusão de solução de banho de controle em um fluxo contínuo. O mínimo de interrupção do fluxo é evitado durante o experimento de troca rápida do banho de controle, droga ou solução de lavagem. Sucção montada na borda do prato de gravação pode ser usada to remover excesso de soluções, por meio de sucção manual com uma seringa ou usando um dispositivo de bomba peristáltica acionada (por exemplo, MINISTAR Miniature DC bomba peristáltica, Instrumentos de Precisão Mundial). Cuidados devem ser tomados desde a perfusão extremamente rápida induz forças de cisalhamento que podem alterar a corrente de cálcio (Peng et al. 2005), pode lavar a célula a ser gravada, e esgota o reservatório de droga muito rapidamente.
Pipetar diretamente no prato vs sistemas de perfusão
| Pipetagem direta | Micro sistema de perfusão | Gravidade sistema de perfusão de fluxo | |
| Volume necessário de drogas | Moderado | Baixo | Alto |
| Habilidade técnica | Baixo | Médio | Médio |
| O custo dos equipamentos | Baixo | Significativo | Significativo |
| Tempo diário para instalação e limpeza | Nenhum | 20 + minutos | 20 + minutos |
| Contaminação de equipamentos | Nenhum | Sim | Sim |
| Solução de problemas | Fácil | Complexo | Complexo |
| Drogas garantida no prato | Sim | Não | Não |
| Perder celular com a adição de drogas | Sim | Sim | Sim |
| Reduzir conc drogas. por lavagem | Difícil | Simples | Simples |
| Facilidade de fazer uma curva de resposta múltiplas doses | Abaixo do ideal | Simples | Simples |
| Reprodutibilidade dos resultados | OK - dependendo da localização da pipetagem | Bom | Bom |
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Ser capaz de gravar toda célula correntes utilizando os protocolos descritos e soluções indica que a transfecção foi bem-sucedida e que o desejado dos canais de íon ou complexos de canal iônico estão presentes com quantidades significativas na membrana celular. Deve ser positivamente as células transfectadas (ie verde fluorescente), mas não têm correntes de gravação, tempo adicional a 28 ° C pode ser necessária para permitir a proteína de canal a ser devidamente embalados e inserida na membrana celular. Note-se que a in...
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Este trabalho foi financiado por uma subvenção de funcionamento Discovery para JDS da Ciências Naturais e Engenharia Research Council (NSERC) do Canadá, um NSERC Alexander Graham Bell Bolsas de Pós-Graduação no Canadá (doutorado) (para A. Senatore) ea Fundação do Coração e Derrame, Grant -In-Aid NA # 6284.
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| Material | Companhia | Número Catálogo | Comentário |
| pIRES2-EGFP plasmídeo | Clontech | 6029-1 | |
| Círculo de vidro lamínulas | Fisher Scientific | 12-545-80 | Círculos No. 1 - 0,13 a 0,17 milímetros de espessura, tamanho: 12mm |
| Amplificador | Axon Instruments | Axopatch 200B ou 700B Multiclamp | |
| Sistema de aquisição de dados | Axon Instruments | Digidata 1440A | |
| Eletrofisiologia Software | Axon Instruments | pClamp10.1 | |
| Manipuladores pipeta | Sutter Instrument Co. | MPC-385-2 | |
| Microscópio invertido de epifluorescência | Zeiss Canadá | Axiovert 40 CFL | |
| Headstage | Axon Instruments | CV-7B | |
| Suporte do eletrodo Headstage | Axon Instruments | 1-HL-U | |
| Titular de microeletrodos para eletrodo terra | Precision Instruments mundo | MEH3RF 15 | |
| Tubos capilares de eletrofisiologia | Sutter Instrument Co. | BF-150-86-15 | Vidro de borosilicato com filamento, OD 1.5mm, OD 0,86 milímetros, 15cm de comprimento |
| Flaming / Brown Micropipeta Puller | Sutter Instrument Co. | P-97 | |
| Micropipeta fogo polidor | Narishige | Micro Forge MF-830 | |
| Micro sistema de perfusão de drogas | AutoMate Scientific | SmartSquirt8 Valvelink8.2 | |
| Sistema de perfusão de drogas | AutoMate Scientific | Valvelink8.2 com Teflon válvulas |
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