A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل طريقة لقياس نشاط القناة الأيونية مباشرة على الحويصلات داخل الخلايا باستخدام نظام مشبك التصحيح اليدوي داخل اليزوسوم. نوضح الطريقة التي تتضمن تكبير الجسيمات الداخلية وعزل هذه الحويصلات يدويا. يضمن هذا النهج أن الباحثين يمكنهم تكرار الإجراء وتطبيقه بدقة.
تعتبر القنوات الأيونية الداخلية الجزومية ضرورية لتوازن الأيونات الداخلية ودرجة الحموضة ، وتنظيم إمكانات الغشاء ، وتهريب الحويصلات. ومع ذلك ، فإن الوصول إلى هذه القنوات من الناحية الفيزيولوجية الكهربية داخل حويصلات صغيرة داخل الخلايا كان يمثل تحديا. كان تطوير تقنيات المشبك البقعي الداخلي مفيدا في التغلب على هذا الحاجز ، مما سمح بالقياس المباشر لنشاط القناة الأيونية في الأغشية الداخلية الذكورية.
بالمقارنة مع تقنيات المشبك المستوي الحالية ، يمكن لمشبك التصحيح الداخلي تسجيل خلايا متعددة في وقت واحد والاندماج بسهولة مع طرق القياس الأخرى. يوفر التشغيل اليدوي ميزة تصور الحويصلات المستهدفة. كما أنه يعالج محدودية الوجود الذي لا غنى عنه ل Ca2+ على جانب واحد من الغشاء الداخلي ، مما يزيد من مرونة التصميم التجريبي. يتيح استخدام تقنيات مشبك الرقعة الداخلية القياس والتحليل المباشر لنشاط القناة الأيونية داخل الجسيمات الداخلية.
بالنظر إلى الارتباط الوثيق بين وظيفة القناة الأيونية الشاذة وأمراض مثل الأمراض التنكسية العصبية واضطرابات التمثيل الغذائي ، فإن التحقيق في هذه القنوات وتعديلها قد يكشف النقاب عن أهداف دوائية جديدة. من خلال استعادة توازن الأيونات داخل الخلايا ، قد نخفف من الأمراض ذات الصلة أو نعالجها. لذلك ، تعتبر هذه التقنية محورية لاكتشاف أهداف دوائية جديدة وتطوير الأدوية ذات الصلة.
تلعب القنوات الأيونية دورا مهما في العديد من العمليات الفسيولوجية. في حين أن القنوات الأيونية السطحية قد حظيت باهتمام كبير ، إلا أن أهمية القنوات داخل الخلايا ، لا سيما تلك الموجودة داخل الجسيمات الداخلية ، يتم الاعتراف بها تدريجيا. يتكون النظام الداخلي من عضيات متعددة الوظائف مرتبطة بالغشاء متخصصة في الوظائف الخلوية الأساسية ، بما في ذلك إعادة تدوير الجسيمات الداخلية (RE) ، والجسيمات الداخلية المبكرة (EE) ، والجسيمات الداخلية المتأخرة (LE) ، والليزوسومات (LY) ، والعضيات الهجينة ذات الخصائص الداخلية وخصائص المقصورة الأخرى ، مثل البلعمة والبلعمة الذاتية.
EE ، والمعروفة أيضا باسم الفرز الداخلي (SE) ، هي واحدة من الوجهات الأولى للمواد الداخلية من غشاء البلازما (PM). EEs هي مقصورات مهمة مسؤولة عن فرز البضائع إلى مسارات داخلية مختلفة ، مثل مسار النضج إلى LE / LY للتحلل ، ومسار إعادة التدوير السريع إلى PM ، ومسار إعادة التدوير البطيء الذي يتضمن حجرة إعادة التدوير أو الطاقة المتجددة الطرفية. الأجسام متعددة الحويصلات (MVBs) المشتقة من الجسيمات الداخلية عبارة عن مقصورات كروية محاطة بغشاء محدد ، يمكن ملؤه بالحويصلات داخل اللمعة (ILVs)1. للحفاظ على الوظيفة الطبيعية لهذه العضيات ، فإنها تتطلب قنوات أيونية غشائية لتنظيم الأس الهيدروجيني الحويصلي ، والأسمولية ، ونقل الإشارة. ومع ذلك ، فإن قياس نشاط هذه القنوات ليس بالأمر السهل.
