Name: x-ray diffraction of intact murine skeletal muscle as a tool for studying the structural basis of muscle disease
Uploaded: 2019-07-18T12:30:00
Duration: 8 min 26 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about X-ray Diffraction of Intact Murine Skeletal Muscle as a Tool for Studying the Structural Basis of Muscle Disease at JoVE.com

इस शोध में उन्नत फोटॉन स्रोत के संसाधनों का उपयोग किया गया, जो अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) विज्ञान प्रयोक्ता सुविधा का कार्यालय है जो अनुबंध संख्या के तहत आर्गन राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा विज्ञान के डीओई कार्यालय के लिए संचालित है। डे-AC02-06CH11357. इस परियोजना के स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान के सामान्य चिकित्सा विज्ञान संस्थान से अनुदान P41 GM103622 द्वारा समर्थित किया गया था. Pilatus 3 1M डिटेक्टर का उपयोग NIGMS से अनुदान 1S10OD018090-01 द्वारा प्रदान की गई थी. सामग्री पूरी तरह से लेखकों की जिम्मेदारी है और जरूरी नहीं कि राष्ट्रीय सामान्य चिकित्सा विज्ञान संस्थान या स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थानों के आधिकारिक विचारों को प्रतिबिंबित करता है.

<ol>
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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dimensions+of+knee+and+ankle+muscles+and+the+forces+they+exert.">The dimensions of knee and ankle muscles and the forces they exert.</a> Journal of Human Movement Studies. 1, 115-123 (1975).</li><li>Burkholder, T. J., Fingado, B., Baron, S., Lieber, 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=Relationship+between+Muscle-Fiber+Types+and+Sizes+and+Muscle+Architectural+Properties+in+the+Mouse+Hindlimb.">Relationship between Muscle-Fiber Types and Sizes and Muscle Architectural Properties in the Mouse Hindlimb.</a> Journal of Morphology. 221 (2), 177-190 (1994).</li><li>Jiratrakanvong, J., 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=.">.</a> MuscleX: software suite for diffraction X-ray imaging V1.13.1. , (2018).</li><li>Reconditi, M., 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=Myosin+filament+activation+in+the+heart+is+tuned+to+the+mechanical+task.">Myosin filament activation in the heart is tuned to the mechanical task.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (12), 3240-3245 (2017).</li></ol>

लेखक घोषणा करते हैं कि उनका कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित नहीं है।

हमारे समूह से हाल के प्रकाशनों से पता चला है कि माउस कंकाल की मांसपेशियों से एक्स-रे पैटर्न स्वास्थ्य और रोग1,2,3 विशेष रूप से के साथ में मांसपेशियों से सार्कोरिक संरचनात्मक जानकारी पर प्रकाश डाला करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है विभिन्न मायोपैथियों के लिए आनुवंशिक संशोधित माउस मॉडल की बढ़ी हुई उपलब्धता। एक्स-रे विवर्तन के साथ संयुक्त एकल फाइबर या छोटे बंडलों पर उच्च संकल्प यांत्रिक अध्ययन सबसे अच्छा विशेषज्ञों द्वारा किया जाता है। यदि, तथापि, और अधिक मामूली यांत्रिक जानकारी अपने प्रयोजनों के लिए पर्याप्त होगा, पूरी मांसपेशियों की तैयारी एक साधारण तैयारी से विस्तृत एक्स-रे पैटर्न के संग्रह की अनुमति देता है.
एक स्वच्छ विच्छेदन एक सफल संयुक्त यांत्रिक और एक्स-रे प्रयोग की कुंजी है। विच्छेदन के दौरान एकमात्र या ईडीएल मांसपेशियों से जुड़ी अन्य मांसपेशियों को लक्ष्य की मांसपेशियों के साथ-साथ खींचने के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण नहीं है क्योंकि यह मांसपेशियों के कुछ हिस्सों को फाड़ सकता है और कम बल का कारण बन सकता है। यह भी क्षतिग्रस्त आंतरिक संरचना है कि एक्स-रे पैटर्न नीचा होगा करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। के बाद से सब कुछ एक्स-रे बीम में तितर बितर होगा, यह दूर किसी भी अतिरिक्त वसा की सफाई करने के लिए महत्वपूर्ण है, फासिया में कोलेजन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से किसी भी बाल या ऊतक के ढीले टुकड़े करते हुए निम्नलिखित प्रोटोकॉल कर रही है. मांसपेशियों की तैयारी में अतिरिक्त अनुपालन को कम करने के लिए, यह भी सुरक्षित रूप से हुक करने के लिए tendons टाई करने के लिए महत्वपूर्ण है, यह हानिकारक के बिना मांसपेशियों के शरीर के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में.
विभिन्न एक्स-रे जोखिम समय एक ही मांसपेशी से जानकारी के विभिन्न प्रकार प्रदान कर सकते हैं। 18ID पर पूर्ण बीम का उपयोग करते हुए, एक एनालिज़बल विषुवतीय पैटर्न 1 एमएस एक्सपोजर में प्राप्त किया जा सकता है (चित्र 2डदेखें)। एक analyzable पहले मायोसिन परत लाइन प्रतिबिंब के लिए, एक 10 एमएस कुल जोखिम समय आम तौर पर आवश्यक है. इस तरह के M15 (2.8 एनएम myosin meridional प्रतिबिंब) और 2.7 एनएम actin meridional प्रतिबिंब के रूप में उच्च आदेश meridional प्रतिबिंब इकट्ठा करने के लिए, आम तौर पर कम से कम 1 s कुल जोखिम की आवश्यकता है, लेकिन अधिक से अधिक 2 s कुल जोखिम उच्च सटीकता के लिए सिफारिश की है माप.
प्रयोग के लिए इष्टतम एक्स-रे डिटेक्टर का चुनाव महत्वपूर्ण है। सबसे विस्तृत एक्स-रे पैटर्न के लिए एक अनुकूलित सीसीडी डिटेक्टर, जैसे ca. 40 डिग्री मीटर पिक्सल और फॉस्फोर में $65 डिग्री बिंदु प्रसार कार्यों के साथ BioCAT पर एक, उच्च गतिशील रेंज और अच्छा स्थानिक संकल्प के साथ पैटर्न प्रदान कर सकते हैं, लेकिन केवल एक समय में एक फ्रेम ले जा सकते हैं। समय हल प्रयोगों के लिए, BioCAT पर फोटॉन गिनती पिक्सेल सरणी डिटेक्टर 500 हर्ट्ज पर एक्स-रे पैटर्न एकत्र कर सकते हैं. इस डिटेक्टर के साथ 172 डिग्री पिक्सेल आकार, तथापि, मध्याह्न के भीतरी भाग के विस्तृत अध्ययन के लिए पर्याप्त स्थानिक संकल्प प्रदान नहीं करता है, लेकिन सबसे अन्य प्रयोजनों के लिए पर्याप्त है. BioCAT एक उच्च संकल्प फोटॉन गिनती डिटेक्टर 9,000 हर्ट्ज की अधिकतम फ्रेम दर पर 75 डिग्री वास्तविक संकल्प प्रदान हासिल की. इस प्रकार के इसी तरह डिटेक्टरों अगले कुछ वर्षों में मांसपेशियों के अध्ययन के लिए वर्तमान डिटेक्टरों supplant की उम्मीद कर रहे हैं.
तीसरी पीढ़ी के सिंक्रोट्रॉन पर एक्स-रे के बहुत उच्च प्रवाह के साथ, विकिरण क्षति एक गंभीर चिंता का विषय है। यह हमेशा बीम को क्षीण करने के लिए वांछित विवर्तन सुविधाओं का निरीक्षण करने की आवश्यकता से अधिक बीम देने के लिए एक अच्छा विकल्प है। एक क्षीण बीम से जोखिम समय को लम्बा करके एक ही कुल एक्स-रे जोखिम प्राप्त किया जा सकता है। फोटॉन गिनती पिक्सेल सरणी डिटेक्टरों का एक लाभ यह है कि अलग-अलग फ्रेम कोई शोर दंड के साथ एक साथ summed किया जा सकता है. फिर भी, विकिरण क्षति संभव है. विकिरण क्षति के लक्षण संकुचन की अधिकतम बल की बूंद भी शामिल है, परत लाइन प्रतिबिंब के smearing, यहां तक कि मांसपेशियों के रंग का परिवर्तन.
बरकरार माउस कंकाल की मांसपेशियों की तैयारी की सीमाओं में से एक प्रयोगों के दौरान बरकरार मांसपेशियों से सार्कोमर लंबाई प्राप्त करने में कठिनाई है. मांसपेशियों वीडियो माइक्रोस्कोपी और लेजर विवर्तन के लिए बहुत मोटी हैं. जबकि भविष्य के विकास के साथ, विवर्तन पैटर्न14से सीधे सार्कोमयर लंबाई का अनुमान लगाना संभव हो सकता है , निकट अवधि में प्रयोग के बाद इसे मापने का एकमात्र विकल्प है जैसा कि यहां वर्णित है।

सिंक्रोट्रॉन छोटे कोण एक्स-रे विवर्तन शारीरिक स्थितियों के तहत सक्रिय रूप से मांसपेशियों की तैयारी करार के एनएम पैमाने पर संरचना का अध्ययन करने के लिए पसंद की विधि है। महत्वपूर्ण बात, रहने या चमड़ी मांसपेशियों की तैयारी से संरचनात्मक जानकारी शारीरिक डेटा के साथ तुल्यकालन में प्राप्त किया जा सकता है, इस तरह के मांसपेशियों की ताकत और लंबाई में परिवर्तन के रूप में. विरासत में मिली मांसपेशियों की बीमारियों के संरचनात्मक आधार का अध्ययन करने के लिए इस तकनीक को लागू करने में रुचि बढ़ रही है जो सार्कोरिक प्रोटीन में बिंदु उत्परिवर्तनों में उनके आधार हैं। मांसपेशी biophysics समुदाय संरचनात्मक अध्ययन के लिए आदर्श परीक्षण बेड प्रदान कर सकता है कि इन मानव रोग की स्थिति के लिए ट्रांसजेनिक माउस मॉडल पैदा करने में बहुत सक्रिय किया गया है. हमारे समूह1,2,3 और अन्य4,5 से हाल के प्रकाशनों ने संकेत दिया है कि माउस एक्स-रे पैटर्न से एक्स-रे पैटर्न (EDL) और तलवंसी मांसपेशियों सभी प्रदान कर सकते हैं विवर्तन की जानकारी मेंढक और खरगोश psoas कंकाल की मांसपेशी के रूप में अधिक पारंपरिक मॉडल जीवों से उपलब्ध है. माउस कंकाल की मांसपेशियों की तैयारी का एक लाभ विच्छेदन की आसानी और बुनियादी झिल्ली-intact प्रदर्शन, पूरे मांसपेशी शारीरिक प्रयोगों है. विच्छेदन पेशी के आयाम ों की मात्रा बहुत कम एक्स-रे जोखिम समय में अत्यधिक विस्तृत मांसपेशी पैटर्न उपज करने के लिए पर्याप्त द्रव्यमान है ($millisecond प्रति फ्रेम) तीसरी पीढ़ी के एक्स-रे बीमलाइनपरपर.
मांसपेशी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न विषुवतीय परावर्तन, मेड्रिलीय परावर्तन के साथ-साथ परत रेखा परावर्तन से मिलकर बनता है। विषुवतीय तीव्रता अनुपात (1,1 और 1,0 विषुवतीय परावर्तन की तीव्रता का अनुपात, I11/I10),संलग्न क्रॉस-पुलों की संख्या से निकटता से संबंधित है, जो माउस कंकाल की मांसपेशी में उत्पन्न बल के लिए आनुपातिक है 2. मोटे और पतले तंतुओं के भीतर आवर्तियों की रिपोर्ट करने वाले मेरिडियल परावर्तन का उपयोग तंतु एक्स्टेंसिबिलिटी1,3,6,7का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है . मध्यातुदार और भूमध्य रेखा पर नहीं डिफ्राक्शन सुविधाओं को परत लाइनें कहा जाता है, जो मोटे फिलामेंट रीढ़ की सतह पर लगभग helically आदेश दिया मायोसिन सिर से उत्पन्न होने के साथ ही लगभग helically आदेश दिया पतली फिलामेंट. मायोसिन परत रेखाओं की तीव्रता विभिन्न परिस्थितियों2,8के अधीन मायोसिन शीर्षों के आदेश की डिग्री से निकटता से संबंधित है . इस जानकारी के सभी स्वास्थ्य और रोग में situ में सार्किक प्रोटीन के व्यवहार का अध्ययन किया जा सकता है.
मांसपेशियों का सिन्क्रोट्रॉन एक्स-रे विवर्तन ऐतिहासिक रूप से अत्यधिक विशिष्ट विशेषज्ञों की टीमों द्वारा किया गया है लेकिन प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में प्रगति और नए डेटा न्यूनीकरण उपकरणों की उपलब्धता से संकेत मिलता है कि यह हमेशा मामला नहीं होना चाहिए। उन्नत फोटॉन स्रोत पर BioCAT Beamline 18ID, Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला मांसपेशियों का एक्स-रे विवर्तन प्रयोगों है कि क्षेत्र के लिए नए लोगों की मदद कर सकते हैं प्रदर्शन के लिए कर्मचारियों और समर्थन सुविधाओं को समर्पित किया है इन तकनीकों का उपयोग कर में शुरू हो जाओ. कई उपयोगकर्ताओं को औपचारिक रूप से BioCAT कर्मचारियों के साथ सहयोग करने के लिए चुनते हैं, लेकिन उपयोगकर्ताओं की बढ़ती संख्या वे प्रयोगों कर सकते हैं और विश्लेषण खुद बीमलाइन कर्मचारियों पर बोझ को कम करने लगता है. इस कागज के प्राथमिक लक्ष्य के लिए प्रशिक्षण है कि वे योजना और माउस कंकाल मांसपेशी प्रणाली पर या तो BioCAT बीमलाइन पर या अन्य उच्च प्रवाह beamlines के आसपास पर प्रयोगों को निष्पादित करने की जरूरत के साथ संभावित प्रयोगकर्ताओं प्रदान करता है प्रदान करना है दुनिया जहां इन प्रयोगों संभव हो जाएगा.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:793px;" width="793">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:240px;">#5 forceps</td>
			<td style="width:131px;">WPI</td>
			<td style="width:87px;">500342</td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:240px;">4/0 surgical suture</td>
			<td style="width:131px;">Braintree Sci</td>
			<td>SUT-S 108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">aquarium air stone</td>
			<td>uxcell</td>
			<td></td>
			<td>a regular air stone from a pet store would be fine</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">CaCl2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C5670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CCD detector</td>
			<td>Rayonix Inc</td>
			<td>MAR 165 CCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">data accquisition system</td>
			<td>Aurora Scientific Inc</td>
			<td>610A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:240px;">elastomer compound</td>
			<td style="width:131px;">Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HEPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H3375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:240px;">High resolution photon counting detector</td>
			<td>Dectris Inc</td>
			<td>EIGER X 500K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">high-power bi-phasic current stimulator</td>
			<td>Aurora Scientific Inc</td>
			<td>701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Iris Scissors</td>
			<td style="width:131px;">WPI</td>
			<td>501263-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">KCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9541</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">MgSO4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:240px;">micro scissor</td>
			<td style="width:131px;">WPI</td>
			<td>503365</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">motor/force transducer</td>
			<td>Aurora Scientific Inc</td>
			<td>300C-LR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:240px;">petri-dish</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>CLS430167</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">photon counting detector</td>
			<td>Dectris Inc</td>
			<td>Pilatus 3 1M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Stainless Steel wire</td>
			<td style="width:131px;">McMaster-carr</td>
			<td>8908K21</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Suture Tying Forceps</td>
			<td style="width:131px;">WPI</td>
			<td>504498</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Video sarcomere length measuring system</td>
			<td>Aurora Scientific Inc</td>
			<td>900B</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

x-ray diffraction of intact murine skeletal muscle as a tool for studying the structural basis of muscle disease

ट्रांसजेनिक माउस मॉडल कंकाल की मांसपेशी के उन सहित मानव रोगों के लिए phenotype करने के लिए जीनोटाइप के रिश्ते का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण उपकरण किया गया है. माउस कंकाल की मांसपेशी तीसरी पीढ़ी synchron बीमलाइनों पर उच्च गुणवत्ता वाले एक्स-रे विवर्तन पैटर्न का उत्पादन करने के लिए दिखाया गया है स्वास्थ्य और रोग में कार्यात्मक phenotypes के लिए जीनोटाइप के स्तर पर परिवर्तन जोड़ने के लिए एक अवसर प्रदान करने का निर्धारण करके आनुवंशिक परिवर्तन के संरचनात्मक परिणाम. हम नमूनों की तैयारी के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, एक्स-रे पैटर्न इकट्ठा करते हैं और एक्स-रे पैटर्न से प्रासंगिक संरचनात्मक पैरामीटर निकालते हैं जो स्वयं के लिए ऐसे प्रयोगों को करने के इच्छुक गाइड प्रयोगकर्ताओं की मदद कर सकते हैं।

आइसोमेट्रिक टेटेनिक संकुचन. क्लासिक मांसपेशी यांत्रिक प्रयोग के किसी भी प्रकार, इस तरह के आइसोमेट्रिक या आइसोटोनिक संकुचन के रूप में, एक्स-रे पैटर्न के एक साथ अधिग्रहण के साथ किया जा सकता है। चित्र 1 एक यांत्रिक और एक्स-रे प्रयोगों के लिए प्रयोगात्मक सेटअप से पता चलता है। किसी समदूरीक टेटेनिक संकुचन के लिए एक उदाहरण बल ट्रेस चित्र 1खमें दर्शाया गया है। मांसपेशियों के लिए आराम में आयोजित किया गया था 0.5 s से पहले सक्रिय 1 s. यांत्रिक रिकॉर्डिंग उत्तेजना के बाद 1 s बंद हो जाता है. एक्स-रे पैटर्न लगातार प्रोटोकॉल भर में 500 हर्ट्ज पर 1 एमएस जोखिम समय पर एकत्र किए गए थे।
एक्स-रे विवर्तन पैटर्न। मांसपेशी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न सार्कोमरे के अंदर संरचनाओं से नैनोमीटर संकल्प संरचनात्मक जानकारी दे सकता है। मांसपेशी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न भूमध्य रेखा और मध्याह्न से विभाजित चार समतुल्य वृत्ताकारों से बना है। विषुवतीय पैटर्न फाइबर अक्ष के लंबवत सार्कोमेरे के भीतर मायोफिलामेंट पैकिंग से उत्पन्न होता है, जबकि मेरिडॉलियन पैटर्न मांसपेशी अक्ष के साथ मायोफिलमेंट से संरचनात्मक जानकारी की रिपोर्ट करते हैं। शेष परावर्तन भूमध्य रेखा अथवा मध्याह्न रेखापर कहलाती है। परत रेखाएँ (उदा., चित्र 2कमें MLL4 और ALL6 लेबल की गई विशेषताएँ) मायोसिन के भीतर आण्विक उपइकाइयों की लगभग-कुंडलिक व्यवस्था से उत्पन्न होती हैं जिसमें मोटी तंतु और पतले तंतु होते हैं। मायोसिन आधारित परत रेखाएँ आराम की मांसपेशी से पैटर्न में मजबूत और तेज होती हैं (चित्र 2ए), जबकि एक्टिन-आधारित परत रेखाएं अनुबंधित मांसपेशी से पैटर्न में अधिक प्रमुख होती हैं (चित्र 2बी)। अनुबंध पैटर्न से आराम पैटर्न घटाकर प्राप्त अंतर पैटर्न (चित्र 2सी) स्वस्थ और रोगग्रस्त मांसपेशियों में बल विकास के दौरान संरचनात्मक परिवर्तन पर प्रकाश डाला जा सकता है. मांसपेशी संकुचन के दौरान आण्विक घटनाओं के मिली सेकंड समय पैमाने पर इन संरचनात्मक परिवर्तनों का पालन करके, एक्स-रे विवर्तन पैटर्न पर्याप्त संरचनात्मक जानकारी प्रकट कर सकते हैं (चित्र2ं)।
