A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר את השימוש של assay רמזי למדידת שיעורי הפרשת נוזל מצינוריות Malpighian (כליות) מבודדות מmelanogaster תסיסנית. בנוסף, השימוש באלקטרודות יון ספציפי למדידת ריכוזי נתרן ואשלגן בנוזל המופרש, המאפשר חישוב של שטף יון transepithelial, מתואר.
אפנון של תחבורת יון אפיתל כליות מאפשר אורגניזמים לשמור על הומאוסטזיס יוני והאוסמוטי בפרצוף של משתנה תנאים חיצוניים. אבובית דרוזופילה melanogaster Malpighian (כליות) מציעה הזדמנות שאין כמותו כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של תחבורת יון אפיתל, בשל הגנטיקה החזקה של האורגניזם הזה ואת הנגישות של tubules הכליות שלה למחקר פיסיולוגי. כאן, אנו מתארים את השימוש של assay רמזי למדידת שיעורי הפרשת נוזל מtubules הכליות לטוס מבודד, עם השימוש באלקטרודות יון ספציפי למדידת ריכוזי נתרן ואשלגן בנוזל המופרש. assay זה מאפשר לימוד והנתיבים נוזל transepithelial ויון של ~ 20 tubules בזמן, ללא הצורך להעביר את הנוזל המופרש למנגנון נפרד למדידת ריכוזי יון. מבחינה גנטית ניתן לנתח tubules השונה כדי להעריך את התפקיד של גנים ספציפיים בתהליכי הובלה. בנוסף, במלוח athing יכול להיות שונה כדי לבחון את ההשפעות של מאפייניו הכימיים, או תרופות או הורמונים הוסיפו. לסיכום, טכניקה זו מאפשרת האפיון המולקולרי של מנגנונים בסיסיים של תחבורת אפיתל יון באבובית דרוזופילה, כמו גם הסדרת מנגנוני תחבורה אלה.
תחבורת יון אפיתל כליות בבסיס iono- האורגניזם וויסות האוסמוטי. אבובית דרוזופילה melanogaster Malpighian (כליות) מציעה הזדמנות שאין כמותו כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של תחבורת יון אפיתל. זאת בשל השילוב של הגנטיקה החזקה של דרוזופילה, יחד עם הנגישות של tubules הכליות שלה למחקר פיסיולוגי. Assay ראמזי, על שמו של החוקר שהיה חלוץ טכניקת 1, מודד שיעורי הפרשת נוזל מצינוריות Malpighian מבודדות, והוקם בשנת 1994 על ידי תסיסנית דאו ועמיתים 2. זה סלל את הדרך למחקרים נוספים באמצעות תסיסנית כלים גנטיים, כגון מערכת GAL4-כטב"מ 3,4, להגדיר מסלולי איתות תא ספציפי המסדירים את הפרשת נוזלים. דוגמא כוללת איתות סידן בתגובה להורמון פפטיד 5, בקרב רבים אחרים 6,7.
ve_content "> שילוב של טכניקות גנטיות ומחקר פיסיולוגי קלאסי הוכיח כי דור שתן בזבוב מתרחש באמצעות ההפרשה של נוזל כלוריד-עשיר אשלגן מהמגזר העיקרי של אבובית. זו מתרחשת באמצעות הפרשת transepithelial המקבילה של קטיונים, בעיקר K + אלא גם Na +, דרך התא העיקרי, וCl -. ההפרשה דרך תא stellate 8-12 היכולת למדוד בנפרד והנתיבים transepithelial K + וNa + מאפשרת אפיון מפורט יותר של מנגנוני תחבורה מאשר המדידה של הפרשת נוזל יש לבד. לדוגמא, בtubules תסיסנית unstimulated, + Na / K + -ATPase מעכב ouabain אין כל השפעה על הפרשת נוזל 2, גם כאשר ספיגתו לתוך תאים עיקריים היא מעוכבת על ידי taurocholate מעכב טרנספורטר אניון האורגני 13. עם זאת, לינטון ו אודונל הראה כי ouabain depolarizesפוטנציאל הממברנה basolateral, ומגביר Na + שטף 9. כפי שניתן לראות בנציגי התוצאות, אנו משוכפלים ממצאים אלה, והראו כי K + שטף הוא במקביל ירד 14; שטף Na + המוגבר וירידת K + שטף יש השפעות מנוגדות על הפרשת נוזל, וכתוצאה מכך אין שינוי נטו בהפרשה. לפיכך, יש שתי החלטות ל" פרדוקס ouabain, "כלומר, ההתבוננות הראשונית שouabain אין כל השפעה על הפרשת נוזלים באבובית תסיסנית:. ראשונה, בtubules המגורה, ההשפעה של ouabain על הפרשת נוזל אינה נראית לעין עקב הספיגה שלה על ידי טרנספורטר אניון האורגני 13; ושנייה, בtubules unstimulated, ouabain יש השפעות מנוגדות על transepithelial Na + K + ושטף, וכתוצאה מכך אין שינוי נטו בהפרשת נוזל (ראה תוצאות ונ"צ נציג. 9). לכן, התפקיד העיקרי של + Na / K + -ATPASE בtubules unstimulated הוא להוריד תאיים ריכוז Na + ליצור שיפוע ריכוז נוח לNa + -coupled תהליכי הובלה על פני קרום basolateral. ואכן, על ידי מדידה בנפרד Na + K + ונתיבים, שהוכחנו כי tubules חסר cotransporter נתרן, אשלגן-2-כלוריד זבוב (NKCC) ירד K + שטף transepithelial, ללא ירידה נוספת לאחר תוספת ouabain, ולא חלו שינוי בtransepithelial Na + שטף 14. ממצאים אלה נתמכים מסקנתנו כי Na + כניסה לתא דרך NKCC ממוחזרת דרך Na + / K + -ATPase. בדוגמא אחרת, Ianowski נצפה et al. כי הורדת K אמבטיה + ריכוז מ -10 מ"מ ועד 6 מ"מ ירד K transepithelial + שטף וtransepithelial המוגבר שטף Na + בצינוריות מprolixus Rhodnius, ללא שינוי נטו בהפרשת נוזל 15. אפקטי ההפרש בשטף Na + K + ושטף על פני tubules זחל גם נצפו בtubules דרוזופילה בתגובה לדיאטות מלח שונה 16 ובשני מיני יתושים בתגובה לגידול מליחות 17.האתגר הגדול ביותר במדידת שטף יון transepithelial בהכנת assay רמזי הוא קביעת ריכוזי יון בתוך הנוזל המופרש. אתגר זה כבר נפגש עם פתרונות שונים, כולל photometery להבה 18, שימוש ביונים רדיואקטיביים 19, וגל אלקטרון הבדיקה ספקטרוסקופיה נפיצה 20. טכניקות אלה דורשות העברה של ירידת הנוזל המופרשת למכשיר למדידת ריכוזי יון. מאז את נפח הנוזל המופרש על ידי אבובית תסיסנית unstimulated הוא קטן, בדרך כלל ~ 0.5 NL / דקה, זה מציב אתגר טכני וגם מציגה שגיאה אם חלק מהנוזל המופרש הואאיבד על העברה. לעומת זאת, השימוש באלקטרודות יון ספציפי מאפשרת המדידה של פעילות יון (שממנו ניתן לחשב ריכוז יון) באתרו. הפרוטוקול הנוכחי הותאם מזה בשימוש על ידי Maddrell ועמיתים למדידת K transepithelial + שטף על פני אבובית Rhodnius באמצעות valinomycin כK + ionophore 21, ומתאר גם את השימוש ב-butylcalix 4 טרט [4] חומצת arene-tetraacetic Na מבוסס אסתר tetraethyl + אלקטרודה יון ספציפי -specific המאופיינת Messerli et. אל. 22. אלקטרודות יון ספציפיות יש גם שימשו למדידת ריכוזי יון בנוזל המופרש על ידי צינוריות Malpighian בassay רמזי ב9,23 מבוגרים ו -16 זחל תסיסנית melanogaster, ניו זילנד Alpine Weta (Hemideina מאורי) 24 וביתושים 17.
כאן, אנו מתארים בפירוט את השימוש ברמזים כאומר למדוד שיעורי הפרשת נוזל בtubules Malpighian מדרוזופילה melanogaster, כמו גם שימוש באלקטרודות יון ספציפי כדי לקבוע את הריכוזים של K + וNa + בתוך הנוזל המופרש ולכן החישוב של נתיבי יון transepithelial. סקירה של assay מסופקת באיור 1.
איור 1. סכמטי של קשיות Malpighian וAssay רמזי עם שימוש ביון ספציפי אלקטרודות למדידת ריכוזי יון. נתון זה ממחיש את ההתקנה לassay רמזי. (א) לכל זבוב ארבעה tubules, זוג הצינוריות קדמית וזוג הצינוריות אחורית, לצוף שבחלל הבטן המוקף hemolymph. בכל זוג, שתי הצינוריות להצטרף בשופכן, אשר לאחר מכן מרוקן את השתן בצומת של midgut וhindguלא. Tubules הם הסתיים עיוור. שתן נוצר על ידי המגזר העיקרי מפרישי הנוזל (באדום), וזורם לכיוון השופכן והחוצה אל הבטן. לאחר נתיחה, זוג אבובית הוא ניתק מהבטן על ידי חוצה את השופכן. (ב) זוג הצינוריות מועבר לאחר מכן לטיפה של ים מלוח בתוך היטב של צלחת assay. אחד משתי הצינוריות, המכונה כאן "אבובית העוגן," עטוף סביב סיכת מתכת והוא אינרטי. אבובית האחרות היא אבובית הסתרתו. הקטע הראשוני (שאינו מפריש נוזל) והקטע העיקרי של אבובית מפרישות להישאר בתוך הטיפה של ים מלוח. יונים ומהלך מים מתמיסת מלח הים ולתוך לום אבובית של המגזר העיקרי, ולאחר מכן לנוע לכיוון השופכן, כפי שהיו קורים בvivo. הקטע התחתון (הכחולה) הוא מחוץ למלוח רחצה ולכן אדיש. מאז שופכן הוא לחתוך, הנוזל המופרש מתגלה כטיפה מסוף החתך של השופכן. Tהוא מופרש טיפת נוזל מגדילה לאורך הזמן כהפרשה ממשיכה, וקוטרה נמדד באמצעות מיקרומטר עיני. שכבה של שמן מינרלים מונעת אידוי של הנוזל המופרש. אלקטרודות ספציפיות ההתייחסות והיון למדוד את ריכוז היון של הנוזל המופרש. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
1. Dissection, הכלים כיול וAssay הכנה
הערה: בשלב זה, שלוש צלחות פטרי פלסטיק מרופדות בסיליקון אלסטומר מוכנים: אחד לנתיחה, אחד לביצוע assay רמזי ("צלחת assay"), ואחד לביצוע כיול. מנות אלה מחדש בשימוש מניסוי לניסוי, ובכך צעד זה רק צריך להיות חוזר ונשנה אם הפסקות מנה. תמונה של המנה assay מוצגת באיור 2.
איור 2. צלחת Assay. הצלחת המשמשת לassay רמזי מוצג כאן. זה צלחת פטרי 10 סנטימטרים שמצופית אלסטומר סיליקון. בין 20 ל -25 בארות שנחצבו של אלסטומר. סיכת מתכת Minutien, לחתוך בחצי, ממוקמת בצד הימין של כל אחד גם (או לשמאל, אם הנסיין הוא שמאלי).תב"ע: "target =" _ //www.jove.com/files/ftp_upload/53144/53144fig2large.jpg blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. חיתוך סיכות Minutien. הסיכות הם נעמדו על פיסת קלטת תיוג במקביל. לאחר מכן, מספריים משמשים לחתוך את הפינים במחצית."Target =" _ ge.jpg blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
2. הכנת פיין זכוכית רפפות
הערה: בשלב זה, מוט זכוכית מוכן שישמש להעברת tubules מהצלחת לנתח לירידת הרחצה. מוט הזכוכית מחדש בשימוש מניסוי לניסוי, כך שלב זה מתבצע רק פעם אחת, אלא אם כן יש צורך בהפסקות מוט ואחד חדש.
3. התקנת פיזיולוגיה
הערה: בשלב זה, מיקרוסקופ, מעגל אלקטרומטר וחשמל מוגדר. מלבד מחדש chloriding התקופתי (שלב 3.2) של חוטי הכסף והכיול מחדש של אלקטרומטר (שלב 3.8), שלב זה מתבצע רק פעם אחת. תרשים 4 מתאר את ההתקנה.
איור 4. התקנת פיזיולוגיה. התקנת הפיסיולוגיה היא בתמונה כאן. סקירה כללית (א) להתקנה. סטראו ממוקם בתוך כלוב פאראדיי עם micromanipulators משני הצדדים. אור סיבים אופטי הוא מושחל דרך חור בצד השני של כלוב פאראדיי. אלקטרומטר ממוקם מחוץ לכלוב פאראדיי. (ב) לכלוריד מעיל חוטי הכסף, החוט הוא שקוע לתוך אקונומיקה. תקריב של ההתקנה (C). בעל microelectrode ישר, שמוצג בתמונה הזאת בצד השמאל, הוא מושחל על הבדיקה של אלקטרומטר. אלקטרודה היון ספציפי לאחר מכן ניתן תהיה מושחלת על חוט הכסף לבעל אלקטרודה. מימין, את האלקטרודה ההתייחסות היא מושחלת על חוט הכסף של בעל microelectrode 45 °. המעגל חייב להיות מעוגן כראוי אז. צלחת assay מוצגת כפי שימוקם בעת ביצוע מדידות. אנאלחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
4. מכינים את פתרונות הביתור והאמבט
5. ביצוע אלקטרודה יון הספציפית: Silanizing pipets
הערה: בשלב זה, dichlorodimethylsilane משמש לקל "silanize" האלקטרודה היון ספציפי. זה מוסיף מעיל הידרופובי לחלק הפנימי של האלקטרודה שמאפשרת לו לשמר את ionophore הידרופובי. silanization מוגזם הוא נמנע כדי למנוע ספיגה של שמן מינרלים בעת ביצוע מ 'easurements בטיפות תחת שמן. אלקטרודות silanized טובות במשך כמה שבועות. לכן, בשלב זה מתבצע אחת לכמה שבועות.
5 "src =" / קבצים / ftp_upload / 53,144 / 53144fig5.jpg "/>
5. pipets איור Silanizing. (א) דוגמא של חולץ pipet. תמונה (ב) לpipets משך על הצלחת החמה. צלחת הזכוכית המכילה טיפת dichlorodimethylsilane כבר הפוכה מעל pipets משך. (ג) סכמטי הממחיש את הממשק בין קוקטייל ionophore ופתרון המילוי. ממשק שטוח מציין silanization האופטימלי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
6. הכנת התקן היניקה שלילית
הערה: בשלב זה, מכשיר יניקה שלילי פשוט מוכן (איור 6) שישמש כדי למלא את האלקטרודה היון ספציפי. שלב זה מתבצע רק פעם אחת.
