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Method Article
La formation de presynapse est un processus dynamique comprenant l'accumulation de protéines synaptiques dans l'ordre approprié. Dans cette méthode, la formation de presynapse est déclenchée par des perles conjuguées avec une protéine d'organisateur de presynapse sur des feuilles axonales de la culture de « boule de neurone », de sorte que l'accumulation des protéines synaptiques soit facile à analyser pendant la formation de presynapse.
Pendant le développement neuronal, la formation de synapse est une étape importante pour établir des circuits neuraux. Pour former des synapses, les protéines synaptiques doivent être fournies dans l'ordre approprié par transport à partir de corps cellulaires et/ou par traduction locale dans des synapses immatures. Cependant, il n'est pas entièrement compris comment les protéines synaptiques s'accumulent dans les synapses dans l'ordre approprié. Ici, nous présentons une nouvelle méthode pour analyser la formation presynaptique en utilisant la combinaison de la culture de boule de neurone avec des perles pour induire la formation de presynapse. Les boules de neurones qui sont des agrégats cellulaires neuronaux fournissent des feuilles axonales loin des corps cellulaires et des dendrites, de sorte que les signaux fluorescents faibles des presynapses peuvent être détectés en évitant les signaux accablants des corps cellulaires. Comme perles pour déclencher la formation de presynapse, nous utilisons des perles conjuguées avec le neuromembrane de transmembrane de répétition leucine-riche 2 (LRRTM2), un organisateur presynaptic excitateur. En utilisant cette méthode, nous avons démontré que le transporteur vésiculaire de glutamate 1 (vGlut1), une protéine synaptique de vésicule, s'est accumulé dans les presynapses plus rapidement que Munc18-1, une protéine active de zone. Munc18-1 a accumulé la traduction-dépendant dans la presynapse même après avoir enlevé des corps cellulaires. Cette constatation indique l'accumulation de Munc18-1 par traduction locale dans les axones, et non par le transport des corps cellulaires. En conclusion, cette méthode convient pour analyser l'accumulation de protéines synaptiques dans les presynapses et la source de protéines synaptiques. Comme la culture neuronale est simple et qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un appareil spécial, cette méthode pourrait s'appliquer à d'autres plates-formes expérimentales.
La formation de Synapse est l'une des étapes critiques pendant le développement des circuits neuronaux1,2,3. La formation de synapses qui sont des compartiments spécialisés composés de pré- et de post-synapses est un processus complexe et en plusieurs étapes impliquant la reconnaissance appropriée des axones et des dendrites, la formation de la zone active et la densité postsynaptique, et l'alignement approprié de canaux ioniques et récepteurs neurotransmetteurs1,2. Dans chaque processus, de nombreux types de protéines synaptiques s'accumulent dans ces compartiments spécialisés au bon moment en transportant des protéines synaptiques à partir de corps cellulaires et/ou par traduction locale dans les compartiments. Ces protéines synaptiques sont considérées comme organisées de manière organisée pour former des synapses fonctionnelles. Dysfonctionnement de certaines protéines synaptiques impliquant la formation de synapse entraîne des maladies neurologiques4,5. Cependant, il reste difficile de savoir comment les protéines synaptiques s'accumulent dans le bon timing.
Pour étudier comment les protéines synaptiques s'accumulent de manière organisée, il est nécessaire d'examiner l'accumulation de protéines synaptiques dans l'ordre chronologique. Quelques rapports ont démontré l'imagerie en direct pour observer la formation de synapse dans la culture dissociée des neurones6,7. Cependant, il est long de trouver des neurones qui commencent juste la formation de synapse sous microscopie. Pour observer efficacement l'accumulation de protéines synaptiques, la formation de synapse doit commencer au moment où les chercheurs veulent induire la formation. Le deuxième défi consiste à distinguer l'accumulation de protéines synaptiques due au transport des corps cellulaires ou à la traduction locale dans les synapses. À cette fin, le niveau de traduction est nécessaire pour être mesuré dans la condition qui ne permet pas le transport des protéines synaptiques à partir des corps cellulaires.
Nous avons développé le nouveau presynapse formation d'essayer utilisant la combinaison de la culture de boule de neurone avec des perles pour induire la formation de presynapse8. La culture de boule de neurone est développée pour examiner le phénotype axonal, dû à la formation des feuilles axonales entourant des corps cellulaires9,10. Nous avons utilisé des perles magnétiques conjuguées avec le neuromembrane de transmembrane répéter laleucine-riche 2 (LRRTM2) qui est un organisateur presynaptic pour induire des presynapses excitatrices (figure 1A)11,12,13. En utilisant les perles LRRTM2, la formation de présynapse commence au moment où les perles sont appliquées. Cela signifie que la formation de présynapse commence dans des milliers d'axones d'une boule de neurone en même temps, ce qui permet d'examiner le cours précis du temps de l'accumulation de protéines synaptiques efficacement. En outre, la culture de boule de neurone est facile de bloquer les protéines synaptiques de transport de soma en enlevant des corps cellulaires (figure 1B)8. Nous avons déjà confirmé que les axones sans corps cellulaires peuvent survivre et sont en bonne santé au moins 4 h après l'ablation des corps cellulaires. Ainsi, ce protocole est approprié pour étudier d'où les protéines synaptiques sont dérivées (corps cellulaire ou axone), et comment les protéines synaptiques s'accumulent de manière organisée.
Les expériences décrites dans ce manuscrit ont été réalisées selon les lignes directrices décrites par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux de l'Université de la ville de Yokohama.
1. Préparation des boules de neurone comme culture de chute de pendaison (Jours in vitro (DIV) 0-3)
REMARQUE: Les procédures décrites ici pour la préparation de la culture de la balle neuronale sont basées sur la méthode précédemment rapportée par le groupe Sasaki avec quelques modifications9,10. Nous avons également adopté plusieurs procédures de la méthode Banker pour la culture dissociée14.
2. Placer des boules de neurone sur des couvertures en verre enduites de PLL et l'entretien de culture (DIV 3-11)
REMARQUE : Avant d'enrober les couvercles de verre avec de la poly-L-lysine (PLL), il est important de laver les résilles à l'aide de détergent. Les couvercles en verre ne sont parfois pas aussi propres pour la culture neuronale et le revêtement uniforme avec PLL. Le revêtement non uniforme de PLL peut avoir comme conséquence l'extension axonale inégale des boules de neurone.
3. Appliquer des perles LRRTM2 sur la culture de boule de neurone avec ou sans corps cellulaires (DIV 11-12)
REMARQUE: Avant l'application des perles LRRTM2 sur la culture de boule de neurone, il est recommandé d'enlever les corps cellulaires. Par conséquent, préparer des perles LRRTM2 dans un premier temps, puis enlever les corps cellulaires et plus tard appliquer des perles LRRTM2 à la culture dès que possible. Le LRRTM2 biotinylated est fourni par le groupe de Nogi (Université de la ville de Yokohama) comme milieu conditionné. Ils utilisent un vecteur d'expression comprenant la séquence d'accepteur de biotine et la ligase de biotine de E. coli coli (Bira) 15 Annonces , 16 pour attacher la biotine au LRRTM2, et le vecteur d'expression est transfecté aux cellules Expi293F incluses dans le système d'expression Expi293. L'information sur les vecteurs est disponible dans la figure 1 supplémentaire. Biotinylated LRRTM2-conjugué streptavidin perles réduites fond de l'immunostaining considérablement comparé à LRRTM2-Fc -protéines conjuguées A perles qui sont utilisées pour le prototype LRRTM2 système8.
4. Immunostaining et microscopie
REMARQUE: Fixer les cellules pendant 4 h par incubation avec des perles LRRTM2 dans les conditions expérimentales avec et sans corps cellulaires, que les axones ont tendance à mourir progressivement en l'absence de corps cellulaires après 4 h. Dans le cas du cours de temps avec des perles de LRRTM2, fixez les cellules à l'heure spécifiée indiquée.
Ici, nous montrons des résultats représentatifs de l'accumulation des protéines presynaptiques dans les presynapses LRRTM2-induites des feuilles axonales de la culture de boule de neurone. En tant que protéines presynaptiques, nous avons analysé la protéine synaptique excitatrice de vésicule vGlut1 et la protéine de zone active Munc18-1. Nous avons également examiné le cours de temps de l'accumulation de vGlut1 et de Munc18-1 dans les presynapses, et avons obtenu des résultats indiquant la source de Munc18-1 d...
Nous avons développé la nouvelle méthode pour examiner la formation de presynapse stimulée avec des perles de LRRTM2 utilisant la culture de boule de neurone. Actuellement, la plupart des tests de formation de presynapse comprennent des perles enduites de poly-D-lysine (PDL) et une culture dissociée/chambre microfluidique20,21,22. L'un des avantages de cette méthode est l'alds LRRTM2. Tandis que LRRTM2 interagit avec la ne...
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Ce travail est en partie soutenu par JSPS Grant-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) (C) (No. 22500336, 25430068, 16K07061) (Y. Sasaki). Nous remercions le Dr Terukazu Nogi et Mme Makiko Neyazaki (Yokohama City University) d'avoir gentiment fourni des protéines LRRTM2 biotinylated. Nous remercions également Honami Uechi et Rie Ishii pour leur assistance technique.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody diluent | DAKO | S2022 | |
Alexa Fluor 594 AffiniPure Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 715-585-151 | |
Alexa Fluor 488 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 711-545-152 | |
mouse anti-Munc18-1 | BD Biosciences | 610336 | |
B-27 Supplement (50X), serum free | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
Bovine Serum Alubumin (BSA) | Nacalai Tesque | 01863-48 | |
Cell-Culture Treated Multidishes (4 well dish) | Nunc | 176740 | |
Complete EDTA-free | Roche | 11873580001 | |
cooled CCD camera | Andor Technology | iXON3 | |
Coverslip | Matsunami | C015001 | Size: 15 mm, Thickness: 0.13-0.17 mm |
Cytosine β-D-arabinofuranoside (AraC) | Sigma-Aldrich | C1768 | |
4',6-Diamidino-2-phenylindole Dihydrochloride (DAPI) | Nacalai Tesque | 11034-56 | |
Deoxyribonuclease 1 (DNase I) | Wako pure chemicals | 047-26771 | |
Expi293 Expression System | Thermo Fisher Scientific | A14635 | |
Horse serum | Sigma-Aldrich | H1270 | |
image acquisition software | Nikon | NIS-element AR | |
Image analysis software | NIH | Image J | https://imagej.nih.gov/ij/ |
Inverted fluorecent microscope | Nikon | Eclipse Ti-E | |
GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | |
Neurobasal media | Thermo Fisher Scientific | #21103-049 | |
Normal Goat Serum (NGS) | Thermo Fisher Scientific | #143-06561 | |
N-propyl gallate | Nacalai Tesque | 29303-92 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Nacalai Tesque | 26126-25 | |
Paraplast Plus | Sigma-Aldrich | P3558 | |
Poly-L-lysine Hydrobromide (MW > 300,000) | Nacalai Tesque | 28359-54 | |
poly (vinyl alcohol) | Sigma | P8136 | |
Prepacked Disposable PD-10 Columns | GE healthcare | 17085101 | |
rabbit anti-vesicular glutamate transporter 1 | Synaptic Systems | 135-302 | |
SCAT 20X-N (neutral non-phosphorous detergent) | Nacalai Tesque | 41506-04 | |
Streptavidin-coated magnetic particles | Spherotech Inc | SVM-40-10 | diameter: 4-5 µm |
TritonX-100 | Nacalai Tesque | 35501-15 | |
Trypsin | Nacalai Tesque | 18172-94 |
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