De alta capacidade de análise de mamíferos olfativas Receptores: Medição do Receptor de ativação via luciferase Atividade

Neuroscience

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Summary

Padrões de ativação de receptores olfativos codificar identidade odor, mas a falta de dados publicados que identificam ligantes olfativos para receptores olfativos mamíferos impede o desenvolvimento de um modelo abrangente de codificação odor. Este protocolo descreve um método para facilitar a identificação de alto rendimento de ligandos de receptores olfactivos e quantificação da activação do receptor.

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Trimmer, C., Snyder, L. L., Mainland, J. D. High-throughput Analysis of Mammalian Olfactory Receptors: Measurement of Receptor Activation via Luciferase Activity. J. Vis. Exp. (88), e51640, doi:10.3791/51640 (2014).

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Abstract

Fragrâncias criar padrões únicos e sobrepostos de ativação do receptor olfativo, permitindo que uma família de aproximadamente 1.000 murino e 400 receptores humanos de reconhecer milhares de odorantes. Ligantes odorantes foram publicados para menos de 6% dos receptores humanos 1-11. Esta falta de dados é devido, em parte, às dificuldades funcionalmente que expressam estes receptores em sistemas heterólogos. Aqui, nós descrevemos um método para expressar a maioria da família do receptor olfactivo, em células Hana3A, seguido por uma avaliação de elevado rendimento de activação do receptor olfactivo utilizando um ensaio de repórter de luciferase. Este ensaio pode ser usado para (1) painéis de tela de odorantes contra painéis de receptores olfactivos; (2) confirmar a interação odorante / receptor via curvas de dose-resposta; e (3) comparar os níveis de ativação dos receptores entre variantes de receptores. Em nossos dados da amostra, 328 receptores olfativos foram triados contra 26 odorantes. Pares Odorant / receptores com diferentes contagens de resposta foram selected e testado em resposta à dose. Estes dados indicam que um ecrã é um método eficaz para enriquecer os pares odorante / receptoras que vai passar uma experiência de resposta a dose, isto é, os receptores que têm uma resposta bona fide para um odorante. Portanto, este ensaio de luciferase de alto rendimento é um método eficaz para caracterizar olfativo receptores de um passo essencial em direção a um modelo de codificação odor no sistema olfativo dos mamíferos.

Introduction

O sistema olfactivo dos mamíferos tem a capacidade de responder a um grande número de estímulos odoríferos, permitindo a detecção e a discriminação de milhares de odorantes. Receptores olfativos (RUP) são os sensores moleculares expressas pelos neurônios sensoriais olfativos no epitélio olfativo 12. Reconhecimento odor de mamíferos ocorre através da ativação diferencial das RUP por odores, ea família ou gene é extensa, com cerca de 1.000 murino e 400 receptores humanos 12-16. Análises funcionais anteriores do RUP em neurônios olfativos e em células heterólogas têm demonstrado que diferentes odores são reconhecidos pela única, mas a sobreposição de conjuntos RUP 10,17-20. Ligantes Correspondência para RUP é fundamental para a compreensão do código olfativo e essencial para a construção de modelos viáveis ​​de olfato. Devido às dificuldades de expressar RUP em sistemas heterólogos, bem como o grande número de ambos os odorantes e RUP, estes dados tem sido largamente ausente do field; de facto, menos de 6% de RUP humanos têm um ligando publicado 1-11. Este protocolo descreve o uso de um ensaio de luciferase para a caracterização do odorante / ou interacções. Este ensaio permite a caracterização de alto rendimento das RUP, uma tarefa que é essencial para a compreensão de odorante / ou interações, bem como o desenvolvimento de um modelo de codificação odor.