بالنسبة للقنوات الأيونية الموجودة على غشاء البلازما ، كانت تقنية مشبك التصحيح التي تم تطويرها في السبعينيات هي الطريقة القياسية الذهبية2. ومع ذلك ، ظل الوصول إلى القنوات الفيزيولوجيا الكهربية داخل حويصلات صغيرة داخل الخلايا يمثل تحديا. يواجه تطبيق المعيار الذهبي لقياس القنوات الأيونية على غشاء البلازما على تلك الموجودة على العضيات داخل الخلايا ثلاثة تحديات رئيسية. أولا ، عادة ما يكون حجم الجسيمات الداخلية صغيرا جدا (قطرها أقل من 1 ميكرومتر) ، مما يجعل من الصعب مراقبتها وعزلها تحت المجهر وأصغر من قطر فتحة الماصات الدقيقة الزجاجية النموذجية ، مما يجعل التجربة غير صالحة للعمل. ثانيا ، يتطلب عزل الجسيمات الداخلية مباشرة عن الخلايا المستهدفة مع الحفاظ على سلامة العضية مهارات خاصة. ثالثا ، نظرا لعدم وجود هيكل خلوي في العضيات داخل الخلايا ، فإن تشكيل ختم على الغشاء الداخلي داخل ماصة التصحيح ثم تمزقه لتحقيق تكوين جسيم داخلي كامل يمكن أن يكون أمرا صعبا ، لأنه يضر بالسلامة الهيكلية للعضية3.
تم تطوير عدة طرق للتغلب على هذه المشكلات ، بما في ذلك تسجيل الطبقة الدهنية الثنائية ، وتعديل تسلسل الاستهداف الليزوزومي ، وتقنيات الفيزيولوجيا الكهربية القائمة على الغشاء المدعومة بالصلب (SSM أو SSME). تتضمن طريقة تسجيل ثنائية الطبقة الدهنية إعادة بناء أغشية الفوسفوليبيد الاصطناعية باستخدام قنوات أيونية منقاة ، مما يتيح دراسة فيزيولوجية كهربية مفصلة لوظيفة بروتين الغشاء في ظل ظروف خاضعة للرقابة4،5. يتضمن تعديل تسلسلات الاستهداف الليزوزومي على القنوات الأيونية إعادة توجيه القنوات الأيونية الداخلية إلى غشاء البلازما للقياس باستخدام طرق المشبك الرقيعيةالتقليدية 6. تستخدم تقنيات الفيزيولوجيا الكهربية القائمة على الغشاء المدعومة بالصلب (SSM أو SSME) ، والمعروفة أيضا باسم طريقة المشبك المستوي الداخلي ، رقائق زجاجية مستوية صلبة ذات فتحات صغيرة (قطرها <1 ميكرومتر) في رقائق البورسليكات المستوية المجهرية. تسمح هذه الرقائق الزجاجية ذات الفتحة الصغيرة بتحليل الجسيمات الداخلية الصغيرة ، وحتى الأصلية ، باستخدام نظام التحكم في شفط الضغط (Nanion). ومع ذلك ، في الطريقتين الأوليين ، لا تكون القنوات الأيونية في بيئتها الفسيولوجية الطبيعية. أدت محاولات تسجيل القنوات الليزوزومية المعبر عنها على غشاء البلازما أو إعادة تشكيلها إلى طبقات ثنائية الدهون إلى نتائج غير مؤكدة ومتناقضة إلى حد كبير.
على الرغم من أن تقنيات المشبك التصحيحي المستوي قد عالجت بفعالية مشكلة التداخل الاصطناعي وتوفر ميزة القياسات عالية الإنتاجية ، إلا أن الحلول المستخدمة محدودة أيضا بهذه الطريقة. يمكن لتقنية المشبك الرقيع الداخلي المقدم في هذه المقالة تسجيل خلايا متعددة في وقت واحد والاندماج بسهولة مع طرق القياس الأخرى. يوفر التشغيل اليدوي ميزة تصور الحويصلات المستهدفة. كما أنه يتغلب على القيود التي لا مفر منها ل Ca2+ في المحلول على جانب واحد من الغشاء الداخلي ، مما يزيد من حرية التصميم التجريبي3. في الآونة الأخيرة ، لعبت تقنيات المشبك البقعة الداخلية الجزيزومية دورا رئيسيا في أبحاث تطوير الأدوية. على سبيل المثال ، في الأمراض التنكسية العصبية ، ساعدت هذه التقنية في تحديد الأدوية الجديدة التي تستهدف القنوات الأيونية الداخلية السوزومية المرتبطة بمرض الزهايمر ومرض باركنسون7،8. يمكن للباحثين أيضا استخدام هذه التقنية لاستكشاف دور القنوات الأيونية الداخلية في الخلايا السرطانية9 ، وبالتالي التحكم في نمو الورم وانتشاره. فيما يتعلق بأمراض التمثيل الغذائي ، تكشف دراسات المشبك الرقعة الداخلية الجزومية عن مركبات تنظم القنوات الأيونية الداخلية ، وتقدم طرقا علاجية جديدة لمرض السكري والسمنة. تساعد تقنية المشبك اللاصق الداخلي في فهم الخلل الوظيفي الداخلي وإيجاد العلاجات المحتملة6 ، مما يعزز بشكل كبير فهمنا لوظائف القناة الأيونية الداخلية السوزومية وتعزيز اكتشاف أهداف دوائية جديدة.
1. إعداد الصك
2. إعداد العينة
3. عزل العضية
4. تشكيل Gigaseal
5. القياس الحالي
فيما يلي وصف للأشكال الحالية التي لوحظت أثناء تجارب المشبك الرقعة الداخلية السوزوذومي. إذا لم يكن الشكل الحالي كما هو متوقع ، فقد يكون ذلك بسبب ضعف الاتصال أو التسرب. قد يحدث ضعف التلامس إذا لم يكن القطب المرجعي ملامسا تماما لمحلول الحمام أو إذا كان قطب الماصة على وشك الا...
تحتوي الإعدادات التجريبية الفيزيولوجية الكهربية على أربعة متطلبات معملية رئيسية: أ) البيئة: طرق الحفاظ على صحة العينة. ب) البصريات: طرق تصور العينة ؛ ج) الميكانيكا: طرق لوضع القطب الصغير بشكل مستقر ؛ و iv) الإلكترونيات: طرق تضخيم وتسجيل الإشارة.
لإجراء تجارب ...
وليس لدى أصحاب البلاغ مصالح مالية متنافسة أو أي تضارب في المصالح أخرى.
المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا ، تايوان (MOST 110-2320-B-002-022) ، وجامعة تايوان الوطنية (NTU-112L7818) ، والمعاهد الوطنية للبحوث الصحية ، تايوان (NHRI-EX112-11119SC).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BOROSILICATE GLASS | SUTTER INSTRUMENT | BF150-75-10 | O.D.:1.5 mm, I.D. 0.75 mm 10 cm length, with filament |
Digidata 1140A | Axon Instruments | ||
Inverted microscope IX73 | OLYMPUS | ||
MODEL P-97 micropipette puller | SUTTER INSTRUMENT | ||
MPC-200 | SUTTER INSTRUMENT | ||
MultiClamp 700B | Axon Instruments | ||
POLISHER | |||
Quick Release Chamber | Warner instruments | 641943 | QR-40LP, for 25 mm Coverslips |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved