A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
This paper describes a protocol that assesses the changes of myofilament Ca2+ sensitivity during contraction in isolated cardiac myocytes from rat heart. Together with cardiac electrophysiology, systolic/diastolic cytosol Ca2+ levels and contraction/relaxation, this measurement is imperative in underpinning the mechanisms mediating cardiac excitation-contraction coupling in healthy and diseased hearts.
فشل القلب وعدم انتظام ضربات القلب هي الأسباب الرئيسية للأمراض والوفيات في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، لا تزال الآلية المرضية وعطل عضلة القلب في القلب المريضة إلى توضيح كامل. يوضح أدلة دامغة مؤخرا أن التغيرات في حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ تؤثر على الكالسيوم داخل الخلايا 2+ الأنشطة التوازن والقناة الايونية في myocytes القلب، والآليات الأساسية المسؤولة عن إمكانات العمل القلب وانقباض في قلوب سليمة والمريضة. في الواقع، أنشطة القنوات الأيونية والنقل الكامنة إمكانات العمل القلب (على سبيل المثال، الصوديوم، الكالسيوم 2+ و K + القنوات ونا + -CA 2+ مبادل) والكالسيوم 2+ التعامل مع البروتينات داخل الخلايا (على سبيل المثال، ryanodine المستقبلات والكالسيوم يتم قياس 2+ -ATPase في شبكية الهيولى العضلية (SERCA2a) أو فسفولامبان والفسفرة به) تقليديا إلى evaluيأكل من الآليات الأساسية للالقلب اقتران الإثارة، تقلص (EC). كل من الأنشطة الكهربائية في الغشاء والتغيرات الكالسيوم داخل الخلايا 2+ هي إشارات الزناد من اقتران EC، في حين خيط عضلي هو وحدة وظيفية من التقلص والاسترخاء، وحساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ أمر لا بد منه في تنفيذ الأداء ييفة عضلية. ومع ذلك، عدد قليل من الدراسات تتضمن حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ في التحليل الوظيفي لعضلة القلب إلا إذا كان التركيز في الدراسة. هنا، نحن تصف البروتوكول الذي يقيس قسيم عضلي تقصير / إعادة إطالة والخلايا مستوى الكالسيوم 2+ باستخدام Fura 02:00 (كشف ratiometric) وتقييم التغييرات من حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ في myocytes القلب من قلوب الفئران. والهدف الرئيسي هو التأكيد على أنه خيط عضلي ينبغي أن تؤخذ حساسية الكالسيوم 2+ بعين الاعتبار في اقتران EC للتحليل الآلية. تحقيق شامل طعلى قنوات، نقل أيون، داخل الخلايا معالجة الكالسيوم 2+، وحساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ التي تكمن وراء انقباض العضلية في قلوب سليمة والمريضة سوف توفر معلومات قيمة عن تصميم استراتيجيات أكثر فعالية من متعدية وقيمة علاجية.
القلب الإثارة، تقلص (EC) اقتران هو مخطط أساسي لتحليل الخواص الميكانيكية للعضلة القلب، أي وظيفة مقلص من القلب 1،2. يبدأ اقتران المفوضية الأوروبية من خلال الاستقطاب غشاء الثانوي لأنشطة القنوات الأيونية sarcolemmal (على سبيل المثال، نا + قناة بوابات الجهد، والتي يمكن قياسها عبر تقنيات التصحيح، المشبك). تفعيل لاحق من الجهد بوابات L من نوع كا 2+ قنوات (LTCCs) والكالسيوم 2+ تدفق عبر LTCCs تؤدي الجزء الأكبر من الكالسيوم 2+ الإفراج خلال ryanodine المستقبلات (RyRs)، وزيادة عصاري خلوي تركيز الكالسيوم 2+ من nanomolar (نانومتر ) إلى مكرومولي مستوى (ميكرومتر). هذه الزيادة في كاليفورنيا عصاري خلوي 2+ يعزز الكالسيوم 2+ ملزمة لتروبونين C (المجلس الوطني الانتقالي) في خيوط رقيقة ويثير التغيرات متعلق بتكوين مجمع خيوط لتسهيل التفاعل بين الأكتين الميوسين ومن بلوغ myocardi انكماش ال 3. على العكس، فإن الكالسيوم عصاري خلوي 2+ وإعادة المستحوذ ظهر في شبكية الهيولى العضلية (SR) من خلال كا 2+ -ATPase في ريال (SERCA2a) أو مقذوف من العضلية عن طريق نا + / كا 2+ المبادلات والبلازمي كاليفورنيا 2+ أتباز 1،2. ونتيجة لذلك، وانخفاض في الكالسيوم عصاري خلوي 2+ يحرض التغييرات متعلق بتكوين خيوط رقيقة العودة إلى حالته الأصلية، مما أدى إلى تفكك الأكتين، الميوسين والعضلية الاسترخاء 1-3. في هذا المخطط، ويعتبر هذا النشاط من SERCA2a عموما لتحديد سرعة الاسترخاء عضلة القلب لأنه يشكل 70 - 90٪ من عصاري خلوي إزالة الكالسيوم 2+ في معظم خلايا القلب الثدييات 1. على هذا النحو، والشاذ الكالسيوم 2+ معالجة من قبل LTCC، RYR وSERCA2a، وما إلى ذلك اعتبرت الآليات الرئيسية لانقباض ضعف واسترخاء في قلب المريضة 1-4.
