Dans des mesures électrophysiologiques, la présence d’une potentiel de diffusion perturbe la mesure précise du potentiel inverse en modifiant le potentiel de l’électrode. À l’aide d’un pont de sel micro-agar, l’impact de la diffusion potentielle est réduite, ce qui permet une mesure plus précise des nombres de chiffre d’affaires de substrat des protéines membranaires recombinant reconstitué.
A ce jour, plus de 50 % de toutes les drogues pharmacologiques ciblent la cinétique du transport des protéines membranaires. La caractérisation électrophysiologique des protéines porteuses de membrane reconstituée dans les membranes de bicouche lipidique est une méthode puissante mais délicate pour l’évaluation de leurs propriétés physico-chimiques et pharmacologiques. Le nombre de chiffre d’affaires de substrat est un paramètre unique qui permet la comparaison de l’activité des protéines membranaires différents. Dans un transport électrogène, le gradient du substrat transloqué crée un potentiel de membrane directement corrélé au taux de chiffre d’affaires de substrat de la protéine. En utilisant des électrodes de chlorure d’argent, un potentiel de diffusion, également appelé jonction liquide potentielle, est induit, qui altère le potentiel de l’électrode et perturbe considérablement mesures potentielles de membrane précis. Potentiel de diffusion peut être minimisée par un pont salin, qui équilibre le potentiel de l’électrode. Dans cet article, un pont de sel micro-agar est conçu pour améliorer la mise en place électrophysiologique, qui utilise des micropipettes pour la formation de la membrane. La solution saline est remplie dans un cône de pipette microcapillaire, stabilisé par l’ajout d’agarose et peut être facilement montée sur une électrode standard. Le potentiel de l’électrode d’une électrode de pont micro-sel est plus stable par rapport à une électrode standard. La mise en œuvre de ce système stabilise le potentiel de l’électrode et permet des mesures plus précises du potentiel membranaire généré par un gradient de pH. Grâce à ce système, le taux de rotation du proton des transporteurs mitochondries UCP1 et UCP3 est réétudié et par rapport aux mesures précédentes.
Les protéines membranaires sont ciblés par jusqu’à 60 % de tous les médicaments pharmaceutiques connus1. Des mesures électrophysiologiques des protéines membranaires sont un outil puissant mais délicat à analyser le transport électrogène des substrats médiée par les protéines porteuses de membrane. La modulation du courant par l’application de tensions constantes ou rampes de tension transmembranaire permet d’évaluer les propriétés pharmacologiques et physiques des transporteurs, par exemple, l’activation et inhibition par le substrat ou le transport cinétique. D’un intérêt particulier est le nombre de chiffre d’affaires de substrat, qui affiche la quantité de substrat qui est transloqué par une protéine de la membrane par unité de temps. C’est un paramètre majeur lors de la comparaison de la cinétique de diverses protéines de la membrane. Création d’un gradient de concentration du substrat chargé à travers la membrane génère une force électromotrice dont est déduit le nombre de chiffre d’affaires du substrat.
En utilisant une électrode de AgCl, la présence d’un tampon sans chlorure crée un potentiel de diffusion qui altère le potentiel de l’électrode et conduit à un changement dans les mesures de courant-tension2. Bien que toujours présente, elle est négligeable pour les mesures de capacité et de conductance standard étant donné que ces paramètres sont soit dépend de la pente de l’enregistrement courant-tension (conductance) ou la différence d’un seul enregistrement (capacité), qui annule le potentiel. Toutefois, l’enregistrement du potentiel inverse, qui est créé par le transport du substrat, peut être considérablement perturbée par la diffusion potentielle. Ainsi, pour obtenir des mesures exactes du potentiel inverse, les potentiels d’électrode doivent être maintenue constante.
La diffusion potentielle peut être minimisée par deux méthodes : (i) en présence d’une membrane bi-couche, une concentration de substrat doit être augmenté d’un côté de la membrane3,4, ou (ii) un pont de sel équilibre le potentiel de l’électrode 5. la première méthode est fortement tributaire de la stabilité des mesures. La membrane doit survivre pendant plusieurs minutes, de l’addition du substrat sous en remuant jusqu’à ce que le substrat est presque également réparti dans la solution. Si la membrane se rompt dans l’intervalle, le gradient de substrat est altéré par le libre échange des molécules chargées et mesures tourner inexactes. Cette dernière méthode soldes la diffusion potentielle mais est limitée par la taille de l’installation. Mise en œuvre d’une petite mais fonctionnement pont salin dans une gamme de micro à un montage électrophysiologique est difficile6. Pour cette dernière méthode, la solution saline est remplie dans une extrémité microcapillaire et stabilisée par l’ajout d’agarose pour empêcher la diffusion de la solution saline à la solution tampon.
Dans ce protocole, une production directe d’un micro-agar pont salin et la mise en œuvre dans un montage électrophysiologique basé sur la mise en place de pipette7 est décrite. Une astuce microcapillaire est ajustée pour contenir une solution de KCl 3m avec 1 mol % (p/v) d’agarose et de combler une solution d’électrode et de la mémoire tampon de AgCl. L’avantage du pont micro-sel est affiché par les enregistrements de temps de changement potentiel de l’électrode et des mesures plus précises de membrane potentielle à différents gradients de pH. Dans le système de modèle de protéines recombinantes reconstituée dans des liposomes, le taux de roulement des transporteurs mitochondries UCP1 et UCP3 produites dans des conditions similaires est réexaminés et par rapport aux précédents résultats3,8.
La mise en œuvre de la micro-agar de pont salin avec l’électrode minimise sa diffusion potentielle et permet des mesures plus précises du potentiel membranaire généré par un gradient de pH. En présence de différents gradients de pH transmembranaire, le changement potentiel des deux électrodes est acceptable à ΔpH = 0,35 lorsqu’on la compare à la valeur théorique du potentiel d’équilibre de Nernst (ΦNernst = 23,8 mV pour ΔpH = 0,4). Cependant, en plus des gradients de pH physiologique, comme pour l’instance dans les mitochondries entre la matrice et l’espace intermembranaire, l’électrode standard de AgCl impossible de mesurer avec précision le déplacement éventuel à ΔpH = 1 (Figure 3A). L’électrode pontée avec micro-agar sel envoyées aux valeurs qui ont été beaucoup plus comparables à la théorie.
Potentiel de diffusion peut également se produire à l’électrode de référence AgCl, si la solution tampon est modifiée pendant l’expérience. Solution tampon sans chlorure a été utilisée dans les expériences car protéines découplantes ont été proposées pour le transport des ions chlorure et le pH a été réglé à l’aide des Tris ou MES. Le potentiel, en l’absence d’une importante concentration de chlorure, de l’électrode dépend principalement de chlorure impuretés présentes dans la solution tampon. Comme sa composition est inchangée au cours des expériences, il en résultera tout simplement à un potentiel constant de décalage. Toutefois, pour la mesure d’une différence de potentiel absolue entre les deux électrodes, un système de sel-pont simple agar (Ag/AgCl 3 M KCl) pourrait également être utilisé pour l’électrode de référence.
Un pont de sel micro-agar soldes la diffusion potentielle par une équilibration du potentiel de l’électrode. Afin de stabiliser la solution saline, agarose à 1 % (p/v) a été ajouté pour empêcher le mélange de la solution de sel avec la solution tampon. Les ions de sels K+ et Cl– ont des mobilités similaires dans un liquide et d’équilibrer le potentiel de l’électrode. Pour installer correctement le pont salin, la solution saline gélose doit être suffisamment réchauffée pour combler la pointe microcapillaire sans bulles d’air et pour couvrir l’électrode de AgCl. Avant d’être à nouveau utilisé, contact électrique entre l’électrode de pont salin et l’électrode de référence doit être vérifié. Selon l’heure, que le pont salin est utilisé, la solution saline doit être suffisamment gélifié pour éviter tout mélange de la solution saline avec le tampon. C’est particulièrement essentiel si K+ ou Cl– transporteurs sont étudiées. Le pont salin a été utilisé pendant un temps très court et l’élution d’agarose est négligeable dans cet intervalle de temps. Une plus forte concentration d’agarose jusqu’à 5 %, ou de l’agar (3 % – 5 %), permet d’utiliser le pont salin à une plus longue période de temps6,12.
Cette méthode permet la détermination de la cinétique du transport d’un transporteur membranaire (i) avec des taux de roulement faible et (ii) des protéines mitochondriales de la membrane interne, qui peut difficilement être étudiées standard patch clamp set-up13. Sa précision dépend principalement de la mesure de potentielle inverse, quelle précision est réduite à une conductance membranaire total faible et de petits gradients de concentration qui induisent une potentiel sous le bruit de l’enregistrement de la membrane.
Avec cette installation, le taux de roulement de l’UCP1 et UCP3 comme produit dans les mêmes conditions ont été mesurés. En raison du gradient de pH plus élevé, les taux obtenus semblent être plus précis et non perturbé par des artefacts résultant de changement potentiel de l’électrode mineures. Il peut être utilisé pour davantage analyser et comparer les transporteurs de la membrane mitochondriale produites dans des conditions similaires.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par le fonds de recherche autrichien (P31559-B20 à E.E.P.). Les auteurs tiennent à remercier Sarah Bardakji pour son aide technique dans la production et à la reconstitution des souris UCP1 et UCP3 dans des protéoliposomes.
Microloader tips | Eppendorf | 5242956.003 | Microcapillary pipette tip |
Ethanol 99% | AustrAlco Österr. Agrar-Alkohol Handelsges.m.b.H | AAAH-5020-07025-230317 | |
Kaliumchlorid | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 6781.3 | |
DC supply | Voltcraft | V10/CPG 1940 -01 | |
Agarose Standard | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 3810.2 | |
Patch Clamp Amplifier | Heka | ||
Sample tube | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 5863.1 | |
Na2SO4 | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 8560.3 | |
MES | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 4256.2 | |
TRIS | Carl Roth GmbH + Co. Kg | AE15.2 | |
EGTA | Carl Roth GmbH + Co. Kg | 3054.1 | |
Hexane | Sigma-Aldrich | 296090-100ML | |
Hexadecane | Sigma-Aldrich | 296317-100ML | |
Heating wire | Voltcraft | USPS-2250 |