Name: real-time imaging of axonal transport of quantum dot-labeled bdnf in primary neurons
Uploaded: 2014-09-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Real-time Imaging of Axonal Transport of Quantum Dot-labeled BDNF in Primary Neurons at JoVE.com

نود أن نشكر يو (بولين) هو جين تاو، راشيل Sinit للحصول على المساعدة الفنية. وتدعم الدراسة التي منحة المعاهد الوطنية للصحة (PN2 EY016525) وبتمويل من متلازمة داون مؤسسة البحوث والعلاج ومؤسسة لاري L. Hillblom.

وتجرى العمليات الجراحية والحيوانية من بدقة وفقا لدليل المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية. تمت الموافقة على جميع التجارب التي تنطوي على استخدام الحيوانات جامعة كاليفورنيا سان دييغو المؤسسي رعاية الحيوان واللجنة الاستخدام. 1. البلازميد الاستنساخ والتعبير وتنقية مونو المعقدة البيروكسيديز-عامل التغذية العصبية الدماغي (mBtBDNF) ملاحظة: بناء قبل proBDNFavi والبيرة [كدنا] في ناقلات pcDNA3.1 وcoexpress في الخلايا HEK293FT 10. تنقية mBtBDNF باستخدام الخرز ني NTA فقا للطريقة التي تم نشرها مسبقا على إنتاج عامل نمو الأعصاب monobiotinylated ناضجة ونشطة بيولوجيا (mBtNGF) 10. 2. إعداد ميكروفلويديك الغرف يجعل جهاز ميكروفلويديك عصبون زراعة من الممكن عزل fluidically محاور عصبية من أجسام الخلايا العصبية. تجميع غرف مع coverslips المغلفة الطازجة الحق قبل كل تشريح. غرف ميكروفلويديك تستخدمفي هذا البروتوكول يتم شراؤها تجاريا (انظر الجدول المواد والمعدات و). غسيل يدوي وإعادة استخدامها غرف شراؤها تجاريا يصل إلى 5-6x. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غسل اليد في غرف ميكروفلويديك 1٪ Alconox. شطف ثلاث مرات بالماء ملي-Q لمدة 30 دقيقة لكل منهما. غرف غسل اليد مرة أخرى في 70٪ من الإيثانول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع خارج غرف لتجف على Parafilm في غطاء تدفق الصفحي. تشع وتعقيم جانبي غرف لمدة 20 دقيقة تحت أشعة فوق البنفسجية. متجر غرف تعقيم عقيمة في 15 سم طبق مختومة مع parafilm في درجة حرارة الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع 24 × 40 مم رقم 1 coverslips الزجاج في وعاء زجاجي. نقع لل coverslips في 35٪ حمض هيدروكلوريد بين عشية وضحاها على محور دوار. في اليوم التالي، وشطف لل coverslips ثلاث مرات لمدة 30 دقيقة لكل منهما مع الماء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعقيم لل coverslips واحدا تلو الآخر عن طريق غمس كل ساترة في الإيثانول بنسبة 100٪ وملتهبة أكثر من الموقد بنسن. تخزين coverslips الجافة في طبق بتري معقمة والحفاظ عليه في درجة حرارة الغرفة حتى الطلاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع أوور لل coverslips في صحن الثقافة 15 سم. معطف كل ساترة مع 0.7 مل من 0.01٪ بولي-L-يسين (PLL) واحتضان في غطاء محرك السيارة في درجة حرارة الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 1 ساعة، وشطف لل coverslips ثلاث مرات مع الماء المعقم. coverslips الجافة مع فراغ ومكان كل ساترة في طبق ثقافة 6 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لتجميع غرفة ميكروفلويديك، ضع الغرفة مع الجانب مرسمة مجهارية في أسفل على ساترة المغلفة PLL بحذر على عدم لمس microgrooves. ضغطت بلطف إلى أسفل الغرفة مع طرف ماصة لضمان ومختومة الغرفة بإحكام. </li></ol> 3. تشريح العصبية الثقافة وعلى لوحة الدوائر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع اثنين E17-E18 الحصين الفئران (الدماغ واحد) في تشريح 15 مل أنبوب مخروطي يحتوي على 2 مل عازلة تشريح (HBSS، لا الكالسيوم والمغنيسيوم لا، مع 1٪ القلم / بكتيريا و 10 ملي HEPES. شطف الأنسجة 3X مع 5 مل تشريح العازلة في كل مرة. إزالة المنطقة العازلة تشريح قدر الإمكان وإضافة 900 ميكرولتر من دي الطازجةssection العازلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لهضم الأنسجة، وإضافة 100 ميكرولتر من 10X التربسين (2.5٪) في المخزن المؤقت تشريح لجعل تركيز العمل 1X. وضع أنبوب مخروطي في 37 ° C حمام الماء. بعد 10 دقيقة من الهضم، وإضافة 100 ميكرولتر من 10 ملغ / مل الدناز الأول إلى تركيز النهائي حوالي 1 ملغ / مل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الزجاج باستور ماصة مصقول النار، يسحن بلطف الأنسجة التي pipetting صعودا وهبوطا 5-10x. مباشرة بعد سحن، إخماد التربسين 2 مل مع الطلاء المتوسطة (Neurobasal مع 10٪ FBS، 2 مم GlutaMax، 2٪ B27). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترك العينة في غطاء محرك السيارة لمدة 5 دقائق للسماح أي حطام من الأنسجة ليستقر في القاع. إزالة بعناية 2 مل من طاف في العقيمة 15 مل أنبوب مخروطي نظيف والطرد المركزي في 200 x ج لمدة 5 دقائق لخلايا بيليه. Resuspend وبيليه في 50 ميكرولتر سائل الاعلام الطلاء </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عد الخلايا مع عدادة الكريات. الحمل 15-20 ميكرولتر تعليق الخلية (~ 40،000 خلايا) في حجرة واحدة من غرفة ميكروفلويديك. وضع الغرفةفي الحاضنة لمدة 10 دقيقة للسماح للخلايا لنعلق على ساترة. بعد 10 دقيقة، إضافة وسائط أكثر الطلاء لملء كل من المقصورات من الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في اليوم الثاني من التشريح، وتحل تماما محل وسائل الإعلام الطلاء مع وسائل الاعلام الصيانة (Neurobasal مع 2 مم GlutaMax، 2٪ B27) في كل خلايا الجسم والمقصورة محور عصبي. محاور عصبية من الخلايا العصبية قرن آمون تبدأ لعبور microgrooves في يوم 3 والوصول إلى مقصورة محوار بين يوم 5-7. خلال هذه الفترة من الزمن، استبدال نصف وسائل الإعلام مع وسائل الاعلام زراعة صيانة جديدة كل 24 ~ 48 ساعة. </li></ol> 4. محور عصبي نقل QD-عامل التغذية العصبية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل أن يعيش التصوير من QD-عامل التغذية العصبية النقل محور عصبي، تستنزف عامل التغذية العصبية من كل من جسم الخلية ومحور عصبي مقصورات للغرفة ميكروفلويديك بدقة من قبل شطف كل من مقصورات مع عامل التغذية العصبية حرة، حرة المصل وسائل الإعلام Neurobasal كل 30 دقيقة لمدة 2 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلال استنزاف عامل التغذية العصبية، وإعداد تقارن QD-عامل التغذية العصبية. مزيج 50 نانومتر من أحادية المعقدة البيروكسيديز BDNF ديمر مع 50 نانومتر تقارن QD655-streptavidin في وسائل الإعلام neurobasal واحتضان على الجليد لمدة 60 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة وسائل الإعلام في المقصورة محور عصبي وإضافة 300 ميكرولتر QD-عامل التغذية العصبية مع تركيز النهائي من 0.25 نانومتر لمدة 4 ساعة عند 37 درجة مئوية. لتقليل نشرها من QD-عامل التغذية العصبية في حجرة خلايا الجسم، من المهم جدا أن تحافظ دائما على مستوى أعلى من وسائل الإعلام في المقصورة خلايا الجسم مما كانت عليه في المقصورة محور عصبي. يغسل غير منضم QD-عامل التغذية العصبية بعد الحضانة قبل التصوير الحي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ التصوير الحي النقل QD-عامل التغذية العصبية باستخدام مجهر مقلوب مجهزة النفط 100X عدسة الهدف. الاحماء نطاق والغرفة البيئية المرتبطة به لدرجة حرارة ثابتة (37 درجة مئوية) وCO 2 (5٪). استخدام مجموعة من تكساس مكعبات الأحمر الإثارة / الانبعاثات لتصور إشارة QD655. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اكتساب والتقاط الصور الوقت الفاصل ضمن محاور الوسطى بسرعة 1 إطار / ثانية أي ما مجموعه 2 دقيقة باستخدام كاميرا CCD. استخدام microgrooves مع عدم وجود محاور ثار لها أي QD، وبالتالي عدم وجود إشارة كجهاز تحكم عن التسلل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل النقل عامل التغذية العصبية باستخدام أي برنامج تحليل الصور أو المعاهد الوطنية للصحة يماغيج. </li></ol>

<ol>
	<li>Wu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+functional+dynein-microtubule+network+is+required+for+NGF+signaling+through+the+Rap1/MAPK+pathway.">A functional dynein-microtubule network is required for NGF signaling through the Rap1/MAPK pathway.</a> Traffic. 8, 1503-1520 (2007).</li><li>Wortzel, I., Seger, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ERK+Cascade:+Distinct+Functions+within+Various+Subcellular+Organelles.">The ERK Cascade: Distinct Functions within Various Subcellular Organelles.</a> Genes &amp; cancer. 2, 195-209 (2011).</li><li>Huang, E. J., Reichardt, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trk+receptors:+roles+in+neuronal+signal+transduction.">Trk receptors: roles in neuronal signal transduction.</a> Annual review of biochemistry. 72, 609-642 (2003).</li><li>Nonomura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signaling+pathways+and+survival+effects+of+BDNF+and+NT-3+on+cultured+cerebellar+granule+cells.">Signaling pathways and survival effects of BDNF and NT-3 on cultured cerebellar granule cells.</a> Brain research. Developmental brain research. 97, 42-50 (1996).</li><li>Weissmiller, A. M., Wu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+advances+in+using+neurotrophic+factors+to+treat+neurodegenerative+disorders.">Current advances in using neurotrophic factors to treat neurodegenerative disorders.</a> Translational neurodegeneration. 1, 14 (2012).</li><li>Zhang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defective+axonal+transport+of+Rab7+GTPase+results+in+dysregulated+trophic+signaling.">Defective axonal transport of Rab7 GTPase results in dysregulated trophic signaling.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33, 7451-7462 (2013).</li><li>Taylor, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+culture+platform+for+CNS+axonal+injury,+regeneration+and+transport.">A microfluidic culture platform for CNS axonal injury, regeneration and transport.</a> Nature methods. 2, 599-605 (2005).</li><li>Cui, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One+at+a+time,+live+tracking+of+NGF+axonal+transport+using+quantum+dots.">One at a time, live tracking of NGF axonal transport using quantum dots.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104, 13666-13671 (2007).</li><li>Xie, W., Zhang, K., Cui, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+characterization+and+axonal+transport+of+quantum+dot+labeled+BDNF.">Functional characterization and axonal transport of quantum dot labeled BDNF.</a> Integrative biology : quantitative biosciences from nano to macro. 4, 953-960 (2012).</li><li>Sung, K., Maloney, M. T., Yang, J., Wu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+method+for+producing+mono-biotinylated,+biologically+active+neurotrophic+factors:+an+essential+reagent+for+single+molecule+study+of+axonal+transport.">A novel method for producing mono-biotinylated, biologically active neurotrophic factors: an essential reagent for single molecule study of axonal transport.</a> Journal of neuroscience methods. 200, 121-128 (2011).</li><li>Tani, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trafficking+of+a+ligand-receptor+complex+on+the+growth+cones+as+an+essential+step+for+the+uptake+of+nerve+growth+factor+at+the+distal+end+of+the+axon:+a+single-molecule+analysis.">Trafficking of a ligand-receptor complex on the growth cones as an essential step for the uptake of nerve growth factor at the distal end of the axon: a single-molecule analysis.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 2181-2191 (2005).</li><li>Bronfman, F. C., Tcherpakov, M., Jovin, T. M., Fainzilber, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand-induced+internalization+of+the+p75+neurotrophin+receptor:+a+slow+route+to+the+signaling+endosome.">Ligand-induced internalization of the p75 neurotrophin receptor: a slow route to the signaling endosome.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 23, 3209-3220 (2003).</li><li>Kruttgen, A., Heymach, J. V., Kahle, P. J., Shooter, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+nerve+growth+factor+carboxyl+terminus+in+receptor+binding+and+conformational+stability.">The role of the nerve growth factor carboxyl terminus in receptor binding and conformational stability.</a> The Journal of biological chemistry. 272, 29222-29228 (1997).</li><li>Zuccato, C., Cattaneo, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-derived+neurotrophic+factor+in+neurodegenerative+diseases.">Brain-derived neurotrophic factor in neurodegenerative diseases.</a> Nature reviews. Neurology. 5, 311-322 (2009).</li><li>Gharami, K., Xie, Y., An, J. J., Tonegawa, S., Xu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-derived+neurotrophic+factor+over-expression+in+the+forebrain+ameliorates+Huntington's+disease+phenotypes+in+mice.">Brain-derived neurotrophic factor over-expression in the forebrain ameliorates Huntington's disease phenotypes in mice.</a> Journal of neurochemistry. 105, 369-379 (2008).</li><li>Gauthier, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Huntingtin+controls+neurotrophic+support+and+survival+of+neurons+by+enhancing+BDNF+vesicular+transport+along+microtubules.">Huntingtin controls neurotrophic support and survival of neurons by enhancing BDNF vesicular transport along microtubules.</a> Cell. 118, 127-138 (2004).</li><li>Her, L. S., Goldstein, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+sensitivity+of+striatal+neurons+to+axonal+transport+defects+induced+by+mutant+huntingtin.">Enhanced sensitivity of striatal neurons to axonal transport defects induced by mutant huntingtin.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 28, 13662-13672 (2008).</li><li>Rong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+intracellular+trafficking+of+huntingtin-associated+protein-1+is+critical+for+TrkA+protein+levels+and+neurite+outgrowth.">Regulation of intracellular trafficking of huntingtin-associated protein-1 is critical for TrkA protein levels and neurite outgrowth.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 26, 6019-6030 (2006).</li></ol>

أعلنت أي تضارب في المصالح.

في هذه الدراسة، ونحن التقرير تطور تقنية جديدة لإنتاج نشطة بيولوجيا، monobiotinylated عامل التغذية العصبية الدماغي (mBtBDNF) التي يمكن استخدامها لتتبع نقل محور عصبي من عامل التغذية العصبية. بواسطة التصريف البروتين إلى نقطة الكم streptavidin، واستخدام غرفة ميكروفلويديك، الأسلوب يسمح...

الخلايا العصبية مستقطبة للغاية الخلايا التي عمليات طويلة وغالبا ما وضعت للغاية تعتبر أساسية لإنشاء والحفاظ على بنية ووظيفة الدوائر العصبية. محور عصبي يلعب دورا حيويا في تحمل البضائع من وإلى نقاط الاشتباك العصبي. البروتينات والعضيات توليفها في سوما الخلية تحتاج ليتم نقلها من خلال محاور للوصول إلى المحطة قبل المشبكي لدعم وظيفة الخلايا العصبية. في المقابل، تلقت إشارات تحتاج في محاور البعيدة ليتم transduced ونقلت إلى سوما. هذه العمليات ضرورية لبقاء الخلايا العصبية، والتمايز، والصيانة. يجب أن تجرى في أن النقل محور عصبي في بعض الخلايا العصبية من خلال مسافات أكثر من 1،000 مرة من قطر جسم الخلية، وتصور إمكانية بسهولة أنه حتى العجز صغيرة يمكن أن تؤثر بشكل ملحوظ وظيفة الخلايا العصبية والدائرة. الدماغ المستمدة عامل التغذية العصبية (عامل التغذية العصبية)، وهو عضو من عائلة neurotrophin من عوامل النمو، موجود في أماهمناطق الدماغ نيويورك، بما في ذلك الحصين والقشرة المخية، والدماغ الأمامي القاعدية. عامل التغذية العصبية تلعب دورا حاسما في تشكيل الإدراك والذاكرة من خلال دعم بقاء، والتمايز، ووظيفة الخلايا العصبية التي تشارك في الدوائر المعرفية. عامل التغذية العصبية يربط مستقبله، والتيروزين كيناز TrkB، في محطة محوار حيث ينشط مسارات الإشارات بوساطة TrkB بما في ذلك mitogen تنشيط بروتين كيناز / خارج الخلية التنظيم إشارة بروتين كيناز (MAPK / إرك)، فوسفتيدلينوستول-3-كيناز (PI3K) وفسفوليباز C-جاما (PLCγ). يتم تعبئتها البروتينات التي تشارك في هذه الممرات مما يشير إلى هياكل حويصلي التقامي لتشكيل عامل التغذية العصبية / TrkB يشير دخلول؛ جسيم داخلي 1-6 التي يتم نقلها بعد ذلك إلى retrogradely سوما العصبية. غرفة ثقافة ميكروفلويديك هي عبارة عن منصة مفيدة جدا لدراسة البيولوجيا محور عصبي في ظل ظروف طبيعية، وكذلك في تحديد الإصابة والمرض 7،8. بواسطة محاور عزلمن أجسام الخلايا، سمح جهاز واحد لدراسة النقل وتحديدا في محاور 8-10. منصات ميكروفلويديك PDMS مقرها مع 450 ميكرون الحواجز مرسمة مجهارية المستخدمة في هذه الدراسة تم شراؤها تجاريا (انظر الجدول المواد). لدراسة نقل عامل التغذية العصبية الدماغي، قمنا بتطوير تكنولوجيا جديدة لإنتاج عامل التغذية العصبية monobiotinylated (mBtBDNF). ونحن قد استفادت من الببتيد البيوتين متقبل، AP (المعروف أيضا باسم AviTag). وهو تسلسل الأحماض الأمينية 15 الذي يحتوي على بقايا يسين التي يمكن و ligated تحديدا إلى البيوتين من قبل كولاي يغاز انزيم البيوتين، البيرة. نحن تنصهر في AviTag إلى C-محطة من الفأرة قبل proBDNF [كدنا] بواسطة PCR (الشكل 1A). تم استنساخ بناء إلى متجه التعبير الثدييات، pcDNA3.1 MYC-له النواقل. نحن أيضا استنساخ الحمض النووي البكتيري البيرة في pcDNA3.1 MYC-له النواقل. البلازميدات كانا عابر شارك transfected-إلى خلايا HEK293FT للتعبير عن كل من البروتينات. البيرة المحفز للربط من بيوفي خصيصا ليسين يقيمون داخل AviTag في C-محطة من عامل التغذية العصبية في نسبة 1: 1 لإنتاج عامل التغذية العصبية monobiotinylated مونومر. البيروكسيديز، تنضج عامل التغذية العصبية مع الكتلة الجزيئية ل~ 18 كيلو دالتون تم استردادها وتنقيته من وسائل الإعلام باستخدام ني الراتنج (الشكل 1C). كان biotinylation من عامل التغذية العصبية كاملة، كما دلل على ذلك عدم القدرة على كشف معدلة عامل التغذية العصبية التي immunoblotting (الشكل 1D). Streptavidin مترافق نقاط الكم، QD 655، واستخدمت لتسمية mBtBDNF لجعل QD-عامل التغذية العصبية. لم بحضور AviTag لا تتداخل مع نشاط عامل التغذية العصبية كما كان mBtBDNF قادرة على تفعيل TrkB فسفرته (الشكل 1E) وتحفيز ثمرة neurite (الشكل 1F) إلى الحد من عامل التغذية العصبية الدماغي البشري المؤتلف (rhBDNF). المناعية أظهرت أن عامل التغذية العصبية QD-colocalized مع TrkB محاور في قرن آمون، مشيرا إلى أن QD-عامل التغذية العصبية غير النشطة بيولوجيا (الشكل 1G). لدراسة نقل عامل التغذية العصبية، وأضيف إلى عامل التغذية العصبية QD-البعيدة مقصورة محوارالثقافات ميكروفلويديك تحتوي على الفئران E18 الخلايا العصبية قرن آمون (الشكل 2A). تم القبض QD-عامل التغذية العصبية النقل إلى الوراء في الوقت الحقيقي من محاور التصوير الحي من العلامة الحمراء الفلورسنت (دعم الفيديو S1، S2). من خلال تحليل مخطاط التموج ولدت، لوحظ QD-عامل التغذية العصبية ليتم نقلها retrogradely في سرعة التحرك نحو 1.06 ميكرون / ثانية (الشكل 3A). وقد استخدمت أو GFP mCherry الموسومة عامل التغذية العصبية لتتبع حركة محور عصبي من عامل التغذية العصبية. العوائق الرئيسية هي أنها ليست مشرقة بما فيه الكفاية للدراسات جزيء واحد. أيضا، فإن وجود كل من تقدمي والحركات عامل التغذية العصبية الوراء يجعل من الصعب تقييم ما إذا كان أو لم نقل retrogradely عامل التغذية العصبية في مجمع neurotrophin / مستقبلات. في هذا الفيديو، ونحن لشرح التقنيات المستخدمة لدراسة الاتجار المباشر لQD-عامل التغذية العصبية في غرف ميكروفلويديك باستخدام الخلايا العصبية الأولية. وultrabrightness وصمود ممتازة من نقاط الكم ماكوفاق من الممكن تتبع أداء طويل الأجل لنقل عامل التغذية العصبية. هذه التقنيات يمكن استغلالها لتعزيز الدراسات وظيفة محور عصبي في AD، HD، والاضطرابات العصبية الأخرى.

<table><tbody><tr><td>Platinum pfx DNA polymerase&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>11708021</td><td></td></tr><tr><td>EcoRI&amp;nbsp;</td><td>Fermentas</td><td>FD0274</td><td></td></tr><tr><td>BamHI&amp;nbsp;</td><td>Fermentas</td><td>FD0054</td><td></td></tr><tr><td>HEK293FT cells</td><td>Invitrogen</td><td>R70007</td><td></td></tr><tr><td>DMEM-high glucose media</td><td>Mediatech</td><td>10-013-CV</td><td></td></tr><tr><td>D-biotin&amp;nbsp;</td><td>Sigma</td><td>B4639</td><td></td></tr><tr><td>TurboFect&amp;nbsp;</td><td>Fermentas</td><td>R0531</td><td></td></tr><tr><td>PMSF&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Sigma</td><td>P7626</td><td></td></tr><tr><td>Aprotinin</td><td>Sigma</td><td>A6279</td><td></td></tr><tr><td>Ni-NTA resins</td><td>Qiagen</td><td>30250</td><td></td></tr><tr><td>Protease inhibitors cocktail</td><td>Sigma</td><td>&amp;nbsp;S8820</td><td></td></tr><tr><td>Silver staining kit&amp;nbsp;</td><td>G-Biosciences</td><td>786-30</td><td></td></tr><tr><td>Human recombinant BDNF</td><td>Genentech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microfluidic chambers</td><td>Xona</td><td>SND450</td><td></td></tr><tr><td>24 x 40 mm No. 1 glass coverslips&amp;nbsp;</td><td>VWR</td><td>48393-060</td><td></td></tr><tr><td>Poly-L-Lysine&amp;nbsp;</td><td>Cultrex</td><td>3438-100-01</td><td></td></tr><tr><td>HBSS</td><td>Gibco</td><td>14185-052</td><td></td></tr><tr><td>DNase I</td><td>Roche</td><td>10104159001</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin</td><td>Gibco</td><td>15090-046</td><td></td></tr><tr><td>Neurobasal&amp;nbsp;</td><td>Gibco</td><td>21103-049</td><td></td></tr><tr><td>FBS&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>16000-044</td><td></td></tr><tr><td>GlutaMax&amp;nbsp;</td><td>Invitrogen</td><td>35050-061</td><td></td></tr><tr><td>B27&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td></td></tr><tr><td>QD655-streptavidin conjugates</td><td>Invitrogen</td><td>&amp;nbsp;Q10121MP</td><td></td></tr><tr><td>anti-Avi tag antibody</td><td>GenScript</td><td>A00674</td><td></td></tr><tr><td>streptavidin-agarose beads&amp;nbsp;</td><td>Life Technology</td><td>&amp;nbsp;SA100-04</td><td></td></tr><tr><td>Trichloroacetic acid</td><td>Sigma</td><td>T6399</td><td></td></tr><tr><td>HRP-streptavidin&amp;nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>N100</td><td></td></tr><tr><td>anti-pTrkB antibody</td><td>a generous gift from Dr M. Chao of NYU</td><td></td><td></td></tr><tr><td>anti-TrkB antibody</td><td>BD Science</td><td>610101</td><td></td></tr></tbody></table>

real-time imaging of axonal transport of quantum dot-labeled bdnf in primary neurons

عامل التغذية العصبية تلعب دورا هاما في العديد من جوانب بقاء الخلايا العصبية، والتمايز، والوظيفة. وينظر بشكل متزايد العجز الهيكلية والوظيفية في محاور كميزة المبكرة من أمراض الاعصاب، بما في ذلك مرض الزهايمر (AD) ومرض هنتنغتون (HD). حتى الآن غير واضح هو آلية (ق) التي يتم الناجم عن إصابة محور عصبي. أبلغنا تطوير تقنية جديدة لإنتاج نشطة بيولوجيا، monobiotinylated عامل التغذية العصبية الدماغي (mBtBDNF) التي يمكن استخدامها لتتبع نقل محور عصبي من عامل التغذية العصبية. تم إنتاج عامل التغذية العصبية الكم نقطة المسمى (QD-عامل التغذية العصبية) عن طريق التصريف النقطة الكمومية 655 إلى mBtBDNF. تم استخدام جهاز ميكروفلويديك لعزل المحاور من أجسام الخلايا العصبية. إضافة QD-عامل التغذية العصبية إلى المقصورة محور عصبي سمحت التصوير الحي للنقل عامل التغذية العصبية في محاور عصبية. أثبتنا أن QD-عامل التغذية العصبية انتقلت أساسا retrogradely حصرا، مع عدد قليل جدا من توقف، في سرعة التحرك نحو 1.06 ميكرون / ثانية. هذا النظام يمكن أن تستخدم لتحقيق ليchanisms من تعطل وظيفة محور عصبي في AD أو HD، فضلا عن الاضطرابات التنكسية الأخرى.

إنتاج وتنقية النشطة بيولوجيا عامل التغذية العصبية أحادي المعقدة البيروكسيديز تم إنشاء ناقلات التعبير من عامل التغذية العصبية تنصهر مع تسلسل AviTag (GGGLNDIFEAQKIEWHE) وفقا لبروتوكول نشرت سابقا 10. وكان من المتوقع الكتلة الجزيئية للبر...

Watch this Scientific Journal Video about Real-time Imaging of Axonal Transport of Quantum Dot-labeled BDNF in Primary Neurons at JoVE.com

Real-time Imaging of Axonal Transport of Quantum Dot-labeled BDNF in Primary Neurons

نقل محور عصبي من عامل التغذية العصبية الدماغي، وهو عامل التغذية العصبية، هو أمر حاسم لبقاء وظيفة العديد من السكان العصبية. وتتميز بعض الاضطرابات التنكسية من اختلال هيكل محور عصبي وظيفة. أثبتنا التقنيات المستخدمة لدراسة الاتجار المباشر لQD-عامل التغذية العصبية في غرف ميكروفلويديك باستخدام الخلايا العصبية الأولية.

التصوير في الوقت الحقيقي من محور عصبي نقل الكم دوت المسمى عامل التغذية العصبية في الخلايا العصبية الابتدائية

BDNF plays an important role in several facets of neuronal survival, differentiation, and function. Structural and functional deficits in axons are ...

real-time-imaging-axonal-transport-quantum-dot-labeled-bdnf-primary

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.1K Views.  University of California, San Diego.  نقل محور عصبي من عامل التغذية العصبية الدماغي، وهو عامل التغذية العصبية، هو أمر حاسم لبقاء وظيفة العديد من السكان العصبية. وتتميز بعض الاضطرابات التنكسية من اختلال هيكل محور عصبي وظيفة. أثبتنا التقنيات المستخدمة لدراسة الاتجار المباشر لQD...

Video: Real-time Imaging of Axonal Transport of Quantum Dot-labeled BDNF in Primary Neurons

Live Imaging of Dense-core Vesicles in Primary Cultured Hippocampal Neurons

Observing and characterizing dynamic cellular processes can yield important information about cellular activity that cannot be gained from static images.  Vital fluorescent probes, particularly green fluorescent protein (GFP) have revolutionized cell biology stemming from the ability to label specific intracellular compartments and cellular structures. For example, the live imaging of GFP (and its spectral variants) chimeras have allowed for a dynamic 
analysis of the cytoskeleton, organelle transport, and membrane dynamics in a multitude of organisms and cell types [1-3].  Although live imaging has become prevalent, this approach still poses many technical challenges, particularly in primary cultured neurons.  One challenge is the expression of GFP-tagged proteins in post-mitotic neurons; the other is the ability to capture fluorescent images while minimizing phototoxicity, photobleaching, 
and maintaining general cell health.  Here we provide a protocol that describes a lipid-based transfection method that yields a relatively low transfection rate (~0.5%), however is ideal for the imaging of fully polarized neurons.  A low transfection rate is essential so that single axons and dendrites can be characterized as to their orientation to the cell body to confirm directionality of transport, i.e., anterograde v. retrograde.  Our approach to imaging 
GFP expressing neurons relies on a standard wide-field fluorescent microscope outfitted with a CCD camera, image capture software, and a heated imaging chamber. We have imaged a wide variety of organelles or structures, for example, dense-core vesicles, mitochondria, growth cones, and actin without any special optics or excitation requirements other than a fluorescent light source. Additionally, spectrally-distinct, fluorescently 
labeled proteins, e.g., GFP and dsRed-tagged proteins, can be visualized near simultaneously to characterize co-transport or other coordinated cellular events.  The imaging approach described here is flexible for a variety of imaging applications and can be adopted by a laboratory for relatively little cost provided a microscope is available.

Live cell imaging is of particular utility when studying the dynamics of organelle trafficking. Here we describe a protocol for live imaging of dense-core vesicles in cultured neurons using wide-field fluorescence microscopy. This protocol is flexible and can be adapted to image other organelles such as mitochondria, endosomes, and peroxisomes.

يعيش تصوير الكثيفة الأساسية الحويصلات في الخلايا العصبية الأولية الحصين مثقف

Observing and characterizing dynamic cellular processes can yield important information about cellular activity that cannot be gained from static images.  ...

Biology

Time-lapse Live Imaging and Quantification of Fast Dendritic Branch Dynamics in Developing Drosophila Neurons

Highly motile dendritic filopodia are widely present in neurons at early developmental stages. These exploratory dynamic branches sample the surrounding environment and initiate contacts with potential synaptic partners. Although the connection between dendritic branch dynamics and synaptogenesis is well established, how developmental and activity-dependent processes regulate dendritic branch dynamics is not well understood. This is partly due to the technical difficulties associated with the live imaging and quantitative analyses of these fine structures using an in vivo system. We established a method to study dendrite dynamics using Drosophila larval ventral lateral neurons (LNvs), which can be individually labeled using genetic approaches and are accessible for live imaging. Taking advantage of this system, we developed protocols to capture branch dynamics of the whole dendritic arbor of a single labeled LNv through time-lapse live imaging. We then performed post-processing to improve image quality through drift correction and deconvolution, followed by analyzing branch dynamics at the single-branch level by annotating spatial positions of all branch terminals. Lastly, we developed R scripts (Supplementary File) and specific parameters to quantify branch dynamics using the coordinate information generated by the terminal tracing. Collectively, this protocol allows us to achieve a detailed quantitative description of branch dynamics of the neuronal dendritic arbor with high temporal and spatial resolution. The methods we developed are generally applicable to sparsely labeled neurons in both in vitro and in vivo conditions.

Time-lapse Live Imaging and Quantification of Fast Dendritic Branch Dynamics in Developing Drosophila Neurons

Here, we describe the method we employed to image highly motile dendritic filopodia in a live preparation of the Drosophila larval brain, and the protocol we developed to quantify time-lapse 3D imaging datasets for quantitative assessments of dendrite dynamics in developing neurons.

الفاصل الزمني التصوير الحي والقياس الكمي لديناميات فرع التقشر السريع في تطوير الخلايا العصبية Drosophila

Highly motile dendritic filopodia are widely present in neurons at early developmental stages. These exploratory dynamic branches sample the surrounding ...

3D Particle Tracking for Noninvasive In Vivo Analysis of Synaptic Microtubule Dynamics in Dendrites and Neuromuscular Junctions of Drosophila

Microtubules (MTs) play critical roles in neuronal development, but many questions remain about the molecular mechanisms of their regulation and function. Furthermore, despite progress in understanding postsynaptic MTs, much less is known about the contributions of presynaptic MTs to neuronal morphogenesis. In particular, studies of in vivo MT dynamics in Drosophila sensory dendrites yielded significant insights into polymer-level behavior. However, the technical and analytical challenges associated with live imaging of the fly neuromuscular junction (NMJ) have limited comparable studies of presynaptic MT dynamics. Moreover, while there are many highly effective software strategies for automated analysis of MT dynamics in vitro and ex vivo, in vivo data often necessitate significant operator input or entirely manual analysis due to inherently inferior signal-to-noise ratio in images and complex cellular morphology. &#160;To address this, this study optimized a new software platform for automated and unbiased in vivo particle detection. Multiparametric analysis of live time-lapse confocal images of EB1-GFP labeled MTs was performed in both dendrites and the NMJ of Drosophila larvae and found striking differences in MT behaviors. MT dynamics were furthermore analyzed following knockdown of the MT-associated protein (MAP) dTACC, a key regulator of Drosophila synapse development, and identified statistically significant changes in MT dynamics compared to wild type. These results demonstrate that this novel strategy for the automated multiparametric analysis of both pre- and postsynaptic MT dynamics at the polymer-level significantly reduces human-in-the-loop criteria. The study furthermore shows the utility of this method in detecting distinct MT behaviors upon dTACC-knockdown, indicating a possible future application for functional screens of factors that regulate MT dynamics in vivo. Future applications of this method may also focus on elucidating cell type and/or compartment-specific MT behaviors, and multicolor correlative imaging of EB1-GFP with other cellular and subcellular markers of interest.&#160;

This study presents a noninvasive intravital neuronal imaging strategy combined with a new software strategy to achieve automated, unbiased tracking and analysis of in vivo microtubule (MT) plus-end dynamics in the sensory dendrites and the neuromuscular junctions of Drosophila.

Microtubules (MTs) play critical roles in neuronal development, but many questions remain about the molecular mechanisms of their regulation and function. ...

An Improved Protocol to Purify and Directly Mono-Biotinylate Recombinant BDNF in a Tube for Cellular Trafficking Studies in Neurons

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells and then cost-effectively purified by affinity chromatography. A reproducible protocol was developed to directly&#160;mono-biotinylate BDNFAvi with the enzyme BirA in a tube. In this reaction, mono-biotinylated BDNFAvi retains its biological activity.
Neurotrophins are target-derived growth factors playing a role in neuronal development and maintenance. They require rapid transport mechanisms along the endocytic pathway to allow long-distance signaling between different neuronal compartments. The development of molecular tools to study the trafficking of neurotrophins has enabled the precise tracking of these proteins in the cell using in vivo recording. In this protocol, we developed an optimized and cost-effective procedure for the production of mono-biotinylated BDNF. A recombinant BDNF variant containing a biotinylable avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells in the microgram range and then purified in an easily scalable procedure using affinity chromatography. The purified BDNF can then be homogeneously mono-biotinylated by a direct in vitro reaction with the enzyme BirA in a tube. The biological activity of the mono-biotinylated BDNF (mbtBDNF) can be conjugated to streptavidin-conjugated to different fluorophores. BDNFAvi and mbtBDNF retain their biological activity demonstrated through the detection of downstream phosphorylated targets using western blot and activation of the transcription factor CREB, respectively. Using streptavidin-quantum dots, we were able to visualize mbtBDNF internalization concomitant with activation of CREB, which was detected with a phospho-CREB specific antibody. In addition, mbtBDNF conjugated to streptavidin-quantum dots was suitable for retrograde transport analysis in cortical neurons grown in microfluidic chambers. Thus, in tube produced mbtBDNF is a reliable tool to study physiological signaling endosome dynamics and trafficking in neurons.

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells in a cost-effective manner and is purified by affinity chromatography. BDNFavi is then directly mono-biotinylated with the enzyme BirA in a tube. BDNFavi and mono-biotinylated BDNFavi retain their biological activity when compared to commercially available BDNF.

بروتوكول محسن لتنقية ومباشرة أحادية الحيوية المؤتلف BDNF في أنبوب لدراسات الاتجار الخلوي في الخلايا العصبية

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells and then cost-effectively purified by affinity chromatography. A ...

Imaging and Analysis of Neurofilament Transport in Excised Mouse Tibial Nerve

Neurofilament protein polymers move along axons in the slow component of axonal transport at average speeds of ~0.35-3.5 mm/day. Until recently the study of this movement in situ was only possible using radioisotopic pulse-labeling, which permits analysis of axonal transport in whole nerves with a temporal resolution of days and a spatial resolution of millimeters. To study neurofilament transport in situ with higher temporal and spatial resolution, we developed a hThy1-paGFP-NFM transgenic mouse that expresses neurofilament protein M tagged with photoactivatable GFP in neurons. Here we describe fluorescence photoactivation pulse-escape and pulse-spread methods to analyze neurofilament transport in single myelinated axons of tibial nerves from these mice ex vivo. Isolated nerve segments are maintained on the microscope stage by perfusion with oxygenated saline and imaged by spinning disk confocal fluorescence microscopy. Violet light is used to activate the fluorescence in a short axonal window. The fluorescence in the activated and flanking regions is analyzed over time, permitting the study of neurofilament transport with temporal and spatial resolution on the order of minutes&#160;and microns, respectively. Mathematical modeling can be used to extract kinetic parameters of neurofilament transport including the velocity, directional bias and pausing behavior from the resulting data. The pulse-escape and pulse-spread methods can also be adapted to visualize neurofilament transport in other nerves. With the development of additional transgenic mice, these methods could also be used to image and analyze the axonal transport of other cytoskeletal and cytosolic proteins in axons.

We describe fluorescence photoactivation methods to analyze the axonal transport of neurofilaments in single myelinated axons of peripheral nerves from transgenic mice that express a photoactivatable neurofilament protein.

التصوير والتحليل لنقل الليفية العصبية في العصب الذبي الماوس المخزّن

Neurofilament protein polymers move along axons in the slow component of axonal transport at average speeds of ~0.35-3.5 mm/day. Until recently the study ...

Time-Lapse Imaging of Neuronal Arborization using Sparse Adeno-Associated Virus Labeling of Genetically Targeted Retinal Cell Populations

Discovering mechanisms that pattern dendritic arbors requires methods to visualize, image, and analyze dendrites during development. The mouse retina is a powerful model system for the investigation of cell type-specific mechanisms of neuronal morphogenesis and connectivity. The organization and composition of retinal subtypes are well-defined, and genetic tools are available to access specific types during development. Many retinal cell types also constrain their dendrites and/or axons to narrow layers, which facilitates time-lapse imaging. Mouse retina explant cultures are well suited for live-cell imaging using confocal or multiphoton microscopy, but methods optimized for imaging dendrite dynamics with temporal and structural resolution are lacking. Presented here is a method to sparsely label and image the development of specific retinal populations marked by the Cre-Lox system. Commercially available adeno-associated viruses (AAVs) used here expressed membrane-targeted fluorescent proteins in a Cre-dependent manner. Intraocular delivery of AAVs in neonatal mice produces fluorescent labeling of targeted cell types by 4-5 days post-injection (dpi). The membrane fluorescent signals are detectable by confocal imaging and resolve fine branch structures and dynamics. High-quality videos spanning 2-4 h are acquired from imaging retinal flat-mounts perfused with oxygenated artificial cerebrospinal fluid (aCSF). Also provided is an image postprocessing pipeline for deconvolution and three-dimensional (3D) drift correction. This protocol can be used to capture several cellular behaviors in the intact retina and to identify novel factors controlling neurite morphogenesis. Many developmental strategies learned in the retina will be relevant for understanding the formation of neural circuits elsewhere in the central nervous system.

Here, we present a method for investigating neurite morphogenesis in postnatal mouse retinal explants by time-lapse confocal microscopy. We describe an approach for sparse labeling and acquisition of retinal cell types and their fine processes using recombinant adeno-associated virus vectors that express membrane-targeted fluorescent proteins in a Cre-dependent manner.

التصوير بالفاصل الزمني للتشجير العصبي باستخدام وضع العلامات على الفيروسات المرتبطة بالأدينو المتناثرة لمجموعات خلايا الشبكية المستهدفة وراثيا

Discovering mechanisms that pattern dendritic arbors requires methods to visualize, image, and analyze dendrites during development. The mouse retina is a ...

Expanding the Toolkit for In Vivo Imaging of Axonal Transport

Axonal transport maintains neuronal homeostasis by enabling the bidirectional trafficking of diverse organelles and cargoes. Disruptions in axonal transport have devastating consequences for individual neurons and their networks, and contribute to a plethora of neurological disorders. As many of these conditions involve both cell autonomous and non-autonomous mechanisms, and often display a spectrum of pathology across neuronal subtypes, methods to accurately identify and analyze neuronal subsets are imperative.
This paper details protocols to assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria in sciatic nerves of anesthetized mice. Stepwise instructions are provided to 1) distinguish motor from sensory neurons in vivo, in situ, and ex vivo by using mice that selectively express fluorescent proteins within cholinergic motor neurons; and 2) separately or concurrently assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria. These complementary intravital approaches facilitate the simultaneous imaging of different cargoes in distinct peripheral nerve axons to quantitatively monitor axonal transport in health and disease.

Expanding the Toolkit for In Vivo Imaging of Axonal Transport

Using transgenic fluorescent mice, detailed protocols are described to assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria within motor and sensory axons of the intact sciatic nerve in live animals.

توسيع مجموعة أدوات التصوير في الجسم الحي للنقل المحوري

Axonal transport maintains neuronal homeostasis by enabling the bidirectional trafficking of diverse organelles and cargoes. Disruptions in axonal ...

Measuring Axonal Cargo Transport in Mouse Primary Cortical Cultured Neurons

Neuronal cells are highly polarized cells that stereotypically harbor several dendrites and an axon. The length of an axon necessitates efficient bidirectional transport by motor proteins. Various reports have suggested that defects in axonal transport are associated with neurodegenerative diseases. Also, the mechanism of the coordination of multiple motor proteins has been an attractive topic. Since the axon has uni-directional microtubules, it is easier to determine which motor proteins are involved in the movement. Therefore, understanding the mechanisms underlying the transport of axonal cargo is crucial for uncovering the molecular mechanism of neurodegenerative diseases and the regulation of motor proteins. Here, we introduce the entire process of axonal transport analysis, including the culturing of mouse primary cortical neurons, transfection of plasmids encoding cargo proteins, and directional and velocity analyses without the effect of pauses. Furthermore, the open-access software "KYMOMAKER" is introduced, which enables the generation of a kymograph to highlight transport traces according to their direction and allow easier visualization of axonal transport.

The present protocol describes the whole procedure of analysis for axonal transport. In particular, the calculation of transport velocity, not including the pausing, and the visualization method using open-access software "KYMOMAKER" are shown here.

Neuronal cells are highly polarized cells that stereotypically harbor several dendrites and an axon. The length of an axon necessitates efficient ...

<meta charset="utf8"></head><body>تصور البروتينات في الخلايا العصبية الحصين الأولية عن طريق تصوير الخلايا الحية

Using Live&#45;Cell Imaging to Measure the Effects of Pathological Proteins on Axonal Transport in Primary Hippocampal Neurons

Bidirectional transport of cargos along the axon is critical for maintaining functional synapses, neural connectivity, and healthy neurons. Axonal transport is disrupted in multiple neurodegenerative diseases, and projection neurons are particularly vulnerable because of the need to transport cellular materials over long distances and sustain substantial axonal mass. Pathological modifications of several disease-related proteins negatively affect transport, including tau, amyloid-&#946;, &#945;-synuclein, superoxide dismutase, and huntingtin, providing a potential common mechanism by which pathological proteins exert toxicity in disease. Methods to study these toxic mechanisms are necessary to understand neurodegenerative disorders and identify potential therapeutic interventions.
Here, cultured primary rodent hippocampal neurons are co-transfected with multiple plasmids to study the effects of pathological proteins on fast axonal transport using live-cell confocal imaging of fluorescently-tagged cargo proteins. We begin with the harvest, dissociation, and culturing of primary hippocampal neurons from rodents. Then, we co-transfect the neurons with plasmid DNA constructs to express fluorescent-tagged cargo protein and wild-type or mutant tau (used as an exemplar of pathological proteins). Axons are identified in live cells using an antibody that binds an extracellular&#160;domain of neurofascin, an axon initial segment protein, and an axonal region of interest is imaged to measure fluorescent cargo transport.
Using KymoAnalyzer, a freely available ImageJ macro, we extensively characterize the velocity, pause frequency, and directional cargo density of axonal transport, all of which may be affected by the presence of pathological proteins. Through this method, we identify a phenotype of increased cargo pause frequency associated with the expression of pathological tau protein. Additionally, gene-silencing shRNA constructs can be added to the transfection mix to test the role of other proteins in mediating transport disruption. This protocol is easily adaptable for use with other neurodegenerative disease-related proteins and is a reproducible method to study the mechanisms of how those proteins disrupt axonal transport.

<meta charset="utf8"></head><body>تسليط الضوء على المؤلف: فهم تأثير البروتينات المرضية على النقل المحوري في الأمراض التنكسية العصبية

Here, we demonstrate how to combine transfection of primary hippocampal rodent neurons with live-cell confocal imaging to analyze pathological protein-induced effects on axonal transport and identify mechanistic pathways mediating these effects.

التصوير في الوقت الحقيقي من محور عصبي نقل الكم دوت المسمى عامل التغذية العصبية في الخلايا العصبية الابتدائية

Summary

Explore More Videos

PLAYLIST