> في الواقع، مجانا عصاري خلوي كا 2+ أن وظائف كما قال رسول في حسابات اقتران EC لحوالي 1٪ من مجموع الكالسيوم داخل الخلايا 2+ والغالبية من الكالسيوم 2+ لا بد أن الكالسيوم داخل الخلايا 2+ مخازن 5،6. هذا ويرجع ذلك إلى حقيقة أن العديد من الكالسيوم 2+ مخازن وفيرة في myocytes القلب، على سبيل المثال، الفوسفورية غشاء، ATP، فسفوكرياتين، كالمودولين، parvalbumin، ييفة عضلية الشركات عبر الوطنية، الميوسين، SERCA2a، وكالسيكويسترين في ريال 5،6،7. من بينها، SERCA2a والشركات عبر الوطنية هي السائدة الكالسيوم 2+ مخازن 5،6،7. وعلاوة على ذلك، الكالسيوم 2+ ملزمة لالمخازن المؤقتة الخاصة به هو عملية ديناميكية خلال نشل (على سبيل المثال، 30-50٪ من الكالسيوم 2+ بربط الشركات عبر الوطنية وتنفصل منه خلال كا 2+ العابرين 7) والتغيير في كا 2+ سبب إضافي ملزم "الافراج" حرية الكالسيوم 2+ إلى العصارة الخلوية، والنتائج في التعديلات من الكالسيوم داخل الخلايا 2+ اضربentration. ونتيجة لذلك، الاضطراب داخل الخلايا مستوى الكالسيوم 2+ يدفع الحركات خيط عضلي غير طبيعي، والتي هي السلائف من ضعف مقلص وعدم انتظام ضربات القلب 8،9. عوامل كثيرة (كلا الفسيولوجية والمرضية) يمكن أن تكون مصادر تعديلات ما بعد النسخي من البروتينات خيط عضلي، التي تؤثر على خيط عضلي الكالسيوم 2+ التخزين المؤقت وخيط عضلي الكالسيوم 2+ حساسية 8-10. في الآونة الأخيرة، أفيد أن الطفرات في البروتينات خيط عضلي زيادة الكالسيوم 2+ تقارب ملزمة والخلايا معالجة الكالسيوم 2+، مما اثار التقوية التي تعتمد على وقفة من الكالسيوم 2+ العابرين، والشاذ الكالسيوم 2+ الإفراج عنهم، وعدم انتظام ضربات القلب 8. وتماشيا مع هذا المفهوم، لقد أظهرنا أيضا أن خيط عضلي الكالسيوم 2+ الحساسية في قلوب الفئران ارتفاع ضغط الدم الثانوي ليصل تنظيم الخلايا العصبية سينسيز أكسيد النيتريك يرتبط ضغط الدم الانبساطي مرتفعة والانقباضي الكالسيوم 2+ المستويات11، والذي بدوره يزيد من ضعف LTCC إلى الكالسيوم 2+ تثبيط معتمد على 12. وبالتالي، حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ هو منظم "نشطا" من الكالسيوم داخل الخلايا 2+ التوازن والعضلية وظيفة مقلص. أصبح من الضروري لتحليل التفاعلات بين خيط عضلي والكالسيوم 2+ التعامل مع البروتينات لتحقيق شامل في العضلية اقتران EC وظيفة القلب.
هنا، نحن تصف البروتوكول الذي يقيم التغييرات من حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ في myocytes القلب المعزولة. تحليل شامل للالكالسيوم داخل الخلايا 2+ الشخصي، وخيط عضلي الكالسيوم 2+ حساسية والانكماش كشف آليات جديدة الميكانيكا عضلة القلب الكامنة.
البروتوكول هو وفقا لدليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية التي نشرتها المعاهد الوطنية للأمم المتحدة للصحة (NIH المنشور رقم 85-23، منقحة 1996). تم الموافقة عليها من قبل اللجنة الحيوان الرعاية المؤسسية والاستخدام (IACUC) من جامعة سيول الوطنية (موافقة IACUC أي: جامعة سول الوطنية-101213-1).
1. إعداد العازلة (مواد الجدول والمعدات)
2. إعداد لعزل البطين الأيسر (LV) Myocytes
3. عزل LV Myocytes
4. القياسات في وقت واحد من الكالسيوم داخل الخلايا 2+ العابرون والعضلية تقلص
5. تقييم حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+
يتم عزل myocytes LV من قلوب الفئران العادية وارتفاع ضغط الدم. تعتبر myocytes على شكل قضيب مع التصدعات واضحة (تمثل ساركومير) وتقلصات مستقرة وردا على التحفيز المجال ليكون myocytes الأمثل ويتم اختيارها للتسجيلات (الشكل 2A). في المثال الموضح في F igure 2A،
هنا، نحن تصف بروتوكولات لتقييم التغيرات من حساسية خيط عضلي الكالسيوم 2+ في واحدة العضلية القلبية معزولة والتأكيد على أهمية قياس هذه المعلمة إلى جانب الخصائص الكهربية، الكالسيوم داخل الخلايا 2+ العابرين، وديناميات خيط عضلي. وذلك لأن التسجيلات واحدة أو اثن...
The authors declare that they have no competing financial interests.
وأيد هذا البحث من قبل برنامج أبحاث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث كوريا (جبهة الخلاص الوطني) بتمويل من وزارة التربية والتعليم والعلوم والتكنولوجيا (2013068067). بواسطة برنامج الدراسات العليا في الدماغ كوريا 21 من وزارة الكورية التعليم والعلوم والتكنولوجيا ومستشفى جامعة سيول الوطنية، والجمعية الكورية لارتفاع ضغط الدم (2013)، وصندوق البحوث للاتصالات SK (رقم 3420130290) ومن المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (NSFC 31460265، 81260035 NSFC).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sprague Dawley rat | Koatech | 8-12 weeks | |
Pentobarbital Sodium | Hanlim Pharmaceutical (Korea) | AHN901 | Insurance code:645301220 |
NaCl | Sigma | S9625 | |
KCl | Sigma | P4504 | |
NaH2PO4 | Sigma | S8282 | |
HEPES | Sigma | H3375 | |
Glucose | Sigma | G8270 | |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | |
Mannitol | Sigma | M4125 | |
MgSO4 | Sigma | M5921 | |
Sodium Pyruvate | Sigma | P2256 | |
Taurine | Merck | 8.08616.1000 | |
Na2HPO4 | Sigma | 71649 | |
Bovine Fetal Albumin | Sigma | A7906 | |
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | |
Protease | Sigma | P6911 | |
Fura-2 (AM) | Molecular Probes | F1221 | |
Pluronic F127 20% solution in DMSO | Invitrogen | P3000MP | |
Shaking Water Bath | Chang Shin Scientific | Model: C-108 | |
IonWizard Softwae Suite | IonOptix Ltd | Experimental Builder | Acquisition and Analysis of EC Coupling Data in Myocytes |
Myocyte Calcium & Contractility Recording System | IonOptix Ltd | ||
Circulating Water Bath | BS-Tech | BW2-8 | |
Myocyte Fluorescence Microscope | Nikon | DIATPHOTO 200 | |
MyoCam-S Power | IonOptix | ||
Fluorescence & Video Detection | IonOptix | MyoCam-S | |
CFA300 | |||
PMT400 | |||
Fluorescence & System Interface | IonOptix | FSI700 | |
Excitation Light Source | IonOptix | mSTEP | |
High intensity ARC Lamp Power supply | Cairn Reseach | ||
Filter wheel controller | IonOptix | GB/MUS200 | |
Digital Stimulator | Medical Systems Corportion | S-98 Mutimode | |
Compositions of Experimental Solutions | |||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Isolation Solution (pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 135 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 5.4 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 5 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5 |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | Concentration (mmol) 3.5 |
Taurine | Sigma | CB2742654 | Concentration (mmol) 20 |
Na2HPO4 | Sigma | 71649 | Concentration (mmol) 0.4 |
Storage Solution (pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 120 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 5.4 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 10 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5.5 |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.2 |
Mannitol | Sigma | M4125 | Concentration (mmol) 29 |
MgSO4 | Sigma | M5921 | Concentration (mmol) 5 |
Sodium Pyruvate | Sigma | P2256 | Concentration (mmol) 5 |
Taurine | Sigma | CB2742654 | Concentration (mmol) 20 |
Perfusion Solution (Tyrode solution, pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 141.4 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 4 |
NaH2PO4 | Sigma | S8282 | Concentration (mmol) 0.33 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 10 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5.5 |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 1.8 For Fura 2AM loading, CaCl2 concentrations are 0.25 mM and 0.5 mM |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | Concentration (mmol) 1 |
Mannitol | Sigma | M4125 | Concentration (mmol) 14.5 |
Collangenase Solution 1 | |||
Isolation Solution (30mL) | |||
Bovine Fetal Albumin (BSA solution 5 ml) | Concentration (mmol) 1.67 mg/mL | ||
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | Concentration (mmol) 1 mg/mL |
Protease | Sigma | P6911 | Concentration (mmol) 0.1 mg/mL |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.05 mM |
Collangenase Solution 2 | |||
Isolation Solution (20mL) | |||
Bovine Fetal Albumin (BSA solution 3.3 mL) | Concentration (mmol) 1.67 mg/mL | ||
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | Concentration (mmol) 1 mg/mL |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.05 mM |
BSA solution | |||
Isolation Solution (40mL) | |||
Bovine Fetal Albumin | Sigma | A7906 | Concentration (mmol) 400 mg |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 1mM |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved