Method Article
Hücre içi kalsiyum geri dönüşüm cardiomyocytes sistolik ve diyastolik fonksiyon yönetmelikte kritik bir rol oynamaktadır. Burada, sarcoplasmic retikulum Ca2 + rezerv ve diyastolik kalsiyum kaldırma cardiomyocytes işlevinde bir kalsiyum görüntüleme sistemi tarafından değerlendirmek için bir protokol açıklayın.
Hücre içi kalsiyum geri dönüşüm cardiomyocytes sistolik ve diyastolik fonksiyon yönetmelikte kritik bir rol oynamaktadır. Kardiyak sarcoplasmic retikulum (SR) kasılma, hangi reuptakes intrasellüler Ca2 + dinlenme sırasında için bir Ca2 + rezervuar olarak hizmet vermektedir. SR Ca2 + rezerv tempolar için kullanılabilir için kardiyak contractibility belirli ve intrasellüler Ca2 + kaldırılması kardiyak diyastolik fonksiyonları için önemlidir. Şeker hastalığı ve kalp yetmezliği gibi patofizyolojik bazı koşullar altında Engelli kalsiyum Gümrükleme ve SR Ca2 + cardiomyocytes deposunda kardiyak Disfonksiyonun sürüyor tutulabilir. Burada, SRCa2 + rezerv ve diyastolik Ca2 + kaldırma değerlendirmek için bir protokol açıklayın. Kısaca, bir tek cardiomyocyte enzimatik izole edildi ve Fura-2 tarafından belirtilen hücre içi Ca2 + floresan bir kalsiyum görüntüleme sistemi tarafından kaydedildi. Kafein toplam SR Ca2 + yayın inducing için istihdam için biz stimülasyon ve perfüzyon sistemleri bağlantı tarafından bir otomatik perfüzyon geçiş programı önceden. O zaman, mono-üstel eğri uydurma çürüme zamanı sabitleri kalsiyum geçişler ve kafein kaynaklı kalsiyum bakliyat analiz etmek için kullanıldı. Buna göre katkısını SR Ca2 +-ATPaz (SERCA) ve Na+-Ca2 + Eşanjör (NCX) diyastolik kalsiyum kaldırma için değerlendirilir.
Hücre içi kalsiyum ([Ca2 +]ben) geri dönüşüm cardiomyocytes1sistolik ve diyastolik fonksiyon yönetmelikte kritik bir rol oynamaktadır. Bildiğimiz gibi kalsiyum kaynaklı Ca2 + yayın hangi kasılma için elektrik sinyali çevirmek kaplin, uyarma daralma başlatır. Membran depolarizasyon neden Ca2 + 2 + kanal SR ryanodine reseptörleri 2 (RyR2) yolu ile sitoplazma içine serbest bırakmak sarcolemmal L tipi Ca etkinleştirir. Geçici yükseltilmiş sitoplazmik Ca2 + myofibrils daralma başlatır. Diastole sırasında olduğunu sitoplazmik Ca2 + reuptaken içine aracılığıyla SR Ca2 +SR-ATPaz 2 (SERCA2) ve cardiomyocyteNa+-Ca 2 + Eşanjör (NCX)2üzerinden dışarı pompalanır. Bu işlem kasılma-gevşeme içinde cardiomyocyte geri dönüşüm yol açar.
Kardiyak SR contractile makine çevreleyen bir hücre içi membran ağıdır. Bu kasılma için bir Ca2 + rezervuar olarak hizmet vermektedir ve intrasellüler Ca2 + dinlenme sırasında reabsorbs. SR Ca2 + rezerv tempolar için kullanılabilir için kardiyak contractility belirli. Bu arada, intrasellüler Ca2 + kaldırılması için kardiyak diastole önemlidir. Patofizyolojik bazı koşullarda, şeker hastalığı ve kalp yetmezliği, Engelli Ca2 + izni ve depresif SR Ca2 + gibi cardiomyocytes deposunda kardiyak Disfonksiyonun2sürecinde,3 tutulabilir ,4.
SR Ca2 + yayın ve diyastolik Ca2 + kaldırılmasına cardiomyocytes ölçmek için yaygın olarak kullanılan iki yaklaşım vardır: NCX geçerli bütünlüğünü dayalı yama-kelepçe5,6ve kafein kaynaklı Ca CA2 + Floresans görüntüleme7,8,9tarihinde dayalı 2 + darbe. Eski yaklaşım SR yayımlanan Ca2 + büyük ölçüde hücreden NCX tarafından pompalanır ki aslında bağlıdır. Ancak, bu yaklaşım onun şartı gelişmiş ekipman ve usta işlemi tarafından sınırlıdır. Bu da çalışmanın, SR Ca2 + rezerv ve Ca2 + miyositler kaldırılmasına bir Ca2 + Floresans görüntüleme sistemine dayalı bir kafein kaynaklı Ca2 + darbe ölçerek değerlendirmek için uygun bir yaklaşım açıklar. Kısaca, intrasellüler Ca2 + Floresans Fura-2 tarafından belirtilir. Stimülasyon sistemi ve perfüzyon sistemi tarafından ilişkilendirerek, perfüzyon anahtarlama ve sistem otomatik olarak pacing için bir program mevcut. 10 mM kafein hızla toplam Ca2 + sürümde SR. ikna etmek için istihdam edildi Kalsiyum geçişler ve kafein kaynaklı kalsiyum bakliyat üstel çürüme zamanı sabitleri (Tau) mono üstel eğri uydurma, diyastolik Ca2 + kaldırma SERCA ve NCX katkısı uygun şekilde yansıtan elde edilmiştir.
tüm hayvan deneyleri kurumsal hayvan bakım ve deneysel Araştırma Merkezi, Çin Çince tıbbi bilim ve Zhejiang Üniversitesi'nde kullanım Komitesi tarafından onaylanmış protokoller uyarınca gerçekleştirilmiştir.
1. çözüm hazırlık
2. yalıtım, sol ventrikül (LV) Cardiomyocytes
Not: LV cardiomyocytes enzimatik Langendroff perfüzyon sistemi yukarıda açıklanan 7 olarak kullanarak izole , 8 , 9 , 10 , 11.
3. Kalsiyum tekrar rifampisin
4. Set Up perfüzyon sistemi
5. İntrasellüler Ca 2 + Darbe Gerilimlerinden ve Sarcomere kısalma 7 , 8 , 9 ölçümleri
6. Değerlendirilmesi SR Ca 2 + rezerv ve diyastolik Ca 2 + kaldırma işlev 7 , 8 , 9
7. Veri analizi 9
Burada, - diyabetik sıçan (DM) indüklenen ve yaş eşleşti Sprague'ı - streptozotocin (STZ) göstermek Dawley (SD) fareler gibi. 8-hafta-yaşlı erkek SD rats (200 ± 20 g) kontrol grubu için DM grup veya sitrat arabellek STZ (70 mg/kg, IP) tek bir mayi enjeksiyon aldı. Bir hafta sonra STZ yönetim, sıçanlar kan şekeri ile > 16,7 mmol/L diyabetik kabul. 8 hafta sonra LV miyositler enzimatik izole edildi. Kalsiyum tekrar rifampisin sonra hayatta kalma durumunda kalır miyositler yaklaşık % 70-80 var. Çubuk şekli, açık yiv ve istikrarlı kasılmalar tek miyositler (şekil 1B) kaydetmek için seçildi. Şekil 1Aile gösterildiği gibi biz odası perfüzyon ve iğne perfüzyon miyositler için ayarlayın. Perfüzyon vanalar ve sistem pacing otomatik olarak önceden belirlenmiş bir program tarafından şekil 2Aiçinde açıklandığı gibi açık. Hücre içi kalsiyum Floresans görüntüleme sistemi bir kalsiyum tarafından kaydedildi. Değerleri ortalama ± SEM bildirildi
SD grubuyla karşılaştırıldığında, DM grup gösterdi kafein kaynaklı kalsiyum darbe (Ca-kafein) önemli alt genliğini (0.332 ± 0.008 vs. 0.276 ± 0.008, t-Testi: p < 0,05) ve bir alt kesirli kalsiyum sürüm SR (Ca-1 Hz / CA-caffeine) (%1,5 78,5 ± 72.1 ± %1,0, t-test: p < 0,05) (şekil 2B). Tau-1 Hz ve Tau-kafein mono üstel eğri uydurma elde edilmiştir; DM grup olağanüstü uzun çürüme zamanı sabitleri kafein kaynaklı kalsiyum darbe (Tau-kafein) gösterdi (1.822 ± 0,07 ms vs. 2.896 ± 0,088 ms, t-Testi, p < 0,05) ve Tau-1 Hz/Tau-kafein oranı (0,076 ± 0,003 vs. bir üst düzeyine 0,086 ± 0,003, t-Testi, p < 0,05) daha SD grubu (şekil 2B). Bu sonuçlar depresif SR Ca2 + rezerv belirtilen ve Ca2 + izni diyabetik cardiomyocytes içinde bozulmuş.
Şekil 1. Perfüzyon sistemi ve izole LV miyositler çizimi. (A)odası perfüzyon ve kalem perfüzyon Illustration. Oklar perfüzyon odası NT çözümde akış yönünü gösterir. Kalem NT veya kafein çözüm ile hedef myocyte çevreleyen perfüzyon sağlar. Mikron ipucu özgürce odası manipüle edilebilir. (B) mikroskobik görünümünü LV miyositler çubuk şeklinde izole ve çapraz yiv izleri temizleyin. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2. SR kalsiyum rezerv ve kalsiyum kaldırma işlevi değerlendirilmesi. (A)iletişim kuralı perfüzyon vanalar anahtarlama ve sistem otomatik olarak pacing için Illustration. (B) istatistik değerleri SR Ca2 + rezerv ve SR kesirli Ca2 + 1 Hz teşvik için yayın DM ve SD gruplarında twitches. DM grup2 + rezerv ve SR kesirli Ca2 + SD grubu daha serbest önemli azalma SR Ca gösterdi. (C) yazılım paneli çürüme süre uygun bir el ile mono üstel eğriyi kafein kaynaklı kalsiyum darbe (Tau-kafein) sürekli gösterirken. (D) çubuk grafikler Tau-kafein ve Tau-1 Hz/Tau-kafein DM ve SD gruplar arasında karşılaştırma. DM grup Tau-kafein ve Tau-1 Hz/Tau-kafein SD grup daha önemli artış değerleri gösterdi. Değer = ortalama ± SEM, t-Testi gerçekleştirilen, *p < 0,05 SD grubuyla karşılaştırıldığında. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Çözümleri | İçeriğinde (mM) |
Normal Tyrode (NT) çözüm | 135 NaCl, 5.4 KCl, 1.2 MgCl2, 10 glikoz, 10 HEPES, 1.2 Na2HPO4, 1.2 CaCl2, 7,35 için NaOH ile pH ayarlama |
CA2 + ücretsiz Tyrode çözüm | 135 NaCl, 5.4 KCl, 1.2 MgCl2, 10 glikoz, 10 HEPES, 1.2 Na2HPO4, 10 taurin, ayarlamak için 7,35 NaOH ile pH |
Collagenase yalıtım çözüm | Collagenase A ya da Collagenase II + Ca2 + Tyrode çözümü ücretsiz |
KB çözüm | 120 KOH, 120 L-glutamik, 5 MgCl2, 10 HEPEs, 1 EGTA, 10 glikoz, 20 taurin, 7,35 KOH ile pH ayarlama |
Kafein perfüzyon çözüm | NT çözüm 10 kafein |
Tablo 1. LV miyositler yalıtım ve hücresel perfüzyon için çözümler.
Vana | Zaman (saniye) |
2 | 15 |
1 | 60 |
Tablo 2. Parametreleri Vana kontrol sistemi (Vana Komutan) önceden.
Panel ekran | yorum |
4.0 ms süresi | elektriksel stimülasyon alan zaman |
8.0 V | Elektrik voltajı |
S1 1.0 HZ 999S | durum pacing, hedef myocyte bul |
D2 001S | Duraklat pacing için bu adımı seçin ve 1s Bazal seğirme kaydettikten sonra gecikme |
D3 015S * | "*" uyarıcı bir 5V TTL sinyal çıktısını alabilirsiniz gösterir |
D4 060S | Bitiş kafein perfüzyon ve myocyte normal durumuna yeniden elde etmek |
BİTİŞ | geri almak için S1 adım |
Tablo 3. İn Stimülatörü parametrelerinde hazır ayar.
Kalsiyum akı SR yayımlanan başlıca Ca2 + Sistol kalbinde için kaynağıdır. Bir ölçüde, SR Ca2 + içerik genliği ve kesirli Ca SR yayımlanan2 + yansıtmak SR Ca2 + rezerv kardiyak kasılma için kullanılabilir. Öte yandan, Ca2 + rezerv SR sırasında diastole12,13,14arasında SR SR Ca2 + geri alım, Ca2 + sızıntı SR ve kendi dengesini yeteneği üzerinde bağlıdır. Deneyimimizi, 10 mM kafein hızlı uygulama2 + serbest bırakmak ve Ca2 + reuptake SR, RyR kanal açarak önlemek toplam Ca ikna etmek hedefleniyor. Böylece, kafein kaynaklı Ca2 + darbe genlik SR Ca2 + rezerv indeks olarak kullanılabilir. Buna ek olarak, temel 1 Hz ve 3 Hz pacing ile biz daha fazla frekans-bağımlılık SR yük ve onun temel mekanizması6araştırma.
Kaldırma-in Ca2 + sitoplazmada kardiyak diyastolik fonksiyonları için önemlidir. 1 Hz alan stimülasyon, aşamada şekil 2Agösterildiği gibi kalsiyum geçişler düşüş SERCA SR, NCX cytomembrane ve yavaş taşıma sistemleri (mitokondrial Ca2 + uniporter ve sarcolemmal Ca2 + neden olduğu bildirildi -ATPaz). Yavaş mekanizmaları katkısını ihmal edilebilir olduğundan, Ca2 + geçici (Tau-1 Hz) çürümesine zaman sabit SERCA ve NCX7,8,9kombine etkinliğini yansıtır. Kafein perfüzyon aşamada SERCA SR kalsiyum yedek oluşturulamadı. Böylece, kafein kaynaklı kalsiyum darbe (Tau-kafein) düşüş özellikle NCX için neden olduğu bildirildi. Buna bağlı olarak, NCX işlevi Tau-kafein ilgili olarak negatif olur. Diyastolik Ca2 + kaldırma NCX katkısı Tau-1 Hz/Tau-kafein oranı ile ilgili olarak olumlu bir şey. Tau-kafein ve Tau-1 Hz7,8,9arasındaki fark ile ilgili olarak olumlu SERCA katkıdır.
Yordamı başarıyla tamamlamak için (Resim 2), belirtmek gerekir bazı teknik anahtar nokta vardır. İlk olarak, otomatik bir sistem kurulması için geçiş pacing ve perfüzyon sistemi tam olarak önemlidir. Önceden ayarlanmış program gecikme süresini doğru bir şekilde kontrol edebilecek ve kafein perfüzyon hızla uygulamak. İkinci olarak, işlemi sırasında miyositler perfüzyon çözüm tarafından yıkanıp riski vardır. Miyositler stabil odası yemek için yapıştırılır tutmak için hücreleri tabakta 15 dakikadan fazla kayıt önce yer almalıdır.
Ayrıca, kafein uygulanması için bir istikrarlı iğne perfüzyon sistemi kurma başka bir kritik bir adımdır. Bu adım için üç anahtar nokta vardır: (1) hızlı kanal anahtarı ve düz iğne perfüzyon, (2) iyi kontrollü perfüzyon akım hızları ve (3) uygun iğne ucu mesafe ve myocyte hedef. Akım hızı, ipucu mesafe veya çözüm kanal anahtarı girişim uygunsuz ayarı bir kabul edilebilir kafein kaynaklı kalsiyum darbe edinme başarısızlıkla sonuçlanabilir. Kafein kaynaklı kalsiyum atışlar için sadece bir dik dalga kret ile darbe kalsiyum kaldırma işlevi analizi için seçilmiş olabilir.
Yama-kelepçe sistemini temel alan alternatif yöntem nispeten doğru veri sağlayabilir. Ancak, içe-takviyeli-K+ akım gibi bazı faktörler doğruluğunu etkileyebilir. Ayrıca, Gelişmiş ekipman, kalifiye teknisyen ve zaman tüketimi daha yüksek bir gereklilik de yama-kelepçe uygulanması sınırlayabilir. Bir dereceye kadar bizim iletişim kuralı bu SR yükünün doğrudan değerleri veya etkinlik SERCA ve NCX sağlayabilir değil sınırlaması vardır. Parametreleri (örneğin, Ca-kafein, Tau-kafein) yalnızca değişen SR içerik ve diyastolik Ca2 + Temizleme katkısı dolaylı olarak yansıtır. Ancak, bu iletişim kuralını kolaylık, teknik ve ekipmanları daha az sınırlama avantaja sahiptir.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu eser hibe Çin Ulusal doğal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir (No 81100159, Dongwu Lai; 81401147, Juhong Zhang), tıp ve Sağlık Bilimleri programı, Zhejiang eyaleti (No 201646246, Dongwu Lai) ve Sağlık Bilimleri ve Hangzhou City (No. 2013A28, Ding Lin) teknoloji planı.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır