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* 这些作者具有相同的贡献
本协议描述了一种使用全细胞膜片钳技术实时和动态采集H9c2心肌细胞中的电压门控钾(Kv)通道电流的有效方法。
心肌细胞膜上的钾通道在调节细胞电生理活动中起重要作用。作为主要的离子通道之一,电压门控钾(Kv)通道与一些严重的心脏病密切相关,例如药物引起的心肌损伤和心肌梗塞。本研究采用全细胞膜片钳技术测定1.5 mM 4-氨基吡啶(4-AP,一种广谱钾通道抑制剂)和乌头碱(AC,25 μM、50 μM、100 μM 和 200 μM)对 H9c2 心肌细胞中 Kv 通道电流 (IKv) 的影响。结果表明,4-AP抑制I Kv约54%,而AC对IKv的抑制作用呈剂量依赖趋势(25 μM无影响,50 μM抑制率为30%,100 μM抑制率为46%,200 μM抑制率为54%)。由于具有较高的灵敏度和精密度的特点,该技术将促进民族医学靶向离子通道的心脏毒性和药理作用的探索。
离子通道是嵌入细胞膜脂质双层的特殊整合蛋白。在活化剂存在下,这种特殊整合蛋白的中心形成高度选择性的亲水孔,允许适当大小和电荷的离子以被动运输方式通过1。离子通道是细胞兴奋性和生物电的基础,在各种细胞活动中起着关键作用2。心脏通过由动作电位启动的激发-收缩耦合过程引起的规律收缩向其他器官供血3.已有研究证实,心肌细胞动作电位的产生是由细胞内离子浓度的变化引起的,人心肌细胞中Na+、Ca2+和K+离子通道的活化和失活导致动作电位按一定序列4,5,6形成。电压门控钾(Kv)通道电流(IKv)紊乱可能会改变正常的心律,导致心律失常,这是导致死亡的主要原因之一。因此,记录IKv对于了解治疗危及生命的心律失常的药物机制至关重要7。
Kv通道是钾通道的重要组成部分。Kv通道的协调功能在哺乳动物心脏的电活动和心肌收缩力中起重要作用8,9,10。在心肌细胞中,动作电位的幅度和持续时间取决于多个 Kv 通道亚型向外 K+ 电流的共同传导11。Kv通道功能的调节对于心脏动作电位的正常复极化非常重要。即使是Kv电导的最轻微变化也会极大地影响心脏复极化并增加心律失常的可能性12,13。
代表细胞电生理研究的基本方法,可以通过施加负压在细胞膜的小区域和用于全细胞膜片钳记录的移液器吸头之间建立高电阻密封。持续的负压使细胞膜与移液器吸头接触并粘在移液器的内壁上。由此产生的完整电路允许人们记录穿过细胞膜14表面的任何单个离子通道电流。该技术对细胞膜离子通道电流具有非常高的灵敏度,可用于检测所有离子通道中的电流,应用极其广泛15。此外,与荧光标记和放射性标记相比,膜片钳具有更高的权威性和准确性16。目前,全细胞膜片钳技术已被用于检测作用于Kv通道电流17,18,19的中药成分。例如,Wang等人使用全细胞膜片钳技术,证实莲子的有效成分可能通过阻断活化状态通道19来实现对Kv4.3通道的抑制。乌头碱(AC)是乌头属的有效活性成分之一,如乌头和乌头摆布希。大量研究表明,过量服用AC会导致心律失常甚至心脏骤停20。AC和电压门控离子通道之间的相互作用导致细胞内离子稳态的破坏,这是心脏毒性的关键机制21。因此,本研究采用全细胞膜片钳技术测定AC对心肌细胞IKv的影响。
将商业获得的H9c2大鼠心肌细胞(见 材料表)在含有10%热灭活胎牛血清(FBS)和1%青霉素 - 链霉素的DMEM中在37°C的5%CO2加湿气氛中孵育。然后采用全细胞膜片钳技术检测正常H9c2细胞和4-AP或AC处理细胞中IKv 的变化(图1 和 图2)。
1. 溶液制备
2. 细胞培养
3. 微量移液器的制造
4. 仪器设置
5. IKv 参数设置
6. 电压钳模式下I Kv 的全电池膜片钳记录
该协议允许根据全细胞膜片钳技术中设置的参数记录IKv。IKv 由 −40 至 +60 mV 的 150 ms 去极化脉冲激励触发,保持电位为 −60 mV(图 3A)。H9c2大鼠心肌细胞的IKv首先出现在-20 mV左右,然后随着进一步去极化而振幅增加。根据测得的电流幅度计算IKv与膜电位之间的平均关系。结果表明,与对照组相比,用1.5 mM 4-AP处理5 min后,IKv振幅明显?...
膜片钳电生理技术主要用于记录和反映细胞膜25上离子通道的电活动和功能特性。目前,膜片钳技术的主要记录方法包括单通道记录和全细胞记录26。对于全细胞模式,玻璃微电极和负压用于在细胞膜的小面积和移液器吸头27之间形成高电阻密封。一旦持续的负压导致移液器的尖端破裂细胞膜并且膜附着在移液器的内壁上,移液器和细胞之间形?...
作者没有什么可透露的。
感谢国家自然科学基金(82130113)和青海省科技厅重点研发转化计划(2020-SF-C33)的资助。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-Aminopyridine | Sigma | MKCJ2184 | |
Aconitine | Chengdu Lemetian Medical Technology Co., Ltd | DSTDW000602 | |
Amplifier | Axon Instrument | MultiClamp 700B | |
Analytical Balance | Sartorius | 124S-CW | |
ATP Na2 | Solarbio | 416O022 | |
Borosilicate glass with filament (O.D.: 1.5 mm, I.D.: 1.10 mm, 10 cm length) | Sutter Instrument | 163225-5 | |
Cell culture dish (100 mm) | Zhejiang Sorfa Life Science Research Co., Ltd | 1192022 | |
Cell culture dish (35 mm) | Zhejiang Sorfa Life Science Research Co., Ltd | 3012022 | |
Clampex software | Molecular Devices, LLC. | Version 10. 5 | |
Clampfit software | Molecular Devices, LLC. | Version 10. 6. 0. 13 | data acqusition software |
D-(+)-glucose | Rhawn | RH289133 | |
Digital camera | Hamamatsu | C11440 | |
Digitizer | Axon Instrument | Axon digidata 1550B | |
DMSO | Boster Biological Technology Co., Ltd | PYG0040 | |
Dulbecco's modified eagle medium (1x) | Gibco | 8121587 | |
EGTA | Biofroxx | EZ6789D115 | |
Fetal bovine serum | Gibco | 2166090RP | |
Flaming/brown micropipette puller | Sutter Instrument | Model P-1000 | |
H9c2 cells | Hunan Fenghui Biotechnology Co., Ltd | CL0111 | |
HCImageLive | Hamamatsu | 4.5.0.0 | |
HCl | Sichuan Xilong Scientific Co., Ltd | 2106081 | |
HEPES | Xiya Chemical Technology (Shandong) Co., Ltd | 20210221 | |
KCl | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2020082501 | |
KOH | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2020112601 | |
MgCl2 | Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute | 20160408 | |
MgCl2·6H2O | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2021020101 | |
Micromanipulator | Sutter Instrument | MP-285A | |
Microscope | Olympus | IX73 | |
Microscope cover glass (20 × 20 mm) | Jiangsu Citotest Experimental Equipment Co. Ltd | 80340-0630 | |
Milli-Q | Chengdu Bioscience Technology Co., Ltd | Milli-Q IQ 7005 | |
MultiClamp 700B commander | Axon Instrument | MultiClamp commander 2.0 | signal-amplifier software |
OriginPro 8 software | OriginLab Corporation | v8.0724(B724) | |
Penicillin-Streptomycin (100x) | Boster Biological Technology Co., Ltd | 17C18B16 | |
PH meter | Mettler Toledo | S201K | |
Phosphate buffered saline (1x) | Gibco | 8120485 | |
Trypsin 0.25% (1x) | HyClone | J210045 |
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