세포 내 칼슘 측정<sup> 2 +</sup개의 기술하여 인간 정자에서> 변경 : 기존 Fluorometry은 흐름 Fluorometry, 유동 세포 계측법 및 단일 세포 이미징을 중지

Summary

세포 내 칼슘^{2 +} 역학 정자 생리학 및 캘리포니아에 매우 중요하다^{2 +} 민감한 형광 염료를 연구하는 다양한 도구를 구성합니다. 인구 실험 (fluorometry 및 흐름 fluorometry 중지) 및 단일 세포 실험 (유동 세포 계측법 및 단일 세포 이미징) 시공간적 [CA를 추적하는 데 사용됩니다<sup> 2 +</sup인간의 정자 세포의>] 변경됩니다.

Abstract

정자, 특히 도달 인식하고 계란 융합 디자인 남성의 생식 세포 수 있습니다. 이 작업을 수행하려면, 정자 세포는 끊임없이 변화하는 환경에 직면하고 여러 개의 물리적 장벽을 극복 할 준비를해야합니다. transcriptionally 및 translationally 침묵하는 본질이기 때문에, 이러한 운동성이있는 세포는 방향 자체에 다양한 신호 전달 메커니즘에 깊이 의존하고 지시 패션에서 수영을하고, 계란을 찾기 위해 자신의 여행을하는 동안 환경 조건을 도전에 맞설 수 있습니다. 특히 칼슘 ^{2 +} – 매개 신호는 여러 정자 기능에 필수적이다 : 운동, capacitation (첨 반응 정자를 준비하는 복잡한 과정)과 첨 반응 (정자 – 난자의 융합을 할 수 exocytotic 이벤트)의 활성화. 이 이온의 세포 내 변화를 추적 할 수있는 형광 염료를 사용하는 응용 프로그램, 감도의 용이성으로 인해 현저한 중요성과 DET의 다양성ection. 하나의 염료 로딩 프로토콜을 사용하여 우리는 정자의 칼슘 ^{2 +} 역학을 모니터링하는 네 가지 형광 기술을 사용합니다. 각 기술은 모두 하나의 세포와 세포 인구 수준에서 데이터를 생성, 공간 및 / 또는 시간적 해상도를 가능하게 독특한 정보를 제공합니다.

Introduction

칼슘 ^{2 +} 진핵 세포의 신호 전달 경로의 보편적 인 두 번째 메신저이다. 내 Ca ^{2 +은} (칼슘 ^{2 +} _I) 흥분과 비 흥분성 세포 모두에서 많은 근본적인 생리적 인 과정의 조절에 참여하고 있습니다. ^칼슘의 중요성과 보편성 ⁺ 두번째 메신저와 같은 신호 전달 이벤트 기간 동안은 세포 내에서 정보의 전송에있는 그것의 시공간적 다양성에서 파생됩니다. 칼슘 ^{2 +} 드 노보 또는 세포의 세포 내 농도 ([칼슘 ^{2 +]} _i) 내에서 분해 합성 할 수없는 서로 다른 세포 지속적으로 버퍼, 격리한다는 구획화하는 메커니즘 및 /를 통해 매우 엄격한 한계 내에서 유지되거나 ^칼슘을 축적하는 동안 ^+. 이 이온의 농도의 변화는 세포 ^{1 ~} 매우 지역화 된 지역에서 발생하고 그러한 변동을 해독하는 데 확보를 위해 필수적입니다 수 있습니다신호 메커니즘 (1) 자신의 역할, (2) 자신의 생리적 중요성 및 세포 신호 (3) 일반 기계 장치의 EPER 이해. 칼슘 ^{2 +} – 매개 신호 정자 ^생리학이 특히 중요하다. 정자의 운동성은 수정의 성공을 위해 가장 중요한 기능 중 하나이며, 실제로 여러 정자 운동성 결함 불임 ^3-5가 발생할 수 있습니다. ⁺ 편모 운동에 ^칼슘의 중요성은 긴 ⁶ 인식되고 있지만, 칼슘 ^{2 +} 편모 굴곡의 특정한 모양을 제어하는 방법의 메커니즘은 완전히 이해되지 않습니다.

계란 융합하기 전에 정자가 capacitation, 여성의 요로 안에 정자 거주지에 따라 복잡한 과정을 거쳐야합니다. capacitation 동안 정자 세포막의 지질 구조와 조직은 주로 세포막에서 콜레스테롤 제거의 결과로 수정됩니다. 또한, 여러 가지 단백질 티로신 형광체 있습니다⁷ ylated. 중요한 것은, capacitation 동안이 세포 내 pH가 증가 (산도 _I)과의 [칼슘 ^{2 +]} _i를하고 막 잠재력은 어떤 종 ² hyperpolarizes. Capacitation는 정자 (20-40%)의 모집단에서 발생하고, 이러한 모든 세포 변화에 관여하는 메커니즘은 명확 멀리 있습니다. 그것은 일반적으로 생리 인덕터에 노출되었을 때 capacitated 정자 만 모집단이 첨 반응 (AR)을 받아야하는 허용됩니다. AR은 (외부 및 내부 점막과 전문 소기관) 첨을 가진 모든 종에서 수정에 필요한 칼슘 ^{2 +} 조절 이벤트입니다. 이 과정에서 정자의 세포막과 외부 acrosomal 막 퓨즈, 정자 세포 달걀 (투명대 또는 ZP)를 둘러싼 글리코 단백질 성 매트릭스에 침투 할 수 있도록 가수 분해 효소를 방출. AR은 또한 상호 작용하는 새로운 fusogenic 정자 세포 표면에 노출두 배우자의 최종 융합 계란 원형질막. AR, 프로게스테론은 가장 그들 가운데 연구 중 하나 인 유도 여러 세포 리간드가 있습니다.

이 작품에서 우리는 측정하는 칼슘 ^{2 +에} 민감한 형광 염료의 사용과 관련된 네 가지 기술을 제시 [칼슘 ^{2 +]} _나는 황체 호르몬에 의해 트리거 인간의 정자의 변화 (우리는 [칼슘 ² 측정하는 유동 세포 계측법을 제외 ⁺ ] _내가) 체외 capacitation 프로세스 중에 유도 증가한다. 이 특정한 경우에 우리가 사용하는 플루오을 오전 3시 (생활 기술, 그랜드 아일랜드, NY)와 막 투과성 염료 K _D = 325 nm의. 체외에서 우리는 방법 세 가지와 시간의 함수로 형광 변화를 감시, 그리고 네 번째 기술로 우리는 시간에 하나의 주어진 시점에서 형광 값을 측정 하였다. 모두 그들은 공간과 시간적 해상도를 제공 이후 서로 다른 접근 방법은 서로를 보완단일 세포와 세포 인구 수준 모두에서 olution.

세포 인구 또는 대량 실험

그들은 잘 설립, 간단하고, 하나의 실험에서 세포의 수백만에서 수행되는 측정에서 정보의 평균화 수 있기 때문에 그들이 필요로하는 악기도 쉽게 사용할 수 있지만, 때문에 대량 기술이 광범위하게뿐만 아니라 사용됩니다.

기술 # 1. 기존 Fluorometry
이 기술은 시간의 함수로 형광의 변화를 모니터링, 실험은 200 ~ 1,000 μL에 이르기까지 샘플 볼륨이 유리 큐벳에서 수행됩니다. 추가 시약의 적절한 혼합은 자기 교반이 필요하며, 얻어진하므로 시간적 해상도 (초)의 순서입니다. 분석 시료의 전형적인 세포 농도 범위는 10 ⁵ -10 ⁸ 세포 / ㎖이다.

기술 # 2. 정지 흐름 Fluorometry
티그의 기술은 또한 시간의 함수로 형광의 변화를 감시하지만, 시약을 매우 작은 샘플 볼륨 (25-100 μL에 이르기까지)를 포함하는 기록 베트로 (사용 압력) 함께 혼합된다. 따라서 시약의 균질화 (밀리 초)의 순서에서 높은 시간적 해상도를 가능하게 순간이다. 결과 형광 대 시간 트레이스의 분석은 분석 시료의 일반적인 세포 농도 범위는 짧은 반응 중간체 등에 대한 정보를 얻는 반응 메커니즘의 복잡성을 해명, 반응 속도를 결정하기에 적합한 10 ⁵ -10 ⁷ 세포 / ML.

단일 세포 실험

대량 실험은 세포의 큰 숫자의 평균 행동을보고 있지만, 인구는 자주 측정과 같은 유형의 동안 간과 이종 특성을 보일 수 있습니다. 단일 세포 기술은 따라서 일을 보완하는 데 사용됩니다전자 정보는 세포 인구의 실험을 얻었다.

기술 # 3. 유동 세포 계측법
단일 세포 측정에서 발생하는 정보의 중요성에도 불구하고, 그것은 전체 인구 세포 특정 속성의 잘못된 추정을 방지하기 위해 세포의 큰 숫자를 분석하는 것이 중요합니다. 이러한 이유로, 높은 처리량 기법을 선호하고 가장 인기있는 방법은 조건 10,000 세포가 종래 분석하는, 유동 세포 계측법이다. 그것의 크기 (전방 산란 (FSC)), 단위 (사이드 분산 형 (SSC)) 및 형광 강도 (항체 특정 라벨, 생존 마커 등)에 따라 세포를 분류이 방법은 이기종 인구의 다중 매개 변수 분석을 가능하게 따라서 셀 그룹에 대한 매개 변수 '유통에 대한 정보를 제공한다. 유동 세포 계측법 오히려 시간에 따른 정보 ^8보다 인스턴트를 제공합니다. 앞으로 측면 산란 값 AR세포를 포함하지만, 형광 측정, 부정과 긍정적 인 형광 컨트롤의 세포 파편, 먼지 등을 차별 게이트를 선택하는 유용 E도 포함되어야합니다. 두 개 이상의 형광 채널을 사용하는 경우, 보상으로 알려진 과정 (자세한 내용은 참조를 위해 수행해야 http://www.bdbiosciences.com/resources/protocols/setting_compensation.jsp을 ). 보상 형광체 사이에 스펙트럼 중복 차별 할 수 있습니다. 유동 세포 계측법은의 propidium 요오드 염색에 의해 일반적으로 죽은 세포의 차별을 할 수 있습니다.

기술 # 4. 단일 셀 이미징
현미경 단일 세포의 행동을 연구하는 또 다른 일반적인 방법입니다, 그것은 잘 시간에 따른 연구에 적합하고 또한 공간 해상도를 제공합니다. 주요 단점은 높은 처리량 분석은 현 시점에서 초기 단계에 유일한 것입니다 <s9>까지.

Protocol

본 논문에서는 측정하는 네 앞서 언급 한 기술의 사용보고 [칼슘 2 +] 나는 인간의 정자 세포의 변화.에게 그것은 잘이 스테로이드는 일시적 [칼슘 2 +] 나는 정자의 증가를 생산하는 설립으로 우리는 칼슘 2 + 반응을 유발하는 호르몬을 사용했다. 특히, 인간의 정자에 프로게스테론 직접 정자 세포 10,11의 플라즈마 막에 독점적으로 표현 칼슘 2 +</…

Representative Results

그림 1. 스 윔업 방법으로 정자 샘플 준비를위한 실험 프로토콜입니다. 운동성 정자의 분리와 그 농도 조정을위한 주요 단계의 개략적 인 다이어그램이 설명된다. capacitation이 필요한 경우 마지막 부화 단계는 수행됩니다. <p class…

Discussion

세포 내 신호는 대부분의 세포 활동을 위해 매우 중요합니다, 칼슘 ^{2 +} 수명주기의 끝에, 수정의 기원에서 자신의 전체 수명에 걸쳐 포유 동물 세포와 함께 유비쿼터스 메신저이다. 다른 자극에 대한 응답으로, [칼슘 ^{2 +]} 나는 증가, 발진 및 시공간적 화와 감소, 따라서, 다양한 프로세스가 활성화됩니다, 변조 또는 칼슘 ^{2 +} 인코딩 메시지가 종료되었습니다. 내 Ca ^{2 +이</s…}

Materials

Name of Reagent/Material	Company	Catalog Number	Comments
Ham’s F-10	Sigma-Aldrich	N-6013
Bovine Serum Albumin	Sigma-Aldrich	A-7906
Calcium Chloride Dihydrate approx. 99%	Sigma-Aldrich	C-3881
Makler Counting Chamber	SEFI Medical Insruments LTD	SEF-MAKL
Fluo-3 AM	Invitrogen	F-1242	20 vials/50 μg each
Ionomycin	Alomone	I-700
Progesterone	Sigma-Aldrich	P0130
Sodium chloride	Sigma-Aldrich	S-9888	Reagents for human sperm medium (HSM)
Potassium chloride	Sigma-Aldrich	P-3911	Reagents for human sperm medium (HSM)
Sodium bicarbonate	JT Baker	3506	Reagents for human sperm medium (HSM)
Magnesium chloride	Sigma-Aldrich	M-2670	Reagents for human sperm medium (HSM)
Calcium chloride anhydrous	Sigma-Aldrich	C-1016	Reagents for human sperm medium (HSM)
HEPES	Sigma-Aldrich	H-3125	Reagents for human sperm medium (HSM)
D-Glucose	JT Baker	1906-01	Reagents for human sperm medium (HSM)
Sodium pyruvate	Sigma-Aldrich	P-2256	Reagents for human sperm medium (HSM)
Sodium L-lactate (aprox. 99%)	Sigma-Aldrich	L- 7022	Reagents for human sperm medium (HSM)
Propidium Iodide	Invitrogen	L-7011	Component B
Triton X-100 (t-Octylphenoxypolyethoxyethanol)	Sigma- Aldrich	X-100	2.4 mM solution in water
Round coverslip	VWR	48380 080	25 mm diameter
Poly-L-lysine solution	Sigma-Aldrich	P8920
Manganese chloride	Sigma-Aldrich	M-3634
Attofluor; Cell Chamber, for microscopy	Life technologies	A-7816
Dimethyl Sulphoxide	Sigma-Aldrich	D2650	5×5 ml