Estudos de alto rendimento de RUP enfrentam três grandes desafios. Primeiro, RUP expressos em células heterólogas foi retida no ER e subsequentemente degradados no proteassoma 21,22, impedindo as RUP de interagir com odorantes no sistema de ensaio de 23-25. Este problema foi resolvido com a descoberta de proteínas acessórias que facilitam a expressão da superfície celular estável de uma ampla gama de RUP 19,26,27. Receptor-transportador proteínas 1 e 2 (RTP 1 e 2) promover a expressão ou da superfície celular e activação em resposta à estimulação do odorante 19. Com base neste trabalho, células HEK293T forammodificada para expressar de forma estável a longo RTP 1 (RTP1L) e RTP 2, receptor de aumentar a expressão da proteína 1, e L αolf, resultando na linha celular Hana3A 19,27. Além disso, o receptor de acetilcolina de tipo 3 muscarínica (M3-R) interage com o RUP na superfície da célula e aumenta a activação em resposta aos odores 26. A co-transfecção de um OU com RTP1S e M3-R em Hana3A células resulta na expressão robusta, consistente, e funcional de uma ampla gama de RUP na superfície da célula 27. Em segundo lugar, mamíferos ou repertórios são bastante grandes. Nos seres humanos, por exemplo, o repertório OR é uma ordem de magnitude mais numerosos do que o repertório de receptores gustativos, e duas ordens de magnitude mais numerosos do que o repertório de receptor visual. Embora a clonagem de um único OR é um protocolo relativamente simples, o esforço up-front significativa é necessária para gerar uma biblioteca abrangente. Em terceiro lugar, embora saibamos que na visão, comprimento de onda se traduz em cor ena freqüência de audição se traduz em campo, a organização de odores é mal compreendida, o que torna difícil para os pesquisadores para interpolar a partir de uma amostra representativa de odorantes. Apesar de alguns progressos foram feitos nesta frente 10,28, o mapa da paisagem olfativa permanece incompleta. Triagem dezenas de milhares de moléculas contra centenas de RUP é uma tarefa difícil; telas de alto rendimento neste domínio exigem campanhas cuidadosamente definidos. Os principais desafios que restam são as de logística e custo, em vez de problemas inerentes à técnica. Apesar de triagem heteróloga não tem sido amplamente utilizada para identificar ligantes por grupos acadêmicos, uma empresa privada tem usado a mesma técnica para identificar ligantes para 100 RUP humanos 29. Infelizmente, esses dados são proprietários.

O ensaio de luciferase de elevado rendimento descrita aqui tem várias vantagens sobre os métodos alternativos utilizados para avaliar ou activação. Embora a responses de neurônios olfatórios nativas foram medidos utilizando eletrofisiologia e de imagem de cálcio, estas técnicas têm dificuldade provocando além OR que leva à resposta de um neurônio devido à sobreposição de propriedades de resposta de neurônios olfativos. Embora a bater-se um tipo de receptor marcado com GFP 30,31, entregando receptores específicos através de adenovirus para murino neurónios olfactivos 32,33, ou realizando RT-PCR após gravações 17,24,33 pode ligar gravações de tipos de receptores individuais, estes métodos são baixo rendimento e não é adequado para telas de grande escala. Sistemas de rastreio heterólogas são mais escalável e duas formas principais são encontradas na literatura: repórteres via inositol trifosfato de acampamento e (IP3) repórteres da via. Após a estimulação de odor, RUP activar uma cascata de sinalização L transdução αolf que resulta na produção de AMP cíclico (AMPc) 12. Por co-transfecção de um gene repórter da luciferase de pirilampo sob o controlo de ACElemento de resposta a AMP (CRE), a produção de luciferase pode ser medido como uma função de resposta de odor, o que permite a quantificação de OU activação. OU a activação pode também ser ligada à via de IP3 por co-expressando proteínas-G tais como G α15/16 ou um L-α15 olf quimera 24,25,34. Nós escolhemos o ensaio aqui apresentado com base em três fatores: (1) a co-expressão da RTP1 com receptores olfativos Rho-tag melhora a expressão de receptores olfativos na superfície da célula 19,27; (2) utilização de um gene repórter de AMPc-responsiva permite a medição de OU activação através da via do segundo mensageiro canónica; e (3) o ensaio é adequado para telas de alto rendimento.

Este ensaio de luciferase de alta produtividade é aplicável a uma variedade de estudos valiosos para o campo do olfacto. Primeiro, um grande número de RUP podem ser rastreados contra um único odorante, a fim de determinar o padrão de activação do receptor por um spodorante ESPECÍFICOS. Este tipo de estudo identificou OR7D4 como o OR responsável por responder ao androstenona odorante esteróide 8. Por outro lado, uma ou podem ser rastreados contra um painel de odores, a fim de determinar o perfil de resposta do receptor de 10. Quando o candidato olfactiva odorante / OU pares são identificados através dessas telas, a interacção pode ser confirmada através da realização de uma experiência de resposta à dose de exame da resposta do OR a concentrações crescentes de odorante. Curvas de resposta de dose também pode avaliar como a variação genética em um OR afeta em resposta odorante vitro 8,9,11,35, e esses estudos podem ser estendidos para interespecífica ou a variação, permitindo a análise da evolução receptor entre espécies e mutações causais em evolução 36,37, Finalmente, este ensaio pode ser usado para o rastreio de antagonistas de odor, que são capazes de antagonizar a resposta ao OU um odorante particular para um par odorante / receptor conhecido 38,39. Em resumo, esta altaEnsaio de luciferase-throughput é aplicável a uma gama de estudos que ajudarão caracterizar ou padrões de ativação e proporcionar uma melhor compreensão da codificação odor no sistema olfativo.

