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Parallel All-Optical Assay to Study Use-Dependent Functioning of Voltage-Gated Ion Channels in a Miniaturized Format.
Agus, Viviana; Flak, Tod A; Picardi, Paola; Pizzi, Sara; Rutigliano, Lucia; Cainarca, Silvia; Redaelli, Loredana; Rolland, Jean-Francois; Scarabottolo, Lia.
Afiliação
  • Agus V; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Flak TA; BioAutomatix LLC, Shaker Heights, OH, USA.
  • Picardi P; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Pizzi S; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Rutigliano L; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Cainarca S; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Redaelli L; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Rolland JF; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
  • Scarabottolo L; AXXAM S.p.A, Bresso (Milan), Italy.
SLAS Discov ; 26(3): 460-469, 2021 03.
Article em En | MEDLINE | ID: mdl-33334229
ABSTRACT
Voltage-gated ion channels produce rapid transmembrane currents responsible for action potential generation and propagation at the neuronal, muscular, and cardiac levels. They represent attractive clinical targets because their altered firing frequency is often the hallmark of pathological signaling leading to several neuromuscular disorders. Therefore, a method to study their functioning upon repeated triggers at different frequencies is desired to develop new drug molecules selectively targeting pathological phenotype. Optogenetics provides powerful tools for millisecond switch of cellular excitability in contactless, physiological, and low-cost settings. Nevertheless, its application to large-scale drug-screening operations is still limited by long processing time (due to sequential well read), rigid flashing pattern, lack of online compound addition, or high consumable costs of existing methods. Here, we developed a method that enables simultaneous analysis of 384-well plates with optical pacing, fluorescence recording, and liquid injection. We used our method to deliver programmable millisecond-switched depolarization through light-activated opsin in concomitance with continuous optical recording by a fluorescent indicator. We obtained 384-well pacing of recombinant voltage-activated sodium or calcium channels, as well as induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cardiomyocytes, in all-optical parallel settings. Furthermore, we demonstrated the use-dependent behavior of known ion channel blockers by optogenetic pacing at normal or pathological firing frequencies, obtaining very good signal reproducibility and accordance with electrophysiology data. Our method provides a novel physiological approach to study frequency-dependent drug behavior using reversible programmable triggers. The all-optical parallel settings combined with contained operational costs make our method particularly suited for large-scale drug-screening campaigns as well as cardiac liability studies.
Assuntos
Bioensaio; Bloqueadores dos Canais de Cálcio/farmacologia; Optogenética/métodos; Bloqueadores dos Canais de Potássio/farmacologia; Proteínas de Algas/antagonistas & inibidores; Proteínas de Algas/genética; Proteínas de Algas/metabolismo; Canais de Cálcio/genética; Canais de Cálcio/metabolismo; Canais de Cálcio Tipo L/genética; Canais de Cálcio Tipo L/metabolismo; Linhagem Celular; Chlamydomonas reinhardtii; Corantes Fluorescentes/química; Expressão Gênica; Células HEK293; Humanos; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/antagonistas & inibidores; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/genética; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/metabolismo; Ativação do Canal Iônico/efeitos dos fármacos; Miócitos Cardíacos/citologia; Miócitos Cardíacos/efeitos dos fármacos; Miócitos Cardíacos/metabolismo; Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/genética; Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/metabolismo; Proteínas do Tecido Nervoso/antagonistas & inibidores; Proteínas do Tecido Nervoso/genética; Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo; Imagem Óptica/métodos; Canais de Potássio Corretores do Fluxo de Internalização/antagonistas & inibidores; Canais de Potássio Corretores do Fluxo de Internalização/genética; Canais de Potássio Corretores do Fluxo de Internalização/metabolismo; Canais de Potássio de Domínios Poros em Tandem/antagonistas & inibidores; Canais de Potássio de Domínios Poros em Tandem/genética; Canais de Potássio de Domínios Poros em Tandem/metabolismo; Rodopsina/antagonistas & inibidores; Rodopsina/genética; Rodopsina/metabolismo
Palavras-chave

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Bioensaio / Bloqueadores dos Canais de Cálcio / Bloqueadores dos Canais de Potássio / Optogenética Idioma: En Ano de publicação: 2021 Tipo de documento: Article

Texto completo: 1 Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Bioensaio / Bloqueadores dos Canais de Cálcio / Bloqueadores dos Canais de Potássio / Optogenética Idioma: En Ano de publicação: 2021 Tipo de documento: Article