Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Kardiyak miyositlerdeki hücre içi Na+ konsantrasyonu ([Na+]i) kalp hastalıkları sırasında değişir. [Na+]i , hücre içi Ca2 + 'nın önemli bir düzenleyicisidir. Yeni izole edilmiş murin atriyal miyositlerde [Na+]i'yi bir elektron çarpımı yüklü birleştirilmiş cihaz (EMCCD) kamera ve hızlı, kontrol edilebilir bir aydınlatıcı kullanarak ölçmek için yeni bir yaklaşım sunuyoruz.
Hücre içi sodyum konsantrasyonu ([Na+]i), hücre içiCa2+'nın önemli bir düzenleyicisidir. Çalışması, sarkolimal Na+/Ca2+ değiştiricinin aktivasyonu, voltaj kapılı Na+ kanallarının ve Na+,K+-ATPaz'ın davranışı hakkında fikir vermektedir. Atriyal fibrilasyon gibi atriyal hastalıklarda hücre içi Ca2+ sinyali değişir. Değişmiş hücre içi Ca2+ homeostazının altında yatan mekanizmaların çoğu karakterize edilirken, atriyal patolojilerde [Na+]i ve düzensizliğinin rolü tam olarak anlaşılamamıştır. [Na+]Atriyal miyositlerde I, artan stimülasyon oranlarına yanıt olarak artar. Bu nedenle, dış alan stimülasyonuna duyarlılık, bu hücrelerdeki [Na+]i ölçümleri için çok önemlidir. Ek olarak, uzun hazırlık (boya yüklemesi) ve deney süresi (kalibrasyon), olağanüstü kalitede atriyal miyositler veren bir izolasyon protokolü gerektirir. Fare kulakçıklarının küçük boyutu ve hücreler arası matrisin bileşimi nedeniyle, yüksek kaliteli yetişkin murin atriyal miyositlerinin izolasyonu zordur. Burada, sürekli olarak yüksek kaliteli atriyal murin miyositlerinden yüksek verim sağlayan optimize edilmiş bir Langendorff perfüzyon tabanlı izolasyon protokolünü açıklıyoruz.
Sodyum bağlayıcı benzofuran izoftalat (SBFI), en yaygın kullanılan floresan Na+ göstergesidir. SBFI, kardiyak miyosite tuz formunda bir cam pipet yoluyla veya miyositin sarkolemmal membranına nüfuz edebilen bir asetoksimetil () ester olarak yüklenebilir. Hücre içi olarak, SBFI-sitozolik esterazlar tarafından deesterifiye edilir. Membran penetrasyonu ve sitozolik de-esterifikasyondaki değişkenlikler nedeniyle, her hücrenin yerinde kalibre edilmesi gerekir. Tipik olarak, SBFI tam hücre epifloresan kullanılarak [Na+]i ölçümleri, bir fotoçoğaltıcı tüp (PMT) kullanılarak gerçekleştirilir. Bu deney düzeneği, aynı anda yalnızca bir hücrenin ölçülmesine izin verir. Miyosit boya yüklemesinin uzunluğu ve her deney verisini takiben yapılan kalibrasyon nedeniyle verim düşüktür. Bu nedenle, [Na+]i'yi ölçmek için EMCCD kamera tabanlı bir teknik geliştirdik. Bu yaklaşım, çoklu miyositlerde eşzamanlı [Na+]i ölçümlerine izin verir, böylece deneysel verimi önemli ölçüde artırır.
Atriyal hastalıklarda (ör., atriyal fibrilasyon [AF]) hücre içi Ca2+ sinyali derinden değişir1. AF'de 'yeniden modellenmiş' hücre içi Ca2 + sinyallemesinin altında yatan mekanizmaların çoğu iyi karakterize edilmiş olsa da 2,3, değişmiş bir hücre içi sodyum konsantrasyonunun ([Na+]i) oynayabileceği rol tam olarak anlaşılamamıştır. [Na+]i, hücre içi Ca2 + 'nın önemli bir düzenleyicisidir. [Na+]i çalışması, sarkolemmal Na+/Ca2+ değiştiricinin (NCX) aktivasyonu, Na+ kanallarının ve Na+,K+-ATPaz (NKA)4'ün davranışı hakkında fikir verebilir. Daha önce, AF sırasında meydana gelen yüksek atriyal aktivasyon oranlarının [Na+]i 1'de önemli bir azalmaya yol açtığını göstermiştik. Önceki çalışmalar, AF3'te NCX akım yoğunluğunda (INCX) ve protein ekspresyon seviyelerinde bir artış olduğunu göstermiştir. AF'li hastalardan izole edilen atriyal miyositlerde voltaja bağımlı Na+ akımının (INa, geç) geç bileşeninde bir artış da bildirilmiştir5. Bu nedenle, AF'de hücre içi Na+ homeostazında derin değişiklikler olduğuna dair kanıtlar vardır. Bu nedenle, AF patolojisini daha iyi anlamamız için izole atriyal miyositlerde [Na+]i'nin güvenilir ve tekrarlanabilir ölçümlerine ihtiyaç vardır. Burada, [Na+]i ölçümleri için uygun olan yüksek kaliteli murin atriyal miyositlerin nasıl tekrarlanabilir şekilde izole edileceğini gösteriyoruz. Atriyal fibrilasyonun transgenik (TG) fare modelleri AF araştırmasının hayati bir parçası haline geldiğinden, optimize edilmiş atriyal hücre izolasyon protokolümüzü murin atriyal miyositlere odakladık6. Bu fareler genellikle sadece sınırlı sayıda bulunur ve kulakçıklar genellikle fibrotiktir ve hücre izolasyonu için zorluklara yol açar.
Genel olarak, canlı hücrelerdeki [Na+]i, floresan indikatörler 7,8 veya farklı tipte mikroelektrotlar9 ile ölçülebilir. Mikroelektrot bazlı teknikler, sarkolemmal membranın penetrasyonunu gerektirir. Bu nedenle bu teknik daha büyük hücrelerle sınırlıdır ve hücre bütünlüğü kolayca tehlikeye giren küçük ve dar atriyal miyositler için uygun değildir.
Sodyum bağlayıcı benzofuran izoftalat (SBFI), Na+ 7'ye bağlandıktan sonra büyük bir dalga boyu kaymasına uğrayan bir floresan indikatördür. SBFI, 340 nm ve 380 nm'de dönüşümlü olarak uyarılır ve yayılan floresan, bir emisyon filtresinden (510 nm) geçtikten sonra toplanır. İki uyarma dalga boyundaki (F340/380) sinyallerin oranları, yerel yol uzunluğunu, boya konsantrasyonunu ve aydınlatma yoğunluğu ve algılama verimliliğindeki dalga boyundan bağımsız değişimleri iptal edebilir. Her hücrede bilinen sodyum konsantrasyonuna ([Na+]) sahip çözeltiler kullanılarak yerinde kalibrasyon gerçekleştirildiğinde, deney sırasında elde edilen F340/380 oranı, [Na+]i'nin kesin ve hassas ölçümlerini verir. Tüm Na+ göstergeleri gibi, SBFI de K+ için bir miktar afinite gösterir. Burada gösterilen kalibrasyon yönteminin kullanılması, kalibrasyon işlemi sırasında [Na+]i ve hücre içi potasyum konsantrasyonunun ([K+]i) güvenilir bir şekilde 'kenetlenmesine' izin verir, böylece [Na+]i, [K+]i 10'un %<10'u olduğunda bile güvenilir bir şekilde kalibre edilebilir.
SBFI kullanarak [Na+]i'nin oransal ölçümleri için yeni bir EMCCD kamera tabanlı teknik sunuyoruz. EMCCD kamera, ilk kez birden fazla hücrede eş zamanlı [Na+]i ölçümlerine (ve kalibrasyona) izin veriyor. Bu, özellikle hayvan sayılarının sınırlı olduğu deneysel bir ortamda faydalıdır (örneğin, transgenik fare modelleri). Tipik olarak, SBFI kullanılarak [Na+]i ölçümleri, tüm hücre epifloresansını 1,11 toplamak için bir fotoçoğaltıcı tüp (PMT) kullanılarak gerçekleştirilir. PMT'ler floresan sinyalinin çok iyi zamansal çözünürlüğünü sunarken, uzamsal çözünürlük çok düşüktür ve deneyler bir seferde bir hücre ile sınırlıdır.
Yeni protokolümüz, [Na+]i'nin yüksek oranda tekrarlanabilir ve hassas ölçümlerini kolaylaştırır. Çoklu murin atriyal miyositlerinde [Na+]i'deki değişikliklerin aynı anda elde edilmesi için optimize edilmiştir, ancak diğer birçok hücre tipine uyarlanabilir.
Burada açıklanan tüm yöntemler, Maryland Üniversitesi, Baltimore'un Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Atriyal miyositlerin yetişkin murin kalplerinden izolasyonu
2. Hücre kalitesinin değerlendirilmesi
3. Yeni izole edilmiş murin atriyal miyositlerin Na+ gösterge yüklemesi
4. Enstrümantasyon, [Na+]i ölçümleri ve [Na+]i kalibrasyonu
NOT: Şekil 3 , deneysel enstrümantasyon için ışık yolu şemasını göstermektedir.
5. [Na+]i Kalibrasyonu
Atriyal Hücre Kalitesinin Değerlendirilmesi
Yeni izole edilmiş atriyal miyositler, ardışık altı atriyal hücre izolasyonunda protokolde belirtildiği gibi hücre morfolojisine ve alan stimülasyonuna yanıt verme yeteneğine dayalı olarak değerlendirildi. Şekil 2'de gösterilen veriler, net çapraz çizgiyi koruyan çubuk şeklindeki atriyal miyositlerin çok yüksek bir yüzdesini göstermektedi...
