1 채널의 세포 부착 된 패치 클램프 녹음
Summary
여기에 설명하는 세포 부착 된 패치 클램프 기술로 하나의 이온 채널에서 현재 기록의 장기 복역을 얻기위한 절차입니다. 이 방법은 실시간으로 관찰을 허용, 생물학적 신호를 기초 개폐 채널 입체 형태의 패턴. 이 데이터는 그대로 생체막의 채널 특성에 대해 알려 드리겠습니다.
Abstract
이온 채널 단백질은 생물의 세포막에 걸쳐 빠른 통신을위한 보편적 인 장치입니다. 그들이 생성하는 이온 플럭스의 시간 서명은 각 채널 단백질뿐 아니라 생성하고 제어하는 메커니즘에 대한 고유 특성에 따라 현재 연구의 중요한 영역을 나타냅니다. 이온 채널 단백질의 동역학 연산에 대한 정보는 단일 분자에 의해 생성 된 전류의 긴 뻗기를 관찰함으로써 수득 될 수있다. 리간드 게이트 이온 채널, NMDA 수용체에 대한 하나의 채널 세포 부착 된 패치 클램프 현재 녹음을 얻기위한 프로토콜이 여기에 설명, 대뇌 피질의 신경 세포 HEK293 세포 또는 기본적으로 발현 된. 또한 메카에 민감한 채널 PIEZO1의 예를 제시하여 관심의 다른 이온 채널에 방법을 적용하는 방법에 대한 지침을 제공합니다. 이 방법은 채널의 전도도 특성 및 OPE의 시간적 순서에 관한 데이터를 제공 할 수 있습니다따라서 건강과 질병에서의 기능을 이해하는 데 도움이 채널의 활성화 메커니즘을 구성하는 N-폐쇄 입체 형태.
Introduction
생체막 걸쳐 패스트 통신은 일반적으로 채널로 지칭 올리고머 기공 형성하는 막 단백질에 거의 전적으로 의존한다. 이 단백질은 활성화 신호 게이팅 메커니즘 및 전도성 속성에서 크게 다르다. 그 구멍 이온에 선택적인 채널 단백질은 이온 채널로 분류됩니다; 그들의 활성화를 막을 가로 질러 이온 전류를 생성하고, 그 응답은 전기 생리 기법을 사용하여 실시간으로 높은 해상도로 기록 될 수있다. 활성화 신호는 농도 기울기, 기계적 및 전기적 힘 및 온도를 포함하여 화학적 및 물리적 입력의 광범위한 어레이에 걸쳐; 따라서, 추가 리간드에 이온 채널을 분류하면, 게이트 mechanosensitive, 전압 게이트, 또는 열에 민감한 타입. 이 글에서, 프로토콜은 패치 클램프 기술을 사용하여, 리간드 게이트 채널, NMDA 수용체 및 mechanosensitive 채널, PIEZO1에서 1 채널 활동을 기록 할 수 있도록 서술되어있다.0;
패치 클램프 전기 생리학 단일 분자 1, 2의 관찰을 허용하도록 충분히 민감한 첫 번째이자 가장 널리 사용되는 실험 방법이다. 이 절묘한 감도 이외에, 그것은 크게 전기 생리 기록 의무 생물학적 제제를 확장하고 또한 양막에있는 이온 채널의 관찰을 허용했다. 클램핑 전압 및 전류의 기록이 모두 동일 전극으로 수행되기 때문에 먼저, 그것은 작은 세포 또는 세포막 패치 걸쳐 신호를 기록하는데 사용될 수있다. 이 기술은 이온 채널이 개구리의 근육, 장어 electroplaques, 또는 오징어 거대한 축삭 3, 4, 오히려 그들이 횡단 신호 전달 메커니즘의 유비쿼터스기구를 대표하고 단방향 또는 모든 세포막 유형에 본질적인 것으로의 흥분 막에 제한되지 않는 것으로 나타났다 다세포 생물, 또한 세포 세포막에. 수입antly, 단순히 그대로 셀에 유리 피펫을 부착하여 횡단 전류를 기록 할 수있는 기능은 기본 파쇄되지 않은 세포막에있는 이온 채널에서 활동을 기록 할 수있는 전례없는 기회를 제공했다. 따라서,이 프로토콜에서 설명하는 세포 부착 패치 – 클램프 기술은, 최소한 수십 또는 네이티브 환경 이상 연속 이온 채널의 활성을 모니터링 허용한다.
보통 열 변동에 따라, 이온 채널 단백질을 포함한 모든 단백질은, 사이드 체인의 움직임과 전체의 재배치로 표현 훨씬 느린, 덜 자주 변경에 의한 가능성이 가장 높은 표현하는 가장 빠르고 가장 빈번하게 재 배열로, 다양한 시간 규모에 구조적인 변화를 겪을 도메인이나 서브 유닛, 또는 포스트 번역 상 수정 또는 단백질 – 단백질 상호 작용 (5, 6)에 의해 일부의 경우. 하나의 분자에 의해 생성 된 활동의 긴 기간을 준수하면 기능을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다tional의 본래 생리 세포막에있는 이온 채널의 역학은 관찰 된 분자의 작동 메커니즘에 대한 중요한 정보를 제공합니다.
세포 유형 및 발달 단계에 걸쳐 이온 채널, 네이티브 세포막 이온 채널의 분자 조성에 대한 지식의 다양성 증가 이해와 대조적으로 여전히 제한된다. 모든 이온 채널은 다중 체 단백질 및 네이티브 이온 채널의 대부분은 종종 다양한 컨덕턴스 및 게이팅 특성이 수반되는 다양한 분자 다양성의 단백질을 생산하는 여러 종류의 서브 유닛에서 조립한다. 이 때문에, 정의 분자 조성물의 이온 채널은 이종 시스템에서 발현에 다룬다. 특히, 불멸의 인간 배아 신장 세포 (7)의 클론 라인입니다 HEK293 세포는 재조합 이온 채널의 이종 식에 대한 선호 시스템으로 광범위한 수용을 얻었다. 남자 중이온 채널 전기 생리학에 대한 선택 시스템으로 HEK293 세포를 상승 Y 장점은 간편하고 배양 능력이며, 수명이 긴 안정 문화를 유지, 번역 후 폴딩, 가공, 포유 동물 단백질의 거래를 수행 할 수있는 능력, 그리고 많은 경우에 그들의 낮은 수준 또는 그 7, 8 채널의 내인성 표현의도 부재. 재조합 이온 채널을 표현하고 HEK293 세포에서의 기능적 특성을 연구하는 구조 기능의 이온 채널의 특성뿐만 아니라 이온 채널 이소 및 기본 조직에서 자신의 역할의 특정 속성에 대한 정보를 얻을 수있는 유용한 방법이 될 것을 계속한다. 이 문서에서 설명하는 프로토콜은 HEK293 세포에서 발현 된 재조합 이온 채널 및 네이티브 이온 채널에 동일하게 잘 적용될 수있다.
요약하면, 전례없는 능력을 통해 패치 클램프 기술은 신호를 해결하기 위해한 분자에서의 날짜에, 단일 분자의 거동을 관찰하기위한 가장 직접적인 방법 남아있다. 그 셀에 연결된 모드에서 패치 클램프 기록을 한 분자에 대해 수행 될 때, 이온 채널의 동작에 뛰어난 통찰력을 제공 할 수있는, 긴 관측주기를 허용한다. 아래는 하나의 이온 채널 단백질을 함유하는 세포 부착 패치로부터 고해상도 현재 녹화를 얻기위한 프로토콜을 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이온 채널 필드에 연구의 중요한 영역을 열거 나 채널의 게이트 메커니즘을 채널로 연결 이벤트의 순서를 이해하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 대부분 채널의 경우,이 프로세스는 복잡하고, 거시적 멀티 채널 신호로부터 도출 될 수없는 여러 운동 단계를 포함한다. 대조적으로, 실험은 단일 채널 레코드의 개방 / 폐쇄 이벤트의 시퀀스를 관찰하는 게이팅 메커니즘에 대한 더 상세한 정보를 생?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 F31NS086765 (KAC)에 의해 지원되었다, F31NS076235 (MAP), 및 R01 NS052669 (GKP) 및 EIA9100012. 저자는 전문 지식과 분자 생물학 및 조직 문화에 대한 지원은 아일린 Kasperek 감사합니다; 제이슨 마이어스 초기 전두엽 대뇌 피질의 신경 세포에서 얻은 데이터를 공유.
Materials
| Chemicals | Sigma | Various | |
| Borosillicate Glass | Sutter | BF-150-86-10 | |
| Bright field inverted microscope | Olympus | 1×51 | Nikon also has similar microscopes |
| Fluroescent box | X-cite | Series 120 | |
| Liquid Light Guide | X-cite | OEX-LG15 | |
| Micromanipulator | Sutter Instruments | MP-225 | |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS1001 | |
| Amplifier | Molecular Devices | Axon Axopatch 200B | |
| Table | TMC | 63561 | |
| NIDAQ card | National Instruments | 776844-01 | |
| Puller | Narishige | PC-10 | |
| Polisher | Narishige | Microforge MF-830 | |
| Faraday Cage | TMC | 8133306 | |
| High Speed Pressure Clamp | ALA Scientific Instruments | ALA HSPC | |
| Pressue/Vaccuum Pump | ALA Scientific Instruments | ALA PV-PUMP | For HSPC-1 |
References
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