استخدام رامزي الفحص لقياس إفراز السوائل وايون الجريان الاسعار في<em> ذبابة الفاكهة السوداء البطن</em> الأنبوب الصغير مالبيغي

Summary

يصف هذا البروتوكول استخدام فحص رامزي لقياس معدلات إفراز السوائل من معزولة مالبيغي (الكلى) الأنابيب من ذبابة الفاكهة السوداء البطن. وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام أقطاب أيون محددة لقياس تركيزات الصوديوم والبوتاسيوم في السائل يفرز، مما يتيح حساب تدفق بطريق الظهارة أيون، يوصف.

Abstract

تعديل الكلوي النقل أيون الظهارية يسمح الكائنات الحية للحفاظ على التوازن الأيوني والاسموزي في مواجهة الظروف الخارجية متفاوتة. يقدم ذبابة الفاكهة السوداء البطن مالبيغي (الكلى) أنبوب صغير فرصة لا مثيل لها لدراسة الآليات الجزيئية لنقل أيون الظهارية، وذلك بسبب الوراثة قوية من هذا الحي وسهولة الحصول على الأنابيب في الكلى لدراسة فسيولوجية. هنا، نحن تصف استخدام فحص رامزي لقياس معدلات إفراز السوائل من ذبابة معزولة الأنابيب الكلوية، مع استخدام أقطاب أيون محددة لقياس تركيزات الصوديوم والبوتاسيوم في السائل المفرز. يسمح هذا الاختبار دراسة السوائل بطريق الظهارة والأيونات تدفقات ~ 20 الأنابيب في كل مرة، دون الحاجة لنقل السوائل تفرز لجهاز منفصل لقياس تركيزات أيون. وراثيا الأنابيب متميزة يمكن تحليلها لتقييم دور جينات معينة في عمليات النقل. بالإضافة إلى ذلك، بيمكن تعديل athing المالحة لدراسة آثار خصائصه الكيميائية، أو المخدرات أو الهرمونات المضافة. باختصار، هذه التقنية تسمح للالتوصيف الجزيئي من الآليات الأساسية للنقل الظهارية أيون في أنبوب صغير ذبابة الفاكهة، فضلا عن تنظيم آليات النقل هذه.

Introduction

الكلوي النقل أيون الظهارية راء iono- العضوي، التنظيم الاسموزي. يقدم ذبابة الفاكهة السوداء البطن مالبيغي (الكلى) أنبوب صغير فرصة لا مثيل لها لدراسة الآليات الجزيئية لنقل أيون الظهارية. ويرجع ذلك إلى مزيج من الوراثة قوية من ذبابة الفاكهة، وإرفاقها مع إمكانية الوصول إلى الأنابيب الكلوية لها لدراسة فسيولوجية هذا. فحص رامزي، الذي سمي على اسم المحقق الذي كان رائدا في تقنية ^1، يقيس معدلات إفراز السوائل من الأنابيب مالبيغي معزولة، وتأسست في ذبابة الفاكهة في عام 1994 من قبل شركة داو وزملاؤه ^2. هذا مهد الطريق لمزيد من الدراسات باستخدام ذبابة الفاكهة الأدوات الوراثية، مثل نظام GAL4-UAS ^3،4، لتحديد مسارات الإشارات خلية محددة تنظم إفراز السوائل. ويشمل على سبيل المثال يشير الكالسيوم في استجابة لهرمون الببتيد ^5، وغيرها الكثير ^6،7.

وقد أظهرت ve_content "> مزيج من التقنيات الوراثية ودراسة فسيولوجية الكلاسيكية التي الجيل البول في حدوث الطاير من خلال إفراز البوتاسيوم كلوريد الغنية السوائل من الجزء الرئيسي من أنبوب صغير. وهذا يحدث من خلال إفراز بطريق الظهارة مواز من الكاتيونات، في المقام الأول K ⁺ ولكن أيضا نا ^+، من خلال الخلية الأساسية، والكلورين ^– إفراز من خلال الخلايا النجمية ^8-12 القدرة على قياس حدة بطريق الظهارة K ⁺ والصوديوم ⁺ تدفقات يسمح توصيف أكثر تفصيلا لآليات النقل من قياس إفراز السوائل وحده. على سبيل المثال، في الأنابيب ذبابة الفاكهة unstimulated، نا ⁺ / K ⁺ إطعام الفئران المانع ابائين ليس له تأثير على إفراز السوائل ^2، حتى عندما يتم تثبيط امتصاص حيز الخلايا الرئيسية التي العضوية نقل أنيون المانع توروكولات ^13. ومع ذلك، لينتون و أظهر أودونيل أن ابائين depolarizesإمكانات غشاء basolateral، ويزيد نا ⁺ تدفق ^9. كما هو مبين في ممثل النتائج، ونحن تكرار هذه النتائج، وأظهرت أن K ⁺ تدفق هو انخفضت بصورة متزامنة ^14؛ زيادة نا ⁺ التمويه وانخفض K ⁺ تدفق لها آثار معارضة على إفراز السوائل، مما أدى إلى عدم التغير الصافي في إفراز. وبالتالي، هناك قرارين ل"مفارقة ابائين"، أي مراقبة الأولية التي ابائين له أي تأثير على إفراز السائل في أنبوب صغير ذبابة الفاكهة: أولا، في الأنابيب حفز، وتأثير ابائين على إفراز السوائل غير واضح نظرا ل امتصاص من قبل الناقل أنيون العضوية ^13؛ وثانيا، في الأنابيب unstimulated، ابائين ومعارضة الآثار على بطريق الظهارة نا ⁺ K ⁺ والتمويه، مما أدى إلى عدم التغير الصافي في إفراز السائل (انظر ممثل النتائج والمرجع 9). ولذلك، فإن الدور الرئيسي للنا ⁺ / K ⁺ -ATPبورصة عمان في الأنابيب unstimulated هو خفض داخل الخلايا نا ⁺ تركيز لتوليد التدرج تركيز مواتية لنا ⁺ -coupled عمليات النقل عبر الغشاء basolateral. في الواقع، عن طريق قياس حدة نا ⁺ وK ⁺ التدفقات، أثبتنا أن الأنابيب التي تفتقر إلى cotransporter ذبابة الصوديوم والبوتاسيوم-2-كلوريد (NKCC) قد انخفضت K بطريق الظهارة ⁺ التمويه، مع عدم وجود مزيد من الانخفاض بعد ابائين بالإضافة إلى ذلك، وأي تغيير في بطريق الظهارة غ ⁺ تدفق ^14. وأيدت هذه النتائج استنتاجنا أن نا ⁺ دخول الخلية من خلال NKCC يتم إعادة تدويرها من خلال نا ⁺ / K ⁺ إطعام الفئران. وفي مثال آخر، Ianowski وآخرون. لاحظ أن خفض حمام K ⁺ تركيز من 10 ملم إلى 6 ملم انخفض بطريق الظهارة K ⁺ تدفق وزيادة بطريق الظهارة نا ⁺ تدفق في الأنابيب من الرادنة prolixus، مع عدم وجود صافي التغير في إفراز السوائل <sup> 15. كما لوحظت آثار تفاضلية على نا ⁺ التمويه وK ⁺ تدفق عبر الأنابيب اليرقات في الأنابيب ذبابة الفاكهة ردا على متفاوتة حمية الملح ^{16 و} في نوعين من أنواع البعوض ردا على تربية ملوحة ^17.

التحدي الأكبر في قياس تدفق بطريق الظهارة أيون في إعداد مقايسة رامزي هو تحديد تركيزات الأيونات داخل السائل المفرز. وقد اجتمع هذا التحدي مع حلول مختلفة، بما في ذلك اللهب photometery ^18، واستخدام أيونات المشعة ^19، والإلكترون التحقيق الطول الموجي التحليل الطيفي والتشتت ^20. هذه التقنيات تتطلب نقل قطرة السائل يفرز إلى أداة لقياس تركيزات أيون. منذ حجم السوائل التي يفرزها ذبابة الفاكهة أنبوب صغير unstimulated صغيرة، وعادة ~ 0.5 NL / دقيقة، وهذا يشكل تحديا تقنيا وأيضا يقدم الخطأ إذا كان بعض من السائل يفرز هوفقدت عند نقله. في المقابل، فإن استخدام أقطاب أيون محددة يسمح بقياس نشاط أيون (من الذي يمكن حساب تركيز أيون) في الموقع. تم تعديل البروتوكول الحالي من تلك المستخدمة من قبل Maddrell والزملاء لقياس بطريق الظهارة K ⁺ تدفق عبر أنبوب صغير الرادنة باستخدام valinomycin باسم K ⁺ حامل الأيون ^21، ويصف أيضا استخدام -butylcalix 4- ثالثي [4]، دآرين tetraacetic حمض رابع إيثيل نا القائم على استر ⁺ -specific القطب أيون محددة تتميز Messerli وآخرون. آل ^22. كما تم استخدام أقطاب أيون محددة لقياس تركيزات الأيونات في السوائل التي يفرزها الأنابيب مالبيغي في فحص رامزي في الكبار ^9،23 واليرقات ¹⁶ ذبابة الفاكهة السوداء البطن، ونيوزيلندا جبال الألب يتا (Hemideina الماوري) ^{24 و 17} في البعوض.

هنا، نحن تصف بالتفصيل استخدام رامزي كماأقول لقياس معدلات إفراز السوائل في الأنابيب مالبيغي من ذبابة الفاكهة، فضلا عن استخدام أقطاب أيون محددة لتحديد تركيزات K ⁺ و ⁺ نا داخل السائل المفرز وبالتالي احتساب التدفقات بطريق الظهارة أيون. وتقدم لمحة عامة عن الفحص في الشكل 1.

الشكل 1. تخطيطي لمالبيغي الأنابيب الصغيرة والفحص رامزي مع استخدام ايون محددة أقطاب لقياس تركيزات الأيونات. ويوضح هذا الرقم الإعداد لفحص رامزي. (A) كل ذبابة أربعة الأنابيب، وزوج من الأنابيب الأمامية وزوج من الأنابيب الخلفية، التي تطفو في تجويف البطن وتحيط بها الدملمف. في كل زوج، والأنابيب اثنين من الانضمام في الحالب، والتي ثم يفرغ البول عند تقاطع المعي المتوسط ​​وhindguت. الأنابيب عمياء العضوية. يتم إنشاء البول عن طريق القطاع الرئيسي إفراز السائل (كما هو موضح باللون الأحمر)، ويتدفق نحو الحالب والخروج إلى الأمعاء. بعد تشريح، وفصل الزوج أنبوب صغير من الأمعاء عن طريق transecting الحالب. (B) ثم يتم نقل زوج من الأنابيب إلى قطرة من الاستحمام المالحة داخل بئر للطبق الفحص. واحدة من الأنابيب اثنين، المشار إليها هنا باسم "مرساة أنبوبية،" هو التفاف حول مسمار معدني وغير خامل. نبيب الآخر هو أنبوب صغير إفراز. يبقى الجزء الأول (الذي لا تفرز السائل) والجزء الرئيسي من أنبوب صغير إفراز داخل قطرة من الاستحمام المالحة. الأيونات وتحرك المياه المالحة من الاستحمام وداخل تجويف أنبوب صغير من الجزء الرئيسي، ومن ثم تتحرك نحو الحالب، كما يمكن أن تحدث في الجسم الحي. الجزء السفلي (الأزرق) هو خارج المالحة الاستحمام، وبالتالي خاملة. منذ يتم قطع الحالب، السائل يفرز كما يظهر قطرات من نهاية قطع من الحالب. تانه يفرز السائل قطرات يوسع على مر الزمن مع استمرار إفراز، ويتم قياس قطرها باستخدام ميكرومتر بصري. هناك طبقة من الزيت المعدني يمنع تبخر السوائل تفرز. الأقطاب محددة المرجعية وأيون قياس تركيز أيون السائل المفرز. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

1. إعداد تشريح والمعايرة والفحص أطباق ملاحظة: في هذه الخطوة، تم إعداد ثلاثة أطباق بتري البلاستيكية اصطف مع سيليكون المطاط الصناعي: واحد للتشريح، واحدة لأداء الفحص رامزي ("طبق فحص")، واحد لأداء المعايرة. وهذه الأطباق إعادة ا…

Representative Results

أرقام 7 و 8 إثبات أن استخدام فحص رامزي مع أقطاب أيون محددة لقياس تركيزات K + ونا + يمكن أن تميز وراثيا ومتميزة دواء K + وتدفقات نا +، المعلومات التي لم يتم التقاطها بواسطة قياس معدلات إفراز السوائل وحدها. الشكل 7 عروض إنخفاضا إفراز…

Discussion

استخدام فحص رامزي، جنبا إلى جنب مع أقطاب أيون محددة، يسمح للقياس معدلات إفراز السوائل وتدفقات ايون في الحشرات معزولة مالبيغي (الكلى) الأنابيب. يمكن أن يعاير عشرين أو أكثر من الأنابيب في وقت واحد، مما يتيح أعلى إنتاجية مقارنة مقايسة من فرد في المختبر microperfused الأن?…

Materials

Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit	Ellsworth Adhesives	http://www.ellsworth.com/dow-corning-sylgard-184-silicone-encapsulant-0-5kg-kit-clear/	May be purchased from multiple distributors
Petri dish, polystyrene, 100 mm x 15 mm	Fisher	FB0875712	Specific brand is not important
Petri dish, polystyrene, 35 mm x 10 mm	Corning Life Sciences	Fisher 08-757-100A	Specific brand is not important
Scalpel Handle #3	Fine Science Tools	10003-12	Specific brand is not important
Scalpel Blades #1	Fine Science Tools	10011-00	Specific brand is not important; use appropriate sharps precautions
Needle, 30G x 1/2	Becton Dickinson	305106	Use appropriate sharps precautions
Minutien pins, black anodized, 0.15 mm	Fine Science Tools	26002-15
Stereomicroscope with ocular micrometer	Nikon	SMZ800	Specific brand is not important; this is given as an example
Sheet of black stained glass, 3 mm (1/8 inch) thick	Hobby shop		Example includes Spectrum Black Opal by Spectrum Glass (http://www.delphiglass.com/spectrum-glass/opalescent/spectrum-black-opal)
Glass cutting tools (glass cutter, glass cutting pliers)	Hobby shop		Examples include the Studio Pro Lightweight Running Pliers by Diamond Tech (http://www.delphiglass.com/glass-cutters-tools/pliers-nippers/studio-pro-lightweight-running-pliers) and the Studio Pro Brass Glass Cutter by Diamond Tech (http://www.delphiglass.com/glass-cutters-tools/glass-cutters/studio-pro-brass-glass-cutter). Use appropriate safety precautions when cutting glass
Borosilicate glass capillary tube, unfilamented, GC120-10, OD 1.2 mm, ID 0.69 mm, length 10 cm	Warner Instruments	30-0042
Borosilicate glass capillary tube, filamented, GC120F-10, OD 1.2 mm, ID 0.69 mm, length 10 cm	Warner Instruments	30-0044
Nitric acid, 70%	Sigma	438073	CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines. Specific brand is not important
Cimarec 7 in x 7 in hotplate	Fisher	11675911Q	Specific brand is not important; caution when heated
Selectophore dichlorodimethylsilane	Sigma	40136-1ML	CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines
Two-step vertical pipet puller	Narishige	PC-10	Other pipet pullers can be used; this is given as an example
Glass petri dish, 150 mm diameter x 15 mm height	Fisher	08-748E	Specific brand is not important; only one dish needed
World Precision Instruments E210 1 mm micropipette storage jar	Fisher	50-821-852	May be available from other distributors. Useful to have two jars. Note that although this jar is specified for 1 mm pipets, and the pipets used here are 1.2 mm, in our experience the 1 mm jar works best for the 1.2 mm pipets.
Silica Gel, Tel-Tale Desiccant, indicating, 10-18 mesh	Fisher	S161-500	Indicating silica useful for determining whether silica gel retains desiccating ability
World Precision Instruments MicroFil, 34G	Fisher	50-821-914	May be available from other distributors.
1 ml syringe with luer lock	Becton Dickinson	309659	May be available from other distributors.
3 ml syringe with luer lock	Becton Dickinson	309657	May be available from other distributors.
D300 3-way stopcock with female luer lock inlet port, male luer outlet port with rotating collar and guard	Cole-Parmer	UX-30600-02	Specific brand is not important
Female Luer Locking Connector	4 Medical Solutions	ADC 9873-10	Specific brand is not important; barbed end is ~4 mm at narrowest point and ~7 mm at widest point.
Silicone Tubing I.D. x O.D. x Wall: 1/16 x 1/8 x 1/32 in. (1.59 x 3.18 x 0.79 mm)	Fisher	14-179-110	Specific brand is not important
E-3603 tubing, I.D. x O.D.: 1/32 x 3/32 in	Fisher	14171208	Specific brand is not important
Modeling clay			Specific brand is not important
Selectophore potassium ionophore I, cocktail B	Sigma	99373	CAUTION: see Material Data Safety Sheet for appropriate storage and handling guidelines
Selectophore sodium ionophore X	Sigma	71747	Sodium ionphore X = 4-tert-butylcalix[4]arene-tetraacetic acid tetraethylester
Selectophore 2-nitrophenyl octyl ether	Sigma	73732
Selectophore sodium tetraphenylborate	Sigma	72018
Schneider's Drosophila medium	Life Technologies	21720024
High impedance electrometer	World Precision Instruments	FD223a
Microelectrode holder 1 mm with 45° body, vented, with handle	Warner Instruments	64-1051
Microelectrode holder 1 mm with straight body, vented	Warner Instruments	64-1007
Silver wire	Warner Instruments	64-1318
Micromanipulators, pair	Leitz		Various brands/models will work; this is an example
Faraday cage	Technical Manufacturing Corporation	81-334-03	This is an example; any Faraday cage will work
Single gooseneck fiberoptic light	Nikon		Specific brand is not important
mineral oil	Fisher	BP-2629	Specific brand is not important
forceps, Dumont #5 with Biologie tip	Fine Science Tool	11295-10	May be available from other distributors.