Name: use of enzymatic biosensors to quantify endogenous atp or h2o2 in the kidney
Uploaded: 2015-10-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min
Description: Watch this Scientific Journal Video about Use of Enzymatic Biosensors to Quantify Endogenous ATP or H2O2 in the Kidney at JoVE.com

Biz bu yazıda kullanılan sensörlerin geliştirilmesi onların çalışmaları için Sarissa Biyomedikal teşekkür ederiz. Bu araştırma Ulusal Kalp, Akciğer tarafından desteklenen ve Kan Enstitüsü HL108880 (A. Staruschenko) verir, HL 116.264 (A. Cowley) ve HL 122.662 (A. Staruschenko ve A. Cowley), Tıp Koleji tarafından finanse edilen bir proje Wisconsin Araştırma İşleri Komisyonu # 9306830 (O. Palygin) ve Sağlıklı Wisconsin Araştırma ve Eğitim Programı # 9520217 ilerlemek ve Ulusal Böbrek Vakfı Genç Araştırmacı Grant (O. Palygin).

Laboratuvar Hayvanları Bakımı ve Kullanımı NIH Kılavuzu&#39;na uyulması aşağıdaki hayvan prosedürleri. Ön onay Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) elde edilmiştir. NOT: Sensör üreticisi talimatları Deneme tasarımı ve önce kendi kullanımına sırasında yapılmalıdır. Sensörler kullanırken bu talimatları sonrasında optimal sonuçlar üretecektir. 1. Sensör Kalibrasyonu <ol><li> Deneyin başlamasından önce taze stok çözümleri hazırlayın. </li><li> 10 mM NaPi tamponu, 100 mM NaCI, 1 mM MgCI2, ve 2 mM gliserol içeren tampon A oluşturur. NaOH kullanılarak 7.4&#39;e pH ayarlayın. 2-8 ° C&#39;de saklayın. </li><li> -20 ° C&#39;de saklandı stok ATP konsantrasyonu (100 mM) kullanılarak, Tampon A, 90 ul 10 ul stok eklenerek taze 10 mM ATP çözeltisi oluşturmak kalibrasyon </li><li> T içine ucu (Şekil 2) koyarak ATP sensörü rehydrate2-8 ° C&#39;de en az 10 dakika süre ile tampon A içeren da rehidrasyon odası. Not: rehidrasyon sonra, sensörler fazla 20 saniye boyunca havaya maruz kalmamalıdır veya sensör hassasiyeti azaltılabilir. Havaya uzun pozlama beklenen ise, bir gliserol çözeltisi içine kısa bir süre sensörü daldırma. Sensörler birden deneyler için kullanılabilir ancak bu sensör rehidrasyon ile aynı günde gerçekleşmelidir. Sensörler 24 saat için tampon A ile rehidrasyon odası içinde saklanabilir. </li><li> Çift kanallı potentiyostat (Şekil 3) açın ve kayıt sistemi yazılımını başlatmak. </li><li> Tampon A. Place 3 ml kalibrasyon odasına referans elektrodu ile bir kalibrasyon odasını hazırlayın. Daha sonra, rehidrasyon odasından her sensörü alın manipülatör ekleyin ve kalibrasyon odası çözüm içine yerleştirin. NOT: Bir kalibrasyon odası gibi standart silikon kaplı petri kullanın. Tüm kalibrasyonları ve st yürütmekyüksek performanslı laboratuar hava masaya bir Faraday kafesi içinde udies amperometri kayıtları (Şekil 4) sırasında sinyal gürültüsünü azaltmak için. Kalibrasyon mümkün olan en iyi şekilde veri toplama başlangıç ​​yakın yapılır. In vivo uygulamalar için kalibrasyon için en uygun zaman hayvan ameliyat sonrası iyileşme döneminde olduğunu. </li><li> Ex vivo kalibrasyon <ol><li> 10 döngü için 100 mV / sn bir hızda 500 mV -500 mV ile sensörler devirli kalibrasyon odası içinde voltametri gerçekleştirin. Bu büyük ölçüde sensör duyarlılığını arttırır. 10 döngüleri gözlenen izleri Şekil 5&#39;e bakınız. </li><li> Son döngüden sonra 600 mV sensörleri polarize. Sensör akımı bir asimptotuna bozulacaktır. Sabit bir okuma 5 dakikalık bir minimum sonra elde edilir. Sıfır okuma kaydedin. </li></ol></li><li> In vivo sensör kalibrasyonu <ol><li> In vivo senso üzerinde voltametri yapmayınrs. Bunun yerine, mV ila +500 30 saniye için kalibrasyon odasında sensörü polarize. Sonra 0 mV potansiyostatı ayarlamak ve sensör akımı bir asimptotuna yükselmesine izin verin. Sensör akımı asimptotuna en az 2 dakika sürecektir. Sıfır okuma kaydedin. </li></ol></li><li> Ardışık istenen algılama aralığı kapsayan bir kalibrasyon hattı üretmek için odasına ATP çözeltisi set miktarda ekleyebilirsiniz. ATP odasına boyunca eşit dağılır olarak ATP çözüm çürüme tarafından takip başlangıçta sensör sinyali keskin bir tepe üretir. Tutanak sinyal değerleri sinyal seviyesi bir kez. Her ATP ilavesinden sonra Şekil 6A ve 7 izlerini stabilize ve sırasıyla vivo çalışmalar hem ex vivo ve ATP konsantrasyonlarını önerdi. NOT: Bu Analitlerin temizleyiciler kullanılarak elektrotların seçiciliğini onaylamak için önemlidir. Mevcut protokol H &lt;ATP sensör ve katalaz özgünlüğünü test etmek için kullanılır apirazsub&gt; 2 O 2 sinyali (Şekil 6B). Ilaçların tatbik edilecek ise, sensör ile reaktiviteleri ölçümleri çalışma öncesi belirlenmelidir. </li><li> ATP sensörü (sıfır seviyesinin (Şekil 7) azaltmalıdır ATP uygulama tarafından üretilen akım spesifıkliğini test etmede 2 mg / ml (89 BM / mg) olan bir stok apiraz 3 ul ekle. </li><li> (2 O 2 uygulama sıfır okuma azaltmak gerekir H tarafından üretilen akım) null sensörü özgünlüğünü test etmek için 2mg / ml stok (100 UN / mg) katalaz 3 ul ekleyin. </li></ol> Sensör Araştırmalar 2. Hayvan Cerrahisi <ol><li> Ex vivo Cerrahisi <ol><li> Izofluran (% 5 indüksiyon,% 1.5 2.5 bakım) / tıbbi sınıf O 2 ya da başka bir onaylanmış yöntemle deneysel hayvan anestezisi. 12 Hayvanlar sürekli olarak anestezi yeterli düzeyde sağlanması için izlenmesi gerekir 15 &#39;. Stmümkün solunum hızı ve ayak tutam tepki uygun anestezi onaylamak için kullanılır. Onaylı IACUC protokollerine göre hayvan Euthanize: Not. Tüm hayatta olmayan prosedürlerin tamamlanmasıyla hayvanın 12 insani ölümünü sağlamak için pnömotoraks uyaran torakotomi ile derinden anestezi hayvanlar euthanize. </li><li> Sırtüstü pozisyonda sıcaklık kontrollü cerrahi masaya sıçan yerleştirin. Uygun bir anestezi derinliği muhafaza edilirken, sol böbrek doğrultusunda yaklaşık 5 sm bir orta hat kesi yapmak ve merkezden uzak karın aortu maruz kalmaktadır. </li><li> Çölyak ve superior mezenterik arterler ve bu arterlerin üzerinde abdominal aorta etrafında bitişik harfleri sarın ama Arter yok. Renal arterlerin altında abdominal aorta etrafında iki bitişik harfler sarın. </li><li> Bitişik harfler üzerinde abdominal aorta Kelepçe. Alt bitişik harfleri bağlayın. Polietilen boru (PE50) ile abdominal aorta kateter. İkinci aort ligature ile kateter sabitleyin. </li><li> Kelepçesini çıkartın ve mezenterik ve çölyak arterler Arter. Böbrek tamamen beyazlatılmış kadar 2-3 dakika süresince oda sıcaklığında Hanks Dengelenmiş Tuz Çözeltisi ile 6 ml / dk böbrek serpmek. </li><li> Aort kısmını bağlı böbrek ve kateter, tüketim. Banyo çözeltisi ile dolu bir 3 mi Petri kabı içine böbrek yerleştirin. Not: Deney protokolü, oda sıcaklığında gerçekleştirilebilir. 145 NaCl, 4.5 KCl, 2 MgCl2, 1 CaCl2, 10 HEPES, pH NaOH ile ayarlanmış 7,35: banyo çözeltisi mM içerir. </li></ol></li><li> In vivo cerrahi <ol><li> Onaylı IACUC protokolleri kullanarak sıçan anestezisi. In vivo analiz için ketamin sıçanlar (20 mg / kg im), Inactin (50 mg / kg ip) anestezi. Hayvanlar sürekli olarak anestezi yeterli düzeyde sağlanması için izlenmesi gerekir. Kararlı bir solunum hızı ve ayak tutam tepki uygun anestezi onaylamak için kullanılır. </li><li> Uygun anestezi derinliği elde sonraed, hava tablo üzerinde bulunan sıcaklık kontrollü bir topraklanmış bir yüzey üzerine sırt üstü yatırıldı sıçan yerleştirin. Yüzey önceden ısıtılmış ve 36 ° C &#39;de muhafaza edilmesi gerekir. </li><li> Uygun anestezi derinliği korurken, böbrek doğrultusunda ensizyon yaklaşık 5 cm olun. </li><li> Saptırmak ve tüm böbrek görünür şekilde deri ve deri altı doku demirlemek bir sütür kullanın. Herhangi bir hareket eserler en aza indirmek için bir böbrek fincan böbrek yerleştirin. </li><li> Kan hacmi muhafaza etmek için, jugularis damarından 1 ml / 100 g / saatlik bir% 0.9 NaCl,% 2 BSA, bir IV infüzyonu kullanın. İdrar toplama hem üreterler cannulate. Yer superior mezenterik ve çölyak arterler etrafında bağlar ve böbrek perfüzyon basıncı (Şekil 10A) manipülasyonu için uzak aortal. </li><li> Farmakolojik ajanların uygulanması in vivo deneyler sırasında gerekli ise, bir geçiş kateter yerleştirilmesi (Şekil 10B önerilir </strong&gt;). </li></ol></li></ol> 3. Veri Toplama Ayarları <ol><li> Veri toplama programını açın ve her iki ex vivo ve Anodik Pozitif in vivo deneylerde kendi polarite ayarlayın. ASCII kodu olarak verileri kaydetmek için programı ayarlayabilirsiniz. </li><li> Böbreklerin sensörler hızlı yerleştirilmesi için mikromanipülatörler yerleştirin. NOT: Alternatif olarak, sensörlerin istenen yerleşim ulaşmanıza yardımcı olmak için mikromanipülatör bağlı bir kukla prob kullanın. </li><li> Ex vivo veri toplama <ol><li> / Dakika 650 ul sabit bir oranda kanül yoluyla aort (2.1.6) banyo çözeltisi ile böbrek serpmek. Cerrahi makas kullanarak dikkatlice sensör yerleştirilmesi için gerekli olan böbrek kapsülü, kaldırın. </li><li> Lastik bantlar böbrek üzerinde sarılı ve iğnelerle silikon kaplı çanak bağlı olan böbrek sabitleyin. </li><li> Ucu batık ile petri böbrek yakın referans elektrot yerleştirintampon çözeltisi. </li></ol></li><li> In vivo veri toplama <ol><li> Bir böbrek fincan böbrek yerleştirin. Hayvanın soyu ve yaşına bağlı olarak. Gevşek böbreği tutan bardak bir boyutunu kullanmak 8 görünen programları böbrek bardak iki boyutları Şekil. Benzer bardak gibi micropuncture vs 16 böbrek işlevinin analiz odaklı farklı fizyolojik yaklaşımlar kullanılmaktadır. Böbrek fincan pozisyon hayvan nefes tarafından üretilen mekanik gürültü çıkarmak için çok önemlidir, ancak müdahale veya böbrek perfüzyon veya idrar akışını engellemeyin olmalıdır: Not. </li><li> Veri toplama gerçekleştirmeden önce iyileşme süresi 45 dakika bekleyin. </li><li> Bir 26-30G iğne kullanarak, böbrek sensörün istenen konuma ve derinlikte bir delik delme. Dönen kanı temizlemek için yüzey delik kurulayın. Böbrek yüzeyine bir gliserol çözeltisini ekleyin. Bu deney sırasında kurumasını böbrek yüzeyini önleyecektir. </li&gt; <li> Rehidrasyon odasından, ilk sensörünü çıkarın ve mikromanipülatör eklemek. Çabuk, 20 saniye içinde, böbrekte taze oluşturulan deliğe elektrot yerleştirin. Yineleyin boş sensör için 3,5-3,9 adımları. </li><li> Sensörlerden gelen gelen böbrek içine yaklaşık 1 cm referans elektrot yerleştirin. </li></ol></li><li> Potentiyostat açın ve bilgisayara kayıt programı etkinleştirin. 9 ex vivo böbrek veri toplama son kurulumunu göstermektedir. 10 eklenen bir kateter ile in vivo böbrek veri toplama son kurulumunu göstermektedir. </li></ol> 4. Veri Analizi <ol><li> Menşe veya başka bir benzer yazılım içine ASCII veri dosyasını içe aktarın. </li><li> Konsantrasyon geçerli ilişki <ol><li> Geçerli bir lineer konsantrasyon (x- ekseni) oluşturmak için ATP veya H 2 (y -Axis) ilişki lineer uyum / tahmin etmek işlevini kullanın </sub&gt; O 2 kalibrasyon noktası (Şekil 6 ve 7). doğrusal fit satır: y = mx + b </li></ol></li><li> Konsantrasyona akımı Equate </li><li> Hücre içi ATP tarafından üretilen gerçek akımı elde etmek için ATP sensörünün olanlardan boş sensörünün ölçülen izleri çıkarın. </li><li> 4.2.1 detaylı kalibrasyon denklem kullanılarak nM&#39;ye amperometri ile elde edilen pA ATP değerleri dönüştürür. &quot;X&quot; değeri her bir düzeltilmiş akımı ithal ve y (analitin konsantrasyonu) için çözerek ATP sensörünün çıkarılır veri izi konsantrasyonunu belirlemek. </li><li> Gerekirse Benzer şekilde, kalibrasyon denklemi H 2 O 2 konsantrasyonu hesaplayın. </li></ol>