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Protocol

1. Cultura de Células Hana3A

  1. Prepare a mídia M10, completando meio mínimo essencial (MEM) com 10% (v / v) de FBS.
  2. Cultura de manutenção
    1. Manter as células em meios de M10. NOTA: Os vetores de expressão para RTP1L, RTP2, REEP1 e G αolf conferir resistência puromycin às células Hana3A, mas mantendo as células com este antibiótico não afeta significativamente os resultados do ensaio.
    2. Subcultura a uma proporção de 1:08 em placas de 10 cm a cada 2-3 dias.
    3. Incubar a 37 ° C com 5% de CO 2.

2. Células Plating para transfecção

  1. Mídia aspirado de 100% confluente 10 centímetros prato de células Hana3A.
  2. Lave as células pela adição de 10 ml de PBS, agitando o prato, e aspirar o PBS.
  3. Adicionar 3 ml de 0,05% de tripsina / EDTA e esperar para dissociar as células (cerca de 1 minuto).
  4. Inativar a tripsina, adicionando 5 ml M10 e quebrar aglomerados de células por trituração aproximadamente 10x eº 160, com uma pipeta de 10 ml. Pipeta com cuidado para evitar a introdução de bolhas de ar dentro da mídia.
  5. Para cada placa de 96 poços, a transferência de um ml de células para um tubo de 15 ml, centrifugar a 200 xg durante 5 min, e aspirar o sobrenadante sem perturbar o sedimento celular.
  6. Ressuspender as células em 6 ml de M10 por 1 ml de células transferidas no passo 2.5.
  7. Pipetar 50 ul de células para cada poço de uma placa de 96 cavidades e incubar durante a noite a 37 ° C com 5% de CO 2.

3. Transfecção de Receptores olfativos

  1. Preparação do ADN O plasmídeo
    1. Preparar DNA de plasmídeo, através de um protocolo livre de endotoxina. NOTA: preparação kits usam DNA de plasmídeo designado "livre de endotoxina," ou adicionar um passo de extracção com fenol-clorofórmio, para o protocolo de preparação de ADN de plasmídeo.
    2. Dilui-se o ADN a uma concentração de 100 ng / mL em tampão de TE.
  2. Observar células plaqueadas (Passo 2.7) para garantir uma confluência adequado de aproximaçãomadamente 30-50% por poço e voltar a incubadora. Nota: Embora esta confluência não é óptima para o reagente de transfecção de lípidos, uma confluência de 30-50% nesta etapa é óptima para a medição da actividade de luciferase 24 h após a transfecção.
  3. Preparação da mistura A transfecção
    1. Pipeta RTP1S-PCI, M3-R-PCI, pcre-luc e pSV40-RL plasmídeos em meio MEM por os volumes detalhados na Tabela 1 para fazer a mistura do plasmídeo (volumes indicados são por placa de 96 poços). RTP1S-PCI
      Mix plasmídeo
      por poço por placa de 96 poços
      MEM - 500 ul
      5 ng 480 ng
      M3-R-PCI 2,5 ng 240 ng
      pcre-luc 10 ng 960 ng
      pSV40-RL 5 ng 480 ng

      Tabela 1. Componentes da mistura. Plasmid por poço e por volumes de placas de 96 poços de RTP1S-PCI, M3-R-PCI, pcre-luc e pSV40-RL, e MEM.
    2. Para cada placa de 96 poços, diluir 18 ul de reagente de transfecção de lípidos em 450 ul de meio MEM.
    3. Pipeta plasmídeo mistura (do Passo 3.3.1), o receptor olfactivo marcaram-rodopsina no plasmídeo pCI (Rho-OR-PCI), e mistura de transfecção de lípidos (a partir do passo 3.3.2) para fazer o complexo em detalhada Tabela 2 NOTA:. Esta reação é sensível ao tempo e não deve ser autorizado a continuar por mais de 30 min. O cálculo bem + 10% é importante para assegurar um volume suficiente para os passos subsequentes. Mistura de transfecção lipídica
      Complexo
      por poço por cavidade + 10%
      Mix plasmídeo 4,2 mL 4,58 mL
      Rho-OR-PCI 0,05 ng 0,06 ng
      4,2 mL 4,58 mL
      M10 41,7 mL 45,83 mL

