Nelle misurazioni elettrofisiologiche, la presenza di una potenziale di diffusione disturba la misurazione precisa del potenziale inverso alterando il potenziale di elettrodo. Utilizzando un ponte salino di micro-agar, è minimizzato l’impatto della diffusione potenziale, che permette una misurazione più precisa dei numeri di fatturato di substrato delle proteine di membrana ricombinante ricostituita.
Ad oggi, più del 50% di tutte le droghe farmacologiche destinazione la cinetica del trasporto delle proteine di membrana. La caratterizzazione elettrofisiologica delle proteine di trasportatore di membrana ricostituito in membrane bilayer del lipido è un metodo potente ma delicato per la valutazione delle loro proprietà fisico-chimiche e farmacologiche. Il numero di fatturato del substrato è un parametro univoco che consente il confronto dell’attività delle proteine di membrana diversi. In un trasporto elettrogenico, la pendenza del substrato spostato crea un potenziale di membrana che correla direttamente per il tasso di turnover del substrato della proteina. Utilizzando elettrodi di cloruro d’argento, un potenziale di diffusione, anche chiamato giunzione liquida potenziali, è indotta, che altera il potenziale di elettrodo e disturba notevolmente misure di potenziale di membrana precisa. Potenziale di diffusione può essere minimizzato da un ponticello del sale, che equilibra il potenziale di elettrodo. In questo articolo, un ponte salino di micro-agar è progettato per migliorare il set-up elettrofisiologico, che utilizza Micropipette per la formazione della membrana. La soluzione salina è riempita in un puntale microcapillary, stabilizzato tramite l’aggiunta di agarosio e può essere facilmente montata su un elettrodo standard. Il potenziale di elettrodo di un elettrodo di micro-sale ponte è più stabile rispetto ad un elettrodo standard. L’implementazione di questo sistema si stabilizza il potenziale di elettrodo e consente di effettuare misurazioni più precise di potenziale di membrana generato da un gradiente di pH. Utilizzando questo sistema, i tassi di fatturato del protone dei carrier mitocondriali UCP1 e UCP3 sono soppresse e rispetto alle misurazioni precedenti.
Proteine di membrana sono mirati fino al 60% di tutte le droghe farmaceutiche noto1. Misure elettrofisiologiche delle proteine di membrana sono uno strumento potente ma delicato per analizzare il trasporto elettrogenico di substrati mediata da proteine carrier di membrana. La modulazione della corrente transmembrana mediante l’applicazione di tensioni costante o tensione rampe consente di valutare le proprietà farmacologiche e fisiche degli elementi portanti, per esempio, l’attivazione e l’inibizione di substrati o il trasporto cinetica. Di particolare interesse è il numero di fatturato del substrato, che visualizza la quantità di substrato che è spostata da una proteina di membrana per unità di tempo. È un parametro importante quando si confrontano la cinetica di varie proteine di membrana. Che istituisce un gradiente di concentrazione del substrato caricato attraverso la membrana genera una forza elettromotrice, da cui si evince il numero di fatturato del substrato.
Utilizzando un elettrodo di AgCl, la presenza di un tampone privo di cloruro crea un potenziale di diffusione che altera il potenziale di elettrodo e conduce ad una variazione nelle misure di corrente-tensione2. Pur essendo sempre presente, è trascurabile per le misure di capacità e conduttanza standard poiché questi parametri sono sia dipendente sul versante della registrazione corrente-tensione (conduttanza) o sono la differenza di una singola registrazione (capacità), che Annulla il potenziale. Tuttavia, la registrazione del potenziale d’inversa, che è creato dal trasporto del substrato, può essere notevolmente disturbata dalla diffusione potenziale. Così, per misure esatte del potenziale d’inversa, i potenziali di elettrodo devono essere mantenuta costante.
La diffusione potenziale può essere minimizzata con due metodi: (i) in presenza di una membrana a doppio strato, una concentrazione di substrato deve essere aumentato su un lato della membrana3,4, o (ii) un ponte salino equilibra il potenziale di elettrodo 5. il primo metodo è altamente dipendente sulla stabilità delle misurazioni. La membrana deve sopravvivere per diversi minuti, dall’aggiunta di substrato sotto agitazione fino a quando il substrato è quasi equamente distribuito nella soluzione. Se la membrana si rompe in mezzo, il gradiente di substrato è alterato dal libero scambio di molecole caricate e girare a misurazioni imprecise. Quest’ultimo metodo Saldi la diffusione potenziale ma è limitato dalle dimensioni dell’allestimento. Implementazione di un piccolo ma funzionamento ponte salino in una gamma micro a un set-up elettrofisiologico è impegnativo6. Per il secondo metodo, la soluzione salina è riempita in un suggerimento di microcapillary e stabilizzata tramite l’aggiunta di agarosio per prevenire la diffusione della soluzione salina per la soluzione tampone.
In questo protocollo, è descritto un semplice produzione di un micro-agar ponte salino e l’implementazione in un set-up elettrofisiologico basato sulla pipetta set-up7 . Una punta di microcapillary viene regolata sia per contenere una soluzione di KCl 3M con agarosio % (p/v) 1 mol e per colmare una soluzione di AgCl elettrodi e buffer. Il vantaggio del ponte micro-sale per visualizzare registrazioni di tempo dello spostamento di potenziali di elettrodo e le misure più precise della membrana potenziale presso vari gradienti di pH. Nel sistema modello di proteine ricombinanti ricostituiti nei liposomi, i tassi di fatturato dei carrier mitocondriali UCP1 e UCP3 prodotta in condizioni simili sono soppresse e rispetto ai precedenti risultati3,8.
L’implementazione del micro-agar sale ponte con l’elettrodo riduce al minimo la diffusione potenziale e consente di effettuare misurazioni più precise di potenziale di membrana generato da un gradiente di pH. In presenza di vari gradienti di pH transmembrana, il potenziale cambiamento di entrambi gli elettrodi era accettabile alle ΔpH = 0,35 quando si confrontano per il valore teorico di potenziale di equilibrio di Nernst (ΦNernst = 23,8 mV per ΔpH = 0,4). Tuttavia, alle altre pendenze di pH fisiologico, come per istanza in mitocondri tra la matrice e nello spazio intermembrana, l’elettrodo di AgCl standard non è riuscito a misurare con precisione il potenziale turno presso ΔpH = 1 (Figura 3A). L’elettrodo colmato con micro-agar sale consegnato i valori che erano molto più paragonabili alla teoria.
Potenziale di diffusione può verificarsi anche presso l’elettrodo di riferimento di AgCl se la soluzione tampone è cambiata durante l’esperimento. Soluzione tampone privo di cloruro è stato usato negli esperimenti poiché disgiungere proteine sono stati suggeriti per il trasporto di ioni cloruro, e il pH è stato regolato con Tris o MES. L’elettrodo potenziale, in assenza di una notevole concentrazione di cloruro, dipende principalmente dalle impurità di cloruro nella soluzione tampone. Come la sua composizione è invariato durante gli esperimenti, il risultato sarà semplicemente in un potenziale costante offset. Tuttavia, per la misurazione del potenziale differenza assoluta fra i due elettrodi, un sistema di sale-ponte semplice agar (Ag/AgCl 3 M KCl) potrebbe essere utilizzato anche per l’elettrodo di riferimento.
Un ponticello del sale di micro-agar equilibra la diffusione potenziale di un’equilibratura del potenziale di elettrodo. Al fine di stabilizzare la soluzione salina, agarosio all’1% (p/v) è stato aggiunto per evitare la miscelazione della soluzione salina con la soluzione tampone. Gli ioni di sale K+ e Cl– hanno simile mobilità in liquido e bilanciare il potenziale di elettrodo. Per installare correttamente il ponte salino, la soluzione salina agar deve essere sufficientemente riscaldato per riempire la punta microcapillary senza bolle d’aria e per coprire l’elettrodo di AgCl. Prima di continuare a usarlo, contatto elettrico fra l’elettrodo di ponte salino e l’elettrodo di riferimento deve essere verificata. A seconda dell’ora che viene utilizzato il ponte salino, la soluzione salina deve essere sufficientemente gelificato per impedire qualsiasi miscelazione della soluzione salina con il buffer. Ciò è particolarmente importante se K+ o Cl– trasportatori sono indagati. Il ponticello del sale è stato utilizzato per un tempo molto breve e l’eluizione di agarosio è trascurabile in questo intervallo di tempo. Una maggiore concentrazione di agarosio fino al 5%, o dell’agar (3% – 5%), permette di utilizzare il ponte salino per un lungo periodo di tempo6,12.
Questo metodo permette di determinare la cinetica del trasporto di un trasportatore di membrana (i) con tassi di giro d’affari basso e (ii) delle proteine mitocondriali della membrana interna, che difficilmente possono essere studiati in patch standard morsetto messe a punto13. La sua precisione dipende principalmente la misura del potenziale inversa, quale precisione è diminuito a una conduttanza di membrana totale basso e piccoli gradienti di concentrazione che inducono una membrana potenziale sotto il rumore della registrazione.
Utilizzando questo set-up, sono stati misurati i tassi di fatturato di UCP1 e UCP3 come prodotto nelle stesse condizioni. Dovuto la pendenza di pH più alta, i tassi ottenuti sembrano essere più preciso e imperturbabile di manufatti derivanti dallo spostamento del potenziale di elettrodo minori. Può essere utilizzato per più ulteriormente analizzare e confrontare i trasportatori di membrana mitocondriale prodotti in condizioni simili.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato supportato dal fondo di ricerca austriaco (P31559-B20 per E.E.P.). Gli autori ringraziano Sarah Bardakji per l’eccellente assistenza tecnica nella produzione e ricostituzione del mouse UCP1 e UCP3 in proteoliposomi.
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 |