איור 6. מכשיר שאיבה שלילי. תמונה של הרכיבים של מכשיר היניקה השלילי (3 מיליליטר מזרק עם מנעול luer, ברזלים 3-בדרך עם צווארון מסתובב ושומר, מחבר luer נקבת נעילה עם סוף התיל, צינורות סיליקון, צינורות פלסטיק) ו המוצר הסופי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
7. זבובים אסוף לנתיחה < / P>
8. מילוי אלקטרודה יון-הספציפית (ISE)
e_content "> הערה:.. בשלב זה, ISE הוא backfilled עם תמיסת מלח ולאחר מכן ionophore הוא הציג לתוך הקצה ISE יכול להיות שימוש חוזר מיום ליום, כל עוד זה עובד היטב לכן, בשלב זה הוא ביצע כל כמה ימים לפי צורך.9. מכין את האלקטרודה ההתייחסות
הערה: שלבי 9.1-9.3 יכולים להתבצע מראש. צעדים 9.4-9.6 מבוצעים בכל יום ניסיוני.
10. כיול של ISE
הערה: שלב זה מתבצע שלוש פעמים ביום הניסוי: בתחילת היום כדי לוודא ISE עובד, ולאחר מכן לפני ואחרי מדידות של 20 - 25 טיפות המופרשים נוזל (לוח 3).
> 11. אבובית Dissection
הערה: שלב זה מתבצע ביום הניסוי.
12. מדידות ביצוע
> הערה: שלב זה מתבצע ביום הניסוי.
13. חישובים
הערה: ניתן לבצע צעד זה גם בסופו של יום הניסוי, או במועד מאוחר יותר.
14. ניקוי
הערה: שלב זה מתבצע בסופו של יום הניסוי.
איורים 7 ו -8 להפגין כי שימוש בassay רמזי עם אלקטרודות יון ספציפי למדידת ריכוזי K + וNa + יכול להבחין K גנטי ופרמקולוגית נפרד + והנתיבים Na +, מידע שאינו נתפס על ידי מדידת שיעורי הפרשת נוזל לבד. איור 7 מראה כי ירידה בהפרשת נוזלים בצינורי...
השימוש של assay ראמזי, יחד עם אלקטרודות יון ספציפי, מאפשר המדידה של שיעורי הפרשת נוזל והנתיבים יון בMalpighian tubules חרקים מבודדים (כליות). ניתן assayed עשרים או יותר tubules בזמן, המאפשר תפוקה גבוהה יותר בהשוואה לassay של פרט בtubules המבחנה microperfused. בנוסף, אלקטרודות יון ספציפי תאפשר ק...
The authors have nothing to disclose.
The authors wish to thank Drs. Sung-wan An and Mike O’Donnell for practical advice on establishing this assay, Dr. Chih-Jen Cheng for helpful discussions on the use of ion-specific electrodes, and Dr. Chou-Long Huang for his mentorship and support. This work was supported by the National Institutes of Health (K08DK091316 to ARR) and the American Society of Nephrology Gottschalk Award to ARR.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Ellsworth Adhesives | http://www.ellsworth.com/dow-corning-sylgard-184-silicone-encapsulant-0-5kg-kit-clear/ | May be purchased from multiple distributors |
Petri dish, polystyrene, 100 mm x 15 mm | Fisher | FB0875712 | Specific brand is not important |
Petri dish, polystyrene, 35 mm x 10 mm | Corning Life Sciences | Fisher 08-757-100A | Specific brand is not important |
Scalpel Handle #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | Specific brand is not important |
Scalpel Blades #1 | Fine Science Tools | 10011-00 | Specific brand is not important; use appropriate sharps precautions |
Needle, 30 G x 1/2 | Becton Dickinson | 305106 | Use appropriate sharps precautions |
Minutien pins, black anodized, 0.15 mm | Fine Science Tools | 26002-15 | |
Stereomicroscope with ocular micrometer | Nikon | SMZ800 | Specific brand is not important; this is given as an example |
Sheet of black stained glass, 3 mm (1/8 inch) thick | Hobby shop | Example includes Spectrum Black Opal by Spectrum Glass (http://www.delphiglass.com/spectrum-glass/opalescent/spectrum-black-opal) | |
Glass cutting tools (glass cutter, glass cutting pliers) | Hobby shop | Examples include the Studio Pro Lightweight Running Pliers by Diamond Tech (http://www.delphiglass.com/glass-cutters-tools/pliers-nippers/studio-pro-lightweight-running-pliers) and the Studio Pro Brass Glass Cutter by Diamond Tech (http://www.delphiglass.com/glass-cutters-tools/glass-cutters/studio-pro-brass-glass-cutter). Use appropriate safety precautions when cutting glass | |
Borosilicate glass capillary tube, unfilamented, GC120-10, OD 1.2 mm, ID 0.69 mm, length 10 cm | Warner Instruments | 30-0042 | |
Borosilicate glass capillary tube, filamented, GC120F-10, OD 1.2 mm, ID 0.69 mm, length 10 cm | Warner Instruments | 30-0044 | |
Nitric acid, 70% | Sigma | 438073 | CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines. Specific brand is not important |
Cimarec 7 in x 7 in hotplate | Fisher | 11675911Q | Specific brand is not important; caution when heated |
Selectophore dichlorodimethylsilane | Sigma | 40136-1ML | CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines |
Two-step vertical pipet puller | Narishige | PC-10 | Other pipet pullers can be used; this is given as an example |
Glass petri dish, 150 mm diameter x 15 mm height | Fisher | 08-748E | Specific brand is not important; only one dish needed |
World Precision Instruments E210 1 mm micropipette storage jar | Fisher | 50-821-852 | May be available from other distributors. Useful to have two jars. Note that although this jar is specified for 1 mm pipets, and the pipets used here are 1.2 mm, in our experience the 1 mm jar works best for the 1.2 mm pipets. |
Silica Gel, Tel-Tale Desiccant, indicating, 10-18 mesh | Fisher | S161-500 | Indicating silica useful for determining whether silica gel retains desiccating ability |
World Precision Instruments MicroFil, 34G | Fisher | 50-821-914 | May be available from other distributors. |
1 ml syringe with luer lock | Becton Dickinson | 309659 | May be available from other distributors. |
3 ml syringe with luer lock | Becton Dickinson | 309657 | May be available from other distributors. |
D300 3-way stopcock with female luer lock inlet port, male luer outlet port with rotating collar and guard | Cole-Parmer | UX-30600-02 | Specific brand is not important |
Female Luer Locking Connector | 4 Medical Solutions | ADC 9873-10 | Specific brand is not important; barbed end is ~4 mm at narrowest point and ~7 mm at widest point. |
Silicone Tubing I.D. x O.D. x Wall: 1/16 x 1/8 x 1/32 in. (1.59 x 3.18 x 0.79 mm) | Fisher | 14-179-110 | Specific brand is not important |
E-3603 tubing, I.D. x O.D.: 1/32 x 3/32 in | Fisher | 14171208 | Specific brand is not important |
Modeling clay | Specific brand is not important | ||
Selectophore potassium ionophore I, cocktail B | Sigma | 99373 | CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines |
Selectophore sodium ionophore X | Sigma | 71747 | Sodium ionophore X = 4-tert-butylcalix[4]arene-tetraacetic acid tetraethylester |
Selectophore 2-nitrophenyl octyl ether | Sigma | 73732 | |
Selectophore sodium tetraphenylborate | Sigma | 72018 | CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines |
Schneider's Drosophila medium | Life Technologies | 21720024 | |
High impedance electrometer | World Precision Instruments | FD223a | |
Microelectrode holder 1 mm with 45° body, vented, with handle | Warner Instruments | 64-1051 | |
Microelectrode holder 1 mm with straight body, vented | Warner Instruments | 64-1007 | |
Silver wire | Warner Instruments | 64-1318 | |
Micromanipulators, pair | Leitz | Various brands/models will work; this is an example | |
Faraday cage | Technical Manufacturing Corporation | 81-334-03 | This is an example; any Faraday cage will work |
Single gooseneck fiberoptic light | Nikon | Specific brand is not important | |
mineral oil | Fisher | BP-2629 | Specific brand is not important |
forceps, Dumont #5 with Biologie tip | Fine Science Tool | 11295-10 | May be available from other distributors. |
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