      Tabela 2. Componentes complexos. Por poço e assim por + 10% de volume de mistura de plasmídeo (Tabela 1), o plasmídeo receptor olfactivo (Rho-OR-PCI), e mistura de transfecção lipídica. M10 é adicionado para parar a reacção após uma incubação de 15 min à temperatura ambiente.
  1. Toque fora da mídia sobre as placas de celulares.
  2. Pipetar 50 ul de complexo a cada poço e incubar durante a noite a 37 ° C com 5% de CO 2.

4. Odor Estimulação

  1. Observar as células transfectadas para garantir uma adequada confluência de 50-80% por poço e voltar a incubadora. NOTA: Se as células são menos de 50% Confluentes, firefly luciferase e renilla luciferase leituras pode ser muito baixo para a medição de ativação do receptor. Considere descartando a placa.
  2. Preparar soluções stock 1 M de cada odor em DMSO.
  3. Preparar soluções de estimulação odor em meio CD293.
    1. Para experiências de rastreio, uma solução diluída de estoque de odor a 100 uM. Também preparar um controle sem odor (CD293 apenas), a fim de controlar ou a ativação de fundo. NOTA: Para os experimentos de triagem, cada par OR / odor é testada apenas uma vez por experiência. Porque alguma difusão de odor através poços é possível, recomenda-se a estimular com um odorante para cada placa.
    2. Para as experiências de dose-resposta, preparar sete diluições em série de 10 vezes de uma solução de estoque de odor em triplicado a partir de 1 mM para cada receptor. Também preparar as mesmas diluições de odor, em triplicado, para as células transfectadas com vector vazio, a fim de controlar a activação fundo odor. NOTA: Para os experimentos de dose-resposta, cada um otratamento concentração dor deve ser realizado em triplicata.
  4. Toque fora da mídia sobre as placas de celulares.
  5. Pipetar 25 ul de solução de estimulação odor a cada poço e incubar durante 4 horas.

5. Medição ou atividade através de ensaio de luciferase

  1. Ressuspender substrato firefly luciferase acordo com as instruções do fabricante e armazenar a -80 ° C.
  2. Descongelar 1 ml de substrato de luciferase do pirilampo por placa de 96 poços.
  3. Prepare a reacção da luciferase do pirilampo fresco quencher e reagente de substrato de luciferase de Renilla (5 ul da luciferase extintor / substrato de luciferase de Renilla por 1 ml de tampão). NOTA: Aproximadamente 1 ml de reagente é necessária por placa de 96 poços.
  4. Prepare o leitor de microplacas luminescente. Abra o software leitor de microplacas. Dentro do ícone do sistema:
    1. De acordo com a "pré-aquecimento" Tab, marque a caixa "ON" e ajustar a temperatura da máquina a 25 °; C.
    2. Na guia "Dispenser", primo cada dispenser com 1.000 l de etanol 70%, seguido por 1000 mL de água destilada. NOTA: Utilize alíquotas separadas de álcool e água para cada distribuidor. O etanol é usado para desinfectar os dispensadores e água remove o etanol residual.
    3. Primeiro cada dispenser com 1.500 l de ar (remover dispensadores de líquido). NOTA: priming com ar garante que substratos luciferase não são diluídos com água residual.
    4. Primeiro um dispensador com 1080 uL de substrato de luciferase de pirilampo (do Passo 5.2). Primeiro distribuidor 2 com substrato de luciferase de Renilla (do Passo 5.3). NOTA: Tenha cuidado para não contaminar os substratos luciferase. Priming com substratos luciferase preenche o espaço morto nos dispensadores de reagentes.
  5. Configure o seguinte protocolo para ler tanto vaga-lume e Renilla luciferase luminescência. Dentro do software associado ao leitor de microplacas, under o menu "Arquivo", clique em "Nova Tarefa". Destaque "Protocolos" e clique em "Criar novo". Na janela seguinte, o círculo ao lado de "protocolo padrão" deve ser selecionada. Clique em "OK". Dê um duplo clique em "Procedure" no lado esquerdo da tela.
    1. Dispensar 10 ml de substrato luciferase de vaga-lume a todos os poços que utilizam distribuidor 1. Sob o menu "Ações", clique em "Dispensar". Na janela "Dispensar Step", defina: "Dispenser" a 1 "Priming" a nenhum, "Volume Dispense" a 10 mL e "Rate" para 225 mL / seg. Clique em "OK".
    2. Agitar a placa por 30 seg. Sob o menu "Ações", clique em "Shake". Na janela "Agite Step", defina "Intensity" para Médio e "Duração" a 0:30 MM: SS. Clique em "OK".
    3. Leia a luminescência de todos os poços para 0,5 seg por poço. Sob o menu "Ações", clique em "Leia",. Na janela "Ler Step", defina: "Método de detecção" para luminescência, "Ler Tipo" para Endpoint, "Integração Time" para 00:00:50 MM: SS: ss, "Conjuntos de Filtros" para 1, "Emissão" para Hole, "Optics Position" para cima ", Gain" para 135, e "Ler Altura" a 1.00 mm. Clique em "OK".
    4. Dispensar 10 ml de substrato Renilla luciferase em todos os poços utilizando dispenser 2. Definir as condições como no Passo 5.6.1, exceto set "Dispenser" a 2.
    5. Agite placa por 30 seg. Definir as condições como no passo 5.6.2.
    6. Leia luminescência de todos os poços para 0,5 seg por poço. Definir as condições como no passo 5.6.3.
  6. Remover a tampa da placa de 96 poços e colocar a placa no leitor de microplacas. Inicie o programa criado no Passo 5.5 para ler placa de luminescência.
  7. Limpe as bombas de doseamento de reagentes. A partir do ícone do sistema, na guia "Dispenser":
    1. Purifica 1.000 l de fsubstrato de luciferase irefly do dispensador de luciferase do pirilampo para um tubo de recuperação. NOTA: a luciferase de pirilampo podem ser armazenadas a -80 ° C e reutilizada.
    2. Primeiro cada dispensador com 1.000 mL de água destilada, seguido por 1,000 mL de etanol a 70% e, finalmente, 1,500 l de ar (remover distribuidores de líquido). NOTA: A água remove substratos luciferase das bombas reagentes, desinfecta etanol e ar seca qualquer etanol residual.

6. Análise de Dados

  1. Exportação de Dados
    1. No software leitor de microplacas, clique duas vezes no "Relatório / Exportação Builders" no lado esquerdo da tela.
    2. Clique no botão "New Export para o Excel" e clique em "OK".
    3. Destaque Export1 e clique em "Editar".
      1. Em "Content" cheque "Descrição do Sistema", "Procedimento", "Placa Descrição" e "Placa de layout Matrix". Incluir um "dados brutos"nd "Calculado de dados".
      2. Em "fluxo de trabalho", marque a opção "Executar Automaticamente após a conclusão do procedimento." Em Modo de Exportação, verifique "Todas as placas na mesma pasta de trabalho" e "Como uma nova planilha".
      3. Em "File" escolher o formato de nome de arquivo eo local do arquivo e clique em "OK".
      4. Feche a janela "Relatório / Exportação Builders".
  2. Para obter os valores normalizados luciferase, divida a luciferase de vaga-lume leitura de luminescência para cada poço (Passo 5.6.3) pela leitura de luminescência Renilla para cada poço (Passo 5.6.6).

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Representative Results

Um ecrã primário testadas 328 RUP contra odores 26, a uma concentração de 100 uM. Esta concentração de odor tem sido demonstrada para activar de forma eficaz uma grande proporção de RUP com ligandos que se sabe 10. Primeiro, a actividade de luciferase normalizada foi calculada dividindo a leitura de luciferase de pirilampo pela da luciferase de Renilla leitura. Depois, os valores baseline foram calculados subtraindo as leituras de luciferase normalizada para o controle de odor a partir das leituras de luciferase normalizada para cada poço (Figura 1). As curvas de resposta a dose foram realizadas em 48 odorante / OU pares distribuídos aleatoriamente em toda a gama de valores baseline, como indicado por barras coloridas na Figura 1. RUP foram tratados com sete concentrações de odorante abrangendo de 1 nM a 1 mM, e as respostas resultantes estavam aptos a uma curva sigmoidal por meio de regressão não-linear. Um odorante / OU foi considerado um agonista se reuniu três critérios: (1) o erro padrão dao LogEc 50 foi inferior a 1 unidade de log; (2) os intervalos de confiança de 95% para os parâmetros de topo e de fundo da curva não se sobrepõem; e (3) o teste adicional somas-de-quadrados confirmou que o odorante activados os OU células contendo um número significativamente maior do que as células de controlo, que foram transfectadas com um vector vazio. Os resultados de dose-resposta estão resumidos na Tabela 3.