Burada, sodyum bağlayıcı benzofuran izoftalat (SBFI) kullanılarak çoklu canlı atriyal miyositlerde [Na+]i'nin eş zamanlı kantitatif ölçümü için yeni bir EMCCD kamera tabanlı teknik sunuyoruz. Burada açıklanan yaklaşım, birden fazla hücrede [Na+]i'nin aynı anda ölçülmesine izin veren ilk yaklaşımdır. Bu yeni protokolün sunduğu başlıca avantajlar, (i) deneysel verimdeki önemli artış ve (ii) hücre hasarını önem...
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Bu çalışma, Amerikan Kalp Derneği'nden (14SDG20110054) MG'ye bir Bilim İnsanı Geliştirme Hibesi ile desteklenmiştir; LG'ye NIH Kas Biyolojisinde Disiplinlerarası Eğitim Bursu (T32 AR007592) ve NIH Kardiyovasküler Hastalık Eğitim Bursu (2T32HL007698-22A1); Amerikan Kalp Derneği'nden (15SDG22100002) LB'ye bir Bilim Adamı Geliştirme Hibesi ve NIH tarafından WJL'ye R01 HL106056, R01 HL105239 ve U01 HL116321 hibeleri.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,3-Butanedione monoxime (BDM) | Sigma-Aldrich | B0753 | |
340 Excitation Filter | Chroma | ET40X | 25 mm |
380 Excitation Filter | Chroma | ET80X | 25 mm |
510 Emission Filter | Chroma | ET510/80m | 25 mm |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
Bubble trap | BD Medical Technologies | 904477 | Custom made from a 5 ml Luer Lok Syringe, which is located in the tubing path from the perfusing solution to the cannula |
CaCl2 solution | Sigma-Aldrich | 21115 | |
Cannula | BD Medical Technologies | 305167 | Custom made from a 22 G x 1 1/2 inch needle. Cut to 1 inch and sand 1mm distal tip. |
Cell Chamber | Custom machined with an opening that can securely hold a 25 mm glass cover slip and with a cover that has an inlet and an outlet port for perfusion. | ||
Circulating Water Bath | VWR | ||
Collagenase II | Worthington | LS004176 | Specific activity 290 U/g |
Creatinine | Sigma-Aldrich | C0780 | |
DG5-plus illuminator | Sutter Instrument | Lambda DG-4/DG-5 Plus | |
DMSO | Thermo Fischer | BP231 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | |
EMCCD camera | Princeton Instruments | ProEM-HS | |
Fine Hemostats | Fine Science Tools | 130-20 | |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 14060-10 | |
Forceps Supergrip | Fine Science Tools | 00632-11 | |
Glass Cover slips | VWR | 4838089 | 25 mm circle |
Glucose | Sigma-Aldrich | G7528 | |
Gramicidin D | Sigma-Aldrich | G5002 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
Inner silicon Tubing | VWR | VWRselect brand silicon tubing | |
Inverted microscope | Nikon Instruments | NikonTE 2000 U | |
Isolation Tools | |||
K Gluconate | Sigma-Aldrich | P1847 | |
KCI | Sigma-Aldrich | P5405 | |
KH2PO4 | Calbiochem | 529568 | |
Langendorff perfusion apparatus | |||
MgCl2.6H2O * | Sigma-Aldrich | M0250 | |
MyoPacer Cell Stimulator | IonOptix | ||
Na Gluconate | Sigma-Aldrich | S2054 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S9390 | |
Natural Mouse Laminin | Thermo Fischer | 23017015 | 0.5-2.0 mg/ml |
Outer tubing | VWR | ||
Petri dish 35X10 mm | Falcon | 351008 | |
PowerLoad | Thermo Fischer | P10020 | |
Protease XXIV | Sigma-Aldrich | P8038 | |
SBFI-AM | Thermo Fischer | S1264 | |
Silk suture | Fine Science Tools | 18020-50 | 0.12 mm diameter |
Small Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
Strophanthidin | Sigma-Aldrich | G5884 | |
Surgical Scissors Tough Cut | Fine Science Tools | 14054-13 | |
Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 00272-13 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T0625 | |
Trisbase | Sigma-Aldrich | TRIS-RO | |
Trypsin | Sigma-Aldrich | T0303 | |
UVFS Reflective 0.1 ND Filter | Thorlabs | NDUV01B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.2 ND Filter | Thorlabs | NDUV02B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.3 ND Filter | Thorlabs | NDUV03B | 25 mm |
UVFS Reflective 0.5 ND Filter | Thorlabs | NDUV05B | 25 mm |
UVFS Reflective 1 ND Filter | Thorlabs | NDUV010B | 25 mm |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır