Method Article
Recyclage de calcium intracellulaire joue un rôle essentiel dans la régulation de la fonction systolique et diastolique dans les cardiomyocytes. Nous décrivons ici un protocole pour évaluer le réticulum sarcoplasmique Ca2 + réserve et fonction de suppression de calcium diastolique dans les cardiomyocytes en un système d’imagerie de calcium.
Recyclage de calcium intracellulaire joue un rôle essentiel dans la régulation de la fonction systolique et diastolique dans les cardiomyocytes. Réticulum sarcoplasmique cardiaque (SR) sert d’un Ca2 + réservoir de contraction, qui reuptakes intracellulaire Ca2 + lors du relâchement. La SR Ca2 + réserve disponible pour bat est déterminée pour la contractilité cardiaque, et la suppression du Ca intracellulaire2 + est critique pour la fonction cardiaque diastolique. Dans certaines conditions physiopathologiques, comme le diabète et l’insuffisance cardiaque, le dégagement de calcium ayant une déficience et SR Ca2 + store dans les cardiomyocytes peuvent être impliqués dans la progression du dysfonctionnement cardiaque. Nous décrivons ici un protocole pour évaluer SRCa2 + réserve et diastolique Ca2 + suppression. En bref, un cardiomyocyte unique a été isolée par voie enzymatique, et la fluorescence2 + Ca intracellulaire indiquée par Fura-2 a été enregistrée par un système d’imagerie calcique. Pour utiliser une caféine pour induire la libération totale de SR Ca2 + , nous prédéfinir un assorties de perfusion automatique interconnexion la stimulation et le système de perfusion. Ensuite, l’ajustement de la courbe exponentielle mono a été utilisé pour analyser les constantes de temps de désintégration des transitoires de calcium et des légumineuses de calcium induit par la caféine. En conséquence, la contribution de la SR Ca2 +-ATPase (SERCA) et Na+-Ca2 + échangeur (NCX) à l’élimination du calcium diastolique a été évaluée.
Calcium intracellulaire ([Ca2 +]i) recyclage joue un rôle essentiel dans la régulation de la fonction systolique et diastolique dans les cardiomyocytes1. Comme nous le savons, la calcium Ca2 + libération induite initie l’excitation-contraction de couplage, qui traduisent le signal électrique à la contraction. Dépolarisation de la membrane active le sarcolemme Ca L-type canaux2 + , qui induisent la Ca2 + libèrent de SR dans le cytoplasme par l’intermédiaire de récepteurs de la ryanodine (RyR2) de 2. Les transitoires élevées cytoplasmique Ca2 + initie la contraction des myofibrilles. Au cours de la diastole, cytoplasmique Ca2 + est reuptaken dans la SR au moyen de la SR Ca2 +-ATPase 2 (SERCA2) et pompé hors du cardiomyocyte via la Na+-Ca2 + échangeur (NCX)2. Ce processus conduit à la contraction-relaxation recyclage dans le cardiomyocyte.
Le SR cardiaque est un réseau de membrane intracellulaire qui entoure la machinerie contractile. Il sert un Ca2 + réservoir pour contraction et il réabsorbe intracellulaire Ca2 + lors du relâchement. La SR Ca2 + réserve disponible pour bat est déterminée pour la contractilité cardiaque. Pendant ce temps, la suppression du Ca intracellulaire2 + est critique pour la diastole cardiaque. Sous certaines conditions physiopathologiques, comme le diabète et une insuffisance cardiaque, ayant une déficience Ca2 + dégagement et déprimé SR Ca2 + magasin dans les cardiomyocytes peut être impliqué dans le processus de la dysfonction cardiaque2,3 ,4.
Pour mesurer la libération de SR Ca2 + et diastolique Ca2 + enlèvement dans les cardiomyocytes, il y a deux approches couramment : l’intégrité du NCX courant issu des patch clamp5,6et l’autorité de certification induit par la caféine 2 + pulse issu deCa 2 + fluorescence d’imagerie7,8,9. La première approche repose sur le fait que le Ca2 + libéré de la SR est largement pompé hors de la cellule par NCX. Toutefois, cette approche est limitée par son exigence d’équipements de pointe et l’exploitation habile. Dans la présente étude, nous décrivons une approche pratique pour évaluer le SR Ca2 + réserve et Ca2 + enlèvement dans les myocytes en mesurant un induit par la caféine Ca2 + pulse basé sur un Ca2 + fluorescence système d’imagerie. En bref, fluorescence intracellulaire de Ca2 + est indiqué par Fura-2. Par interconnexion du système de perfusion et un système de stimulation, nous présentons un programme pour passer la perfusion et le rythme de système automatiquement. 10 mM de caféine a été employé pour induire rapidement la libération totale de Ca2 + dans le SR. Les constantes de temps de décroissance exponentielle (Tau) des transitoires de calcium et des légumineuses de calcium induit par la caféine proviennent de la courbe exponentielle mono, qui reflètent la contribution de SERCA et NCX diastolique Ca2 + retrait en conséquence.
toutes les expérimentations animales ont été effectuées conformément aux protocoles approuvés par le Comité de l’urbanisme au centre de recherche expérimentale, Académie chinoise des Sciences médicales chinoises et Université de Zhejiang et d’institutionnels animalier.
1. préparation de la solution
2. isolement de gauche ventricule (LV) Cardiomyocytes
Remarque : LV cardiomyocytes sont isolés par voie enzymatique en utilisant un système de perfusion de Langendroff comme décrit précédemment 7 , 8 , 9 , 10 , 11.
3. Réintroduction de calcium
4. Set Up du système de Perfusion
5. Mesures de Ca intracellulaire 2 + transitoire et le raccourcissement du sarcomère 7 , 8 , 9
6. Évaluation de SR Ca 2 + réserve et diastolique Ca 2 + fonction de suppression de 8 , 7 , 9
7. Analyse de données 9
Ici, nous illustrons la streptozotocine (STZ) - induced rats diabétiques (DM) et appariés selon l’âge Sprague - Dawley (SD) les rats par exemple. des rats SD mâles âgés de 8 semaines (200 ± 20 g) a reçu une injection intrapéritonéale de STZ (70 mg/kg, ip) pour le tampon de groupe ou citrate de DM pour le groupe témoin. Une semaine après l’administration de STZ, rats avec glycémie > 16,7 mmol/L ont été considérés comme diabétique. Après 8 semaines, les myocytes LV ont été enzymatiquement isolées. Après la réintroduction de calcium, il y a environ 70-80 % des myocytes qui restent dans l’état de survie. Myocytes seuls avec forme de tige, stries claires et stables contractions ont été sélectionnées pour l’enregistrement (Figure 1 b). Comme le montre la Figure 1 a, nous avons créé la perfusion de chambre et l’aiguille de perfusion pour les myocytes. Robinets de perfusion et de stimulation de système étaient automatiquement par un programme prédéfini, tel que décrit dans la Figure 2 a. La fluorescence de calcium intracellulaire a été enregistrée par un système d’imagerie de calcium. Les valeurs ont été signalés comme moyenne ± SEM
Avec le groupe SD, le groupe DM montrait significative plus faible amplitude de l’impulsion de calcium induit par la caféine (Ca-caféine) (0,332 ± 0,008 vs. 0,276 ± 0.008, t-test : p < 0,05) et une libération de calcium fractionnaire inférieure SR (Ca-1 Hz / Ca-Caffeine) (78,5 ± 1,5 % contre 72,1 ± 1,0 %, t-test : p < 0,05) (Figure 2 b). Le Tau-1 Hz et Tau-caféine ont été extraites de la courbe exponentielle mono ; le DM a connu un remarquable décomposition plue constantes de temps d’impulsion de calcium induit par la caféine (Tau-caféine) (1,822 ± 0,07 ms vs. 2.896 ± 0,088 ms, test t, p < 0.05) et un niveau supérieur dans le rapport de Tau-1 Hz/Tau-caféine (0,076 ± 0,003 vs. 0,086 ± 0,003, test t, p < 0,05) que le groupe SD (Figure 2D). Ces résultats indiquent la déprimé SR Ca2 + réserve et troubles de Ca2 + dégagement dans les cardiomyocytes diabétiques.
Figure 1. Illustration du système de perfusion et les myocytes isolés LV. (A) Illustration de la perfusion de chambre et de la perfusion de crayon. Les flèches indiquent le sens d’écoulement de la solution de NT dans la chambre de perfusion. Le crayon fournit une perfusion qui entourent le myocyte cible avec solution NT ou de la caféine. La pointe de micron peut être manipulée librement au-dessus de la chambre. (B) vue au microscope d’isolé des myocytes LV en forme de tige et claire des stries croisées. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2. Évaluation de calcium SR réserve et calcium la fonction suppression. Illustration (A) du protocole pour la commutation des robinets de perfusion et le rythme de système automatiquement. Statistique (B) valeurs de SR Ca2 + réserve et SR fractionnaire Ca2 + sortie pour 1 Hz stimulées secousses dans les groupes DM et SD. Le groupe DM a révélé une diminution significative SR Ca2 + réserve et SR fractionnaire Ca2 + libèrent que le groupe SD. (C) panneau de logiciel montrant une courbe exponentielle manuellement mono raccord pour le temps de décroissance constante d’impulsion de calcium induit par la caféine (Tau-caféine). (D) graphiques comparant le Tau-caféine et le Tau-1 Hz/Tau-caféine entre les groupes DM et SD. Le groupe DM présentaient des valeurs une augmentation significatives de Tau-caféine et Tau-1 Hz/Tau-caféine que le groupe SD. Valeur = moyenne ± SEM, t-test ont été réalisées, *p < 0,05 par rapport au groupe de SD. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Solutions | Contenu (en mM) |
Solution normale Tyrode (NT) | 135 NaCl, 5.4 KCl, 1,2 MgCl2, Glucose 10, 10 HEPES, 1,2 Na2HPO4, 1,2 CaCl2, ajuster le pH avec du NaOH à 7,35 |
Ca2 + gratuit solution Tyrode | 135 NaCl, 5.4 KCl, 1,2 MgCl2, Glucose 10, 10 HEPES, 1,2 Na2HPO4, 10 taurine, ajuster le pH avec du NaOH à 7,35 |
Solution d’isolation de collagénase | Collagénase A ou collagénase II + Ca2 + gratuit solution Tyrode |
Solution KB | KOH 120, 120 L-glutamique, MgCl2 5, 10 HEPEs, 1 EGTA, Glucose 10, 20 Taurine, ajuster le pH à 7,35 avec KOH |
Solution de perfusion de caféine | 10 de caféine dans une solution NT |
Le tableau 1. Solutions pour LV myocytes isolement et cellulaire la perfusion.
Vanne | Temps (seconde) |
2 | 15 |
1 | 60 |
Le tableau 2. Préréglage des paramètres dans le système de commande de soupape (commandant de la soupape).
Affichage du panneau | Commentaire |
durée de 4,0 ms | temps de stimulation électrique champ |
8.0 V | tension électrique |
S1 1,0 HZ 999S | trouver le myocyte cible au rythme de statut |
D2 001S | Sélectionnez cette étape au rythme de la pause et retarder 1 s après l’enregistrement de contraction basale |
D3 015S * | « * » indiquent que le stimulateur peut produire un signal TTL 5 v |
D4 060S | perfusion de caféine de finition et les myocytes recouvrement à l’état normal |
FIN | revenir à l’étape de S1 |
Tableau 3. Préréglage des paramètres dans le stimulateur.
Le flux de calcium libéré de la SR est la Ca2 + source principale pour la systole au cœur. Dans une certaine mesure, l’amplitude de la SR Ca2 + contenu et fractionnaire Ca2 + libéré de la SR reflètent la SR Ca2 + réserve disponible pour la contraction cardiaque. En revanche, la Ca2 + réserve de SR dépend de la capacité du SR Ca2 + recaptage, Ca2 + fuite de SR et leur équilibre dans l’ensemble de la SR au cours de la diastole12,13,14. Dans notre expérience, application rapide de 10 mM de caféine vise à induire total Ca2 + libérer et prévenir Ca2 + recaptage en RS en ouvrant le canal RyR. Ainsi, l’amplitude de l’induit par la caféine Ca2 + impulsion pourrait servir comme indice de SR Ca2 + réserve. De plus, avec base de stimulation chez 1 et 3 Hz, nous pourrions étudier davantage la dépendance en fréquence de la charge de SR et ses sous-jacent du mécanisme6.
Retrait de Ca2 + dans le cytoplasme est critique pour la fonction cardiaque diastolique. Comme illustré à la Figure 2 a, au stade de la stimulation de champ de 1 Hz, le déclin des transitoires de calcium a été attribué à SERCA en RS, NCX dans le cytomembranaire et les systèmes de transport lent (Ca2 + Uniport mitochondriale et Ca du sarcolemme2 + -ATPase). Comme la contribution des mécanismes lentes est négligeable, la constante de temps de désintégration de Ca2 + transitoire (Tau-1 Hz) reflète l’activité combinée de SERCA et NCX7,8,9. Au stade de la perfusion de caféine, SERCA n’a pas pu construire la réserve de calcium SR. Ainsi, le déclin de l’impulsion de calcium induit par la caféine (Tau-caféine) a été attribué principalement à NCX. Parallèlement, la fonction NCX est négative comme pertinents à Tau-caféine. La contribution de NCX diastolique Ca2 + retrait est positive comme pertinente au ratio de Tau-1 Hz/Tau-caféine. La contribution de SERCA est positive comme pertinents à la différence entre Tau-caféine et Tau-1 Hz7,8,9.
Pour terminer la procédure avec succès (Figure 2), il y a quelques points clés techniques qui est à noter. Tout d’abord, établir un système automatisé est critique pour le système de stimulation et de la perfusion de commutation précisément. Le programme préétabli peut contrôler le temps de retard avec précision et appliquez la perfusion de caféine rapidement. Deuxièmement, au cours du processus, les myocytes sont au risque d’être emporté par la solution de perfusion. Pour garder que les myocytes stablement adhérés à l’antenne de la chambre, les cellules devraient figurer dans le plat pendant plus de 15 minutes avant l’enregistrement.
De plus, la mise en place d’un système de perfusion stable aiguille pour l’application de la caféine est une autre étape critique. Il y a trois points clés pour cette étape : sélecteur de canal (1) rapide et perfusion d’aiguille lisse, une vitesse de perfusion (2) bien contrôlées et propre (3) distance entre la pointe de l’aiguille et cibler les myocytes. Échec de l’acquisition d’une impulsion acceptable de calcium induit par la caféine peut entraîner inapproprié réglage de la vitesse d’écoulement, distance de la pointe ou ingérence dans le sélecteur de canaux de solution. Pour des impulsions de calcium induit par la caféine, on pourrait choisir seulement l’impulsion avec une crête de la vague raide pour l’analyse de la fonction de suppression de calcium.
La méthode alternative basée sur le système de patch clamp peut fournir des données relativement précises. Cependant, certains facteurs, tels que de l’intérieur vers l’intérieur-le courant K+ , peuvent influencer l’exactitude. En outre, une exigence plus élevée des équipements de pointe, technicien spécialisé et consommation de temps peut aussi limiter l’application du patch clamp. Dans une certaine mesure, notre protocole a la limite qu’il ne pouvait pas fournir de valeurs directes de charge SR ou activité de SERCA et NCX. Les paramètres (par exemple, Ca-caféine, Tau-caféine) ne reflètent que changeants contenu SR et contribution à la diastolique Ca2 + enlèvement indirectement. Toutefois, ce protocole a l’avantage de la commodité, moins limitation de la technique et l’équipement.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par des subventions de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (no 81100159, Dongwu Lai, 81401147, Juhong Zhang), le médical et santé Science programme de la Province du Zhejiang (no 201646246, Dongwu Lai) et les sciences de la santé et Plan de la technologie de la ville de Hangzhou (no 2013A28, Ding Lin).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NaCl | Alfa Aesar | 012314 | |
MgCl2 | Alfa Aesar | 012315 | |
KCl | Alfa Aesar | 11595 | |
HEPEs | Sigma | H3375 | |
D-Glucose | Alfa Aesar | A16828 | |
NaOH | Alfa Aesar | A18395 | |
KOH | Alfa Aesar | A18854 | |
KH2PO4 | Alfa Aesar | 011594 | |
MgSO4 | Alfa Aesar | 3337 | |
L-Glutamic | Alfa Aesar | A15031 | |
Taurine | Alfa Aesar | A12403 | |
EGTA | Sigma | E3889 | |
Collagenase A | Roche | 10103586001 | |
Collagenase Type II | Worthington | LS004177 | |
BSA | Roche | 735094 | |
caffeine | Sigma | C0750 | |
Fura-2 AM | Invitrogen | F1201 | |
Microscope | Olympus | Olympus IX 71 | |
Langendorff system | Beijing Syutime Technology Co | PlexiThermo-S-LANGC | |
Micromanipulator | Marchauser | MM33 links | |
Perfusion chamber | IonOptix | FHD | |
Valve Controlled Gravity Perfusion System | ALA | VC 3-8 | |
valve commander software | ALA | VC 3 1.0.1.2 | |
Precision flow regulator | Delta Med | 3204315 | |
Multi-Barrel Manifold Perfusion Pencil | AutoMate Scientific | 04-08-[360] | |
Micron Removable Tip | AutoMate Scientific | 360um i.d. | |
Fluorescence Measurement and Cell Dimensioning Systems | IonOptix | Hyperswitch | |
Recording software | IonOptix | IonWizard 6.2.59 | |
Stimulator | IonOptix | MyoPacer EP | |
Sprague-dawley rats | Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co. | SCXK 2016-01-007436 |
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon