Gタンパク質共役受容体によるカリウムチャネルの調節を検出するために、ラベルフリー光学バイオセンサの使用
Summary
光バイオセンサー技術は、生細胞における形質膜の近傍の質量の変化を検出し、一方、個々の細胞および細胞集団の両方において細胞性応答に従うことを可能にすることができる。このプロトコルは、このアプローチを使用して、無傷の細胞におけるGタンパク質共役受容体によりカリウムチャネルの調節の検出について説明する。
Abstract
イオンチャネルを選択的にイオンが原形質膜1を流すことにより、ニューロンおよび他の興奮性の細胞型の電気的特性を制御する。神経細胞の興奮性を調節するために、イオンチャネルの生物物理学的特性は、多くの場合、ヘテロメリックチャネル複合体2,3を形成するために、チャネル自体に結合するシグナル伝達タンパク質および分子によって修飾されている。生きた細胞内の相互作用の時間経過にほとんどの情報を提供しながら、チャネルおよび調節タンパク質との相互作用を調べるの伝統的なアッセイは、潜在的に、タンパク質の動作を変更し、ターゲットの生理的関連性を減少させることができ、外因性のラベルが必要です。共振の変化を検出するために、光は、X-BODYバイオサイエンスBINDスキャナシステムなどのバイオセンサー、新規ラベルフリー技術を使用して、共振波長グレーティング（RWG）光学バイオセンサーは、バイオセンサー付近の光を反映していた。このアッセイは、相対的な検出を可能にするリガンド誘導性細胞接着の変化や広がり性、毒性、増殖、および原形質膜の近くのタンパク質 – タンパク質相互作用の変化に起因するバイオセンサー表面に付着した生細胞の底部内の質量変化。 RWGバイオセンサは、光学Gタンパク質共役受容体（GPCR）、受容体チロシンキナーゼ、及び他の細胞表面受容体の活性化後の細胞の原形質膜の近くの質量の変化を検出するために使用されてきた。イオンチャネル – タンパク質相互作用におけるリガンド誘導変化はまた、このアッセイを用いて研究することができる。本論文では、スラック-B型ナトリウム活性化カリウム（K Na）の GPCRによってチャネルの調節を検出するために使用される実験手順を説明します。
Introduction
その生理学的に適切なコンテキストで、生きた細胞を調べると、細胞標的の生物学的機能を理解することが重要です。しかしながら、このような免疫共沈降アッセイなどのチャネルおよび調節細胞質タンパク質との相互作用を調べるアッセイは、一般に生細胞における相互作用の時間経過にほとんど情報を提供する。現在のセルベースアッセイの大多数は、このような関心の蛍光タグ付けされたタンパク質の転座などの特定の細胞事象を測定する。これらのアッセイは、潜在的に、タンパク質の挙動を変化させ、標的の生理学的な関連性を減少させることができ、目的のタンパク質の修飾を必要とする。 、システムの操作を必要と細胞活性の連続的な測定を提供し、彼らの最も生理学的に関連する状態4にある細胞の研究を許可していない非侵襲的な細胞ベースのアッセイ、。
光学バイオセンサを製造するように設計されているセンサ表面に結合された光の特性の測定可能な変化。表面プラズモン共鳴（SPR）と共振波長格子（RWG）技術を含むエバネッセント波を利用する光学バイオセンサは、主にセンサー表面上に固定化されたそれらの生物学的受容体への結合分子の親和性および速度を検出するために使用されてきた。より最近では、市販のRWGバイオセンサは、高空間分解能（最大3.75ミクロン/ピクセル）5のセンサ表面への付着細胞の底部内の 質量の相対的変化の検出を可能にするために開発されてきた。これらのバイオセンサーは、細胞接着および拡散性、毒性、増殖、およびGタンパク質共役受容体（GPCR）を含む細胞表面受容体の種々によって誘発されるシグナル伝達経路などの刺激から生じる、生細胞の原形質膜の近傍の質量の変化を検出することができる6 。 RWGバイオセンサは、相対ちゃんを検出バイオセンサ7の150nmの内の質量の相対的変化の関数としての屈折率のシチズン。細胞は、バイオセンサーにメッキされている場合、屈折率のこの変化は、バイオセンサへの細胞付着の変化に起因する細胞の原形質膜の近くの質量の変化を反映する。このプロトコルは、RWGバイオセンサを使用してチャネル – タンパク質相互作用の検出について説明する。
RWGデータ収集システムは、複数のコンポーネントで構成されています。 X-BODY Biosciences社BINDスキャナがこれらの実験に使用されたため、我々は、プレートリーダー、関連するバイオセンサー、BINDスキャン取得ソフトウェア、およびBINDビュー解析ソフトウェア8から構成され、この特定のシステムのための構成要素を指すものとする。フォトニック結晶バイオセンサは、特定の光の伝播を防止する2又は3次元の誘電体材料の周期的な配置で構成され、光学バイオセンサと称する波長と方向。フォトニック結晶構造はウッドの異常と呼ばれる現象に基づいている。最初1902年にウッドによって発見され、これらの異常は、特定の回折次数の強度の急激な変化は、特定の狭い周波数帯域で発生する光の回折格子によって反射される光のスペクトルで観察された効果である。 1962年に、ヘッセルとOliner、有限期間格子は立って共振波長9を生成するWoodの異常の新しい理論を発表した。ここで説明する光学バイオセンサにおいては、木材の異常は、白色光で刺激された場合には、波長のごく狭い帯域（典型的には850から855 nm）を反映していることをRWGバイオセンサを製造するために使用される。
個々のバイオセンサーは、高屈折率誘電体材料の二酸化チタン（TiO 2）の薄層で被覆された周期的な表面構造を有する低屈折率プラスチック材料からなる。ときはbiosensまたは広い波長光源で照明されるフォトニック結晶の光学格子はBINDスキャナで分光光度計によって測定される光の波長の狭い範囲を反映する。反射波長（ピーク波長値またはPWV）のピーク強度は、信号から計算される。バイオセンサー表面の近接内の質量の増加または減少（〜150 nm）での結果としての屈折率の変化する光シフトのPWV。光学バイオセンサは、これらの実験で使用したアッセイのための標準的な生体分子科学学会（SBS）384ウェルマイクロプレートに組み込まれる。
RWVバイオセンサは、細胞10を生体内に外因性シグナルの添加により変化を検出するために使用される。 RWGバイオセンサと屈折の地元率変化の表面は特定の刺激で処理して監視されている上に細胞を直接培養する。バイオセンサにおける質量の変化の方向があり得る局所バイオセンサーの近くの質量の増加から生じる屈折の屈折率との増加はPWVの増加として測定されるので、決定した。逆に質量の減少は、PWVの減少を生成します。検出されたPWVの変化は、細胞接着の変化、タンパク質の補充/リリース、エンドサイトーシス、リサイクル、エキソサイトーシス、アポトーシス、および細胞骨格再配列を含む多数の細胞事象に起因することができます。例えば、アッセイは、カリウムチャネルおよび他の細胞質または細胞骨格成分の間のチャネル – タンパク質相互作用の変化を検出することができる。イベントは、しかしながら、原形質膜の近くに、バイオセンサーの近くに〜150nmの検出ゾーン内、および接続されたセルの場合に発生しなければならない。細胞応答の取得は、BINDスキャンソフトウェアを用いて実行され、SBSプレート384のウェルの各々の画像表現が生成される。このシステムは、単一細胞内のイベントの検出を可能にする、最大3.75ミクロン/ピクセルの解像度を有し、かつ（例えば、HEK293またはCHO細胞）細胞株、またはそれ以上の生理学的に関連する一次細胞のいずれかで使用することができる。 BIND Viewソフトウェアを有する画像分析は、個々の細胞の集団の両方における細胞応答の検出を可能にする。バイオセンサはマイクロプレート、384ウェル標準SBSに組み込まれるように、システムは、ハイスループットスクリーニング（HTS）に容易に適応可能である。
共振波長格子光学バイオセンサは、以前は11のGPCRの活性化後の細胞の原形質膜の近くの質量の変化を検出するために使用されてきた。当研究室では、2ナトリウム活性化（K Na）のカリウムチャネル、スラック-Bおよびスリック12をクローン化しています。スラック-Bとスリックチャネルの両方の活性が非常に強く、プロテインキナーゼC（PKC）13の直接的な活性化により影響されることが示されている。このような、M1ムスカリン受容体とのmGluR1代謝調節型グルタミン酸rとGαqはタンパク質共役型受容体の活性化eceptorは、強力PKC活性化を介してチャネル活性を調節する。これらのK のNaチャネルは、持続的な刺激の間に神経細胞の適応に貢献し、アクションのタイミングの精度が14を電位調節する。たるみチャンネルはFMRP、脆弱X精神遅滞タンパク質15,16を含む細胞質シグナル伝達分子、様々な相互作用することが知られている。乳児期（MMPSI）、重度の発達遅滞17になりてんかんの早期発症フォームの複数の移行部分発作のたるみ結果に突然変異。
Protocol
Representative Results
Discussion
Z素数（Z '）因子は、ハイスループットスクリーニングアッセイ20の品質を定量化するための一般的な統計的方法であり、このアッセイにおけるGPCRアゴニストのスクリーニングは、SBS互換性のある384ウェルアッセイにおいて発生したため、優れを提供このアッセイ21の堅牢性と妥当性の尺度。 1のAZ 'の値は、存在しない標準偏差を持つデータポイントの数が無限で、理論…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、 安定的にラットスラック-Bタンパク質を発現する HEK293細胞の寛大な寄付のためのエール大学の博士フレッドSigworthの研究室で博士襄陽ヤンに感謝しています。さらに著者らは、ビデオ紹介に表示スラックの低 温電子顕微鏡相同性モデル博士Sigworthに感謝しています。この研究は、LKKにNIHの助成DH067517とNS073943によってサポートされていました
Materials
| DMEM, High Glucose | Life Technologies | 11965-092 | |
| Leibovitz's L-15 Medium | Life Technologies | 11415-064 | |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/ml) | Life Technologies | 15140-122 | |
| Geneticin G-418 Sulfate | American Bioanalytical | AB05057 | |
| HBSS | Life Technologies | 14025-092 | |
| Fibronectin from human plasma | Sigma-Aldrich | F0895 | |
| Albumin from chicken egg white | Sigma-Aldrich | A5378 | |
| DPBS | Life Technologies | 14190-144 | |
| Hausser Bright-Line Phase Hemocytometer | Fisher Scientific | 02-671-6 | |
| Carbamoylcholine chloride | Sigma-Aldrich | C4382 | |
| SFLLR-NH2 trifluoroacetate salt | Sigma-Aldrich | S8701 | |
| Finnpipette (5-50 µl) | Thermo Scientific | 4662090 | |
| BIND Scanner System | X-BODY Biosciences | N/A | |
| 384-well TiO2 coated plates | X-BODY Biosciences | TiO-96-CM |
Riferimenti
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