Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол демонстрирует в режиме реального времени запись полной дозы-реакции отношений для агониста индуцированной активации GPCR из одного слоя клеток, выращенных на одном микроэлектроде с использованием без этикетки импеданса измерений. Новая схема дозирования значительно увеличивает пропускную схему без потери во времени разрешения.
Без этикетки impedance основе анализы все чаще используются для неинвазивного изучения лиганд-индуцированной активации GPCR в экспериментах клеточной культуры. Этот подход обеспечивает мониторинг клеток в режиме реального времени с разрешением времени, зависящим от устройства, до нескольких десятков миллисекунд, и он полностью автоматизирован. Однако, когда число образцов становится высоким (например, доза-ответ исследований для различных лигандов), стоимость одноразовых электродов массивов, а также доступное разрешение времени для последовательных хорошо хорошо записи могут стать ограниченными. Таким образом, мы представляем серийный протокол дополнения агониста, который имеет потенциал для значительного увеличения выпуска без этикетки GPCR анализов. Используя протокол последовательного добавления агониста, агонист GPCR добавляется последовательно в увеличении концентраций к одноклеточному слою при постоянном мониторинге импеданса образца (агонистовый режим). С помощью этого последовательного подхода теперь можно установить полную кривую реакции дозы для агониста GPCR только из одного слоя клеток. Протокол последовательного агониста применяется к различным типам соединения GPCR, Gq Gi/0 или Gs и совместим с рекомбинантными и эндогенными уровнями экспрессии исследуемого рецептора. Блокирование рецепторов антагонистами GPCR также оценивается (антагонистский режим).
В этом отчете представлено подробное описание серийного протокола добавления, разработанного для количественной оценки активации рецептора белка, индуцированного Г-жа (GPCR) в правильно выращенных клетках по измерениям без этикетки импеданса. G белковые рецепторы (GPCRs) участвуют во множестве физиологических функций и заболеваний человека1. Из-за этого и их хорошей доступности на поверхности клетки, GPCRs являются одной из наиболее важных целей наркотиков. Эта оценка находит свое отражение в, по оценкам, число 700 утвержденных препаратов, ориентированных на GPCRs, что эквивалентно 35%-ной доле на всех продаваемых препаратах2.
Разработка новых препаратов включает в себя два центральных процесса: i) идентификацию и функциональную характеристику биологических молекул-мишеней и ii) обнаружение новых свинцовых веществ и их развитие в управляемые препараты. В обоих процессах необходимы эффективные методы количественной оценки взаимодействий с целевыми препаратами и последующего биологического реагирования. Различные этапы доклинического процесса разработки препарата используют различные методы анализа, начиная от исследований биомолекулярного взаимодействия между препаратом и мишенями, по сравнению с функциональными исследованиями клеток в культуре, экспериментами на вырезанном органном материале или целых животных. И физиологическая значимость, и биологическая сложность увеличиваются с первого до последнего3. Хотя это общая цель, чтобы свести к минимуму эксперименты на животных, фармакологические исследования с использованием изолированных органов из лабораторных животных или даже целых животных считаются неизбежными, чтобы всесторонне охарактеризовать новых кандидатов наркотиков. С точки зрения аналитического чтения, орган фармакологии исследования обеспечивают дистальный, интегративный "целостный" функциональный ответ высокой физиологической значимости. Недостатком таких экспериментов является то, что они не совместимы с высокой пропускной способностью скрининга по техническим, а также этические причины и были в значительной степени заменены исследования, основанные на культуре клеток in vitro4.
Методы количественной оценки активации GPCR в клеточных культурах включают различные химические анализы на основе этикеток, которые конкретно обнаруживают вторых посланников, состояние фосфорилирования вниз по течению сигнальных белков, транскрипционную активацию через определенные транскрипционные факторы или торговлю внутриклеточными рецепторами на основе лигандов4,5. Недостатком таких анализов на этикетке является необходимость обозначения клеток потенциально вредными красителями или радиоактивными маркерами. Это часто требует выполнения ассеа в качестве конечного определения для времени экспозиции, которое должно быть определено априори. Использование этикетки на основе конечных анализов страдает от этого очень ограниченное и предвзятое время эксперимента и риск того, что химические этикетки и зонды могут вмешиваться в регулярной физиологии клеток - потенциально незамеченным экспериментатором.
В последние годы появились анализы без этикеток для мониторинга активации GPCR, такие как методы на основе импедеданса или оптические методы, применяющие резонансные волноводы, решетки5,6. Маркировка клеток экспериментально не требуется с этими подходами. Поскольку эти физические считыватели работают на сигналах низкой амплитуды, такие методы считаются неинвазивными, они позволяют осуществлять непрерывный мониторинг клеток потенциально в режиме реального времени, а время наблюдения ограничивается только клеточной культурой, а не считывателем. Подобно считываниям из целых органов, подходы, свободные от этике, обычно сообщают о целостных реакциях клеток, далеко вниз по течению активации рецепторов, когда интеграция по всей сигнальной сети приводит к зависящим от времени, но скорее неспецифическим изменениям в морфологии клеток или перераспределению массы. В то время как impedance основе анализов измерения диэлектрической подписи изменений в форме ячейки7,8, измерения с помощью резонансных волнообразных решеток чувствительны к изменениям в рефракционном индексе на ячейке субстрата интерфейса, вытекающих из динамического перераспределения массы (DMR)9. Интегративный характер делает методы без этикетки чрезвычайно чувствительными к событиям, опосредованным рецепторами, независимо от типа (ы) белка G (Gq,Gi/0, Gs,G12/13) или q-arrestin, участвующих в сигнальном каскаде6 и хорошо подходящих для эндогенных уровней экспрессии рецептора.
В стандартном без этикетке impedance основе анализ клетки adherently выращены в нескольких колодцев с копланарной пленки электродов, отложенных на дне каждого колодца10. Эти электродные массивы соединены с анализатором импеданса, и реакции клеток на экспериментальный стимул регистрируются из отдельных скважин с помощью временных показаний импеданса. В типичном асссе GPCR лиганд добавляется в индивидуально различных концентрациях к каждому отдельному человеку. Лиганд-индуцированные изменения в курсе времени impedance после этого проанализированы по отношению к характерным характеристикам кривой such as максимальная изменение сигнала, зона под кривой, изменение сигнала в пределах, котор дали интервал времени или наклон кривой на затем указанном пункте времени, для того чтобы количественно количественно потенции ligand и эффективности11.
Стоимость электродных массивов может ограничить применение этого метода в кампаниях скрининга высокой пропускной силы (HTS). Кроме того, с увеличением числа образцов, которые должны следовать параллельно, количество индивидуальных измерений увеличивается и тем самым уменьшает разрешение времени для каждого колодца постепенно - даже для современных многоканальных записей. В таких условиях быстрая и переходная реакция клеток может избежать измерения. Кроме того, обычный хорошо - один подход концентрации налагает значительное время и фактор затрат на perfused орган-на-чипе или тело-на-чип события в отношении их пригодности в ligand-GPCR анализа взаимодействия.
По этой причине мы разработали пошаговый протокол дозирования, который позволяет записывать полную кривую реакции на дозу активации гЦКр в культурных клеточных монослойах, постоянно отслеживая препятствие одной скважины, в то время как концентрация агониста увеличивается поэтапно. Протокол последовательного агониста значительно увеличивает пропускную стоимость в скважине от одной концентрации до 10 или более концентраций, как показано на текущем примере клеток U-373 MG человека, которые эндогенно выражают рецептор гистамина 1 (H1R). Таким образом, метод имеет потенциал для значительного улучшения пропускной связи в безэтикетки доза-ответ исследований, в то время как разрешение времени сохраняется на инструментальной максимум.
1. Посев клеток на электродных массивах
ПРИМЕЧАНИЕ: Выбор макета электрода является компромиссом между чувствительностью и количеством исследуемых ячеек. Чем меньше электрод, тем более чувствительным является измерение, но чем меньше количество исследуемых ячеек. Для клеток, показывающих сильные колебания импеданса с течением времени в базовых условиях, более крупные или межцифровые электроды предпочтительнее.
2. Равновесие клеток в среде, свободной от сыворотки
3. Мониторинг уравновешизм клеток с показаниями импеданса
4. Подготовка агонистовых решений для экспериментов в агонистике
ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрим количество репликаций и вычислите общий объем "решения, которые будут добавлены" для каждого шага концентрации. Результаты типичного расчета приведены в таблицах 1-4. Требуется общее представление о агонистике диапазона концентрации, который будет изучен, поскольку диапазон определяет концентрации и количество частей, которые будут вводиться во время последовательного добавления. Используя протокол последовательного дополнения агониста, концентрация агониста увеличивается поэтапно. Таким образом, количество агониста уже в колодце, когда следующая доза добавляется должен быть принят во внимание. Когда количество молекул агониста, уже присутствующих в колодце, составляет nx q c x x x (с текущей концентрацией cx и объемом Vx)и количество молекул в колодце после следующего добавления nx'y, количество молекул, которые будут добавлены ny, определяется концентрацией cy и объемом Vy решения, который будет применяться к хорошо(n y y yy). После добавления порции агониста, новое количество молекул агониста в колодце: c x'y Этот расчет применяется для каждого последующего шага. Из-за взаимозависимости концентрации агониста в скважине и количества агониста в порциях, которые будут добавляться с каждого шага, важно определить окончательные концентрации после каждого шага заранее.
Режим 1: Объем в скважине будет увеличиваться с каждым шагом по мере непрерывного добавления жидкости.
Используя этот режим и 8-колодец формат, используйте Vx1 200 л и Vy1 .... Vyi 30 qL.
Режим 2: Объем в скважине является постоянным, так как объем, добавленный с каждым шагом, удаляется непосредственно перед последующим добавлением.
Используя этот режим и 96-колодский формат, используйте Vx1 и 150 л и Vy1 .... Vyi 75 qL.
5. Подготовка агонистовых решений для эксперимента в режиме антагонист
ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовьте антагонистрешение раствор (ы) с концентрацией, которая будет применяться во всем. Объем и концентрация антагонистского раствора зависят от режима агониста (1 или 2). Примеры для экспериментов в формате 8-ну или 96-ну в дополнительном режиме 2: (A) 8-ну ну колодец формат (Vx1 200 л, VАнтагонист 200 Л); (B) 96-колодец формат (Vx1 150 л, VАнтагонист No 75 qL).
6. Выполнение протокола последовательного добавления в агонистике режиме
A: Режим 1 / 8-ну хорошо формат
B: Режим 2 / 96-ну колодец формат
ПРИМЕЧАНИЕ: Пауза обработки данных во время каждого шага обработки жидкости (дополнение / удаление) с помощью программного обеспечения impedance инструмента при запуске экспериментов в формате 96-ну хорошо. Более сложная обработка жидкости может помешать получению данных. Используйте многоканальный пипетка.
7. Выполнение протокола серийного добавления в режиме антагониста
8. Экспорт и анализ данных
ПРИМЕЧАНИЕ: c указывает на агонист концентрации, A1 является минимальным и 2 является максимальным asymptote сигмоидальной дозы-ответ кривой (A2 и EМакс). EC50 является концентрацией в точке перегиба кривой, и n соответствует склону холма.
Типичная схема для подготовки различных агонистовых решений показана для эксперимента с использованием 8-колодных электродных массивов с гистамином в качестве агониста в таблицах 1-4. Таблица 1 и таблица 2 представляют объемы и концентрации для эксперимента ?...
Этот протокол описывает метод для измерения импеданса без этикетки для определения отношения доза-реакции активации гЦКр в отсутствие или наличии конкретных антагонистов для одного и того же рецептора. Доказательство концепции этого метода было представлено в недавней публикации
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим Барбару Горицник и Надю Хинтеррайтер за помощь в культивированиеклето клеток и подготовку экспериментальных решений. Авторы с благодарностью признают финансовую поддержку исследовательской учебной группы 1910 "Лекарственная химия селективных лигандов GPCR", финансируемой Немецким исследовательским фондом (DFG) под грантом No 222125149. JAS особенно признательна за стипендию, предоставленную Баварской программой гендерного равенства.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bürker counting chamber | Marienfeld (Lauda-Königshofen, Germany) | 640210 | |
cell culture flasks 25 cm2 | Greiner bio-one (Frickenhausen, Germany) | 690175 | |
Cell incubator (Heraeus Function Line BB15) | Thermo Scientific (Darmstadt, Germany) | \ | |
Centrifuge (Heraeus 1S-R) | Thermo Scientific (Darmstadt, Germany) | \ | |
Diphenhydramine hydrochloride | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | D3630 | |
Eagle's Minimum Essential Medium with 4.5 g/L D-Glucose and 2.2 g/L NaHCO3 | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | D5671 | |
Impedance Instrument (ECIS Zθ) | Applied BioPhysics Inc. (Troy, NY, USA) | \ | |
8-well electrode Arrays (8W1E PET) | Applied BioPhysics Inc. (Troy, NY, USA) | \ | PET base with 0.049 mm2 working electrode and ~50 mm2 counter electrode (gold) |
96-well electrode arrays (96W1E+ PET) | Applied BioPhysics Inc. (Troy, NY, USA) | \ | PET base with two electrodes (gold) with 0.256 mm2 total electrode area |
Fetal calf serum (FCS) | Biochrom (Berlin, Germany) | S0615 | |
Histamine dihydrochloride | Carl Roth (Karlsruhe, Germany) | 4017.1 | |
Laminar flow hood (Herasafe, KS 12) | Thermo Scientific (Darmstadt, Germany) | 51022515 | class II safety cabinet |
Leibovitz' L-15 medium | Thermo Scientific (Darmstadt, Germany) | 21083-027 | |
L-glutamine | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | G7513 | |
Micropipette large (100 - 1000 µL) | Brandt (Wertheim, Germany) | 704780 | |
Micropipette large (20 - 200 µL) | Brandt (Wertheim, Germany) | 704778 | |
Microscope (phase contrast, Nikon Diaphot) | Nikon (Düsseldorf, Germany) | ||
Penicillin/streptomycin | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | P0781 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | D8537 | |
Pipette, serological | Greiner bio-one (Frickenhausen, Germany) | 607 180 | |
Pipettor (accu-jet pro) | Brandt (Wertheim, Germany) | 26300 | |
Trypsin | Sigma Aldrich (Taufkirchen, Germany) | T4174 | in PBS with 1 mM EDTA |
Tube, 15 mL | Greiner bio-one (Frickenhausen, Germany) | 188 271 | |
Tube, 50 mL | Greiner bio-one (Frickenhausen, Germany) | 210 261 | |
U-373 MG cells | ATCC (Rockville, MD, USA) | ATCC HTB-17 | |
water bath (TW21) | Julabo (Seelbach, Germany) | \ |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены