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Method Article
Hier werden Methoden zur Untersuchung der funktionellen Wirkung von RYR1-Mutationen beschrieben, die endogen in immortalisierten menschlichen B-Lymphozyten und muskelbiopsiebasierten Satellitenzellen exprimiert werden, die in Myotuben differenziert sind.
Mehr als 700 Varianten des RYR1-Gens wurden bei Patienten mit verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen identifiziert, darunter maligne Hyperthermie-Anfälligkeit, Kernmyopathien und zentronukleäre Myopathie. Aufgrund der vielfältigen Phänotypen, die mit RYR1-Mutationen verbunden sind, ist es von grundlegender Bedeutung, ihre funktionellen Wirkungen zu charakterisieren, um Varianten, die von Patienten getragen werden, für zukünftige therapeutische Interventionen zu klassifizieren und nicht-pathogene Varianten zu identifizieren. Viele Labore waren daran interessiert, Methoden zur funktionellen Charakterisierung von RYR1-Mutationen zu entwickeln, die in Patientenzellen exprimiert werden. Dieser Ansatz hat zahlreiche Vorteile, darunter: Mutationen werden endogen exprimiert, RyR1 ist nicht überexprimiert, die Verwendung von heterologen RyR1-exprimierenden Zellen wird vermieden. Da Patienten jedoch neben RYR1 Mutationen in verschiedenen Genen aufweisen können, ist es wichtig, Die Ergebnisse aus biologischem Material von Individuen mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund zu vergleichen. Das vorliegende Manuskript beschreibt Methoden, die entwickelt wurden, um die funktionellen Effekte endogen exprimierter RYR1-Varianten zu untersuchen: (a) Epstein-Barr-Virus immortalisierte menschliche B-Lymphozyten und (b) Satellitenzellen, die aus Muskelbiopsien gewonnen und in Myotuben differenziert wurden. Veränderungen der intrazellulären Calciumkonzentration, die durch die Zugabe eines pharmakologischen RyR1-Aktivators ausgelöst werden, werden dann überwacht. Der ausgewählte Zelltyp wird mit einem ratiometrischen fluoreszierenden Calciumindikator beladen und intrazelluläre [Ca2+]Veränderungen werden entweder auf Einzelzellebene durch Fluoreszenzmikroskopie oder in Zellpopulationen mit einem Spektrofluorometer überwacht. Die Ruhedosis-Wirkungskurven [Ca2+]werden dann zwischen Zellen gesunder Kontrollen und Patienten mit RYR1-Varianten verglichen, was zu einem Einblick in die funktionelle Wirkung einer bestimmten Variante führt.
Bis heute wurden mehr als 700 RYR1-Varianten in der menschlichen Bevölkerung identifiziert und mit verschiedenen neuromuskulären Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter maligne Hyperthermie-Suszeptibilität (MHS), belastungsinduzierte Rhabdomyolyse, zentrale Kernerkrankung (CCD), Multi-Minicore-Erkrankung (MmD), zentronukleäre Myopathie (CNM)1,2,3 ; Dennoch hinken Studien zur Charakterisierung ihrer funktionellen Effekte hinterher und nur etwa 10% der Mutationen wurden funktionell getestet. Verschiedene experimentelle Ansätze können verwendet werden, um die Auswirkungen einer bestimmten RyR1-Variante zu bewerten, einschließlich der Transfektion von heterologen Zellen wie HEK293 und COS-7-Zellen mit Plasmid, das für die WT und die mutierte RYR1 cDNA4kodiert,5, Transduktion von dyspedischen Mausfibroblasten mit Plasmiden und Vektoren, die für die WT und die mutierte RYR1 cDNA kodieren, gefolgt von Transduktion mit Myo-D und Differenzierung in Myotuben6 , Generierung transgener Tiermodelle mit mutiertem RyR1s7,8,9, Charakterisierung von Zellen von Patienten, die die RYR1-Variante endogen exprimieren10,11,12. Solche Methoden haben dazu beigetragen, festzustellen, wie sich verschiedene Mutationen funktionell auf den RyR1 Ca2+-Kanal auswirken.
Hier werden Methoden beschrieben, die entwickelt wurden, um die funktionellen Effekte von RYR1-Mutationen zu bewerten. Verschiedene Parameter der intrazellulären Calciumhomöostase werden in menschlichen Zellen untersucht, die den RyR1-Calciumkanal endogen exprimieren, einschließlich Myotuben und Epstein Barr Virus (EBV) immortalisierter B-Lymphozyten. Zellen werden von Patienten gewonnen, in Kultur expandiert und mit ratiometrisch fluoreszierenden Calciumindikatoren wie Fura-2 oder Indo-1 beladen. Parameter, von denen berichtet wurde, dass sie aufgrund pathogener RYR1-Mutationen verändert sind, einschließlich der Ruhephase [Ca2+],der Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen pharmakologischen Agonisten und der Größe der intrazellulären Ca2+-Speicher, werden entweder auf Einzelzellebene mittels Fluoreszenzmikroskopie oder in Zellpopulationen mit einem Fluorimeter gemessen. Ergebnisse, die in Zellen von Mutationsträgern erhalten werden, werden dann mit denen verglichen, die von gesunden Mitgliedern der Kontrollfamilie erhalten wurden. Dieser Ansatz hat gezeigt, dass: (i) viele Mutationen im Zusammenhang mit MHS zu einer Zunahme des Ruhezustands[Ca2+]und einer Verschiebung der Dosis-Wirkungs-Kurve nach links entweder zur KCl-induzierten Depolarisation oder zur pharmakologischen RyR1-Aktivierung mit 4-Chlor-m-Kresol10,11,12,13führen ; ii) Mutationen, die mit CCD in Verbindung gebracht werden, führen zu einer Abnahme des Peaks[Ca2+],der durch pharmakologische Aktivierung des RyR1 freigesetzt wird, und zu einer Abnahme der Größe, wenn das intrazelluläreCa2+ 12,13,14,15speichert ; (iii) einige Varianten haben keinen Einfluss auf ca2+ homöostase13. Vorteile dieses experimentellen Ansatzes sind: Das RyR1-Protein ist nicht überexprimiert und physiologische Werte vorhanden, Zellen können verewigt werden (sowohl Muskelzellen als auch B-Lymphozyten), die Zelllinien mit Mutationen liefern. Einige Nachteile beziehen sich auf die Tatsache, dass Patienten Mutationen in mehr als einem Gen tragen können, das für Proteine kodiert, die an der Calciumhomöostase und / oder erregungskontraktionskopplung (ECC) beteiligt sind, und dies kann experimentelle Schlussfolgerungen erschweren. Zum Beispiel wurden zwei JP-45-Varianten in der MHS- und Kontrollpopulation identifiziert und es wurde gezeigt, dass ihre Anwesenheit die Empfindlichkeit des Dihydropyridinrezeptors (DHPR) gegenüber der Aktivierungbeeinflusst 16. Patienten müssen verfügbar sein, biologisches Material muss frisch gesammelt werden und ethische Genehmigungen müssen von den lokalen Ethikkommissionen eingeholt werden.
Die nachfolgend beschriebenen Protokolle entsprechen den Ethikrichtlinien der Ethikkommission Nordwest- und Zentralschweiz EKNZ.
1. Herstellung von Epstein Barr immortalisierten B-Lymphozyten-Zelllinien11
2. Intrazelluläre Ca2+ Messungen
ANMERKUNG: Veränderungen der intrazellulären Calciumkonzentration der EBV-transformierten B-Lymphozytenzelllinien können in Zellpopulationen mit einem Spektrofluorometer mit Magnetrührer und Küvettenhalter auf 37 °C überwacht werden. Alternativ könnenCa2+-Veränderungen in einzelnen Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie überwacht werden. In beiden Fällen werden Zellen aus dem Gewebekulturkolben entnommen, zweimal mit Krebs Ringers Lösung (140 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgCl2 ,20mM HEPES, 1 mM NaHPO4, 5,5 mM Glucose, pH 7,4 enthaltend 1 mMCaCl2) gewaschen und gezählt.
3. Herstellung menschlicher Myotuben aus Muskelbiopsien10,12,15
HINWEIS: Verschiedene Labore haben unterschiedliche Methoden verwendet, um aus Satellitenzellen gewonnene Myoblasten und Myotuben zu erhalten. Nachfolgend finden Sie eine Beschreibung der in Basel verwendeten Methode.
4. [Ca2+]i Verhältnismessungen mit Fura-2 bestimmt
[Ca2+]i Messungen in Populationen von EBV-immortalisierten B-Lymphozyten
Primäre B-Lymphozyten exprimieren die RyR1-Isoform, die während B-Zell-Antigenrezeptor-stimulierten Signalprozessen als Ca2+-Freisetzungskanal fungiert17. Die Immortalisierung von B-Zellen mit EBV, ein Verfahren, das routinemäßig von Genetikern verwendet wird, um Zelllinien zu erhalten, die genomische I...
Die in diesem Artikel beschriebenen Protokolle wurden von mehreren Labors erfolgreich eingesetzt, um die Auswirkungen von RYR1-Mutationen auf die Calciumhomöostase zu untersuchen. Die kritischen Schritte der in diesem Papier beschriebenen Ansätze befassen sich mit Sterilität, Zellkulturfähigkeiten und -techniken sowie der Verfügbarkeit von biologischem Material. Prinzipiell ist die Verwendung von EBV-immortalisierten B-Lymphozyten einfacher und ermöglicht es, Zelllinien zu erzeugen, die mutierte RyR1-Kanäle enthal...
Die Autoren haben nichts preiszugeben.
Die in diesem Manuskript beschriebene Arbeit wurde durch Beiträge des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der Swiss Muscle Foundation unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-chloro-m-cresol | Fluka | 24940 | |
Blood collection tubes | Sarstedt | 172202 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
caffeine | Merk | 102584 | |
Cascade 125+ CCD camera | Photometrics | ||
Cascade 128+ CCD | Photometrics | ||
Creatine | Sigma-Aldrich | C-3630 | |
DMEM | ThermoFisher Scientific | 11965092 | |
DMSO | Sigma | 41639 | |
EGTA | Fluka | 3778 | |
Epidermal Growth Factor (EGF) | Sigma-Aldrich | E9644 | |
Ficoll Paque | Cytiva | 17144002 | |
Foetal calf serum | ThermoFisher Scientific | 26140079 | |
Fura-2/AM | Invitrogen Life Sciences | F1201 | |
Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | |
HEPES | ThermoFisher Scientific | 15630049 | |
Horse serum | Thermo Fisher Scientific | 16050122 | |
Insulin | ThermoFisher Scientific | A11382II | |
Ionomycin | Sigma | I0634 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
Laminin | ThermoFisher Scientific | 23017015 | |
Lanthanum | Fluka | 61490 | |
Microperfusion system | ALA-Scientific | DAD VM 12 valve manifold | |
Origin Software | OriginLab Corp | Software | |
Pennicillin/Streptomycin | Gibco Life Sciences | 15140-122 | |
Perfusion chamber POC-R | Pecon | 000000-1116-079 | |
poly-L-lysine | Sigma-Aldrich | P8920 | |
RPMI | ThermoFisher Scientific | 21875091 | |
Spectrofluorimeter | Perkin Elmer | LS50 | |
Thapsigargin | Calbiochem | 586005 | |
Tissue culture dishes | Falcon | 353046 | |
Tissue culture flask | Falcon | 353107 | |
Tissue culture inserts | Falcon | 353090 | |
Trypsin/EDTA solution | ThermoFisher Scientific | 25300054 | |
Visiview | Visitron Systems GmbH | Software | |
Zeiss Axiovert S100 TV microscope | Carl Zeiss AG | ||
Zeiss glass coverslips | Carl Zeiss AG | 0727-016 |
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