MuscleX का उपयोग कर डेटा विश्लेषण. यहाँ MuscleX पैकेज में "इक्वेटर" दिनचर्या का उपयोग कर विषुवतीय प्रतिबिंब विश्लेषण का एक उदाहरण है (चित्र 3)। MuscleX BioCAT13में विकसित एक खुला स्रोत विश्लेषण सॉफ्टवेयर पैकेज है। विषुवतीय तीव्रता अनुपात (I1,1/I1,0) आराम की मांसपेशी में एक्टिन के लिए मायोसिन की निकटता का सूचक है (चित्र 3क) जबकि यह अनुबंध में संलग्न क्रॉस-ब्रिजों की संख्या से निकटता से संबंधित है ( चित्र 3बी) मौरीन कंकाल की मांसपेशी2. तीव्रता अनुपात, मैं1,1/I1,0, के बारे में है 0.47 आराम मांसपेशियों में और के बारे में 1.2 करार मांसपेशियों में. दो 1,0 परावर्तन (2* स1,0) के बीच की दूरी अंतर-फिलामेंट रिक्ति से व्युत्क्रम रूप से संबंधित है। विस्तृत प्रलेखन और MuscleX के लिए मैनुअल ऑनलाइन उपलब्ध हैं13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59559/59559fig1.jpg"> चित्र 1 : यांत्रिक और एक्स-रे प्रयोग सेटअप और प्रोटोकॉल। (ए) पेशी एक छोर पर प्रायोगिक कक्ष के अंदर हुक पर तथा दूसरे छोर पर दोहरी मोड मोटर/बल ट्रांसड्यूसर की ओर बढ़ जाती है। यह एक्स-रे के माध्यम से पारित करने के लिए अनुमति देने के लिए दो Kapton फिल्म खिड़कियों के बीच आयोजित किया जाता है। कक्ष प्रयोग के दौरान 100% ऑक्सीजन के साथ perfused रिंगर समाधान से भर जाता है. (बी) टेटेनिक संकुचन के दौरान एक मांसपेशी पर एक्स-रे प्रयोगों के लिए यांत्रिक प्रोटोकॉल। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59559/59559fig1large.jpg" target="_blank">कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59559/59559fig2.jpg"> चित्र 2 : EDL एक्स-रे विवर्तन पैटर्न। ईडीएल मांसपेशी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न आराम से (ए) और करार (बी) पेशी. (सी) आराम और करार पैटर्न के बीच अंतर पैटर्न. नीले क्षेत्र आराम पैटर्न में उच्च तीव्रता इंगित करता है, जबकि पीले क्षेत्र अनुबंध पैटर्न में उच्च तीव्रता का प्रतिनिधित्व करता है। (घ) ईडीएल पेशी के साथ 1 एमएस एक्सपोजर से एक्स-रे विवर्तन पैटर्न। MLL1 - पहला आदेश मायोसिन परत लाइन; MLL4 - चौथा आदेश मायोसिन परत लाइन; ALL1 ] प्रथम आदेश actin परत लाइन ALL6 ] छठी आदेश actin परत लाइन; ALL7 ] सातवां आदेश actin परत लाइन; टीएम - ट्रोपोमायोसिन परावर्तन (एक सफेद बॉक्स द्वारा इंगित); M3 ] तृतीय क्रम meridional परावर्तन; M6 ] छठे क्रम meridional प्रतिबिंब. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59559/59559fig2large.jpg" target="_blank">कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59559/59559fig3.jpg"> चित्र 3 : MuscleX का उपयोग कर विषुवतीय पैटर्न के डेटा विश्लेषण. पृष्ठभूमि घटाया विषुवतीय तीव्रता अनुपात प्रोफ़ाइल (जबकि क्षेत्र) और पहले पांच आदेश (हरी लाइनों) प्रत्येक चोटी की तीव्रता की गणना करने के लिए फिट थे. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59559/59559fig3large.jpg" target="_blank">कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.</a>

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X-ray Diffraction of Intact Murine Skeletal Muscle as a Tool for Studying the Structural Basis of Muscle Disease

मांसपेशी रोग के संरचनात्मक आधार का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में बरकरार Murine कंकाल स्नायु का एक्स-रे Diffraction

हम बरकरार माउस कंकाल की मांसपेशियों का उपयोग कर छोटे कोण एक्स-रे विवर्तन प्रयोगों के प्रदर्शन के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। मानव रोगों के लिए ट्रांसजेनिक माउस मॉडल की व्यापक उपलब्धता के साथ, इस प्रयोगात्मक मंच आनुवंशिक मांसपेशियों की बीमारियों के संरचनात्मक आधार स्पष्ट करने के लिए एक उपयोगी परीक्षण बिस्तर फार्म कर सकते हैं

Transgenic mouse models have been important tools for studying the relationship of genotype to phenotype for human diseases including those of skeletal ...

शारीरिक रूप से बरकरार माउस कंकाल की मांसपेशी उच्च गुणवत्ता वाले एक्स-रे विवर्तन पैटर्न का उत्पादन कर सकती है जिसमें बहुत संरचनात्मक जानकारी होती है जो शारीरिक प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है। एक्स-रे विवर्तन एकमात्र तकनीक है जो वास्तविक शारीरिक समय में वास्तविक शारीरिक परिस्थितियों में मांसपेशियों के ऊतकों में रहने से उच्च रिज़ॉल्यूशन संरचनात्मक जानकारी के अधिग्रहण की अनुमति देती है। मांसपेशियों की कई बीमारियां विरासत में मिलती हैं।myopathies के अधिकांश मॉडलों को आनुवंशिक रूप से संशोधित करने के लिए बढ़ी हुई उपलब्धता के साथ, एक्स-रे विवर्तन रोग तंत्र में संरचनात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है और चिकित्सीय रणनीतियों को इंगित कर सकता है। अधिकांश एक्सटेंसर डिजोरम लांगस और सोलियस मांसपेशियां इस उद्देश्य के लिए विशेष रूप से सुविधाजनक हैं। लेकिन छोटे जानवरों में कई अन्य मांसपेशियों को बरकरार किया जा सकता है और इसी तरह से संभाला जा सकता है।प्रक्रिया शुरू करने से पहले, संयुक्त मोटर फोर्स ट्रांसड्यूसर, मोटर फोर्स ट्रांसड्यूसर नियंत्रक को उच्च शक्ति बिफेसिक वर्तमान उत्तेजक और कंप्यूटर नियंत्रण डेटा अधिग्रहण नियंत्रण प्रणाली के साथ चालू करें। इसके बाद, ठंडे घंटी के समाधान के साथ माउस के पिछले अंग पर त्वचा स्प्रे और जांघ के आसपास त्वचा को काटने के लिए ठीक विच्छेदन कैंची का उपयोग करें। नंबर पांच संदंश का उपयोग करना, मांसपेशियों को बेनकाब करने और हिंद अंग को काटना करने के लिए त्वचा को जल्दी से नीचे खींचें।अंग को एक इलास्टोमर-लेपित विच्छेदन पकवान में रखें जिसमें ऑक्सीजनयुक्त रिंगर का समाधान होता है और पकवान को दूरबीन विच्छेदन माइक्रोस्कोप के नीचे रखें। एकमात्र मांसपेशी को फसल करने के लिए, ऊपर की ओर गैस्ट्रोकनेमियस मांसपेशी के साथ हिंद अंग पिन करें। गैस्ट्रोस्नेमियस/सोलियस मांसपेशी समूह के डिस्टल टेंडन को काटने के लिए ठीक कैंची का उपयोग करें।गैस्ट्रोकनेमियस मांसपेशियों के दोनों ओर प्रावरणी को काट लें ताकि मांसपेशियों को धीरे-धीरे उठाया जा सके और धीरे-धीरे हड्डी से दूर किया जा सके। फिर सोलियस मांसपेशी के समीपस्थ कण्डरा को मुक्त करें। गैस्ट्रोकनेमियस मांसपेशी और डिश में डिस्टल टेंडन युक्त मांसपेशी समूह को पिन करें।एकमात्र मांसपेशी को धीरे-धीरे प्रॉक्सीमल टेंडन के माध्यम से उठाएं ताकि इसे गैस्ट्रोस्नेमियस मांसपेशियों से अलग किया जा सके, जिससे जितना संभव हो सके सोलस डिस्टल टेंडन बरकरार रहे। एक्सटेंसर डिजोरम लॉन्गस या ईडीएल मांसपेशी को फसल करने के लिए, डिश में पिछले अंग को टिबियालिस पूर्वकाल की मांसपेशी के साथ पिन करें और टिबियालिस पूर्वकाल की मांसपेशियों के साथ प्रावरणी को काटें। प्रावरणी को स्पष्ट खींचने और टिबियालिस पूर्वकाल की मांसपेशियों के डिस्टल टेंडन को काटने के लिए संदंश का उपयोग करें।टिबिलिस पूर्वकाल की मांसपेशी को उठाएं और ईडीएल मांसपेशियों पर खींचे बिना इसे ध्यान से काट लें, और दो टेंडन को बेनकाब करने के लिए घुटने के पार्श्व पक्ष को खोलें। समीपस्थ कण्डरा काटें, हमें संभव के रूप में बहुत टेंडन छोड़ अभी भी मांसपेशियों से जुड़ी है और धीरे से EDL मांसपेशी उठाने के लिए कण्डरा पर खींच । इसके बाद एक बार सामने आने के बाद डिस्टल टेंडन काट लें।काटा मांसपेशी माउंट करने के लिए, टेंडन के माध्यम से मांसपेशियों को पिन करें और जितना संभव हो उतना अतिरिक्त वसा, प्रावरणी और टेंडन ट्रिम करें। एक कण्डरा को पूर्व-बंधे गाँठ में डालें और सीवन को कसकर बांधने के लिए सीवन बांधने वाले संदंश का उपयोग करें। धातु हुक के चारों ओर दूसरी गाँठ बांधें और टेंडन के दूसरे छोर पर प्रक्रिया दोहराएं।फिर प्रायोगिक कक्ष के नीचे छोटे हुक को संलग्न करें, और लंबे हुक को ड्यूल-मोड फोर्स ट्रांसड्यूसर मोटर में दें। 100% ऑक्सीजन के साथ प्रयोगात्मक कक्ष में समाधान बुलबुला। उत्तेजना प्रोटोकॉल और मांसपेशियों की लंबाई को अनुकूलित करने के लिए ट्रांसड्यूसर मोटर से जुड़े माइक्रो जोड़तोड़ को समायोजित करने के लिए मांसपेशियों को फैलाने के लिए सबसे अच्छा उत्तेजना मापदंडों को खोजने के लिए 15 से 20 मिलीनॉटटन के बीच एक आधारभूत तनाव उत्पन्न करने के लिए।40 वोल्ट करने के लिए उत्तेजना वोल्टेज सेट करें। उत्तेजना वर्तमान व्यवस्थित रूप से वृद्धि की जाएगी जब तक कि चिकोटी बल में कोई अतिरिक्त वृद्धि नहीं होती है। इष्टतम लंबाई खोजने के लिए, मांसपेशियों की लंबाई बढ़ाएं और मांसपेशियों को एक चिकोटी के साथ सक्रिय करें जब तक कि सक्रिय बल बढ़ना बंद न कर ले।बढ़ते परीक्षण और मांसपेशियों को आवश्यक के रूप में इष्टतम आधारभूत बल पर वापस फैलाने के लिए एक दूसरे tetanic संकुचन प्रदर्शन करते हैं। फिर एक डिजिटल कैलिपर के साथ मिलीमीटर में मांसपेशियों की लंबाई रिकॉर्ड करें। बीम की स्थिति निर्धारित करने के लिए, एक्स-रे संवेदनशील कागज के एक टुकड़े का उपयोग करें जो एक्स-रे और एक वीडियो क्रॉसहेयर जनरेटर के जवाब में एक अंधेरे स्थान का उत्पादन करता है ताकि कागज पर बर्न मार्क के साथ गठबंधन क्रॉसहेयर बनाया जा सके।नमूना स्थिति के लिए BioCAT-आपूर्ति ग्राफिकल यूजर इंटरफेस का उपयोग करना, बीम स्थिति पर मांसपेशी केंद्र और नमूना चरण को एक्सपोजर के दौरान सभी मांसपेशियों में एक्स-रे खुराक फैलाने के लिए 10 से 20 मिलीमीटर प्रति सेकंड पर नमूना कक्ष को दोलन करने के लिए स्थानांतरित करें। नमूना का निरीक्षण करें क्योंकि यह प्रावरणी के बड़े क्षेत्रों से बचने के लिए चलता है जिसमें कोलेजन होता है और यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह अपनी यात्रा के पूरे मार्ग के दौरान प्रकाशित रहता है। डिटेक्टर हाथ और डेटा अधिग्रहण प्रणाली से ट्रिगर के लिए प्रतीक्षा करें।फिर उन्हें सिंक्रोनाइज करने के लिए एक ही समय में मैकेनिकल और एक्स-रे डेटा को ट्रिगर करें। एक्स-रे पैटर्न एक 10 मिलीसेकंड जोखिम समय और एक ५० मिलीसेकंड जोखिम अवधि के साथ प्रोटोकॉल भर में लगातार एकत्र किया जाएगा । इस प्रतिनिधि में आइसोमेट्रिक टेटेनिक संकुचन ईडीएल मांसपेशियों को एक सेकंड के लिए सक्रिय होने से पहले 0.5 सेकंड के लिए आराम से आयोजित किया गया था, जिसके बाद 1.5 सेकंड की छूट दी गई थी।मांसपेशी एक्स-रे विवर्तन पैटर्न सारकोमरे के अंदर संरचनाओं से नैनोमीटर संकल्प संरचनात्मक जानकारी दे सकता है। मोटी तंतुओं से युक्त मायोसिन-आधारित परत लाइनें मांसपेशियों को आराम देने से पैटर्न में मजबूत और तेज होती हैं, जबकि पतली फिलामेंट्स युक्त ऐक्टिन-आधारित परत लाइनें मांसपेशियों को अनुबंधित करने से पैटर्न में अधिक प्रमुख होती हैं। अनुबंध पैटर्न से आराम पैटर्न घटाना द्वारा प्राप्त अंतर पैटर्न स्वस्थ और रोगग्रस्त मांसपेशियों में बल विकास के दौरान संरचनात्मक परिवर्तन पर प्रकाश डाला जा सकता है ।मांसपेशियों में संकुचन और विश्राम के दौरान आणविक घटनाओं के मिलीसेकंड टाइमस्केल में इन संरचनात्मक परिवर्तनों का पालन करके, एक्स-रे विवर्तन पैटर्न पर्याप्त संरचनात्मक जानकारी प्रकट कर सकते हैं। इस प्रतिनिधि भूमध्य रेखीय प्रतिबिंब विश्लेषण में खुले स्रोत मसल्स पैकेज में भूमध्य रेखा दिनचर्या का उपयोग करके, भूमध्य रेखीय तीव्रता अनुपात मांसपेशियों को आराम देने में ऐक्टिन के लिए मायोसिन की निकटता को इंगित करता है और मुरीन कंकाल की मांसपेशियों को अनुबंधित करने में संलग्न क्रॉस-ब्रिज की संख्या से निकटता से सहसंबद्ध है। दो 1, 0 प्रतिबिंब के बीच की दूरी विपरीत इंटरफिलामेंट रिक्ति से संबंधित है।एक साफ विच्छेदन एक सफल बरकरार मांसपेशियों एक्स-रे प्रयोग के लिए महत्वपूर्ण है, इसलिए मांसपेशियों की तैयारी के दौरान किसी भी यांत्रिक क्षति से बचने की कोशिश करें। पूरी मांसपेशियों के साथ किसी भी मानक शारीरिक प्रोटोकॉल इन प्रयोगों में लागू किया जा सकता है और तेजी से यांत्रिक परिवर्तन के दौरान मांसपेशियों की सक्रियता, विश्राम और पार पुल व्यवहार का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। चूहों का आनुवंशिक हेरफेर तेजी से परिष्कृत होता जा रहा है।नए ट्रांसजेनिक माउस मॉडल मानव myopathies के लिए नए चिकित्सीय दिशाओं को इंगित करने के लिए डिज़ाइन किए जाने के लिए अधिक विशिष्ट और व्यावहारिक प्रयोगों की अनुमति देंगे।

