概要

ביטוי ערוץ יון לשליטה באמצעות Transfection ועין מתנהל חלוף

Published: February 17, 2017
doi:

概要

תעלות יוני לימוד באמצעות מערכת להביע heterologously הפכו טכניקת ליבה במחקר ביו. בכתב היד הזה, אנו מציגים שיטה יעילה זמן כדי להשיג ביטוי ערוץ יון תחת פיקוח הדוק על ידי ביצוע transfection חולף בשליטת האמרגן מושרה.

Abstract

Transfection, המסירה של חומצות גרעין זרים לתא, הוא כלי רב עוצמה במחקר חלבון. באמצעות שיטה זו, ניתן לחקור תעלות יונים באמצעות ניתוח אלקטרו, אפיון ביוכימי, מחקרים מוטאציות, והשפעתם על תהליכים תאיים. transfections חלוף להציע פרוטוקול פשוט שבו החלבון הופך המנותחת תוך מספר שעות עד ימים. אמנם שיטה זו מציגה פרוטוקול יחסי פשוט זמן יעיל, אחד המרכיבים הקריטיים הוא לכיול הביטוי של הגן של ריבית לרמות נהוגות פיסיולוגיות רלוונטיות או רמות שאינן מתאימים לניתוח. לשם כך, גישות שונות רבות המציעות את היכולת לשלוט על הביטוי של הגן של עניין צמחו. מספר פרוטוקולי התא transfection היציבים לספק דרך להציג גן של עניין לצמיתות לגנום התא תחת הרגולציה של transcrip טטרציקלין שבשליטההפעלה תזונתית. אמנם שיטה זו מייצרת רמות ביטוי אמינות, כל גן של עניין דורש כמה שבועות של עבודה המיומנת כולל כיול עקום הרג, בחירה של מושבות תאים, ובסך הכילו יותר משאבים. כאן אנו מציגים פרוטוקול המשתמשת transfection חולף של V subfamily ערוץ קטיון פוטנציאל חלוף קולטן חבר 1 (TRPV1) גנים מערכת מושרה כדרך יעילה להביע חלבון באופן מבוקר שהוא חיוני בניתוח ערוץ יון. אנו מראים כי באמצעות טכניקה זו, אנו מסוגלים לבצע הדמיה סידן, התא כולו, וניתוח ערוץ אחד עם רמות ערוץ נשלט הנדרש לכל סוג של איסוף נתונים עם transfection יחיד. בסך הכל, זה מספק טכניקה לשכפול, שניתן להשתמש בהם כדי לחקור את המבנה תעלות יונים ותפקוד.

Introduction

Heterologously להביע מערכות היא אחת הטכניקות המקובלות ביותר ללמוד מספר רב של פונקציות הסלולר 1. פרופיל חלבון אנדוגני הנמוך שלהם, דרישות תחזוקה מינימאליות, צמיחה אמינה, והיכולת תופסת ולהביע דנ"א זר הפכו שורות תאים כגון כליה העוברית האנושי (HEK293) וסינית אוגר שחלה (CHO) כמעט חיונית למחקר ביולוגי 2, 3. תחומי מחקר באמצעות מערכות Heterologous כוללים חלבונים בממברנה, איתות תאית, ואת פעילות האנזימטית. בעקבות transfection של דנ"א זר לתוך התא, צורות שונות של ניתוח יכול להתבצע, לרבות אלקטרופיזיולוגיה, הדמיה סידן ratiometric, כתם המערבי, וכו '4, 5.

בשל המגוון הרחב של יישומים פוטנציאליים למערכות ביטוי Heterologous, differe רבריאגנטים ומוצרים NT פותחו לנצל תאים אלה והאיכויות שלהם -6. מערכות משלוח דנ"א זמני או לצמיתות לשלב דנ"א זר לתאים ללמוד חלבון אקסוגני הפך לאחד הכלים הפופולריים ביותר ושימושי למחקר ביולוגי. באופן ספציפי יותר, זמני DNA transfecting לתא נעשה שימוש נרחב כתהליך פשוט, ישר קדימה הדורש מעט זמן יחסית וחומרים. יתר על כן, שיעור תאי ההצלחה לעבור transfection הוא גבוה 7. טכניקה זו היא מאוד אמינה כאשר הוא משולב עם גן סמן כגון חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP), וניתן להשתמש בו עבור טכניקות שונות כגון הדמית סידן אלקטרופיזיולוגיה 5. למרבה הצער, אם כי, זמני להביע דנ"א לתוך תאי מארחים מגיע עם כמה מלכודות גדולות, לא כהוא זה כי רמת הביטוי לכל תא אינה מהימנה. מספר העותקים של ה- DNA פלסמיד נלקח up לכל תא הוא בלתי נשלט, ולכן הביטוי בין ניסויים בודדים יכול להשתנות במידה רבה 2. סוגיה זו מקבלת משמעותי כאשר אחד מנסה לשכפל מצבים פיזיולוגיים, או ביצוע טכניקות אוסף נתונים מדויקים.

כפתרון הסיבוכים הנ"ל, פרוטוקולי transfection יציבים עוצבו שבו גן של עניין יכול להיות מוכנס לתוך הגנום של תא תחת הפיקוח ההדוק של אמרגן מושרה, כגון מערכת ביטוי המדכא טטרציקלין, הבטחה יחידה עותק של פלסמיד משתלב בגנום של כל תא ובא לידי ביטוי רק לאחר גיוס של מנגנון שעתוק, למשל, בנוכחות דוקסיציקלין. אמנם זה פותר את המכשולים של רמות ביטוי חלבון עולות בקנה אחד, שיטה זו מאבדת את הנוחות של פרוטוקול מהיר ויחסית פשוט של transfections חולף. הקמת קו תאים יציבות לוקח לפחות כמה שבועות which יש לכייל עקומת הרג שקבע אנטיביוטיקה ספציפית כדי לשמור על ביטוי החלבון ולהבטיח שילוב של וקטור ובמיומנות לבחור ולגדול מושבות תאים. בסך הכל זה לוקח הרבה יותר זמן ומאמץ עם שיעור הצלחה נמוך 8.

הנה, אנחנו מציגים פרוטוקול ביניים שמושך על נקודות החוזק של שתי אפשרויות transfection הפופולריות לספק דרך פשוטה ויעילה לשלוט ברמות ביטוי בכל שורת תאים מושרה. תוך שמירת תאים עם מערכת ט מושרה, אנו transfect הגן שלנו זמני של עניין, ערוץ קטיון פוטנציאל חלוף קולטן V subfamily חבר 1 (TRPV1), ligated לתוך וקטור כי ניתן לשלב homologously עם המערכת המדכאת. בדרך זו, הגן יכול להיות מוחדר לתאים ללא מתחילים להביע. רק עם התוספת של דוקסיציקלין אין הגן מתחיל להביע, מה שמאפשר לנו לכייל את רמות expr החלבוןession פי הטכניקה או הרמות שנצפו בתנאים פיסיולוגיים. הפרוטוקול שלנו גם ימנע סיבוכים ארוכים לפריסת יצירת קו תא להביע ביציבות. אנחנו מתחילים על ידי הצגת הרמות המשתנות של הפעלת TRPV1 בתחום הדמית סידן בלתי להתהוות מתוך ארבע שעות של אינדוקציה ואיך עליית רמות סידן תאי בקורלציה. לאחר מכן, אנו לשכפל את פרוטוקול בתצורת התא כולו של הטכניקה מהדק תיקון, מראה הזרם הגובר עם הגדלת זמן של אינדוקציה. לבסוף, אנו מציגים דוגמאות של קלטות אלקטרופיזיולוגיה ערוץ אחד, ונראה כי טכניקה זו שימושית במיוחד עבור ביטוי מבוקר כאשר מחפשים אוסף נתונים מדויק על בסיס של יחידת פרט של החלבון. באמצעות הפרוטוקול שלנו, אנו מציעים דרך נוחה לשלוט ביטוי חלבון במערכות Heterologous תוך הימנעות סיבוכי תרבית תאים ממושכים, ובכך לספק דרך לשלוט בתנאים בין ניסויים ולספק מומחדש תוצאות לשכפול.

Protocol

1. ligating הגן של עניין אל אתר Repressible של וקטור קבל וקטור מושרה כגון pcDNA5 / FRT / או pcDNA4 / TO. נתח את הגן של עניין לכל אתרי הגבלה רגישים פוטנציאל באמצע הגן מופיע גם באתר השיבוט המרובה של הווקטור נבחר על י?…

Representative Results

כדי ליצור במהירות מודל ביטוי מושרה, עשינו שימוש HEK293 תאי מבטאי חלבון טטרציקלין מדכא (TR) (למשל, T-REX-293) ו וקטורים המכילים רצפים מפעילים טטרציקלין (TETO) בין אמרגן CMV ואת אתר השיבוט המרובה (למשל, pcDNA4 / TO). כאשר transfected לתאי Trex-293, הביטוי של הגן של עניין pcD…

Discussion

Transfection הוא פרוטוקול בשימוש נרחב עבור ביטוי חלבון ומחקר, עם וריאציות שונות כדי לשפר את עקביות ביטוי ויציבות. ריאגנטים transfection החולפים מציעים פשוט, קל לשימוש פרוטוקול שבו התא לחלבון של עניין ניתן לנתח בתוך שעות הלילה מהרגע של transfection. למרבה הצער גישה זו יכולה להיות בלתי ?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע [מענקי 1721/12, 1368/12, 1444/16 ו] (כדי AP). AP מזוהה עם Brettler מרכז ודוד ר בלום מרכז, בית הספר לרוקחות, האוניברסיטה העברית בירושלים.

Materials

pcDNA™4/TO Mammalian Expression Vector ThermoScientific Fisher V102020
pcDNA™5/TO Mammalian Expression Vector ThermoScientific Fisher V103320
PureLink Quick PCR Purification Kit Invitrogen K310001
Swift™ MaxPro Thermal Cycler Esco  n.a
Restriction Enzymes ThermoScientific Fisher ER0501
Agarose  Lonza 50004
PureLink Quick Gel Extraction Kit Invitrogen K210012
NanoDrop 2000c ThermoScientific Fisher ND-2000C
T4 DNA Ligase ThermoScientific Fisher EL0011
One Shot® TOP10 Chemically Competent E. coli ThermoScientific Fisher C404006 
Ampicillin (Sodium), USP Grade Gold Bio A-301-5
Tryptone for microbiology Merck 6.19305E+13
Yeast Extract BD worldwide 212750
 SIF6000R Incubated Shaker LAB COMPANION 45H118

NucleoSpin®plasmid
Macherey Nagel 740588.25
MS 300V Power Supply Major Science MP-300V
Owl™ EasyCast™ B1A Mini Gel Electrophoresis System ThermoScientific Fisher B1A
T-REx™-293 cell line Invitrogen R710-07
DMEM (1X), liquid (high glucose) Gibco 41965-039
HindIII-HF® NEB R3104S
ApaI NEB R0114S
CutSmart® Buffer NEB B7204S
pcDNA™6/TR  Mammalian Expression Vector ThermoScientific Fisher V102520
Fetal Bovine Serum, qualified, E.U.-approved, South America origin Gibco 10270106
HEPES Buffer Solution (1 M) Biological Industries 03-025-1B
Penicillin-Streptomycin Solution Biological Industries 03-031-1B
L-Alanyl-L-Glutamine (Stable Glutamine) (200 mM) Biological Industries 03-022-1B
Heracell™ 150i CO2 Incubator ThermoScientific Fisher 51026406
MSC-Advantage™ Class II Biological Safety Cabinet ThermoScientific Fisher 51025411
Blasticidine S hydrochloride Sigma-Aldrich 15205-25MG
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline Modified, without calcium chloride and magnesium chloride Sigma-Aldrich D8537-500ML
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red Gibco 25300054
DOUBLE NEUBAUER RULED METALLIZED HEMACYTOMETER Hausser Scientific 31000
Opti-MEM I Reduced Serum Medium Gibco 31985070
TransIT®-LT1 Transfection Reagent Mirus MIR 2300
glass coverslips, #1 thickness, 12mm diameter round Knittel Glass GG-12
BioCoat™ Poly-D-Lysine Corning 354210
Water, Cell Culture Grade Biological Industries 03-055-1A
Doxycycline hyclate Sigma-Aldrich D9891-1G
Fura-2, AM ester Biotium BTM-50034
Pluronic® F-127 Sigma-Aldrich P2443-250G
µ-Slide 8 Well ibidi 80826
(E)-Capsaicin Tocris 462
Olympus IX70 Fluorescence Microscope Olympus n.a
Lambda DG-4 Wavelength Switcher Sutter Instruments n.a
EXi Blue Fluorescence Microscopy Camera QImaging n.a
MetaFluor Fluorescence Ratio Imaging Software Molecular Devices n.a
Thin Walled Borosilicate Tubing Sutter Instruments B150-110-7.5HP
Standard Walled Borosilicate Tubing Sutter Instruments B150-86-7.5HP
Dimethyl sulfoxide anhydrous Sigma-Aldrich 276855
P1000 micropipette puller Sutter Instruments P-1000
MF-900 Microforge NARISHIGE n.a
ValveBank perfusion sysytem AutoMate Scientific
Digidata® 1440A Low-noise Data Acquisition System Molecular Devices n.a
Axopatch 200B Amplifier Molecular Devices n.a
pCLAMP 10.6 Software Molecular Devices n.a
micromanipulator Sutter Instruments MP-225

参考文献

  1. Ooi, A., Wong, A., Esau, L., Lemtiri-Chlieh, F., Gehring, C. A Guide to Transient Expression of Membrane Proteins in HEK-293 Cells for Functional Characterization. Frontiers in Physiology. 7, 300 (2016).
  2. Thomas, P., Smart, T. G. HEK293 cell line: A vehicle for the expression of recombinant proteins. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 51 (3), 187-200 (2005).
  3. Xu, X., Nagarajan, H., et al. The genomic sequence of the Chinese hamster ovary (CHO)-K1 cell line. Nature Biotechnology. 29 (8), 735-741 (2011).
  4. Hazan, A., Kumar, R., Matzner, H., Priel, A. The pain receptor TRPV1 displays agonist-dependent activation stoichiometry. Scientific reports. 5, 12278 (2015).
  5. Kumar, R., Hazan, A., Basu, A., Zalcman, N., Matzner, H., Priel, A. Tyrosine Residue in the TRPV1 Vanilloid Binding Pocket Regulates Deactivation Kinetics. Journal of Biological Chemistry. 291 (26), 13855-13863 (2016).
  6. Kim, T. K., Eberwine, J. H. Mammalian cell transfection: the present and the future. Analytical and bioanalytical chemistry. 397 (8), 3173-3178 (2010).
  7. Preuss, A. K., Connor, J. A., Vogel, H. Transient transfection induces different intracellular calcium signaling in CHO K1 versus HEK 293 cells. Cytotechnology. 33 (1-3), 139-145 (2000).
  8. Dalton, A. C., Barton, W. A. Over-expression of secreted proteins from mammalian cell lines. Protein Science. 23 (5), 517-525 (2014).
  9. Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. -. Y., Kim, Y. H. Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments. J Vis Exp. (62), e3923 (2012).
  10. Bohlen, C. J., Priel, A., Zhou, S., King, D., Siemens, J., Julius, D. A bivalent tarantula toxin activates the capsaicin receptor, TRPV1, by targeting the outer pore domain. Cell. 141 (5), 834-845 (2010).
  11. Hamill, O. P., Marty, A., Neher, E., Sakmann, B., Sigworth, F. J. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches. Pflügers Archiv European journal of physiology. 391 (2), 85-100 (1981).
  12. Jones, J., Nivitchanyong, T., et al. Optimization of tetracycline-responsive recombinant protein production and effect on cell growth and ER stress in mammalian cells. Biotechnology and Bioengineering. 91 (6), 722-732 (2005).
  13. Raphemot, R., Weaver, C. D., Denton, J. S. High-throughput screening for small-molecule modulators of inward rectifier potassium channels. J Vis Exp. (71), e4209 (2013).

Play Video

記事を引用
Geron, M., Hazan, A., Priel, A. Controllable Ion Channel Expression through Inducible Transient Transfection. J. Vis. Exp. (120), e55370, doi:10.3791/55370 (2017).

View Video