A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
This paper describes a protocol that assesses the changes of myofilament Ca2+ sensitivity during contraction in isolated cardiac myocytes from rat heart. Together with cardiac electrophysiology, systolic/diastolic cytosol Ca2+ levels and contraction/relaxation, this measurement is imperative in underpinning the mechanisms mediating cardiac excitation-contraction coupling in healthy and diseased hearts.
אי ספיקת לב והפרעות קצב הלב הם הגורמים המובילים לתמותה ותחלואה בעולם. עם זאת, המנגנון של מחלה ו תקלת שריר לב בלב החולה נשאר להתברר במלואה. ראיות משכנעות אחרונות מוכיחות כי שינויים ברגישות 2+ myofilament Ca להשפיע Ca התאי 2+ פעילויות הומאוסטזיס יון ערוץ myocytes הלב, המנגנונים החיוניים אחראים פוטנציאל הפעולה של הלב והתכווצות בלבבות בריאים וחולים. ואכן, פעילויות של תעלות יונים מובילי שבבסיס פוטנציאל פעולת לב (למשל, Na +, Ca 2 + ו K + ערוצים מחליפים Na + -Ca 2+) ו- CA תאי 2+ טיפול חלבונים (למשל., קולטנים ryanodine ו- CA 2+ -ATPase ב הרטיקולום sarcoplasmic (SERCA2a) או phospholamban ו זירחון שלה) נמדדים כמקובל כדי evaluאכול את המנגנונים הבסיסיים של התכווצות עירור לב (EC) צימוד. שני פעילויות חשמל בקרום והשינויים 2+ Ca התאיים הן אותות ההדק של צימוד EC, ואילו myofilament היא היחידה התפקודית של התכווצות והרפיה, ו myofilament Ca רגיש 2+ הכרחית ביישום ביצועי myofibril. אף על פי כן, כמה מחקרים לשלב myofilament רגישות Ca 2 + לתוך האנליזה הפונקציונלית של שריר הלב, אלא אם כן הוא המוקד של המחקר. כאן אנו מתארים פרוטוקול המודד קיצור sarcomere / מחדש התארכות ורמת תאיים Ca 2 + באמצעות פורעה -2 AM (זיהוי ratiometric) ולהעריך את השינויים של רגישות 2+ myofilament Ca ב myocytes לב מלבבות חולדה. המטרה העיקרית היא להדגיש myofilament שרגישות 2+ Ca צריכה להילקח בחשבון צימוד EC לניתוח מכניסטית. חקירה מקיפה של iבערוצים, מובילי יון, טיפול Ca 2 + תאיים, ורגישות 2+ myofilament Ca העומדים בבסיס התכווצות myocyte בלבבות בריאים וחולים יספק מידע רב ערך לתכנון אסטרטגיות יעילות יותר של translational ואת הערך טיפולי.
צימוד עירור-התכווצות הלב (EC) הוא ערכת היסוד לניתוח תכונות מכניות של שריר הלב, כלומר, הפונקציה התכווצות של הלב 1,2. צימוד EC הוא שיזם שלילת קוטביות הממברנה משנית לפעילות של תעלות יונים sarcolemmal (למשל, ערוץ Na + מתח מגודרת, אשר ניתן למדוד באמצעות טכניקות תיקון- clamp). ההפעלה הבאה של זרם מתח מגודר L- סוג Ca 2 + ערוצים (LTCCs) ו Ca 2 + דרך LTCCs לעורר את חלק הארי של Ca 2 + שחרור דרך קולטני ryanodine (RyRs), גברת ריכוז cytosolic Ca 2 + מ nanomolar (ננומטר ) כדי מיקרו ברמה (מיקרומטר). כגון עלייה Ca cytosolic 2+ מקדמת Ca 2 + מחייבת טרופונין C (TNC) ב חוטים דקים מעוררת שינויים מרחביים של מתחם הנימה כדי להקל על האינטראקציה תקטין שרירן ומשיגה myocardi אל התכווצות 3. מנגד, cytosolic Ca 2 + מחדש uptaken בחזרה הרטיקולום sarcoplasmic (SR) דרך Ca 2 + -ATPase ב SR (SERCA2a) או הנמתח מן myocyte באמצעות מחליפי Na + / Ca 2 + ואת plasmalemmal Ca 2 + ATPase 1,2. כתוצאה מכך, הירידה Ca cytosolic 2+ instigates שינויים מרחביים של חוטים דקים חזרה למצב המקורי, וכתוצאה מכך ניתוק של אקטין שרירן myocyte הרפיה 1-3. לפי שיטה זו, את הפעילות של SERCA2a נחשבת בדרך כלל כדי לקבוע את המהירות של הרפיה שריר הלב כי זה חשבונות עבור 70 - 90% של הסרת cytosolic Ca 2 + ברוב תאי לב יונקים 1. ככזה, טיפול Ca 2+ נורמלי ידי LTCC, RyR ו SERCA2a, וכו 'כבר נחשב המנגנונים העיקריים עבור התכווצות לקויה ורוגע בלב החולה 1-4.
> במציאות, חינם cytosolic Ca 2 + שמתפקד השליח בחשבונות צימוד EC כ 1% בסך הכל Ca תאיים 2+ ואת רוב Ca 2 + מאוגד מאגרים תאיים Ca 2 + 5,6. זאת בשל העובדה כי מאגרים שונים Ca 2+ נמצאים בשפע myocytes לב, למשל, פוספוליפידים בממברנה, ATP, phosphocreatine, calmodulin, parvalbumin, myofibril TNC, שרירן, SERCA2a, ו calsequestrin ב SR. 5,6,7. ביניהם, SERCA2a ו TNC הם מאגרי Ca 2+ השולט 5,6,7. יתר על כן, Ca 2 + מחייב המאגרים שלה הוא תהליך דינמי במהלך עווית (למשל, 30-50% של Ca 2 + נקשרו TNC ו לנתק ממנו במהלך Ca 2 + ארעיים 7) ושינוי Ca 2 + מחייב גורם נוסף "לשחרר" של חינם Ca 2 + אל cytosol, תוצאות בהתאמות של Ca התאי 2+ קונצרט כלשהוentration. כתוצאה מכך, הפרעות של רמת תאיים Ca 2 + גורמות תנועות myofilament חריגות, אשר הן המבשרים של חוסר תפקוד התכווצות והפרעות קצב 8,9. גורמים רבים (הן פיזיולוגיים ופתולוגיים) יכול להיות מקורות שינויים שלאחר תעתיק של חלבונים myofilament, המשפיעים חציצה myofilament Ca 2+ myofilament רגישות Ca 2 + 8-10. לאחרונה, דווח כי מוטציות בחלבוני myofilament להגדיל את Ca 2 + זיקה מחייבת וטיפול תאיים Ca 2 +, מפעיל הגברה תלוית הפסקה של Ca 2 + ארעי, חריגת Ca 2 + שחרור, הפרעות קצב 8. עולים בקנה אחד עם המושג הזה, אנחנו גם הראינו כי הפחתת רגישות myofilament Ca 2+ בלבבות חולדה עם יתר לחץ דם משתי לרגולציה-אפ של synthase תחמוצת חנקן העצבית קשורות הדיאסטולי מוגבה סיסטולי Ca 2 + רמות11, אשר בתורו, מגביר את הפגיעות של LTCC כדי האיון התלוי 2+ Ca 12. לפיכך, רגישות 2+ myofilament Ca הוא רגולטור "פעיל" של פונקצית התכווצות הומאוסטזיס תאית Ca 2 + ו myocyte. זה הפך להיות צורך לנתח אינטראקציות בין myofilament ו Ca 2 + טיפול חלבונים לחקירה יסודית של צימוד myocyte EC ותפקוד הלב.
כאן אנו מתארים פרוטוקול מעריך את השינויים של רגישות 2+ myofilament Ca ב myocytes לב מבודד. ניתוח מקיף של פרופיל תאיים Ca 2 +, Ca 2 + myofilament רגישות וההתכווצות לחפור מנגנוני רומן מכניקת שריר לב בסיסית.
הפרוטוקול הוא בהתאם מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה שפורסם על ידי המכונים הלאומיים האו"ם הבריאות (פרסום NIH מס 85-23, מתוקנת 1996). זה אושר על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש (IACUC) של האוניברסיטה הלאומית בסיאול (אישור IACUC לא .: SNU-101,213-1).
הכנת הצפה 1. (חומרי שולחן וציוד)
2. הכנה עבור הבידוד של החדר השמאלי (LV) myocytes
3. בידוד של LV myocytes
4. מדידות סימולטני של הארעית 2+ Ca התאי Myocyte התכווצות
5. הערכת רגישות 2+ Myofilament Ca
מיוציטים LV מבודדים לבבות עכברוש נורמלי יתר לחץ דם. רוד בצורה מיוציטים עם פסים ברורים (מייצג סרקומר) ואת צירים יציבים בתגובה לגירוי שדה נחשבים להיות מיוציטים האופטימלי ונבחרים להקלטות (איור 2 א). בדוגמה המוצגת F igure 2A, פורעה 2 לפני הצה?...
כאן אנו מתארים את הפרוטוקולים כדי להעריך את השינויים של רגישות 2+ myofilament Ca ב myocyte הלב יחיד מבודד ולהדגיש את החשיבות של מדידת פרמטר זה לצד תכונות אלקטרו, הארעיים Ca 2 + תאיים, ודינמיקה myofilament. הסיבה לכך היא כי ההקלטות של אחד או שניים מהפרמטרים לא יכולות להסביר את...
The authors declare that they have no competing financial interests.
מחקר זה מומן על ידי תוכנית המחקר למדע בסיסי באמצעות קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון משרד החינוך, המדע והטכנולוגיה (2013068067); על ידי התכנית הבוגרת 21 מוח קוריאה של משרד קוריאני חינוך, מדע והטכנולוגיה, אונ' הלאומית בסיאול החולה, האגודה הקוריאנית של יתר לחץ דם (2013), קרן מחקר SK טלקום (לא. 3420130290) ומן הקרן הלאומית למדע הטבעי של סין (NSFC 31,460,265; NSFC 81,260,035).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sprague Dawley rat | Koatech | 8-12 weeks | |
Pentobarbital Sodium | Hanlim Pharmaceutical (Korea) | AHN901 | Insurance code:645301220 |
NaCl | Sigma | S9625 | |
KCl | Sigma | P4504 | |
NaH2PO4 | Sigma | S8282 | |
HEPES | Sigma | H3375 | |
Glucose | Sigma | G8270 | |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | |
Mannitol | Sigma | M4125 | |
MgSO4 | Sigma | M5921 | |
Sodium Pyruvate | Sigma | P2256 | |
Taurine | Merck | 8.08616.1000 | |
Na2HPO4 | Sigma | 71649 | |
Bovine Fetal Albumin | Sigma | A7906 | |
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | |
Protease | Sigma | P6911 | |
Fura-2 (AM) | Molecular Probes | F1221 | |
Pluronic F127 20% solution in DMSO | Invitrogen | P3000MP | |
Shaking Water Bath | Chang Shin Scientific | Model: C-108 | |
IonWizard Softwae Suite | IonOptix Ltd | Experimental Builder | Acquisition and Analysis of EC Coupling Data in Myocytes |
Myocyte Calcium & Contractility Recording System | IonOptix Ltd | ||
Circulating Water Bath | BS-Tech | BW2-8 | |
Myocyte Fluorescence Microscope | Nikon | DIATPHOTO 200 | |
MyoCam-S Power | IonOptix | ||
Fluorescence & Video Detection | IonOptix | MyoCam-S | |
CFA300 | |||
PMT400 | |||
Fluorescence & System Interface | IonOptix | FSI700 | |
Excitation Light Source | IonOptix | mSTEP | |
High intensity ARC Lamp Power supply | Cairn Reseach | ||
Filter wheel controller | IonOptix | GB/MUS200 | |
Digital Stimulator | Medical Systems Corportion | S-98 Mutimode | |
Compositions of Experimental Solutions | |||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Isolation Solution (pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 135 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 5.4 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 5 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5 |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | Concentration (mmol) 3.5 |
Taurine | Sigma | CB2742654 | Concentration (mmol) 20 |
Na2HPO4 | Sigma | 71649 | Concentration (mmol) 0.4 |
Storage Solution (pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 120 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 5.4 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 10 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5.5 |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.2 |
Mannitol | Sigma | M4125 | Concentration (mmol) 29 |
MgSO4 | Sigma | M5921 | Concentration (mmol) 5 |
Sodium Pyruvate | Sigma | P2256 | Concentration (mmol) 5 |
Taurine | Sigma | CB2742654 | Concentration (mmol) 20 |
Perfusion Solution (Tyrode solution, pH: 7.4, NaOH) | |||
NaCl | Sigma | S9625 | Concentration (mmol) 141.4 |
KCl | Sigma | P4504 | Concentration (mmol) 4 |
NaH2PO4 | Sigma | S8282 | Concentration (mmol) 0.33 |
HEPES | Sigma | H3375 | Concentration (mmol) 10 |
Glucose | Sigma | G8270 | Concentration (mmol) 5.5 |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 1.8 For Fura 2AM loading, CaCl2 concentrations are 0.25 mM and 0.5 mM |
MgCl2 | Biosesang | M2001 | Concentration (mmol) 1 |
Mannitol | Sigma | M4125 | Concentration (mmol) 14.5 |
Collangenase Solution 1 | |||
Isolation Solution (30mL) | |||
Bovine Fetal Albumin (BSA solution 5 ml) | Concentration (mmol) 1.67 mg/mL | ||
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | Concentration (mmol) 1 mg/mL |
Protease | Sigma | P6911 | Concentration (mmol) 0.1 mg/mL |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.05 mM |
Collangenase Solution 2 | |||
Isolation Solution (20mL) | |||
Bovine Fetal Albumin (BSA solution 3.3 mL) | Concentration (mmol) 1.67 mg/mL | ||
Collagenase Type 2 | Worthington | LS004177 | Concentration (mmol) 1 mg/mL |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 0.05 mM |
BSA solution | |||
Isolation Solution (40mL) | |||
Bovine Fetal Albumin | Sigma | A7906 | Concentration (mmol) 400 mg |
CaCl2 | Biosesang | C2002 | Concentration (mmol) 1mM |
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