Estes dados foram então usadas para determinar quão bem as medições de ensaio de um ecrã primário prever os resultados a partir da curva de resposta à dose. Barras azuis na Figura 1 corresponde a pares que foram classificadas como agonistas em um experimento de dose-resposta completa, enquanto as barras vermelhas não cumprir as nossas três critérios descritos acima. Valores a partir da tela principal previu os resultados da dose completa experiência de resposta (área sob a curva ROC (AUC) = 0,68, p <0,01, teste U de Mann-Whitney), indicando que nossa tela principal é um método útil para o enriquecimento por odorantes / OU pares que vai ser classificados como agonistas de uma experiência de resposta à dose total (Figura 2).

Figura 1
Figura 1. Frequência de valores luciferase baseline para uma tela com um painel de receptores olfativos e odorantes. Histograma da frequência (Contagem) de valores luciferase baseline calculados para cada odorante / OU par na tela principal. Como pares de activação odorante / receptoras são escassas, a maioria dos valores está centrado em zero e a grande distribuição central estima a distribuição de ruído para este ensaio. Barras coloridas indicam pares odorante / receptores escolhidos para análise dose-resposta; as barras azuis são pares, que foram classificados como agonistas com base na resposta à dose completa, e as barras vermelhas são pares que não foram classificadas como agonistas.f = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51640/51640fig1highres.jpg" target = "_blank"> Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 2
Curva Figura 2. ROC para a tela de odorante / receptor. 48 pares odorante / receptores foram classificados como agonistas ou como não sendo agonistas. Taxa positiva Verdadeiro (sensibilidade) foi, então, conspiraram contra a taxa de falsos positivos (1-especificidade), utilizando o pacote estatístico R 40. A área sob a curva (AUC) é de 0,68, indicando que os pares odorante / receptores com valores mais elevados de tela luciferase são mais propensos a passar dose-resposta do que aqueles com valores mais baixos. Clique aqui para ver imagem ampliada.

<altura tr = "21"> height: 21px; "> 0,164647156 1 "style =" height: 21px; "> -,109048046
Valor baseline Dose Response
0,051793067 falhar
0,006376956 falhar
0,331936398 passar
0,591006519 passar
0,049093369 passar
0,396788976 passar
-0,013655743 passar
0,011080217 passar
0,004203349 falhar
0,003975049 falhar
-,077935718 passar
-,084488317 passar
0,030236078 falhar
-0,042963576 falhar
0,031466406 falhar
0,025897747 falhar
-0,030434651 falhar
-,004122795 falhar
-,010075533 falhar
0,028883452 falhar
0,019402373 falhar
0,047508749 falhar
0.00255344 falhar
0,017221449 falhar
0,340216655 passar
-0,026912181 falhar
0,037140428 falhar
0,467763017 passar
0,097665337 falhar
0,080657267 passar
0,172819211 passar
0.05568393 passar
-0,106721064 passar
0,136614849 passar
0,457839849 falhar
0,211751741 falhar
0.1581464 passar
-,62099155 passar
-,066949491 passar
-,78712035 passar
0,752503007 passar
1,433407558 passar
0,475431098 passar
1,457936815 passar
0,048652537 falhar
0,027196782 falhar
0,129599842 falhar
-0,069781272 falhar
0,016450039 falhar
-0,025639207 falhar
0,158152141 falhar
-,032570055 falhar
0,140139926 falhar
-0,052030276 falhar
0,657140133 passar
1,040410297 passar
passar
0,399588712 passar
0,188094387 passar
0,039371424 passar
0,016784352 passar
0,229959571 passar
0,238381997 falhar
0,074118909 falhar
0,423901128 passar
0,152621022 passar
passar
0,075301806 passar
0,395233972 passar
0,261892958 passar
0,156693306 falhar
2,163418147 passar
3,649862104 passar
0,025716169 passar
-0,033258008 passar
-0,026984127 falhar
-0,338441868 passar
0.37398618 passar

Tabela 3. Olfativa pares receptor / odor testadas em resposta à dose. Valores luciferase baseline e os resultados de dose-resposta (aprovado ou reprovado) para 48 OR / odor pares escolhidos a partir da tela. Para 30 pares testados no ecrã duas vezes, ambos os valores da luciferase baseline são incluídos.

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Discussion

Identidade Odorant é codificada por padrões de ativação dos receptores olfativos, mas padrões de ativação dos receptores, incluindo os receptores que são ativados e em que grau, são conhecidos por menos de 6% dos receptores olfativos humanos 1-11. Os esforços para caracterizar receptores olfativos têm sido limitados por seus métodos de trabalho intensivo ou aplicabilidade a apenas um subconjunto da família de receptores olfativos 17,23,24,33,34. O sistema de expressão heterólogo Hana3A apoia a expressão robusta do que a maioria dos receptores olfactivos testados, e pode ser usado em conjunto com um sistema de repórter de luciferase responsivo a AMPc monitorizar a activação do receptor olfactivo 19,26,27. Desempenho deste ensaio em um formato de 96 poços suporta um número de high-throughput projetos experimentais, incluindo telas para determinar prováveis ​​candidatos para pares de odorante / receptores olfativos e curvas de dose-resposta para confirmar as interações e avaliar como os níveis de ativação dos receptores são aftadas pela variação intra e inter-específicas. Pares Odorant / receptores com valores mais altos de atividade em uma tela são mais propensos a demonstrar uma resposta significativa dose. Estes dados sugerem que o método de rastreio é capaz de enriquecer para pares odorante / receptoras que passará de resposta à dose, facilitando, assim, a identificação de ligandos do odorante e padrões de activação de receptores olfactivos.

O sucesso deste ensaio optimizado para a análise do receptor olfactivo é dependente de vários factores. Todos os ADN de plasmídeo deve ser preparado através de um protocolo livre de endotoxina. A expressão do receptor olfactivo consistente na superfície da célula é crítica. A linha celular Hana3A estável expressa várias proteínas acessórias que auxiliam no OR expressão, mas co-transfecção de RTP1S e M3-R aumenta a expressão e ativação dos receptores, respectivamente 27. Esta combinação de expressão da proteína acessório resulta na expressão de confiança da maioria dos receptores olfactivos, o que permite a COMPARAÇÃOn de OR ativação entre experimentos e receptores. Além disso, a monitorização de confluência de células é importante para a obtenção de resultados consistentes. Assumindo que as células no original 10 cm2 prato são cerca de 100% confluentes, seguindo o protocolo aqui descrito irá resultar em confluência celular de confiança ao longo da experiência. É importante ressaltar que as células suficientes será banhado obter uma leitura de luciferase mensurável, mas as células não serão mais crescidos, uma condição que pode afetar a ativação do receptor após a estimulação odorante. Normalizando para a expressão renilla outros controlos constitutivas não apenas para a densidade de células, mas também para a eficácia de transfecção. A luciferase renilla leitura mais do que 2,5 desvios padrão abaixo do valor médio pode indicar perda celular. As células devem ser banhados uniformemente para evitar placas densas que se desprendem mais facilmente a partir da superfície da placa do que as células mais esparsas, e soluções de transfecção e odorantes deve ser adicionado suavemente ao lado do poço para evitar separar cells. Perda de células pode também ser devido a morte celular causada pela toxicidade do odorante, um problema que pode ser contornados baixando a concentração odorante, DMSO ou excessiva, o que pode ser evitado por manter as concentrações inferiores a 0,5% de DMSO. Finalmente, o tratamento de cada população de células que expressam o receptor com 1 uM de forscolina, um activador de ciclase de adenililo que faz com que a expressão de luciferase a partir do promotor responsivo AMPc, pode servir como um controlo positivo para o ensaio.

Embora o ensaio aqui descrito representa um melhoramento em relação aos métodos alternativos, incluindo um formato de alto rendimento e mais aplicabilidade geral para a família do receptor olfactivo dos mamíferos, tem limitações. Primeiro, o nosso ensaio in vitro carece de muitos componentes de um sistema olfativo in vivo, incluindo proteínas de ligação olfativos, uma camada mucosa, as moléculas intracelulares e comportamentos sniffing. Em segundo lugar, este método se baseia em um sistema de repórter luciferase para medir receptor olfativoactivação em contraste com os métodos alternativos comuns que utilizam imagens de cálcio. Trabalhos recentes sugerem que estes dois métodos podem produzir resultados conflitantes; de fato, poucos receptores olfativos responder a um odorante especial quando examinadas através de imagem de cálcio, mas não ensaio de luciferase 41. Se um tipo de ensaio é mais relevante para os estudos de percepção olfativa humana ainda não está claro, mas ambos os métodos podem ser úteis dependendo do contexto e tipo de receptor. Em terceiro lugar, enquanto que este sistema de expressão funcional com sucesso tem sido utilizado para expressar a maioria dos receptores olfactivos de mamífero testadas, algumas RUP podem não ser passíveis de expressão utilizando este sistema. Se os receptores anteriormente não caracterizadas deixam de responder a um odor, que pode ser devido a falta de expressão na superfície da célula em vez de uma ausência de interacção entre odorante e receptor. Expressão na superfície celular do receptor podem ser examinados através de imunofluorescência antes de tirar conclusões a partir de ensaio negativo resulta 27,42 38,39, a maioria dos receptores devem primeiro ser estimulada com um odor de forma a se observar uma diminuição na actividade de luciferase.

Apesar destas limitações, este sistema de ensaio tem a capacidade de aumentar significativamente a aquisição de dados no campo do olfacto. Em primeiro lugar, o formato de alto rendimento de 96 poços faz telas do receptor e / ou de odor em grande escala viável. Em segundo lugar, o sistema de expressão heterólogo é aplicável a uma variedade de receptores olfactivos de mamíferos. Terceiro, a actividade da luciferase pode ser utilizada para medir a activação do receptor olfactivo, que é valioso na descrição dos padrões de activação do receptor por um odorante especial. Em quarto lugar, os resultados anteriores de sistemas de ensaio in vitro semelhantes prever percepção olfativa humana 8,11,35. Estas características são particcularmente importante, dado o grande tamanho da família do receptor olfativo dos mamíferos e nosso conhecimento limitado sobre os padrões de ativação OU induzidos pelo odores específicos. Ampla aplicação deste sistema de análise otimizada para análise receptor olfativo irá contribuir para uma visão mais abrangente do receptor olfativo / interação odorante ea base molecular da codificação odor.

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Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado por R01 DC013339, R03 DC011373 e Ruth L. Kirschstein Serviço Nacional Research Award T32 DC000014. Uma parte do trabalho foi realizada através do Monell Chemosensory Receptor Signaling Core, que é suportado, em parte, pelo financiamento do P30 DC011735 NIH-NIDCD Núcleo Grant. Os autores agradecem C. Sezille para obter ajuda com a coleta de dados.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hana3A cells Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request
RTP1S-pCI Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request
M3-R-pCI Avaiable from the Matsunami Laboratory upon request
pCRE-luc Agilent 219076 LUC
pSV40-RL Promega E2231 RL
Minimum Essential Media, Eagle Sigma Aldrich M4655 MEM
FBS Life Technologies 16000-044 FBS
PBS (without Ca2+ and Mg2+) Cellgro 21-040-CV PBS
Trypsin (0.05% Trypsin EDTA) Life Technologies 25300 Trypsin
CD293 Life Technologies 11913-019 CD293
96-well PDL white/clear plate BD BioCoat 356693 plates
Lipid transfection reagent: Lipofectamine 2000 Life Technologies 11668-019 Lipofectamine
Firefly luciferase substrate, firefly luciferase quencher/Renilla luciferase substrate: Dual-Glo Assay Promega E2980 dual glo
Synergy S2  BioTek SLAD BioTek S2
Microplate reader software: Gen5 Data Analysis Software BioTek Gen5 Gen5
BIOSTACK BioTek BIOSTACK2WR BioStack
Multiflo BioTek MFP MultiFlo
300 μl GripTips Integra 4433 GripTips
12.5 μl GripTips Integra 4414 GripTips
300 μl GripTips ViaFlo96 Integra 6433 XYZ tips
12.5 μl GripTips 384 XYZ Integra 6403 XYZ tips
384ViaFlo Integra 6030 384ViaFlo
TE buffer Macherey Nagel 740797.1
DMSO Sigma Aldrich D2650-100ML DMSO
Forskolin Enzo Life Sciences BML-CN100-0010 FOR

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