JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نحن نبلغ عن فحص بسيط وفعال للوقت وعالي الإنتاجية يستند إلى التحليل الطيفي للتحديد الكمي لخيوط أكتين في عينات بيولوجية من أنسجة الدماغ للقوارض والموضوعات البشرية.

Abstract

أكتين, المكون الرئيسي للهيكل الخلوي, يلعب دورا حاسما في الحفاظ على بنية الخلايا العصبية ووظيفة. في ظل الدول الفسيولوجية، actin يحدث في التوازن في شكليها: كروي أحادي (G-أكتين) وخيوط بلمرة (F- أكتين). في المحطات متشابك, actin الهيكل الخلوي يشكل الأساس لوظائف حاسمة قبل وبعد متشابك. وعلاوة على ذلك، ترتبط التغيرات الديناميكية في حالة البلمرة أكتين (الانعكاس بين الأشكال الكروية والخيوط من أكتين) ارتباطا وثيقا التعديلات المتعلقة اللدونة في هيكل متشابك ووظيفة. نحن نبلغ هنا عن منهجية معدلة قائمة على الفلورسينس لتقييم حالة البلمرة من أكتين في ظروف الجسم الحي السابق. يستخدم المقايسة phalloidin المسمى فلوريا ، وهو فهولوتوكين يرتبط على وجه التحديد بخيوط أكتين (F-actin) ، مما يوفر مقياسا مباشرا للactin الخيطي البلمرة. كدليل على المبدأ ، نقدم أدلة على ملاءمة المقايسة في كل من القوارض وتجانس أنسجة الدماغ البشري بعد الوفاة. باستخدام latrunculin A (دواء أن depolymerizes خيوط أكتين)، ونحن نؤكد فائدة من المقايسة في رصد التعديلات في مستويات F-actin. علاوة على ذلك، فإننا نوسع المقايسة إلى الكسور الكيميائية الحيوية من المحطات المتشابكة المعزولة حيث نؤكد زيادة البلمرة أكتين على التحفيز عن طريق إزالة الاستقطاب مع K خارج الخلية عالية+.

Introduction

وتشارك أكتين البروتين الهيكل الخلوي في وظائف الخلوية متعددة, بما في ذلك الدعم الهيكلي, النقل الخلوي, حركية الخلية والانقسام. Actin يحدث في توازن في شكلين: أكتين كروي أحادي (G-أكتين) والاكتين الخيطي البلمرة (F-actin). التغيرات السريعة في حالة البلمرة من أكتين (بين أشكال G- و F- يؤدي إلى تجميع خيوط سريعة وتفكيكها و تكمن وراء أدوارها التنظيمية في علم وظائف الأعضاء الخلوية. Actin يشكل العنصر الرئيسي للهيكل الخلوي العصبي ويؤثر على مجموعة واسعة من وظائف الخلايا العصبية1,2. وتجدر الإشارة إلى أن الهيكل الخلوي actin يشكل جزءا لا يتجزأ من المنصة الهيكلية للمحطات متشابك. على هذا النحو، هو محدد رئيسي للمورفوجينيسيس متشابك وعلم وظائف الأعضاء ويلعب دورا أساسيا في السيطرة على حجم وعدد ومورفولوجيا نقاط الاشتباك العصبي3،4،5. على وجه الخصوص ، فإن التكبر الديناميكي للبوليمرات - إزالة البوليمرات هو محدد رئيسي لإعادة عرض متشابك المرتبطة اللدونة متشابك الكامنة وراء الذاكرة وعمليات التعلم. في الواقع، كل من presynaptic (مثل إطلاق الناقل العصبي6،7،8،9،10)وظائف postsynaptic (اللدونة ذات الصلة إعادة عرضديناميكية 11،12،13،14)تعتمد بشكل حاسم على التغيرات الديناميكية في حالة البلمرة من الهيكل الخلوي actin.

في ظل الظروف الفسيولوجية، يتم تنظيم مستويات F-actin بشكل ديناميكي وبإحكام من خلال مسار متعدد الوسائط يتضمن تعديل ما بعد النقل4،15،16 وكذلك البروتينات الملزمة للactin (ABPs)4،17. ABPs يمكن أن تؤثر على ديناميات أكتين على مستويات متعددة (مثل بدء أو تثبيط البلمرة، مما يؤدي إلى تفريع خيوط، وقطع خيوط إلى قطع أصغر، وتعزيز إزالة البلمرة، وحماية ضد إزالة البلمرة)، وبدورها تحت رقابة تحوير صارمة حساسة لمختلف الإشارات خارج وداخل الخلايا18،19،20. مثل هذه الشيكات التنظيمية على مستويات متعددة تملي تنظيما صارما لديناميات أكتين في الهيكل الخلوي متشابك، صقل الجوانب قبل وما بعد متشابك من فسيولوجيا الخلايا العصبية على حد سواء في الدول القاعدية والنشاط الناجمة.

ونظرا للأدوار الهامة من أكتين في فسيولوجيا الخلايا العصبية, ليس من المستغرب أن العديد من الدراسات قدمت أدلة على التعديلات في ديناميات أكتين والأحداث المسببة للأمراض الحرجة المرتبطة مجموعة واسعة من الاضطرابات العصبية بما في ذلك التنكس العصبي, الأمراض النفسية وكذلك الأمراض العصبية النمائية3,21,22,23,24,25,26,27. على الرغم من ثروة من البيانات البحثية التي تشير إلى الأدوار الرئيسية للactin في فسيولوجيا الخلايا العصبية والفيزيولوجيا المرضية، ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهم ديناميات أكتين، لا سيما في الهيكل الخلوي متشابك. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات البحثية للحصول على فهم أفضل للactin العصبية وتعديلاتها في ظل الظروف المرضية. ومن مجالات التركيز الرئيسية في هذا السياق تقييم حالة البلمرة في أكتين. وهناك مجموعات تجارية غربية قائمة على النشاف (G-Actin/F-Actin في مجموعة البيوكيميائية المقايسة الحية؛ الهيكل الخلوي SKU BK03728،29) والمقاايسات المصنوعة منزليا لتقييم مستويات F-actin6. ومع ذلك ، لأن هذه تتطلب العزل الكيميائي الحيوي من F -actin و G-actin ولأن القياس الكمي اللاحق يستند إلى بروتوكولات الانتفاخ المناعي ، فإنها يمكن أن تستغرق وقتا طويلا. نحن هنا تقرير مطياف مضان القائم على المقايسة مقتبسة من دراسة سابقة30 مع التعديلات التي يمكن استخدامها لتقييم كل من المستويات القاعدية من F-actin، فضلا عن التغيرات الديناميكية في تجميعها تفكيكها. وتجدر الإشارة إلى أننا قمنا بتعديل البروتوكول الأصلي بكفاءة يتطلب عينات مناسبة ل cuvette 1 مل إلى الشكل الحالي لوحة 96 جيدا. وبالتالي فإن البروتوكول المعدل قد قلل بشكل كبير من كمية الأنسجة /العينة المطلوبة للمقص. علاوة على ذلك، نقدم أدلة على أن البروتوكول مناسب ليس فقط لتجانسات أنسجة الدماغ، ولكن أيضا الكسور دون الخلوية مثل المحطات المتشابكة المعزولة (السنابتوسومات والسنابتونوروسومات). وأخيرا، يمكن استخدام المقايسة لأنسجة دماغ القوارض التي تم تشريحها حديثا وعينات الدماغ البشري المخزنة على المدى الطويل بعد الوفاة. وتجدر الإشارة إلى أنه في حين يتم تقديم المقايسة في سياق الخلايا العصبية ، يمكن تمديدها بشكل مناسب إلى أنواع الخلايا الأخرى والعمليات الفسيولوجية المرتبطة بها.

Protocol

وقد نفذت جميع الإجراءات التجريبية وفقا للوائح لجنة الأخلاقيات في جامعة أوتاغو في رعاية واستخدام المختبر (البروتوكول الأخلاقي رقم 1000/1999). AUP95/18 و AUP80/17) والهيئة التشريعية في نيوزيلندا. تم الحصول على أنسجة الدماغ البشري من بنك الأنسجة العصبية في مستشفى كلينيك-IDIBAPS BioBank في برشلونة، إسبانيا. وقد وافقت لجنة الأخلاقيات في مستشفى كلينيتش، برشلونة، على جميع بروتوكولات جمع الأنسجة، وحصلت الأسر على موافقة مستنيرة.

1. إعداد المخازن المؤقتة والكواشف

  1. إعداد المخازن المؤقتة التالية لتجانس أنسجة الدماغ وإعداد جزء المخصب من المحطات متشابك:
    العازلة التجانس: 5 MM HEPES، حمى الحموضة 7.4 تكملها مع السكروز 0.32 M
    احتياطي إعادة الإنفاق: 5 mM Tris, pH 7.4 مكمل ب 0.32 M سكروز
    العازلة الغسيل: 5 متر تريس، رقم الحموضة 8.1
    1.2 م السكروز
    1.0 م السكروز
    0.85 م السكروز
  2. إضافة مزيج محلية الصنع أو تجارية من مثبطات البروتيز والفوسفاتاز.
    ملاحظة: لقد استخدمنا نسخة خالية من EDTA من مزيج مثبطات Protease الكامل (قرص واحد لكل 10 مل عازل) وكوكتيل مثبط فوسفاتاز IV (1:100؛ الحجم: الحجم).
  3. تحضير المخازن المؤقتة والكواشف التالية لتثبيت و permeabilization و الربط phalloidin:
    كريبس العازلة: 118.5 mM NaCl, 4.7 mM KCl, 1.2 mM MgCl2, 2 mM CaCl2, 0.1 mM KH2PO4, 5 mM NaHCO3, 10 mM الجلوكوز, 20 mM HEPES, pH 7.4
    1 م كلكل
    25٪ غلوتارارالدهيد (حل المخزون)
    كريبس العازلة التي تحتوي على 0.1 ٪ تريتون X - 100 و 1 ملغ / مل NaBH4
    400x اليكسا فلور 647 فالويدين في DMSO
    كريبس العازلة التي تحتوي على 0.32 M السكروز
    50 ميكرومتر لاتورونكولين A في DMSO (حل المخزون)
    1 M KCl (حل المخزون)
    تنبيه: فالويدين سام (LD50 = 2 ملغم/كغ) ويجب التعامل معه بعناية. استنشاق الجلوتارارالدهيد سام ويجب التعامل معه في غطاء الدخان.
  4. تخزين المخازن المؤقتة في 4 درجة مئوية وphalloidin وlatrunculin A في -20 درجة مئوية للتخزين على المدى الطويل.
    ملاحظة: لا ينصح تخزين المخازن المؤقتة على المدى الطويل. يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.

2. تجانس أنسجة الدماغ

  1. تجانس أنسجة دماغ الفئران المبردة أو التي تم تشريحها حديثا في 10 مجلدات من عازل التجانس في أنبوب زجاجيبوتر- إلفيهم والحشرات على الجليد.
    ملاحظة: يتم تحقيق التجانس الأمثل عن طريق 15-20 السكتات الدماغية من الحشرات باليد لأنسجة الدماغ. يمكن تأكيد التجانس الناجح من خلال التدفق السلس للتعليق من خلال الأنبوب الزجاجي. يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.
  2. تحديد تركيز البروتين في المتجانسة باستخدام برادفورد المقايسة31.
    ملاحظة: يمكن أيضا استخدام المقايسات محلية الصنع أو التجارية البديلة لتقدير البروتين.
  3. تمييع عينات متجانسة في العازلة كريبس بتركيز 2-3 ملغ البروتين / مل في حجم 50 ميكرولتر.
    ملاحظة: في بعض تجاربنا، نحتضن متجانسات مع 2 ميكرومتر لاتورونكولين A أو DMSO (عناصر التحكم) عند 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. لهذا، يتم إعادة إنفاق التجانسات في 48 ميكرولتر من العازلة كريبس، ويتم إضافة 2 ميكرولتر من 50 ميكرومتر لاتورونكولين A أو 2 ميكرولتر من DMSO. كذلك بالنسبة للمناعة ، يتم جمع كمية صغيرة من العينة (10 ميكروغرام) بعد الحضانة.
  4. إصلاح عينات متجانسة (المقطع 5).

3. إعداد محطات الأعصاب المعزولة

  1. إعداد السنابتوسومات
    ملاحظة: يمكن أيضا استخدام البروتوكولات البديلة32،33 للسينابتوسومات.
    1. تجانس دماغ الطرد المركزي عند 1200 × غرام لمدة 10 دقائق عند 4 درجات مئوية.
    2. تجاهل بيليه، وهو كسر النووية الخام.
    3. مزيد من الطرد المركزي الفائق (S1) التي تم الحصول عليها في الخطوة 3.1.1 في 12000 س غ لمدة 15 دقيقة في 4 درجة مئوية.
    4. إزالة supernatant (S2) ، وهو كسر السيتوسوليك القابلة للذوبان.
    5. إعادة إنفاق بيليه (P2) التي تم الحصول عليها في الخطوة 3.1.3، وهو كسر السيبتوسوم الخام في احتياطي إعادة الإنفاق.
      ملاحظة: يعتمد حجم احتياطي إعادة الإنفاق على كمية الأنسجة التي تبدأ وكمية الكريات التي تم الحصول عليها. على سبيل المثال، عند البدء مع 150-300 ملغ من أنسجة الدماغ، يمكن إعادة إنفاق بيليه التي تم الحصول عليها في 200 ميكرولتر من العازلة إعادة الإنفاق.
    6. تحميل synaptosomes الخام إعادة الإنفاق على تدرج السكروز متقطعة مصنوعة من أحجام متساوية من 0.85-1.0-1.2 M السكروز.
      ملاحظة: نحن عادة ما تستخدم 1 مل كل من محلول السكروز (ل150-300 ملغ الأنسجة). ويمكن تغيير هذا وفقا لكميات أكبر من الأنسجة. يمكن إجراء تدرجات متقطعة باستخدام حقنة 25G مضغوطة على الجدار الداخلي للأنبوب الطرد الفائق والطبقات اللطيفة من طبقات السكروز.
    7. جهاز طرد مركزي عند 85,000 x g لمدة 2 ساعة عند 4 درجات مئوية.
      ملاحظة: بسبب السرعة العالية للطرد المركزي، هناك حاجة إلى جهاز طرد مركزي فائق قادر على خلق فراغ للحد من التدفئة.
    8. جمع كسر synaptosomal في واجهة بين 1.0 و 1.2 M السكروز باستخدام تلميح ماصة 200 ميكرولتر.
    9. اغسل الكسر السينابتوسومي بحاجز الغسيل البارد بالثلج عن طريق الطرد المركزي عند 18000 × غرام لمدة 10 دقائق عند 4 درجات مئوية.
      ملاحظة: للغسيل، يتم جمع كسر السينابوسومات التي تم الحصول عليها في واجهة 1.0 و 1.2 M السكروز في أنبوب 1.5 مل الطازجة، ويتم إضافة حجم متساو من العازلة الغسيل، وضمان إزالة السكروز عالية من المتوسط.
    10. غسل بيليه synaptosomal مرة أخرى مع الجليد الباردة تجانس العازلة في 12،000 غرام لمدة 10 دقائق في 4 درجة مئوية.
    11. إعادة إنفاق السنابتوسومات في عازل التجانس على الجليد.
      ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا لفترة وجيزة.
    12. تحديد تركيز البروتين باستخدام م المقايسة برادفورد.
    13. إعادة إنفاق السنابتوسومات في العازلة كريبس بتركيز 2-3 ملغ البروتين / مل في حجم 50 ميكرولتر (47.5 ميكرولتر إذا كان synaptosomes هي أن تكون إزالة الاستقطاب من قبل KCl; انظر القسم 4).
      ملاحظة: لإعادة الإنفاق، يتم نسج الكسر السينابتوسومي أولا عند 12,000 × ز لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية ويتم إزالة الناموست الفائق (العازل). ثم يتم إعادة إنفاق بيليه synaptosomal في العازلة كريبس عن طريق pipetting لطيف باستخدام تلميح أنبوب 200 ميكرولتر.
    14. 10 - المضي قدما في إزالة الاستقطاب (الباب 4).
  2. إعداد السينابتونوسومات
    ملاحظة: يمكن أيضا استخدام البروتوكولات البديلة34،35 للسينابتونوروسومات.
    1. تمرير الدماغ المتجانسة من خلال مرشح صافي مبللة مسبقا من حجم المسام 100 ميكرومتر في حامل مرشح باستخدام حقنة 1 مل.
      ملاحظة: قبل التبول من كافة عوامل التصفية المهم لتجنب فقدان العينة وينبغي القيام به باستخدام المخزن المؤقت التجانس. لهذا، يتم تمرير المخزن المؤقت التجانس من خلال المرشحات في حامل التصفية باستخدام حقنة 1 مل حتى تدفق المخزن المؤقت.
    2. جمع filtrate (F1) في أنبوب 1.5 مل المبردة مسبقا على الجليد.
    3. كرر العملية (الخطوتين 3.2.1 و 3.2.2) للكسر F1 للحصول على الشعيرات الثانية (F2).
    4. تمرير F2 filtrate من خلال مرشح صافي من حجم المسام 5 ميكرومتر.
    5. جمع filtrate (F3) في أنبوب 1.5 مل المبردة مسبقا على الجليد.
    6. جهاز الطرد المركزي filtrate F3 في 1500 × غرام لمدة 10 دقائق في 4 درجة مئوية.
    7. Resuspend بيليه (synaptoneurosomes) في كريبس العازلة على الجليد بتركيز 2-3 ملغ البروتين / مل في حجم 50 ميكرولتر (47.5 ميكرولتر إذا كان synaptosomes هي أن تكون إزالة القطب من قبل KCl؛ انظر القسم 4).
      ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا لفترة وجيزة.
    8. تقدير تركيز البروتين باستخدام م المقايسة برادفورد.
    9. 10 - المضي قدما في إزالة الاستقطاب (الباب 4).

4. KCl بوساطة إزالة الاستقطاب من المحطات متشابك معزولة

  1. السنابتوسومات/السينابتونوسومات متساوية المستويات عند 37 درجة مئوية لمدة 5-10 دقائق.
  2. تحفيز synaptosomes / synaptoneurosomes بإضافة KCl لزيادة K خارج الخلية+ إلى 50 mM لمدة 30 ثانية في 37 درجة مئوية وإضافة حجم متساو من العازلة كريبس إلى مجموعة التحكم غير المحفزة المعنية.
    ملاحظة: على سبيل المثال، إضافة 2.5 ميكرولتر من 1 M KCl إلى synaptosomes resuspended في 47.5 ميكرولتر من العازلة كريبس; وإضافة 2.5 ميكرولتر من العازلة كريبس إلى كل منهما غير المحفزة التحكم synaptosome. بالنسبة للتجارب التي يتضمنها عدد كبير من العينات، قم بإجراء ما لا يزيد عن عينتين في كل مرة بحيث لا يتجاوز وقت إزالة الاستقطاب 30 ثانية.
  3. إنهاء التحفيز بإضافة الغلوتارارالدهيدي (القسم 5).

5. تثبيت وphalloidin تلطيخ العينات

  1. إضافة الجلوتارالدهيد إلى عينات متجانسة / synaptosomal / synaptoneurosomal إلى تركيز نهائي من 2.5٪ لمدة 2-3 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: أضفنا 6 ميكرولتر من محلول الغلوتارالدهيد بنسبة 25٪ بحيث كان التركيز النهائي للجلوتارانديهيد في عينات 50 ميكرولتر (متجانسات / سينابتوسومات / synaptoneurosomes) هو 2.5٪. التثبيت أمر بالغ الأهمية ، وينبغي أن يكون سريعا ، وبالتالي مباشرة بعد إضافة الجلوتارالدهيد ، يجب أن تكون العينة دوامة بقوة.
  2. ترسيب العينات في 20،000 × غرام لمدة 5 دقائق.
  3. أزل الناتنات الفائق.
    ملاحظة: تجاهل supernatant في غطاء محرك السيارة الدخان كما glutaraldehyde سامة.
  4. Permeabilize بيليه عن طريق إعادة الإنفاق في 100 ميكرولتر من العازلة كريبس تحتوي على 0.1٪ تريتون X-100 و 1 ملغ / مل NaHB4 لمدة 2-3 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
  5. ترسيب العينات في 20،000 × غرام لمدة 5 دقائق.
  6. إزالة المخزن المؤقت permeabilization.
  7. غسل بيليه مع 200 ميكرولتر من العازلة كريبس عن طريق الطرد المركزي في 20،000 × ز لمدة 5 دقائق.
  8. Resuspend وصمة عار بيليه مع 1x اليكسا فلور 647 Phalloidin (المقابلة ل500 ميكرون) في 100 ميكرولتر من العازلة كريبس لمدة 10 دقائق في الظلام في درجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: أنواع أخرى من النظير phalloidin الفلورسنت متاحة تجاريا ويمكن استبدالها للمقاايسة. قد يكون تركيز phalloidin وحجم العينة الكلية من الحضانة إلى تعديل وفقا لكمية ونوع الأنسجة / عينة يجري اختبارها وينبغي توحيد الظروف المثلى وفقا لذلك.
  9. الطرد المركزي عينات ملطخة في 20،000 × ز لمدة 5 دقائق.
  10. إزالة phalloidin غير منضم (فائقة).
  11. اغسل العينة ب 200 ميكرولتر من عازل كريبس عن طريق الطرد المركزي عند 20,000 × غرام لمدة 5 دقائق.
  12. Resuspend في 200 ميكرولتر من العازلة كريبس التي تحتوي على 0.32 M السكروز.
    ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا لفترة وجيزة.

6. تحليل الفلورومترية وتشتت الضوء

  1. الاستغناء عن اليكسا فلور 647 عينات ملطخة Phalloidin في لوحة سوداء 96 جيدا.
  2. قياس كثافة الفلورسينس في الطول الموجي للإثارة من 645 نانومتر وطول موجي انبعاث 670 نانومتر في قارئ لوحة في درجة حرارة الغرفة.
  3. نقل العينات من لوحة 96-جيدا الأسود إلى لوحة شفافة 96 جيدا باستخدام نصائح 200 ميكرولتر pipet.
  4. قياس تشتت الضوء عند 540 نانومتر لتصحيح أي خسائر قد تكون حدثت خلال الخطوات السابقة من التثبيت والبيرمابيلينج والتلوين.
    ملاحظة: قد تكون الاختلافات في المواد البيولوجية المحتفظ بها في العينات الملطخة أكثر بروزا بالنسبة لكميات أصغر من مواد البدء (انظر المناقشة).
  5. وتشمل مجموعة من اليكسا فلور 647 Phalloidin في كريبس العازلة بتركيزات مختلفة (0.05x، 0.1x و0.25x و0.35x و0.75x و0.5x و1x المقابلة ل25 و 50 و 125 و 175 و 250 و 375 و 500 وحدة ميكرونيون) لكل دفعة من المقايسة كمنحنى قياسي.
    ملاحظة: هذه خطوة اختيارية ولا يؤثر على نتائج الفحص خاصة عند التعبير عن مستويات F-actin بطريقة نسبية (القسم 7). يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.

7. تحليل البيانات

  1. كمية F-actin في العينات يتناسب مباشرة مع كثافة الفلورية من phalloidin ملزمة. التعبير بالقيمة المطلقة لوحدات phalloidin منضم محسوبة من منحنى خطي من معيار phalloidin الموسومة.
    ملاحظة: كمثال، راجع الأرقام 2A-B، 3A، 4A-B والشكل التكميلي 2.
  2. التعبير عن مستويات F-actin كسر من عينات التحكم.
    ملاحظة: كمثال، راجع الشكل 5A-B.

النتائج

خطية المقايسة لتقييم مستويات F-actin
أولا، تم التأكد من منحنى قياسي للزيادة الخطية في الفلور من اليكسا فلور 647 Phalloidin وتكررت لكل مجموعة من التجارب(الشكل 1). للتحقيق في النطاق الخطي للمقاسة ، تم معالجة كميات مختلفة من تجانسات الدماغ من القوارض(الشكلان 2A و

Discussion

المقايسة الموصوفة هنا ، مقتبسة أساسا من دراسة سابقة30 مع تعديلات ، ويستخدم phallotoxin ، phalloidin الموسومة مع تسمية الفلورسنت. تعتبر النظير phalloidin الفلورسنت لتكون المعيار الذهبي لتلطيخ خيوط أكتين في الأنسجة الثابتة47,48,49. في الواقع، فه...

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgements

وقد دعم هذا العمل مؤسسة الأعصاب في نيوزيلندا (1835-PG)، ومجلس البحوث الصحية في نيوزيلندا (#16-597)، وقسم التشريح، جامعة أوتاجو، نيوزيلندا. نحن مدينون لبنك الأنسجة العصبية من بنك HCB-IDIBAPS الحيوي (إسبانيا) لأنسجة الدماغ البشري. نشكر جياشيان تشانغ على مساعدتها في تسجيل وتحرير الفيديو.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3.5 mL, open-top thickwall polycarbonate tubeBeckman Coulter349622For gradient centrifugation (synaptosome prep)
Alexa Fluor 647 PhalloidinThermo Fisher ScientificA22287F-actin specific ligand
Antibody against  b-actinSanta Cruz BiotechnologySc-47778For evaluation of total actin levels by immunoblotting
Antibody against GAPDHAbcamAb181602For evaluation of GAPDH levels by immunoblotting
Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent ConcentrateBio-Rad5000006Bradford based protein estimation
Calcium chloride dihydrate (CaCl2·2H2O)Sigma-AldrichC3306Krebs buffer component
cOmplete, Mini, EDTA-free Protease Inhibitor CocktailSigma-Aldrich4693159001For inhibition of endogenous protease activity during sample preparation
Corning 96-well Clear Flat Bottom PolystyreneCorning3596For light-scattering measurements
D-(+)-GlucoseSigma-AldrichG8270Krebs buffer component
Dimethyl sulfoxideSigma-AldrichD5879Solvent for phalloidin and latrunculin A
Fluorescent flatbed scanner (Odyssey Infrared Scanner)Li-Cor BiosciencesFor detection of immunoreactive signals on immunoblots
Glutaraldehyde solution (25% in water) Grade IISigma-AldrichG6257Fixative
HEPESSigma-AldrichH3375Buffer ingredient for sample preparation and Krebs buffer component
Latrunculin ASigma-AldrichL5163Depolymerizer of actin filaments
Magnesium chloride hexahydrate (MgCl2·6H2O)Sigma-AldrichM2670Krebs buffer component
Microplates
Mitex membrane filter 5 mmMilliporeLSWP01300Preparation of synaptoneurosomes
Nunc F96 MicroWell Black PlateThermo Fisher Scientific237105For fluorometric measurements
Nylon net filter 100 mmMilliporeNY1H02500Preparation of synaptoneurosomes
Phosphatase Inhibitor Cocktail IVAbcamab201115For inhibition of endogenous phosphatase activity during sample preparation
Potassium chloride (KCl)Sigma-AldrichP9541Krebs buffer component and for depolarization of synaptic terminals
Potassium phosphate monobasic ((KH2PO4)Sigma-AldrichP9791Krebs buffer component
Sodium borohydride (NaBH4)Sigma-Aldrich71320Component of Permeabilization buffer
Sodium chloride (NaCl)LabServ (Thermo Fisher Scientific)BSPSL944Krebs buffer component
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3)LabServ (Thermo Fisher Scientific)BSPSL900Krebs buffer component
SpectraMax i3xMolecular DevicesFor fluorometric measurements
SucroseFisher ChemicalS/8600/60Buffer ingredient for sample preparation
Swimnex Filter HolderMilliporeSx0001300Preparation of synaptoneurosomes
Tissue grinder 5 mL Potter-ElvehjemDuran Wheaton Kimble358034For tissue homogenization
Triton X-100Sigma-AldrichX100Component of Permeabilization buffer
Trizma baseSigma-AldrichT6066Buffer ingredient for sample preparation

References

  1. Penzes, P., Rafalovich, I. Regulation of the actin cytoskeleton in dendritic spines. Advances in Experimental Medicine and Biology. 970, 81-95 (2012).
  2. Venkatesh, K., Mathew, A., Koushika, S. P. Role of actin in organelle trafficking in neurons. Cytoskeleton. 77 (3-4), 97-109 (2020).
  3. Shirao, T., González-Billault, C. Actin filaments and microtubules in dendritic spines. Journal of Neurochemistry. 126 (2), 155-164 (2013).
  4. Bertling, E., Hotulainen, P. New waves in dendritic spine actin cytoskeleton: From branches and bundles to rings, from actin binding proteins to post-translational modifications. Molecular and Cellular Neuroscience. 84, 77-84 (2017).
  5. Bellot, A., et al. The structure and function of actin cytoskeleton in mature glutamatergic dendritic spines. Brain Research. 1573, 1-16 (2014).
  6. Wolf, M., et al. ADF/Cofilin controls synaptic actin dynamics and regulates synaptic vesicle mobilization and exocytosis. Cerebral Cortex. 25 (9), 2863-2875 (2015).
  7. Morales, M., Colicos, M. A., Goda, Y. Actin-dependent regulation of neurotransmitter release at central synapses. Neuron. 27 (3), 539-550 (2000).
  8. Doussau, F., Augustine, G. J. The actin cytoskeleton and neurotransmitter release: An overview. Biochimie. 82 (4), 353-363 (2000).
  9. Sakaba, T., Neher, E. Involvement of actin polymerization in vesicle recruitment at the calyx of held synapse. Journal of Neuroscience. , (2003).
  10. Lee, J. S., Ho, W. K., Lee, S. H. Actin-dependent rapid recruitment of reluctant synaptic vesicles into a fast-releasing vesicle pool. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2012).
  11. Rust, M. B., et al. Learning, AMPA receptor mobility and synaptic plasticity depend on n-cofilin-mediated actin dynamics. EMBO Journal. 29, 1889-1902 (2010).
  12. Bosch, M., et al. Structural and molecular remodeling of dendritic spine substructures during long-term potentiation. Neuron. 82, 444-459 (2014).
  13. Hanley, J. G. Actin-dependent mechanisms in AMPA receptor trafficking. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 381 (2014).
  14. Kasai, H., Fukuda, M., Watanabe, S., Hayashi-Takagi, A., Noguchi, J. Structural dynamics of dendritic spines in memory and cognition. Trends in Neurosciences. 33, 121-129 (2010).
  15. Terman, J. R., Kashina, A. Post-translational modification and regulation of actin. Current Opinion in Cell Biology. 25 (1), 30-38 (2013).
  16. Wilson, C., Terman, J. R., González-Billault, C., Ahmed, G. Actin filaments-A target for redox regulation. Cytoskeleton. 73, 577-595 (2016).
  17. Borovac, J., Bosch, M., Okamoto, K. Regulation of actin dynamics during structural plasticity of dendritic spines: Signaling messengers and actin-binding proteins. Molecular and Cellular Neuroscience. 91, 122-130 (2018).
  18. Saneyoshi, T., Hayashi, Y. The Ca2+ and Rho GTPase signaling pathways underlying activity-dependent actin remodeling at dendritic spines. Cytoskeleton. 69 (8), 545-554 (2012).
  19. Mizuno, K. Signaling mechanisms and functional roles of cofilin phosphorylation and dephosphorylation. Cellular Signalling. 25 (2), 457-469 (2013).
  20. Dos Remedios, C. G., et al. Actin binding proteins: Regulation of cytoskeletal microfilaments. Physiological Reviews. 83 (2), 433-473 (2003).
  21. Bamburg, J. R., Bernstein, B. W. Actin dynamics and cofilin-actin rods in Alzheimer disease. Cytoskeleton. 73 (9), 477-497 (2016).
  22. Penzes, P., VanLeeuwen, J. E. Impaired regulation of synaptic actin cytoskeleton in Alzheimer's disease. Brain Research Reviews. 67 (1-2), 184-192 (2011).
  23. Pelucchi, S., Stringhi, R., Marcello, E. Dendritic spines in Alzheimer's disease: How the actin cytoskeleton contributes to synaptic failure. International Journal of Molecular Sciences. 21 (3), 908 (2020).
  24. Kounakis, K., Tavernarakis, N. The Cytoskeleton as a Modulator of Aging and Neurodegeneration. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1178, 227-245 (2019).
  25. Nishiyama, J. Plasticity of dendritic spines: Molecular function and dysfunction in neurodevelopmental disorders. Psychiatry and Clinical Neurosciences. 73 (9), 541-550 (2019).
  26. Michaelsen-Preusse, K., Feuge, J., Korte, M. Imbalance of synaptic actin dynamics as a key to fragile X syndrome. Journal of Physiology. 596 (14), 2773-2782 (2018).
  27. Hensel, N., Claus, P. The Actin Cytoskeleton in SMA and ALS: How Does It Contribute to Motoneuron Degeneration. Neuroscientist. 24 (1), 54-72 (2018).
  28. Kommaddi, R. P., et al. Aβ mediates F-actin disassembly in dendritic spines leading to cognitive deficits in alzheimer's disease. Journal of Neuroscience. 38 (5), 1085-1099 (2018).
  29. Kommaddi, R. P., et al. Glutaredoxin1 Diminishes Amyloid Beta-Mediated Oxidation of F-Actin and Reverses Cognitive Deficits in an Alzheimer's Disease Mouse Model. Antioxidants and Redox Signaling. 31 (18), 1321-1338 (2019).
  30. Bernstein, B. W., Bamburg, J. R. Cycling of actin assembly in synaptosomes and neurotransmitter release. Neuron. 3 (2), 257-265 (1989).
  31. Sapan, C. V., Lundblad, R. L., Price, N. C. Colorimetric protein assay techniques. Biotechnology and applied biochemistry. 29 (2), 99-108 (1999).
  32. Kolodziej, A., et al. High resolution quantitative synaptic proteome profiling of mouse brain regions after auditory discrimination learning. Journal of Visualized Experiments. (118), e54992 (2016).
  33. Byun, Y. G., Chung, W. S. A novel in vitro live-imaging assay of astrocyte-mediated phagocytosis using pH indicator-conjugated synaptosomes. Journal of Visualized Experiments. (132), e56647 (2018).
  34. Chmielewska, J. J., Kuzniewska, B., Milek, J., Urbanska, K., Dziembowska, M. Neuroligin 1, 2, and 3 Regulation at the Synapse: FMRP-Dependent Translation and Activity-Induced Proteolytic Cleavage. Molecular Neurobiology. 56 (4), 2741-2759 (2019).
  35. Kuzniewska, B., Chojnacka, M., Milek, J., Dziembowska, M. Preparation of polysomal fractions from mouse brain synaptoneurosomes and analysis of polysomal-bound mRNAs. Journal of Neuroscience Methods. 293, 226-233 (2018).
  36. Fischer, M., Kaech, S., Knutti, D., Matus, A. Rapid actin-based plasticity in dendritic spines. Neuron. 20 (5), 847-854 (1998).
  37. Caesar, M., Felk, S., Aasly, J. O., Gillardon, F. Changes in actin dynamics and F-actin structure both in synaptoneurosomes of LRRK2(R1441G) mutant mice and in primary human fibroblasts of LRRK2(G2019S) mutation carriers. Neuroscience. 284, 311-324 (2015).
  38. Star, E. N., Kwiatkowski, D. J., Murthy, V. N. Rapid turnover of actin in dendritic spines and its regulation by activity. Nature Neuroscience. 5, 239-246 (2002).
  39. Okamoto, K. I., Nagai, T., Miyawaki, A., Hayashi, Y. Rapid and persistent modulation of actin dynamics regulates postsynaptic reorganization underlying bidirectional plasticity. Nature Neuroscience. 7, 1104-1112 (2004).
  40. Bernstein, B. W., Dewit, M., Bamburg, J. R. Actin disassembles reversibly during electrically induced recycling of synaptic vesicles in cultured neurons. Molecular Brain Research. 53 (1-2), 236-250 (1998).
  41. Ahmad, F., Liu, P. Synaptosome as a tool in Alzheimer's disease research. Brain Research. 1746, 147009 (2020).
  42. Ahmad, F., et al. Isoform-specific hyperactivation of calpain-2 occurs presymptomatically at the synapse in Alzheimer's disease mice and correlates with memory deficits in human subjects. Scientific Reports. 8 (1), 13119 (2018).
  43. Ahmad, F., et al. Reactive Oxygen Species-Mediated Loss of Synaptic Akt1 Signaling Leads to Deficient Activity-Dependent Protein Translation Early in Alzheimer's Disease. Antioxidants and Redox Signaling. 27 (16), 1269-1280 (2017).
  44. Ahmad, F., et al. Developmental lead (Pb)-induced deficits in redox and bioenergetic status of cerebellar synapses are ameliorated by ascorbate supplementation. Toxicology. 440, 152492 (2020).
  45. Ahmad, F., Salahuddin, M., Alsamman, K., Herzallah, H. K., Al-Otaibi, S. T. Neonatal maternal deprivation impairs localized de novo activity-induced protein translation at the synapse in the rat hippocampus. Bioscience Reports. 38 (3), 0118 (2018).
  46. Ahmad, F., Salahuddin, M., Alsamman, K., Almulla, A. A., Salama, K. F. Developmental lead (Pb)-induced deficits in hippocampal protein translation at the synapses are ameliorated by ascorbate supplementation. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 14, 3289-3298 (2018).
  47. Melak, M., Plessner, M., Grosse, R. Actin visualization at a glance. Journal of Cell Science. 130 (3), 525-530 (2017).
  48. Adams, A. E. M., Pringle, J. R. Staining of actin with fluorochrome-conjugated phalloidin. Methods in Enzymology. 194, 729-731 (1991).
  49. Belin, B. J., Goins, L. M., Mullins, R. D. Comparative analysis of tools for live cell imaging of actin network architecture. BioArchitecture. 4 (6), 189-202 (2014).
  50. Wulf, E., Deboben, A., Bautz, F. A., Faulstich, H., Wieland, T. Fluorescent phallotoxin, a tool for the visualization of cellular actin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 4498-4502 (1979).
  51. Taffarel, M., de Souza, M. F., Machado, R. D., de Souza, W. Localization of actin in the electrocyte of Electrophorus electricus L. Cell and Tissue Research. 242, 453-455 (1985).
  52. Glebov, O. O. Distinct molecular mechanisms control levels of synaptic F-actin. Cell Biology International. 44 (1), 336-342 (2020).
  53. Dancker, P., Löw, I., Hasselbach, W., Wieland, T. Interaction of actin with phalloidin:. Polymerization and stabilization of F-actin. BBA - Protein Structure. , (1975).
  54. Lengsfeld, A. M., Löw, I., Wieland, T., Dancker, P., Hasselbach, W. Interaction of phalloidin with actin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 71 (7), 2803-2807 (1974).
  55. Coluccio, L. M., Tilney, L. G. Phalloidin enhances actin assembly by preventing monomer dissociation. Journal of Cell Biology. 99, 529-535 (1984).
  56. Colicos, M. A., Collins, B. E., Sailor, M. J., Goda, Y. Remodeling of synaptic actin induced by photoconductive stimulation. Cell. 107 (5), 605-616 (2001).
  57. Lemieux, M. G., et al. Visualization of the actin cytoskeleton: Different F-actin-binding probes tell different stories. Cytoskeleton. 71, 157-169 (2014).
  58. Bubb, M. R., Senderowicz, A. M. J., Sausville, E. A., Duncan, K. L. K., Korn, E. D. Jasplakinolide, a cytotoxic natural product, induces actin polymerization and competitively inhibits the binding of phalloidin to F-actin. Journal of Biological Chemistry. , (1994).
  59. Holzinger, A. Jasplakinolide: an actin-specific reagent that promotes actin polymerization. Methods in molecular biology. 269, 14869-14871 (2009).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

172 F actin A phalloidin

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved