Eine Methode zur Maus-Inselzellen der Bauchspeicheldrüse Isolation und intrazellulären cAMP-Bestimmung
Summary
Die Untersuchung in vitro β-Zell-Funktion mit isolierten Maus-Langerhans-Inseln ist ein wichtiger Bestandteil in der Studie der Diabetes Pathophysiologie und Therapie. Während viele Downstream-Anwendungen zur Verfügung stehen, dieses Protokoll beschreibt speziell die Messung der intrazellulären zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP) als wesentlicher Parameter, der β-Zellfunktion.
Abstract
Unkontrollierter Blutzucker ist ein Markenzeichen von Diabetes mellitus und Begleiterkrankungen fördert wie Neuropathie, Nephropathie und Retinopathie. Mit der zunehmenden Verbreitung von Diabetes, sowohl immun-vermittelte Typ-1-und Adipositas-Linked-Typ-2-Studien bei der Abgrenzung Diabetes Pathophysiologie und therapeutische Mechanismen abzielen, sind von entscheidender Bedeutung. Die β-Zellen der Langerhans-Inseln Langerhans sind entsprechend Absonderung von Insulin in Reaktion auf einen erhöhten Blutzuckerspiegel verantwortlich. Zusätzlich zu Glukose und anderen Nährstoffen sind die β-Zellen auch durch spezifische Hormone stimuliert, Inkretine bezeichnet, die aus dem Darm in Reaktion auf eine Mahlzeit und wirken auf β-Zellen-Rezeptoren, die die Produktion von intrazellulären zyklischen Adenosinmonophosphat zu erhöhen sezerniert werden ( cAMP). Verringerte β-Zell-Funktion, Masse und Inkretin Reaktionsfähigkeit sind gut zu verstehen, die das Entstehen der Typ-2-Diabetes beitragen, und werden auch zunehmend verknüpft with Typ 1 Diabetes. Die vorliegende Maus Inselisolierung und cAMP-Bestimmung Protokoll kann ein Werkzeug, um zu beschreiben Mechanismen zur Förderung Fortschreiten der Krankheit und Therapiemaßnahmen, insbesondere solche, die von den Inkretin-Rezeptoren vermittelt werden oder verwandte Rezeptoren, die durch Modulation der intrazellulären cAMP-Produktion handeln. Während nur cAMP-Messungen beschrieben werden wird, schafft das beschriebene Inselisolierung Protokoll eine saubere Präparation, ermöglicht auch viele andere Downstream-Anwendungen, einschließlich Glucose-stimulierten Insulinsekretion, [3 H]-Thymidin-Einbau, Proteinmenge und der mRNA-Expression.
Introduction
Die strikte Einhaltung euglycemia ist zwingend notwendig, um Begleiterkrankungen wie Neuropathie, Nephropathie, Retinopathie und, die alle Markenzeichen der Pathologie des unkontrollierten Typ-1-und-2-Diabetes sind 1 zu verhindern. Reduzierte β-Zell-Funktion und Masse in Typ 1 und 2 Diabetes stören Blutglukosekonzentrationen 2. Während immun-vermittelte Typ-1-Diabetes resultiert aus einem verheerenden Verlust von Insulin-produzierenden β-Zellen, gestörte β-Zellen Insulin-Sekretion und periphere Insulin-Signal bei Typ-2-Diabetes zusammen fördern Hyperglykämie, Dyslipidämie und erhöhte hepatische Glukoseproduktion, die schließlich zu sowohl Verlust der β-Zellmasse und Insulin sekretorischen Kapazität von einzelnen β-Zellen 3. Das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen β-Zellen in der Progression des Typ-1-und-2-Diabetes wird hoffentlich Anlass zu neuen Therapien zur Vorbeugung und Behandlung dieser Krankheiten.
In-vitro-tiUSGABE Kulturmodelle, wie der INS-1 und β-MIN6 verewigt Zelllinien können nützliche Werkzeuge für das Verständnis spezifischer β-Zell-Funktionen sein. Jedoch sind die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Zelltypen innerhalb der Insel können sich regulieren β-Zellfunktion. Beispielsweise die parakrine Einfluss von Glucagon (aus α-Zellen freigesetzt) und Somatostatin (von δ-Zellen freigesetzt) in zunehmenden und abnehm Insulinsekretion bzw. zeigt die Bedeutung der Zell Zelle in der Nähe des endokrinen Reaktion 4. Darüber hinaus gap junctions zwischen β-Zellen verstärken die Freisetzung von Insulin 5. Obwohl Fortschritte wurden bei der Erzeugung Insulinom Leitungen, die besser repliziert die physiologische Reaktion von isolierten Inseln zu Glucose vorliegen (z. B. das INS-1-abgeleiteten 832/13 und 832/3 Zelllinien), die Glucose-Empfindlichkeit immer noch von normalen Ratten unterscheidet Inselchen 6,7. Darüber hinaus ist die Antwort dieser klonalen Zellinien InsulinomGlucagon-like-Peptid-1 (GLP-1)-Agonisten kann drastisch voneinander aus normalen Inseln 6 unterscheiden, sowie. Daher kann immortalisierte Zelllinien das beste Modell für die Untersuchung Agenten, die Auswirkungen auf die cAMP-Produktion nicht zu vertreten.
Im Gegensatz zu den Insulinom-Zelllinien, studiert β-Zellfunktion nur in Ganztiermodellen besitzt einen eigenen Satz von Komplikationen. Eine der größten Herausforderungen in der Arbeit mit endokrinen Gewebe präzise Messung der Konzentration des Hormons freigesetzt. Insbesondere spielt die Leber eine wichtige Rolle metabolisierenden Insulin und die Bauchspeicheldrüse Blutfluss geht direkt in die Leber. Somit kann eine Plasmainsulinmessung nicht genau schildern die Mengen an Insulin aus der Bauchspeicheldrüse oder der Auswirkung von verschiedenen Behandlungen auf die Geschwindigkeit der Insulinabsonderung 8 sezerniert. Darüber hinaus kann Nierenstoffwechsel von Glucagon die Zuverlässigkeit von Glucagon Ausgabe von α-Inselzellen 9 begrenzen. Daher isolieren primären Maus Inseln für in-vitro-Experimenten eine genauere Verständnis davon, wie die Insel ist auf bestimmte Reize reagieren zu ergänzen Messungen in vivo gemacht.
Das vorliegende Protokoll für die Isolierung von Maus-Inseln ist ein gut etabliertes Protokoll, das von einer Reihe von Gruppen (mit leichten Modifikationen, die helfen, den Erfolg zu erhöhen) 10,11 eingesetzt. Darüber hinaus ist die Bestimmung der cAMP-Produktion erlaubt eine direkte Auslesen des Inkretin Ansprechbarkeit der β-Zellen. In Verbindung mit cAMP-Messung, Proteingehalt und Insulinsekretion kann auch aus dem gleichen Lager Probenvorbereitungs quantifiziert werden, zu helfen, um zu bestimmen, ob ein Defekt in der β-Zell-Funktion liegt proximal oder distal zu cAMP 10. Die endgültige cAMP-Gehalt und die Insulinsekretion Anwendung in diesem Protokoll kann ein sehr mächtiges Werkzeug für das Verständnis der Einfluss der Pharma-und Nahrungsbestandteile, unter anderen seins, auf die cAMP-und Insulinsekretion. Neben der Stimulation von Glukose allein, können auch andere Verbindungen verwendet werden, um Veränderungen in der cAMP-und Insulin-Sekretion 10,11 messen.
Schließlich, obwohl Insulin ist die primäre Hormon wir Assay von isolierten Inseln, andere Hormone, wie Glucagon und Somatostatin, sowie Zytokine, Eicosanoide und cyclischem Adenosinmonophosphat, kann ebenfalls gemessen werden, entweder durch eine vorübergehende Stimulation Assay oder durch Quantifizierung ihre Niveaus in Kulturmedium 12. Schließlich, obwohl außerhalb des Geltungsbereichs dieses Manuskripts Inselisolierung mit der beschriebenen Kollagenase Isolationsmethode ermöglicht Insel Erhaltung so, dass viele andere Downstream-Anwendungen verfolgt werden, wie zum Beispiel Inseltransplantation, RNA-Isolierung für die quantitative Echtzeit-PCR-oder Microarray-Analysen, Protein Isolation für Western Blot, Immunfluoreszenz-und Insel Einbettung Bildgebung und [3H]-Thymidin als Maß für die Inselzell-ReplikationKation, von denen einige in früheren JoVE Artikel 13-16 beschrieben. Insgesamt nach der im Protokoll beschriebenen Inselisolierung Verfahren kann ein Forscher mit wichtigen und nützlichen Informationen für die Entwicklung von Therapien und Förderung der Arzneimittelforschung zur Verbesserung β-Zell-Funktion ausgerichtet ist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mit der Verbreitung von Diabetes voraussichtlich um 7,7% der Weltbevölkerung betreffen, ist die Voraussetzung für neuartige Forschungstechniken unerlässlich, sowohl Diabetes verstehen und zu behandeln 18. Die vorliegende Inselisolierung ist ein gut etabliertes Protokoll für die in-vitro-Versuche verwendet und hat vorher mit leichten Modifikationen 11,14,16 vorgestellt. Obwohl die Insulinsekretion ist ein gemeinsames stromabwärts Anwendung isolierten Inseln, die sich auf stromaufwärts…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten Renee L. Pasker und Harpreet K. Brar für kompetente technische Unterstützung auf die in dieser Arbeit beschriebenen Protokolle danken. Darüber hinaus möchten wir die Betreuung von Christopher B. Newgard an der Duke University und Alan D. Attie an der Universität von Wisconsin-Madison bestätigen, zusammen mit der Unterstützung ihrer Mitglieder Labor, die uns die Zeit erlaubt und unterstützt notwendig zur Optimierung der beschriebenen Protokollen. Insbesondere danken wir Hans Hohmeier, Danhong Lu, und Helena Winfield in der Labor-und Newgard Mary Rabaglia in der Attie Labor für produktive Diskussionen und Beratung. Diese Arbeit wurde vom NIH DK080845 und Juvenile Diabetes 594 unterstützt
Research Foundation Zuschuss 17-2011-608 (MEK)
Materials
| Collagenase: Collagenase from Clostridium histolyticum suitable for isolating active islets | Sigma-Aldrich | C7657 |
| Ficoll 400 | Sigma-Aldrich | F9378 |
| Hanks Balanced Salt Solution 10X | Invitrogen (Gibco) | 14065-056 |
| Hepes | Sigma-Aldrich | H3375 |
| RPMI 1640 (powder) | Invitrogen (Gibco) | 31800-022 |
| Albumin from Bovine Serum (BSA) | Sigma-Aldrich | A7888 |
| 3/0 Silk Suture Thread | Fine Science Tools | 18020-30 |
| Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 11251-10 |
| 0.8 mm Forceps | Fine Science Tools | 11050-10 |
| Curved Scissors | Fine Science Tools | 14061-10 |
| Vannas-Tübingen Spring Scissors – Straight/Sharp/8.5 cm/5 mm Cutting Edge | Fine Science Tools | 15003-08 |
| Dissecting Scissors | Fine Science Tools | 14002-14 |
| 5ml BD Luer-Lok Syringe | BD | 309646 |
| 1ml BD syringe | BD | 309628 |
| 30 G BD Needle 1/2" Length | BD | 305106 |
| 27 G BD Needle 1/2" Length | BD | 305109 |
| Sharpening Stone | Fine Science Tools | 29008-01 |
| 2-2-2 tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402-25G |
| 2-methyl-2-butanol | Sigma-Aldrich | 240486-100mL |
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 |
| Potassium Chloride | Sigma-Aldrich | P3911 |
| Monopotassium Phosphate (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P0662 |
| Sodium Bicarbonate (NaCHO3) | Sigma-Aldrich | S6014 |
| CaCl2 *2H2O | Sigma-Aldrich | C3881 |
| MgSO4 *7H2O | Sigma-Aldrich | M9397 |
| Penicillin-Streptomycin | Invitrogen (Gibco) | 15140-122 |
| Heat Inactivated Fetal Bovine Serum (H.I. FBS) | Fisher Scientific | SH30088.03HI |
| 3-Isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) | Sigma-Aldrich | 5879-100MG |
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