<ol>
	<li>Palygin, O., Staruschenko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+endogenous+substances+with+enzymatic+microelectrode+biosensors+in+the+kidney.">Detection of endogenous substances with enzymatic microelectrode biosensors in the kidney.</a> Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 305, 89-91 (2013).</li><li>Clark, L. C., Lyons, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode+systems+for+continuous+monitoring+in+cardiovascular+surgery.">Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery.</a> Ann N Y Acad Sci. 102, 29-45 (1962).</li><li>Haruyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+nanobiotechnology+for+biosensing+cellular+responses.">Micro- and nanobiotechnology for biosensing cellular responses.</a> Adv Drug Deliv Rev. 55, 393-401 (2003).</li><li>Huckstepp, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connexin+hemichannel-mediated+CO2-dependent+release+of+ATP+in+the+medulla+oblongata+contributes+to+central+respiratory+chemosensitivity.">Connexin hemichannel-mediated CO2-dependent release of ATP in the medulla oblongata contributes to central respiratory chemosensitivity.</a> J Physiol. 588, 3901-3920 (2010).</li><li>Lopatar, J., Dale, N., Frenguelli, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minor+contribution+of+ATP+P2+receptors+to+electrically-evoked+electrographic+seizure+activity+in+hippocampal+slices:+Evidence+from+purine+biosensors+and+P2+receptor+agonists+and+antagonists.">Minor contribution of ATP P2 receptors to electrically-evoked electrographic seizure activity in hippocampal slices: Evidence from purine biosensors and P2 receptor agonists and antagonists.</a> Neuropharmacology. 61, 25-34 (2011).</li><li>Avshalumov, M. V., Chen, B. T., Marshall, S. P., Pena, D. M., Rice, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate-dependent+inhibition+of+dopamine+release+in+striatum+is+mediated+by+a+new+diffusible+messenger,+H2O2.">Glutamate-dependent inhibition of dopamine release in striatum is mediated by a new diffusible messenger, H2O2.</a> J Neurosci. 23, 2744-2750 (2003).</li><li>Frenguelli, B. G., Wigmore, G., Llaudet, E., Dale, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+and+mechanistic+dissociation+of+ATP+and+adenosine+release+during+ischaemia+in+the+mammalian+hippocampus.">Temporal and mechanistic dissociation of ATP and adenosine release during ischaemia in the mammalian hippocampus.</a> J. Neurochem. 101, 1400-1413 (2007).</li><li>Lalo, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exocytosis+of+ATP+from+astrocytes+modulates+phasic+and+tonic+inhibition+in+the+neocortex.">Exocytosis of ATP from astrocytes modulates phasic and tonic inhibition in the neocortex.</a> PLoS Biol. 12, e1001747 (2014).</li><li>Heinrich, A., Ando, R. D., Turi, G., Rozsa, B., Sperlagh, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=K++depolarization+evokes+ATP,+adenosine+and+glutamate+release+from+glia+in+rat+hippocampus:+a+microelectrode+biosensor+study.">K+ depolarization evokes ATP, adenosine and glutamate release from glia in rat hippocampus: a microelectrode biosensor study.</a> Br.J Pharmacol. 167, 1003-1020 (2012).</li><li>Dale, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purinergic+signaling+in+hypothalamic+tanycytes:+potential+roles+in+chemosensing.">Purinergic signaling in hypothalamic tanycytes: potential roles in chemosensing.</a> Semin Cell Dev Biol. 22, 237-244 (2011).</li><li>Gourine, A. V., Llaudet, E., Dale, N., Spyer, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+of+ATP+in+the+ventral+medulla+during+hypoxia+in+rats:+role+in+hypoxic+ventilatory+response.">Release of ATP in the ventral medulla during hypoxia in rats: role in hypoxic ventilatory response.</a> J Neurosci. 25, 1211-1218 (2005).</li><li>Palygin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+electrochemical+detection+of+ATP+and+H2O2+release+in+freshly+isolated+kidneys.">Real-time electrochemical detection of ATP and H2O2 release in freshly isolated kidneys.</a> Am J Physiol Renal Physiol. , (2013).</li><li>Thome-Duret, V., Gangnerau, M. N., Zhang, Y., Wilson, G. S., Reach, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modification+of+the+sensitivity+of+glucose+sensor+implanted+into+subcutaneous+tissue.">Modification of the sensitivity of glucose sensor implanted into subcutaneous tissue.</a> Diabetes Metab. 22, 174-178 (1996).</li><li>Wilson, G. S., Gifford, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensors+for+real-time+in+vivo+measurements.">Biosensors for real-time in vivo measurements.</a> Biosens. Bioelectron. 20, 2388-2403 (2005).</li><li>Ilatovskaya, D., Staruschenko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Channel+Analysis+of+TRPC+Channels+in+the+Podocytes+of+Freshly+Isolated+Glomeruli.">Single-Channel Analysis of TRPC Channels in the Podocytes of Freshly Isolated Glomeruli.</a> Methods Mol Biol. 998, 355-369 (2013).</li><li>Stockand, J. D., Vallon, V., Ortiz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+and+ex+vivo+analysis+of+tubule+function.">In vivo and ex vivo analysis of tubule function.</a> Compr Physiol. 2, 2495-2525 (2012).</li><li>Turner, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensors:+Fundamentals+and+applications+-+Historic+book+now+open+access.">Biosensors: Fundamentals and applications - Historic book now open access.</a> Biosens. Bioelectron. 65C, A1 (2014).</li><li>Kauffmann, J. M., Guilbault, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme+electrode+biosensors:+theory+and+applications.">Enzyme electrode biosensors: theory and applications.</a> Methods Biochem Anal. 36, 63-113 (1992).</li><li>Barlett, P. N., Cooper, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+immobilization+of+enzymes+in+electropolymerized+films.">A review of the immobilization of enzymes in electropolymerized films.</a> J Electroanal Chem. 362, 1-12 (1993).</li><li>Kano, K., Morikage, K., Uno, B., Esaka, Y., Goto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme+microelectrodes+for+choline+and+acetylcholine+and+their+applications.">Enzyme microelectrodes for choline and acetylcholine and their applications.</a> Anal Chim Acta. 299, 69-74 (1994).</li><li>Llaudet, E., Hatz, S., Droniou, M., Dale, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectrode+biosensor+for+real-time+measurement+of+ATP+in+biological+tissue.">Microelectrode biosensor for real-time measurement of ATP in biological tissue.</a> Anal Chem. 77, 3267-3273 (2005).</li><li>Llaudet, E., Botting, N. P., Crayston, J. A., Dale, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-enzyme+microelectrode+sensor+for+detecting+purine+release+from+central+nervous+system.">A three-enzyme microelectrode sensor for detecting purine release from central nervous system.</a> Biosens Bioelectron. 18, 43-52 (2003).</li><li>Cosnier, S., Lepellec, A., Guidetti, B., Isabelle, R. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+biosensor+sensitivity+in+aqueous+and+organic+solvents+using+a+combination+of+poly(pyrrole-ammonium)+and+poly(pyrrole-lactobionamide)+films+as+host+matrices.">Enhancement of biosensor sensitivity in aqueous and organic solvents using a combination of poly(pyrrole-ammonium) and poly(pyrrole-lactobionamide) films as host matrices.</a> J Electroanal Chem. 449, 165-171 (1998).</li><li>Gourine, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Astrocytes+control+breathing+through+pH-dependent+release+of+ATP.">Astrocytes control breathing through pH-dependent release of ATP.</a> Science. 329, 571-575 (2010).</li><li>Kluess, H. A., Stone, A. J., Evanson, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ATP+overflow+in+skeletal+muscle+1A+arterioles.">ATP overflow in skeletal muscle 1A arterioles.</a> J. Physiol. 588, 3089-3100 (2010).</li><li>Nishiyama, A., Jackson, K. E., Majid, D. S., Rahman, M., Navar, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Renal+interstitial+fluid+ATP+responses+to+arterial+pressure+and+tubuloglomerular+feedback+activation+during+calcium+channel+blockade.">Renal interstitial fluid ATP responses to arterial pressure and tubuloglomerular feedback activation during calcium channel blockade.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 290, H772-H777 (2006).</li><li>Jin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+renal+perfusion+pressure+on+renal+medullary+hydrogen+peroxide+and+nitric+oxide+production.">Effects of renal perfusion pressure on renal medullary hydrogen peroxide and nitric oxide production.</a> Hypertension. 53, 1048-1053 (2009).</li><li>Khan, A. S., Michael, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasive+consequences+of+using+micro-electrodes+and+microdialysis+probes+in+the+brain.">Invasive consequences of using micro-electrodes and microdialysis probes in the brain.</a> Trends Anal. Chem. 22, 503-508 (2003).</li></ol>

Bu yazının video kaydı için Sensörler Sarissa Biyomedikal Limited (Coventry, İngiltere) tarafından sağlandı.

Mevcut protokoller ATP gelişmiş zamansal ve uzaysal çözünürlüğü sağlamak için geliştirilmiştir ve ex vivo perfüze izole ve in vivo kan perfüze böbrekler için H 2 O 2 sinyal. Protokolleri ve burada kullanılan sensörler arasındaki farklar farmakolojik ajanlar ve fizyolojik çalışmalar biri için uygun veri toplama sağlar. Protokoller 1) sensör kalibrasyonu, 2) cerrahi prosedür, 3) veri toplama kurulumu ve 4) veri analizi oluşmaktadır. Onlar çok deneysel koşullar i?...

(Aynı zamanda mevcut el yazması sensörleri olarak başvurulan) Enzimatik mikroelektrot biyosensör hücre ve dokuları, canlı, dinamik sinyal süreçleri incelemek için değerli bir araç olmuştur. Sensörler biyolojik ilgili konsantrasyonlarda hücre sinyal molekülleri zamansal ve uzaysal çözünürlüğü artmış sağlarlar. Bunun yerine örnekleme ve uzun süre boyunca aralıklarla alınan hücre dışı sıvıların analiz enzimleri analit tepki olarak, bu sensörler, böylece gerçek zamanlı ölçümleri 1,2 üreten, hızlı yanıt verir. Pürin ya da hidrojen peroksit ve bunların serbest bırakılması dinamikleri gibi otokrin ve parakrin faktörler, interstisyel konsantrasyonları hızlı tespiti, normal ve patolojik koşullarda 3 ilaçların etkileri için bir profil oluşturmak için de kullanılabilir. Şu anda, sensörler kullanılarak uygulamalar çoğunluğu beyin dokusu dilimleri ve hücre kültürlerinde 4-10 olmuştur. Bu yazının amacı ayrıntılı protokollerdoğru bütün böbreklerde analitlerin gerçek zamanlı konsantrasyonlarını ölçmek için araçlar kurar. Aşağıdaki protokoller interstisyel ATP ve H böbrekte 2 O 2 sinyal incelemek için geliştirilmiştir. Böbreğin yerli ortamında, hücre dışı ATP hızla türevleri (ADP, AMP ve adenozin) içine endojen ectonucleotidases tarafından katabolize edilir. Burada kullanılan sensör diğer pürin ATP bozunma ürünleri üzerinde 11 ATP&#39;ye son derece seçicidirler. ATP serbest bırakılması ve sinyal fonksiyonu sürekli ve dinamik konsantrasyonlarının doğru izlenmesini sağlayan bu büyük bir avantaj sunuyor. İnterstisyel ATP konsantrasyonu iki Mikroelektronlar kombinasyonu, bir ATP sensörü ve null sensörü kullanılarak ölçülür. Katalaz uygulamaları ile birlikte boş sensör interstisyel H 2 O 2 konsantrasyonu 12 tespit edebiliyor. Aşağıdaki protokoller senso iki farklı tasarımlar kullanınYa ex vivo veya in vivo uygulamalarda optimum özelliklere sahip rs. Her iki tasarım bir sensör enzimatik katmanın içerdiği gliserol kinaz ve gliserol-3-fosfat oksidaz sıralı katalitik reaksiyon dayanır ve ATP mevcudiyetinde tarafından tahrik edilir. Ex vivo çalışmalarda kullanılan sensörlerin grubu, H2O 2, son enzimatik reaksiyon ürünü olarak bir platin / iridyum (Pt-Ir) telidir ilgili oksidasyonu ile tespit edilir. In vivo çalışmalar için sensörler yerine, kan ile perfüze doku için tasarlanmış bir mediatör kaplı altın elektrot üzerinde 2 O 2 redüksiyon H dayanmaktadır. Bu yazıda anlatılan her iki protokol şeması Şekil 1&#39;de gösterilmektedir. Bu bağlanmış enzimler yoksun hariç boş sensör karşılık gelen ATP sensörü ile aynıdır. Bu nedenle, katalaz enzimi ile H2O 2 saptanmasına ek olarak, sıfır sensör meaSures nonspesifik müdahaleler. ATP konsantrasyonları Boş nonspesifik müdahaleler ve ATP sensörü sinyali arka plan H 2 O 2 algılandı çıkarılmasıyla hesaplanır. Çeşitli sensörleri ayrıca karşılık gelen Null ile eşleştirilmiş in vivo adenozin ionosine, hipoksantin, asetilkolin, kolin, glutamat, glikoz, laktat, ex vivo uygulamalar ya da adenozin ionosine d-serin ve hipoksantin gibi diğer analitler tespit etmek için ticari olarak temin edilebilir sensörü. Doğru analitlerin tespit sensörün yeteneği düzgün öncesi ve sonrası kalibrasyon 13 bağlıdır. Bu analiz, biyolojik dokularda kullanım sırasında meydana sensör hassasiyeti sürüklenme hesapları sağlar. Sensör sensör enzimatik reaksiyonlarda reaktif madde olarak kullanılan bir gliserol depo tutar. Sensör gliserol içeren banyo çözümlerinde kullanılan değilse, zamanla yıkayın olacaktır. Shorter rayıt kez o zaman sensör kayması en aza indirmek için gereklidir. Ayrıca büyük sensörlerin 14 duyarlılığını azaltabilir endojen proteazlar ve protein parçaları ile kirlenme sensör. Mevcut elyazması ex vivo ve in vivo böbrek hazırlıklarında enzimatik mikroelektrot biyosensörler kullanımını kurar. Gerçek zamanlı analit ölçümü böbrek hastalıkları ve farmakolojik ajanların mekanizmalarına yeni bakış açıları ortaya çıkarabilir hücresel sinyal görülmemiş ayrıntı sağlar.

<table><tbody><tr><td>Sensor Kit</td><td>Sarissa Biomedical</td><td>SBK-ATP-05-125</td><td>The kit includes storage bottle, rehydration chamber, electrode leads, and reference electrodes.&amp;nbsp; Also included with the kit is the user&#039;s choice of sensors.</td></tr><tr><td>Sarissaprobe ATP Biosensor 125 &amp;mu;m</td><td>Sarissa Biomedical</td><td>SBS-ATP-05-125</td><td>store at 2-8 &lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C before use</td></tr><tr><td>Sarissagold ATP Biosensor 50 &amp;mu;m</td><td>Sarissa Biomedical</td><td>SGS-ATP-10-50</td><td>store at 2-8 &lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C before use</td></tr><tr><td>Sarissaprobe null sensor 125 &amp;mu;m</td><td>Sarissa Biomedical</td><td>SBS-NUL-20-125</td><td>store at 2-8 &lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C before use</td></tr><tr><td>Sarissagold null sensor 50 &amp;mu;m</td><td>Sarissa Biomedical</td><td>SGS-NUL-10-50</td><td>store at 2-8 &lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C before use</td></tr><tr><td>Sarissaprobe ATP Manual</td><td>Sarissa Biomedical</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sarissa-biomedical.com/media/31563/instructions-atp.pdf&quot;&gt;http://www.sarissa-biomedical.com/media/31563/instructions-atp.pdf&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Faraday cage&amp;nbsp;</td><td>TMC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dual channel potentiostat</td><td>Digi-Ivy</td><td>DY2021</td><td>Type II Faraday cage</td></tr><tr><td>Data acquisition program</td><td>Digi-Ivy</td><td>DY2000</td><td></td></tr><tr><td>Perfusion pump</td><td>Razel Scientific Instruments</td><td>Model R99E</td><td></td></tr><tr><td>Fiber optic illuminator</td><td>Schott</td><td>ACE 1</td><td></td></tr><tr><td>micromanipulator</td><td>Narishige</td><td>MM-3</td><td></td></tr><tr><td>micromanipulator magnetic stand</td><td>Narishige</td><td>GJ-8</td><td></td></tr><tr><td>air table</td><td>TMC</td><td>63-500</td><td></td></tr><tr><td>isoflurane ventilator</td><td>LEI Medical</td><td>M2000</td><td></td></tr><tr><td>3 ml petri dish</td><td>Fisher Scientific</td><td>S3358OA</td><td></td></tr><tr><td>needle</td><td>Santa Cruz</td><td></td><td>26-30 G</td></tr><tr><td>pins</td><td></td><td></td><td>Standard dissection pins</td></tr><tr><td>catheter</td><td></td><td></td><td>Polyethylene tubing (PE50)</td></tr><tr><td>catheter tissue glue</td><td>Vetbond</td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>suture</td><td>Look</td><td>SP117</td><td></td></tr><tr><td>rubber bands</td><td></td><td></td><td>any 2-4 mm wide rubber bands</td></tr><tr><td>silicone</td><td>Momentive</td><td>RTV-615 Clear 1#</td><td></td></tr><tr><td>clamp</td><td>Fine Science Tools</td><td>18052-03</td><td></td></tr><tr><td>standard dissection kit</td><td></td><td></td><td>Kit should include scalpel and dissection sissors&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Kidney Cup</td><td></td><td></td><td>Of own design</td></tr><tr><td>standard chemicals</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ATP</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6559-25UMO</td><td>100 mM ATP solution</td></tr><tr><td>hydrogen peroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>216763</td><td></td></tr><tr><td>glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G9012</td><td></td></tr><tr><td>Apyrase</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A7646</td><td></td></tr><tr><td>Catalase</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C40</td><td></td></tr><tr><td>isoflurane</td><td>Clipper</td><td>10250</td><td></td></tr><tr><td>inactin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T133</td><td></td></tr><tr><td>ketamine</td><td>Clipper</td><td>2010012</td><td></td></tr><tr><td>Hanks Balanced Salt Solution&amp;nbsp;</td><td>Gibco</td><td>14025092</td><td></td></tr></tbody></table>

use of enzymatic biosensors to quantify endogenous atp or h2o2 in the kidney

Enzimatik mikroelektrot biyosensörler yaygın gerçek zamanlı olarak hücre dışı sinyal ölçmek için kullanılmıştır. Bunların kullanımı çoğu Beyin dilimleri ve nöronal hücre kültürleri ile sınırlı olmuştur. Son zamanlarda, bu teknoloji, bütün organlara uygulanmıştır. Sensör tasarımı gelişmeler kan ile perfüze vivo böbreklerde hücre sinyallemesinin ölçüm mümkün kılmıştır. Mevcut protokoller sıçan böbrek interstisyumda ATP ve H 2 O 2 sinyalizasyon ölçmek için gereken adımları listeler. İki ayrı bir sensör tasarımları ex vivo ve in vivo protokoller kullanılır. Sensörün Her iki tür de hızlı bir yanıt, duyarlı ve seçici biyosensörler vermek üzere bir seçici geçirgenliğe tabakanın üzerine ince bir enzimatik biolayer ile kaplanır. Seçici geçirgenliğe tabakası biyolojik dokuda interferents sinyal korur ve enzimatik tabakanın gliserol kinaz ve gliserol-3-Phos sıralı katalitik reaksiyon kullanırATP varlığında phate oksidaz H2O 2 üretmek. Ex vivo çalışmalar için kullanılan sensörler grubu ayrıca bir platin / iridyum (Pt-Ir) telidir ilgili H2O 2 oksidasyonu ile analiti tespit edildi. In vivo çalışmalar için sensörler yerine, kan ile perfüze doku için tasarlanmış bir mediatör kaplı altın elektrot üzerinde H2O 2 indirgenmesi dayanmaktadır. Nihai konsantrasyon değişiklikleri analit bilinen konsantrasyonlarına kalibrasyon ardından gerçek zamanlı amperometri ile tespit edilir. Buna ek olarak, amperometrik sinyalin spesifıkliği O 2 ve ATP buna H2 parçalayan örneğin katalaz gibi enzimler ve apiraz ilavesiyle kontrol edilebilir. Bu sensörler ayrıca önce ve her bir deney sonrasında doğru kalibrasyon temeline dayanmaktadır. Aşağıdaki iki protokol ATP ve H2 Gerçek zamanlı saptama çalışma oluşturulmasıBöbrek dokularında O 2, ve daha fazla başka biyolojik karışımların veya bütün organlarda kullanım için tarif edilen yöntem genişletmek için değiştirilebilir.

Enzimatik mikroelektrot biyosensör tasarımı bütün böbreklerde analitlerin gerçek zamanlı algılanmasını sağlar. Her iki ex vivo veya in vivo çalışmalar genel deney tasarımı kullanılan Şekil 1 hayranlarıyla sensörleri gösterilmiştir ve cerrahi işlemler çalışmaya bağlı olarak farklılık ex vivo veya in vivo olduğu. Tekrarlanabilir sonuçlar, doğru öncesi ve sonrası kalibrasyon elde etmek olan kritik. ...

Watch this Scientific Journal Video about Use of Enzymatic Biosensors to Quantify Endogenous ATP or H2O2 in the Kidney at JoVE.com

Use of Enzymatic Biosensors to Quantify Endogenous ATP or H2O2 in the Kidney

Enzymatic microelectrode biosensors enable real-time measurements of extracellular cell signaling in biologically-relevant concentrations. The following protocols extend the applications of biosensors to the ex vivo and in vivo detection of ATP and H2O2 in the kidney.

Enzimatik Biyosensörlerin Kullanımı Endojen ATP veya H belirlememize<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 2</sub&gt; Böbrek

Enzymatic microelectrode biosensors have been widely used to measure extracellular signaling in real-time. Most of their use has been limited to brain ...

use-enzymatic-biosensors-to-quantify-endogenous-atp-or-h2o2

Research

JoVE Journal

Biology

Use of Enzymatic Biosensors to Quantify Endogenous ATP or H2O2 in the Kidney

11.9K Görüntüleme.  Medical College of Wisconsin. Enzymatic microelectrode biosensors enable real-time measurements of extracellular cell signaling in biologically-relevant concentrations. The following protocols extend the applications of biosensors to the ex vivo and in vivo detection of ATP and H2O2 in the kidney. 

Video: Use of Enzymatic Biosensors to Quantify Endogenous ATP or H2O2 in the Kidney

Imaging Approaches to Assessments of Toxicological Oxidative Stress Using Genetically-encoded Fluorogenic Sensors

While oxidative stress is a commonly cited toxicological mechanism, conventional methods to study it suffer from a number of shortcomings, including destruction of the sample, introduction of potential artifacts, and a lack of specificity for the reactive species involved. Thus, there is a current need in the field of toxicology for non-destructive, sensitive, and specific methods that can be used to observe and quantify intracellular redox perturbations, more commonly referred to as oxidative stress. Here, we present a method for the use of two genetically-encoded fluorogenic sensors, roGFP2 and HyPer, to be used in live-cell imaging studies to observe xenobiotic-induced oxidative responses. roGFP2 equilibrates with the glutathione redox potential (EGSH), while HyPer directly detects hydrogen peroxide (H2O2). Both sensors can be expressed into various cell types via transfection or transduction, and can be targeted to specific cellular compartments. Most importantly, live-cell microscopy using these sensors offers high spatial and temporal resolution that is not possible using conventional methods. Changes in the fluorescence intensity monitored at 510 nm serves as the readout for both genetically-encoded fluorogenic sensors when sequentially excited by 404 nm and 488 nm light. This property makes both sensors ratiometric, eliminating common microscopy artifacts and correcting for differences in sensor expression between cells. This methodology can be applied across a variety of fluorometric platforms capable of exciting and collecting emissions at the prescribed wavelengths, making it suitable for use with confocal imaging systems, conventional wide-field microscopy, and plate readers. Both genetically-encoded fluorogenic sensors have been used in a variety of cell types and toxicological studies to monitor cellular EGSH and H2O2 generation in real-time. Outlined here is a standardized method that is widely adaptable across cell types and fluorometric platforms for the application of roGFP2 and HyPer in live-cell toxicological assessments of oxidative stress.

This manuscript describes the use of genetically-encoded fluorogenic reporters in an application of live-cell imaging for the examination of xenobiotic-induced oxidative stress. This experimental approach offers unparalleled spatiotemporal resolution, sensitivity, and specificity while avoiding many of the shortcomings of conventional methods used for the detection of toxicological oxidative stress.

Genetik olarak kodlanmış Fluorogenic sensörleri kullanarak toksikolojik oksidatif stres ilişkin Değerlendirmeler yaklaşımlar görüntüleme

While oxidative stress is a commonly cited toxicological mechanism, conventional methods to study it suffer from a number of shortcomings, including ...

Kanser Araştırmaları

Simultaneous Measurement of Superoxide/Hydrogen Peroxide and NADH Production by Flavin-containing Mitochondrial Dehydrogenases

It has been reported that mitochondria can contain up to 12 enzymatic sources of reactive oxygen species (ROS). A majority of these sites include flavin-dependent respiratory complexes and dehydrogenases that produce a mixture of superoxide (O2&#9679;-) and hydrogen peroxide (H2O2). Accurate quantification of the ROS-producing potential of individual sites in isolated mitochondria can be challenging due to the presence of antioxidant defense systems&#160;and side reactions that also form O2&#9679;-/H2O2. Use&#160;of nonspecific inhibitors that can disrupt mitochondrial bioenergetics can also compromise measurements by altering&#160;ROS release from other sites of production. Here, we present an easy method for the simultaneous measurement of H2O2 release and nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) production by purified flavin-linked dehydrogenases. For our purposes here, we have used purified pyruvate dehydrogenase complex (PDHC) and &#945;-ketoglutarate dehydrogenase complex (KGDHC) of porcine heart origin as examples. This method allows for an accurate measure of native H2O2 release rates by individual sites of production by eliminating other potential sources of ROS and antioxidant systems. In addition, this method allows for a direct comparison of the relationship between H2O2 release and enzyme activity and the screening of the effectiveness and selectivity of inhibitors for ROS production. Overall, this approach can allow for the in-depth assessment of native rates of ROS release for individual enzymes prior to conducting more sophisticated experiments with isolated mitochondria or permeabilized muscle fiber.

Mitochondria contain several flavin-dependent enzymes that can produce reactive oxygen species (ROS). Monitoring ROS release from individual sites in mitochondria is challenging due to unwanted side reactions. We present an easy, inexpensive method for direct assessment of native rates for ROS release using purified flavoenzymes and microplate fluorometry.

Süperoksit/hidrojen peroksit ve NADH üretim mitokondriyal Dehydrogenases Flavin içeren tarafından eş zamanlı ölçüm

It has been reported that mitochondria can contain up to 12 enzymatic sources of reactive oxygen species (ROS). A majority of these sites include ...

Biyokimya

Ratiometric Biosensors that Measure Mitochondrial Redox State and ATP in Living Yeast Cells

Mitochondria have roles in many cellular processes, from energy metabolism and calcium homeostasis to control of cellular lifespan and programmed cell death. These processes affect and are affected by the redox status of and ATP production by mitochondria. Here, we describe the use of two ratiometric, genetically encoded biosensors that can detect mitochondrial redox state and ATP levels at subcellular resolution in living yeast cells. Mitochondrial redox state is measured using redox-sensitive Green Fluorescent Protein (roGFP) that is targeted to the mitochondrial matrix. Mito-roGFP contains cysteines at positions 147 and 204 of GFP, which undergo reversible and environment-dependent oxidation and reduction, which in turn alter the excitation spectrum of the protein. MitGO-ATeam is a F&ouml;rster resonance energy transfer (FRET) probe in which the &epsilon; subunit of the FoF1-ATP synthase is sandwiched between FRET donor and acceptor fluorescent proteins. Binding of ATP to the &epsilon; subunit results in conformation changes in the protein that bring the FRET donor and acceptor in close proximity and allow for fluorescence resonance energy transfer from the donor to acceptor.

We describe the use of two ratiometric, genetically encoded biosensors, which are based on GFP, to monitor mitochondrial redox state and ATP levels at subcellular resolution in living yeast cells.

Yaşam Maya Hücreleri Mitokondriyal Redoks Devlet ve ATP ölçün oranlı metrik Biyosensörler

Mitochondria have roles in many cellular processes, from energy metabolism and calcium homeostasis to control of cellular lifespan and programmed cell ...

Biyomühendislik

A Semi-High-Throughput Adaptation of the NADH-Coupled ATPase Assay for Screening Small Molecule Inhibitors

ATPase enzymes utilize the free energy stored in adenosine triphosphate to catalyze a wide variety of endergonic biochemical processes in vivo that would not occur spontaneously. These proteins are crucial for essentially all aspects of cellular life, including metabolism, cell division, responses to environmental changes and movement. The protocol presented here describes a nicotinamide adenine dinucleotide (NADH)-coupled ATPase assay that has been adapted to semi-high throughput screening of small molecule ATPase inhibitors. The assay has been applied to cardiac and skeletal muscle myosin II's, two actin-based molecular motor ATPases, as a proof of principle. The hydrolysis of ATP is coupled to the oxidation of NADH by enzymatic reactions in the assay. First, the ADP generated by the ATPase is regenerated to ATP by pyruvate kinase (PK). PK catalyzes the transition of phosphoenolpyruvate (PEP) to pyruvate in parallel. Subsequently, pyruvate is reduced to lactate by lactate dehydrogenase (LDH), which catalyzes the oxidation of NADH in parallel. Thus, the decrease in ATP concentration is directly correlated to the decrease in NADH concentration, which is followed by change to the intrinsic fluorescence of NADH. As long as PEP is available in the reaction system, the ADP concentration remains very low, avoiding inhibition of the ATPase enzyme by its own product. Moreover, the ATP concentration remains nearly constant, yielding linear time courses. The fluorescence is monitored continuously, which allows for easy estimation of the quality of data and helps to filter out potential artifacts (e.g., arising from compound precipitation or thermal changes).

A nicotinamide adenine dinucleotide (NADH)-coupled ATPase assay has been adapted to semihigh throughput screening of small molecule myosin inhibitors. This kinetic assay is run in a 384-well microplate format with total reaction volumes of only 20 &#181;L per well. The platform should be applicable to virtually any ADP producing enzyme.

Küçük Molekül Inhibitörlerinin Taranması için NADH-Coupled ATPase Tsay'ın Yarı-Yüksek İş-İşLenme Adaptasyonu

ATPase enzymes utilize the free energy stored in adenosine triphosphate to catalyze a wide variety of endergonic biochemical processes in vivo that would ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and allostasis. Moreover, dysregulated protease activity drives pathogenesis and is a functional biomarker of diseases such as cancer; therefore, the ability to detect protease activity in vivo may provide clinically relevant information for biomedical diagnostics. The goal of this protocol is to create nanosensors that probe for protease activity in vivo by producing a quantifiable signal in urine. These protease nanosensors consist of two components: a nanoparticle and substrate. The nanoparticle functions to increase circulation half-life and substrate delivery to target disease sites. The substrate is a short peptide sequence (6-8 AA), which is designed to be specific to a target protease or group of proteases. The substrate is conjugated to the surface of the nanoparticle and is terminated by a reporter, such as a fluorescent marker, for detection. As dysregulated proteases cleave the peptide substrate, the reporter is filtered into urine for quantification as a biomarker of protease activity. Herein we describe construction of a nanosensor for matrix metalloproteinase 9 (MMP9), which is associated with tumor progression and metastasis, for detection of colorectal cancer in a mouse model.

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are tightly regulated enzymes involved in fundamental biological processes, and dysregulated protease activity drives progression of complex diseases such as cancer. This method&#39;s goal is to create nanosensors that measure protease activity in vivo by producing a cleavage signal that is detectable from host urine and discriminates disease.

Nanosensors için noninvaziv tanı koyma proteaz aktivitesi Vivo tespit

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Assessment of Mitochondrial Functions and Cell Viability in Renal Cells Overexpressing Protein Kinase C Isozymes

The protein kinase C (PKC) family of isozymes is involved in numerous physiological and pathological processes. Our recent data demonstrate that PKC regulates mitochondrial function and cellular energy status. Numerous reports demonstrated that the activation of PKC-a and PKC-&epsilon; improves mitochondrial function in the ischemic heart and mediates cardioprotection. In contrast, we have demonstrated that PKC-&alpha; and PKC-&epsilon; are involved in nephrotoxicant-induced mitochondrial dysfunction and cell death in kidney cells. Therefore, the goal of this study was to develop an in vitro model of renal cells maintaining active mitochondrial functions in which PKC isozymes could be selectively activated or inhibited to determine their role in regulation of oxidative phosphorylation and cell survival. Primary cultures of renal proximal tubular cells (RPTC) were cultured in improved conditions resulting in mitochondrial respiration and activity of mitochondrial enzymes similar to those in RPTC in vivo. Because traditional transfection techniques (Lipofectamine, electroporation) are inefficient in primary cultures and have adverse effects on mitochondrial function, PKC-&epsilon; mutant cDNAs were delivered to RPTC through adenoviral vectors. This approach results in transfection of over 90% cultured RPTC.
Here, we present methods for assessing the role of PKC-&epsilon; in: 1. regulation of mitochondrial morphology and functions associated with ATP synthesis, and 2. survival of RPTC in primary culture. PKC-&epsilon; is activated by overexpressing the constitutively active PKC-&epsilon; mutant. PKC-&epsilon; is inhibited by overexpressing the inactive mutant of PKC-&epsilon;. Mitochondrial function is assessed by examining respiration, integrity of the respiratory chain, activities of respiratory complexes and F0F1-ATPase, ATP production rate, and ATP content. Respiration is assessed in digitonin-permeabilized RPTC as state 3 (maximum respiration in the presence of excess substrates and ADP) and uncoupled respirations. Integrity of the respiratory chain is assessed by measuring activities of all four complexes of the respiratory chain in isolated mitochondria. Capacity of oxidative phosphorylation is evaluated by measuring the mitochondrial membrane potential, ATP production rate, and activity of F0F1-ATPase. Energy status of RPTC is assessed by determining the intracellular ATP content. Mitochondrial morphology in live cells is visualized using MitoTracker Red 580, a fluorescent dye that specifically accumulates in mitochondria, and live monolayers are examined under a fluorescent microscope. RPTC viability is assessed using annexin V/propidium iodide staining followed by flow cytometry to determine apoptosis and oncosis.
These methods allow for a selective activation/inhibition of individual PKC isozymes to assess their role in cellular functions in a variety of physiological and pathological conditions that can be reproduced in in vitro.

The effects of activation of protein kinase C (PKC) isozymes on mitochondrial functions associated with respiration and oxidative phosphorylation and on cell viability are described. The approach adapts adenoviral technique to selectively overexpress PKC isozymes in primary cell culture and a variety of assays to determine mitochondrial functions and energy status of the cell.

Böbrek Hücreleri aşırı eksprese eden protein kinaz C izozimlerinin Mitokondriyal Fonksiyonlar ve Hücre Canlılık Değerlendirilmesi

The protein kinase C (PKC) family of isozymes is involved in numerous physiological and pathological processes. Our recent data demonstrate that PKC ...

Biyoloji

A Simple Bioassay for the Evaluation of Vascular Endothelial Growth Factors

The analysis of receptor tyrosine kinases and their interacting ligands involved in vascular biology is often challenging due to the constitutive expression of families of related receptors, a broad range of related ligands and the difficulty of dealing with primary cultures of specialized endothelial cells. Here we describe a bioassay for the detection of ligands to the vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGFR-2), a key transducer of signals that promote angiogenesis and lymphangiogenesis. A cDNA encoding a fusion of the extracellular (ligand-binding) region of VEGFR-2 with the transmembrane and cytoplasmic regions of the erythropoietin receptor (EpoR) is expressed in the factor-dependent cell line Ba/F3. This cell line grows in the presence of interleukin-3 (IL-3) and withdrawal of this factor results in death of the cells within 24 hr. Expression of the VEGFR-2/EpoR receptor fusion provides an alternative mechanism to promote survival and potentially proliferation of stably transfected Ba/F3 cells in the presence of a ligand capable of binding and cross-linking the extracellular portion of the fusion protein (i.e., one that can cross-link the VEGFR-2 extracellular region). The assay can be performed in two ways: a semi-quantitative approach in which small volumes of ligand and cells permit a rapid result in 24 hr, and a quantitative approach involving surrogate markers of a viable cell number. The assay is relatively easy to perform, is highly responsive to known VEGFR-2 ligands and can accommodate extracellular inhibitors of VEGFR-2 signaling such as monoclonal antibodies to the receptor or ligands, and soluble ligand traps.

We describe a simple cell-based bioassay for detecting, quantifying and monitoring the activity of members of the vascular endothelial growth factor family of ligands. The assay uses chimeric receptors expressed in a factor-dependent cell line to provide a semi-quantitative or quantitative assessment of receptor binding and cross-linking by the ligand.

Vasküler Endotelyal Büyüme Faktörlerinin Değerlendirilmesi için Basit Biyoassay

The analysis of receptor tyrosine kinases and their interacting ligands involved in vascular biology is often challenging due to the constitutive ...

Measuring In Vitro ATPase Activity for Enzymatic Characterization

Adenosine triphosphate-hydrolyzing enzymes, or ATPases, play a critical role in a diverse array of cellular functions. These dynamic proteins can generate energy for mechanical work, such as protein trafficking and degradation, solute transport, and cellular movements. The protocol described here is a basic assay for measuring the in vitro activity of purified ATPases for functional characterization. Proteins hydrolyze ATP in a reaction that results in inorganic phosphate release, and the amount of phosphate liberated is then quantitated using a colorimetric assay. This highly adaptable protocol can be adjusted to measure ATPase activity in kinetic or endpoint assays. A representative protocol is provided here based on the activity and requirements of EpsE, the AAA+ ATPase involved in Type II Secretion in the bacterium Vibrio cholerae. The amount of purified protein needed to measure activity, length of the assay and the timing and number of sampling intervals, buffer and salt composition, temperature, co-factors, stimulants (if any), etc. may vary from those described here, and thus some optimization may be necessary. This protocol provides a basic framework for characterizing ATPases and can be performed quickly and easily adjusted as necessary.

Measuring In Vitro ATPase Activity for Enzymatic Characterization

We describe a basic protocol for quantitating in vitro ATPase activity. This protocol can be optimized based on the level of activity and requirements for a given purified ATPase.

ölçme<em&gt; İn Vitro</emEnzimatik Karakterizasyonu için&gt; ATPaz Aktivitesi

Adenosine triphosphate-hydrolyzing enzymes, or ATPases, play a critical role in a diverse array of cellular functions. These dynamic proteins can generate ...

Identification of the Source of Secreted Proteins in the Kidney by Brefeldin A Injection

Chronic kidney disease (CKD) is one of the top ten leading causes of death in the USA. Acute kidney injury (AKI), while often recoverable, predisposes patients to CKD later in life. Kidney epithelial cells have been identified as key signaling nodes in both AKI and CKD, whereby the cells can determine the course of the disease through the secretion of cytokines and other proteins. In CKD especially, several lines of evidence have demonstrated that maladaptively repaired tubular cells drive disease progression through the secretion of transforming growth factor-beta (TGF-&#946;), connective tissue growth factor (CTGF), and other profibrotic cytokines. However, identifying the source and the relative number of secreted proteins from different cell types in vivo remains challenging.
This paper describes a technique using brefeldin A (BFA) to prevent the secretion of cytokines, enabling the staining of cytokines in kidney tissue using standard immunofluorescent techniques. BFA inhibits endoplasmic reticulum (ER)-to-Golgi apparatus transport, which is necessary for the secretion of cytokines and other proteins. Injection of BFA 6 h before sacrifice leads to a build-up of TGF-&#946;, PDGF, and CTGF inside the proximal tubule cells (PTCs) in a mouse cisplatin model of AKI and TGF-&#946; in&#160;a mouse aristolochic acid (AA) model of CKD. Analysis revealed that BFA + cisplatin or BFA + AA increased TGF-&#946;-positive signal significantly compared to BFA + saline, cisplatin, or AA alone. These data suggest that BFA can be used to identify the cell type producing specific cytokines and quantify the relative amounts and/or different types of cytokines produced.

Identifying the cell type responsible for secreting cytokines is necessary to understand the pathobiology of kidney disease. Here, we describe a method to quantitatively stain kidney tissue for cytokines produced by kidney epithelial or interstitial cells using brefeldin A, a secretion inhibitor, and cell-type-specific markers.

Chronic kidney disease (CKD) is one of the top ten leading causes of death in the USA. Acute kidney injury (AKI), while often recoverable, predisposes ...

Canlı Maya Hücrelerinde Mitokondriyal Peroksitin mtHyper7 Kullanılarak Görüntülenmesi

Imaging of mtHyPer7, a Ratiometric Biosensor for Mitochondrial Peroxide, in Living Yeast Cells

Mitochondrial dysfunction, or functional alteration, is found in many diseases and conditions, including neurodegenerative and musculoskeletal disorders, cancer, and normal aging. Here, an approach is described to assess mitochondrial function in living yeast cells at cellular and subcellular resolutions using a genetically encoded, minimally invasive, ratiometric biosensor. The biosensor, mitochondria-targeted HyPer7 (mtHyPer7), detects hydrogen peroxide (H2O2) in mitochondria. It consists of a mitochondrial signal sequence fused to a circularly permuted fluorescent protein and the H2O2-responsive domain of a bacterial OxyR protein. The biosensor is generated and integrated into the yeast genome using a CRISPR-Cas9 marker-free system, for&#160;more consistent expression compared to plasmid-borne constructs.
mtHyPer7 is quantitatively targeted to mitochondria, has no detectable effect on yeast growth rate or mitochondrial morphology, and provides a quantitative readout for mitochondrial H2O2 under normal growth conditions and upon exposure to oxidative stress. This protocol explains how to optimize imaging conditions using a spinning-disk confocal microscope system and perform quantitative analysis using freely available software. These tools make it possible to collect rich spatiotemporal information on mitochondria both within cells and among cells in a population. Moreover, the workflow described here can be used to validate other biosensors.

Yazar Spotlight: Mitokondriyal Araştırmaları İlerletmek - Hücre Altı Analiz için mtHyper7 Biyosensör 

Hydrogen peroxide (H2O2) is both a source of oxidative damage and a signaling molecule. This protocol describes how to measure mitochondrial H2O2 using mitochondria-targeted HyPer7 (mtHyPer7), a genetically encoded ratiometric biosensor, in living yeast. It details how to optimize imaging conditions and perform quantitative cellular and subcellular analysis using freely available software.

Mitokondriyal Peroksit için Oransal Bir Biyosensör olan mtHyPer7'nin Canlı Maya Hücrelerinde Görüntülenmesi

Mitochondrial dysfunction, or functional alteration, is found in many diseases and conditions, including neurodegenerative and musculoskeletal disorders, ...

Enzimatik Biyosensörlerin Kullanımı Endojen ATP veya H belirlememize

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler