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Method Article
Eine Haftung Frequenz-Assay zur Messung der Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung Kinetik, wenn beide Moleküle auf der Oberfläche der interagierenden Zellen verankert sind beschrieben. Diese mechanisch-basierter Assay wird beispielhaft mit einer Mikropipette unter Druck menschlichen roten Blutkörperchen als Haftvermittler Sensor und Integrin αLβ2 und ICAM-1 als interagierende Rezeptoren und Liganden.
Die Mikropipette Adhäsionsassay wurde 1998 entwickelt, um zweidimensionale (2D)-Rezeptor-Ligand-Bindung Kinetik 1 zu messen. Der Test verwendet eine menschliche rote Blutzellen (RBC) als Haftvermittler Sensor und präsentierenden Zelle für eine der wechselwirkenden Moleküle. Das Unternehmen beschäftigt Mikromanipulation der RBC in Kontakt mit einer anderen Zelle, dass die anderen interagieren Molekül drückt mit präzise kontrollierten Raum und Zeit, um Bindung zu ermöglichen bringen. Die Haftung Veranstaltung ist als RBC Dehnung beim Ziehen der beiden Zellen voneinander entdeckt. Durch die Steuerung der Dichte des Liganden auf der RBC Oberfläche immobilisiert, ist die Wahrscheinlichkeit der Adhäsion in Mid-Range zwischen 0 und 1 gehalten. Die Haftung Wahrscheinlichkeit ist von der Frequenz der Haftung Ereignisse in eine Folge von wiederholtem Kontakt Zyklen zwischen den beiden Zellen für eine bestimmte Einwirkzeit geschätzt. Durch Variation der Einwirkzeit erzeugt eine verbindliche Kurve. Der Einbau einer probabilistischen Modell für die Rezeptor-Ligand-Reaktionskinetik 1, um die BindungKurve gibt die 2D-Affinität und off-Rate.
Der Test wurde validiert mit Wechselwirkungen von Fcy Rezeptoren mit IgG Fc 1-6, Selektine mit Glykokonjugat Liganden 6-9, Integrine mit Liganden 10-13, homotypical Cadherin binden 14, T-Zell-Rezeptor und Korezeptor mit Peptid-MHC-Komplexe 15 - 19.
Die Methode wurde verwendet, um Vorschriften von 2D-Kinetik von biophysikalischen Faktoren, wie die Membran microtopology 5, Membrananker 2, molekulare Orientierung und Länge 6, Träger Steifigkeit 9, Krümmung 20 und Impingement Kraft 20, sowie biochemische Faktoren zu quantifizieren, wie Modulatoren des Zytoskeletts und Membranmikroumgebung wo die interagierende Moleküle befinden und die Oberfläche Organisation dieser Moleküle 15,17,19.
Die Methode wurde auch t verwendeto Studie der gleichzeitigen Bindung von zwei Rezeptor-Ligand-Arten 3,4 und trimolekulare Interaktionen 19 mit einem modifizierten Modell 21.
Der große Vorteil der Methode ist, dass es zu studieren von Rezeptoren in ihrer Muttersprache Membran-Umgebung ermöglicht. Die Ergebnisse könnten erheblich von denen unter Verwendung gereinigter Rezeptoren 17. Es ermöglicht auch Erforschung der Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen in einem Sub-Sekunden-Zeitskala mit zeitlicher Auflösung die weit über die typischen biochemischen Methoden.
Zur Veranschaulichung der Mikropipette Haftung Frequenz-Methode zeigen wir, Kinetik Messung von ICAM 1 (ICAM-1) auf Erythrozyten Bindung an Integrin α L β 2 auf Neutrophilen mit dimeren E-Selektin in die Lösung α L β 2 aktivieren funktionalisiert.
1. RBCs Isolierung aus Vollblut
Hinweis: Schritt 1.2 sollte durch einen geschulten Arzt, wie eine Krankenschwester durchgeführt werden, mit einem Institutional Review Board genehmigten Protokoll.
2. RBCs Biotinylierung
3. Funktionalisierung der Biotin-linked-Liganden * auf RBCs
* Wenn Ihr Protein hat keine Biotin Link können Sie eine der kommerziell erhältlichen Kits für Protein Biotinylierung (z. B. Thermo Scientific # 21955 EZ-Link Micro NHS-PEG4-Biotinylierung Kit) oder biotinylierten Fänger-Antikörper, als Zwischenschritt, wie gezeigt in dem Video.
4. Die Quantifizierung von Rezeptor und Ligand Dichten
5. Vorbereitung für Mikropipette und Zellkammer
6. Micropipette Haftung Frequenz-Test
8. Repräsentative Ergebnisse:
Abbildung 1: Bestimmung der Integrin α L β 2 Website Dichte auf Neutrophilen. Neutrophile wurden zunächst mit 1μg/ml von E-Selektin-Ig für 10min inkubiert, um die experimentellen Bedingungen in Zahlen 3,4 oder ohne E-Selektin-Ig verwendet übereinstimmen, und dann mit sättigenden Konzentrationen (10μg/ml) von PE-konjugierten anti -Mensch-CD11a mAb (Clone HI111, siehe Tabelle der spezifischenReagenzien und Geräte) oder irrelevant Maus IgG1 für die Steuerung, gewaschen und sofort analysiert. Die Proben wurden auf BD LSR Durchflusszytometer mit Standard QuantiBRITE PE Kalibrierung Perlen zu lesen. Panel A zeigt Fluoreszenz-Histogramme der Kalibrierung Perlen (rosa) zusammen mit denen von E-Selektin-Ig behandelt wurden (blaue Farbe) oder unbehandelten Zellen (grüne Farbe). Spezifische CD11a mAb Färbung ist in durchgezogenen Kurven und irrelevant Isotyp-Kontroll-Antikörper-Färbung ist gestrichelt dargestellten Kurven gezeigt. Zellen, die mit E-Selektin-Ig (Präsenz in allen Waschschritte und in FACS-Puffer) behandelt wurden, keinen Einfluss auf die CD11a Dichte wie aus dem Vergleich mit unbehandelten Zellen gesehen. Panel B zeigt den Prozess der Dichte Quantifizierung. Log10 wurde für die mittlere Fluoreszenzintensität (FI) der einzelnen Spitzenwert von vier Kalibrierung bead Histogramme von Panel berechnet A (rosa Kreise) und für die viel-spezifischen PE-Moleküle pro Perle (vom Hersteller). Eine lineare Regression von Log10 PE-Moleküle pro Perle gegen Log10 fluoreszENCE wurde aufgezeichnet. Für E-Selektin behandelten Zellen der Log10 FI (y)-Werte gleich 3,99 (blue solid Kreis) und 2,23 (blue offener Kreis) für spezifische mAb und Kontroll-Antikörper, respectivly. Wir lösten das lineare Gleichung für x (Werte sind als grüne und blaue Kreise auf Panel B dargestellt) x = log10 PE / Zelle und als PE:. MAb-Verhältnis war 1:1, war die Gesamtzahl der α L β 2 auf Neutrophilen berechnet als 9587. Flächendichte berechnet wurde auf 43 Moleküle / um 2, mit 8.4μm wie die neutrophilen Durchmesser 22. Dichte von ICAM-1 wurde in ähnlicher Weise durch flow cytometery mit PE-Anti-Human-CD54 mAb, die 65 mol / &mgr; m 2 erreicht gemessen.
Abbildung 2 Micropipette System Schaltpläne. Unsere Mikropipette wurde im Haus montiert und besteht aus drei Teilsystemen: ein bildgebendes Subsystem, damit man beobachten, record und analysieren Bewegungen der Mikropipette-Saugmotor Zelle, eine Mikromanipulation Subsystem, damit man die Zellen aus der Zelle Kammer zu wählen, und ein Druck-Subsystem, damit man die Zellen in Mikropipetten absaugen. Das zentrale Stück der Imaging-Subsystem Mikroskop invertiert (Olympus IMT-2 IMT2) mit einem 100x Öl-Immersion 1,25 NA Objektiv. Das Bild wird auf einem Videorecorder über eine Belastung Coupled Device (CCD)-Kamera gesendet werden. Ein Video-Timer ist mit dem System gekoppelt, den Überblick über Zeit zu halten. Jede Mikropipette kann durch einen mechanischen Antrieb auf das Mikroskop angebracht und fein mit einem Drei-Achsen-hydraulischen Mikromanipulator positioniert manipuliert werden. Mechanische Manipulatoren aus Newport könnte auch verwendet werden. Einer der Mikropipette Inhaber auf einem piezoelektrischen Übersetzer montiert ist, wird der Fahrer, die von einem Computer LabView-Code (auf Anfrage) und das Signal übersetzt durch eine DAQ-Karte über einen Spannungs-Verstärker (hausgemacht), um den Piezo-Aktuator gesteuert. Dies ist einSorgt dafür, man die Pipette exakt und reproduzierbar zu bewegen in einer Adhäsion Testzyklus. Die Druckregelung Subsystem wird verwendet, um Saug während des Experiments zu kontrollieren. Ein hydraulischer Linie verbindet die Mikropipette Halter mit einem Flüssigkeitsbehälter. Eine feine mechanische Stellungsregler ermöglicht die Höhe des Behälters genau manipuliert werden.
Mikropipetten werden mit Hilfe KIMAX Schmelzpunkt Borosilikatglas Kapillaren (mit einem Außendurchmesser von 1,0 ± 0,07 mm und einem Innendurchmesser von 0,7 ± 0,07 mm. Erstens, die Mikropipetten von Kapillaren gezogen werden mit PN-30 Narishige 'Magnetic Glas-Mikroelektrode Horizontal Puller (Sutter Instruments Micropipette Puller ist ein weiterer Puller Option). Zweitens Microforge System (erbaut im Haus) wird verwendet, um die Mikropipetten auf die gewünschte Größe Öffnung geschnitten. Handelsregister Modelle Microforge Systeme sind ebenfalls verfügbar.
Um Schwingungen der Mikropipetten während des Experiments, das Mikroskop zu vermeidenopa, zusammen mit der Mikromanipulatoren, basiert auf einer Luftfederung Tisch gelegt.
Abbildung 3 Running Haftung Frequenz F i für bestimmte (A) und unspezifische (B) Bindung an 1s (rot) und 10s (blau) Kontaktzeiten von wiederholten Haftung Testzyklen zwischen RBC mit ICAM-1 (A) oder Higg beschichtet gemessen (B ) mit humanen Neutrophilen Ausdruck Integrin α L β 2. F i = (X 1 + X 2 + ... + X i) / i (1 ≤ i ≤ n), wobei i den Prüfzyklus Index, X i ist gleich "1" (Adhäsion) oder "0" (keine Haftung). F n (n = 50) wurde als beste Schätzung für die Haftung Wahrscheinlichkeit verwendet.
Abbildung 4 Kinetik derICAM-1-Bindung an neutrophilen Integrin α L β 2 ( ). Adhesion Wahrscheinlichkeit gemessen, wie in Abbildung 3 für drei Zellpaaren an jedem Kontaktpunkt Mal gezeigt wird gemittelt und aufgetragen gegen Kontaktzeit. Die Kammer Medium wurde HBSS mit 1mM jeder Ca 2 + und Mg 2 + und 1μg/ml dimerer E-Selektin-Ig zu regulieren α L β 2-Bindung. Zur Erfassung ICAM-1-Ig auf Erythrozyten, ein Zwischenschritt wurde hinzugefügt, um Erythrozyten mit 10μg/ml Fänger-Antikörper (biotinylierter Ziege-Anti-Human-Fc-Antikörper, eBioscience) nach dem Streptavidin Inkubationsschritt inkubieren. Zur Kontrolle unspezifischer Bindung zwei verschiedenen Bedingungen wurden verwendet: 1) RBCs beschichtet mit anti-human-Fc Fänger-Antikörper inkubiert und mit humanen IgG anstelle von ICAM-1-Ig (O) und 2) Neutrophile Bindung an Erythrozyten nicht mit der beschichteten Fänger-Antikörper (Δ). 10μg/ml IgG wurde dem Medium aufgenommen zu minimieren Bindung von E-Selektin-Ig in Lösung des Capture-Antikörper auf der Oberfläche RBC. Die unspezifische Bindung als menschliche IgG Regelkurve aufgenommen wurde verwendet, um eine spezifische Adhäsion Wahrscheinlichkeit Kurve zu erhalten (
) Mit Gl. 2. Fitting spezifische Adhäsion Wahrscheinlichkeit Kurve mit Gl. 1 (durchgezogene Linie) wieder wirksam Bindungsaffinität A c K a = 1,4 • 10 -4 μm4 und k off = 0,3 s -1.
Reagens | MW (g / mol) | Konzentration (mM) | Menge (g) |
---|---|---|---|
Adenin | 135,13 | 2 | 0,27 |
D-Glucose (Dextrose) | 180,16 | 110 | 19,82 |
D-Mannitol | 182,17 | 55 | 10,02 |
Natriumchlorid (NaCl) | 58,44 | 50 | 2,92 |
Sodium Phosphate, Dibasic (Na HPO ) | 141,95 | 20 | 2,84 |
L-Glutamin | 146,15 | 10 | 1,46 |
Tabelle 1. EAS-45-Puffer Vorbereitung (1L).
25 mg Biotin-XHS in 550 ul DMF | 0,1 M Biotin-Lösung |
1:10 Verdünnung von 0,1 Biotin w / DMF | 0,01 M Biotin-Lösung |
1:100 Verdünnung von 0,1 Biotin w / DMF | 0,001 Biotin-Lösung |
Tabelle 2. Vorbereitung der Biotin-Lösung.
Biotin Endkonzentration (M) | 4 | 10 | 20 | 50 | 100 | 160 |
---|---|---|---|---|---|---|
RBCs Pellet Lager (ul) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
1x PBS (ul) | 179,2 | 178 | 176 | 179 | 178 | 176,8 |
0,1 M Boratpuffer (ul) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
0,01 M Biotin-Lösung (ul) | 1 | 2 | 3,2 | |||
0,001 Biotin-Lösung (ul) | 0,8 | 2 | 4 |
Tabelle 3. Biotinylierung von RBC.
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Um erfolgreich mit der Mikropipette Haftung Frequenz Assay man mehrere kritische Schritte in Betracht ziehen sollten. Stellen Sie zunächst sicher, um die spezifische Wechselwirkung für die Rezeptor-Ligand-System von Interesse aufnehmen. Unspezifische Kontrollmessungen (vgl. Abb.. 3, 4) gewährleisten die Spezifität. Idealerweise sollten unspezifische Adhäsion Wahrscheinlichkeiten unter 0,05 für jeden Kontakt Zeitdauern zu sein und einen signifikanten Unterschied zwischen der spezifischen und unspezifischen Haftung ...
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Keine Interessenskonflikte erklärt.
Diese Studie wurde vom NIH gewährt R01HL091020, R01HL093723, R01AI077343 und R01GM096187 unterstützt.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog # | Kommentare |
---|---|---|---|
10x PBS | BioWhittaker | 17-517Q | Verdünnen auf 1x mit VE-Wasser vor dem Gebrauch |
Vacutainer EDTA | BD | 366643 | Erythrozyten isoliert |
10ML PK100 | |||
Histopaque 1077 | Sigma-Aldrich | 10771 | Erythrozyten isoliert |
Adenin | Sigma-Aldrich | A2786 | EAS-45 Vorbereitung |
D-Glucose (Dextrose) | Sigma-Aldrich | G7528 | EAS-45 Vorbereitung |
D-Mannitol | Sigma-Aldrich | 6360 | EAS-45 Vorbereitung |
Natriumchlorid (NaCl) | Sigma-Aldrich | S7653 | EAS-45 Vorbereitung |
Sodium Phosphate, Dibasic (Na & # x2082; HPO ₄) | Fisher Scientific | S374 | EAS-45 Vorbereitung |
L-Glutamin | Sigma-Aldrich | G5763 | EAS-45 Vorbereitung |
Biotin-X-NHS | Calbiochem | 203188 | RBCs Biotinylierung |
Dimethylformamid (DMF) | Thermo Scientific | 20673 | RBCs Biotinylierung |
Boratpuffer (0,1 M) | Electron Microscopy Sciences | 11455-90 | RBCs Biotinylierung |
Streptavidin | Thermo Scientific | 21125 | Ligand Funktionalisierung |
BSA | Sigma-Aldrich | A0336 | Ligand Funktionalisierung |
Quantibrite PE Beads | BD Biosciences | 340495 | Dichte Quantifizierung |
Durchflusszytometer | BD Immunocytometry Systems | BD LSR II | Dichte quantification |
Kapillarrohr 0,7-1.0mm x 30 " | Kimble Glass Inc. | 46485-1 | Micropipette ziehen |
Mineralöl | Fisher Scientific | BP2629-1 | Kammeranordnung |
Mikroskop Deckglas | Fisher Scientific | 12 bis 544-G | Kammeranordnung |
PE α-human CD11a Clone HALLO 111 | eBioscience | 12-0119-71 | Reagenz für Abb.1 |
PE anti-human CD54 | eBioscience | 12-0549 | Reagenz für Abb.1 |
Maus IgG1 Isotyp-Kontroll-PE | eBioscience | 12-4714 | Reagenz für Abb.1 |
hydraulischen Mikromanipulator | Narishige | MO-303 | Micropipette System |
Mechanische Manipulator | Newport | 461-xyz-m, SM-13, DM-13 | Micropipette System |
piezoelektrische Übersetzer | Physik Instrumente | P-840 | Micropipette System |
LabVIEW | National Instruments | Version 8.6 | Micropipette System |
DAQ-Karte | National Instruments | USB-6008 | Micropipette System |
Optische Tisch | Kinetics Systeme | 5200 Series | Micropipette System |
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