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Unit 1

The Cytoskeleton I: Actin and Microfilaments

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Analysis of Zebrafish Larvae Skeletal Muscle Integrity with Evans Blue Dye

इवांस नीले रंग की डाई के साथ zebrafish लार्वा कंकाल की मांसपेशी वफ़ादारी का विश्लेषण

The zebrafish model is an emerging system for the study of neuromuscular disorders.  In the study of neuromuscular diseases, the integrity of the muscle ...

Using Isolated Mitochondria from Minimal Quantities of Mouse Skeletal Muscle for High throughput Microplate Respiratory Measurements

उच्च throughput के Microplate श्वसन माप के लिए माउस कंकाल की मांसपेशी की कम मात्रा से माइटोकॉन्ड्रिया पृथक का उपयोग

Skeletal muscle mitochondria play a specific role in many disease pathologies. As such, the measurement of oxygen consumption as an indicator of ...

Induction of Acute Skeletal Muscle Regeneration by Cardiotoxin Injection

Cardiotoxin इंजेक्शन द्वारा तीव्र कंकाल की मांसपेशी उत्थान की प्रेरण

Skeletal muscle regeneration is a physiological process that occurs in adult skeletal muscles in response to injury or disease. Acute injury-induced ...

Preparation and Culture of Myogenic Precursor Cells/Primary Myoblasts from Skeletal Muscle of Adult and Aged Humans

तैयारी और प्रौढ़ और वृद्ध मनुष्यों के कंकाल की मांसपेशी से Myogenic अग्रदूत साबित कोशिकाओं / प्राथमिक myoblasts की संस्कृति

Skeletal muscle homeostasis depends on muscle growth (hypertrophy), atrophy and regeneration. During ageing and in several diseases, muscle wasting ...

Evaluation of Injury-induced Senescence and In Vivo Reprogramming in the Skeletal Muscle

Evaluation of Injury-induced Senescence and In Vivo Reprogramming in the Skeletal Muscle

चोट प्रेरित वार्धक्य के मूल्यांकन और कंकाल की मांसपेशी में Vivo reprogramming में

Cellular senescence is a stress response that is characterized by a stable cellular growth arrest, which is important for many physiological and ...

Application of Chronic Stimulation to Study Contractile Activity-induced Rat Skeletal Muscle Phenotypic Adaptations

सिकुड़ा गतिविधि-प्रेरित चूहे कंकाल मांसपेशी Phenotypic रूपांतरों का अध्ययन करने के लिए पुरानी उत्तेजना के आवेदन

Skeletal muscle is a highly adaptable tissue, as its biochemical and physiological properties are greatly altered in response to chronic exercise. To ...

Identification of Skeletal Muscle Satellite Cells by Immunofluorescence with Pax7 and Laminin Antibodies

Pax7 और Laminin एंटीबॉडी के साथ इम्यूनोफ्लोरेसेंस द्वारा कंकाल मांसपेशी उपग्रह कोशिकाओं की पहचान

Immunofluorescence is an effective method that helps to identify different cell types on tissue sections. In order to study the desired cell population, ...

In Vivo Imaging of Muscle-tendon Morphogenesis in Drosophila Pupae

In Vivo Imaging of Muscle-tendon Morphogenesis in Drosophila Pupae

Vivo में मांसपेशी की इमेजिंग- Drosophila कोषस्थों में पट्टा Morphogenesis

Muscles together with tendons and the skeleton enable animals including humans to move their body parts. Muscle morphogenesis is highly conserved from ...

Isolation, Culture, Characterization, and Differentiation of Human Muscle Progenitor Cells from the Skeletal Muscle Biopsy Procedure

अलगाव, संस्कृति, चरित्र, और कंकाल स्नायु बायोप्सी प्रक्रिया से मानव स्नायु संतति कोशिकाओं के भेदभाव

The use of primary human tissue and cells is ideal for the investigation of biological and physiological processes such as the skeletal muscle ...

Performing Human Skeletal Muscle Xenografts in Immunodeficient Mice

प्रतिरक्षा कमी चूहे में मानव कंकाल मांसपेशी Xenografts प्रदर्शन

Treatment effects observed in animal studies often fail to be recapitulated in clinical trials. While this problem is multifaceted, one reason for this ...