A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פיתחנו שיטה חדשנית של לכימות ניאציניות קולטני אצטילכולין שינויים בתוך אזורים subcellular של תת ספציפיים של נוירונים במערכת העצבים המרכזית כדי להבין טוב יותר את המנגנונים של התמכרות לניקוטין באמצעות שילוב של גישות כולל תיוג חלבון פלואורסצנטי של הקולטן באמצעות עקום בגישה רפאים confocal הדמיה.
ליגנד-מגודרת תעלות יונים במערכת העצבים המרכזית (CNS) הם מעורבים תנאים רבים עם השלכות רפואיות וחברתיות קשות. למשל, התמכרות לניקוטין באמצעות עישון טבק הוא הגורם המוביל למוות בטרם עת ברחבי העולם (ארגון הבריאות העולמי) והיא נגרמת ככל הנראה על ידי שינוי של חלוקת ערוץ יונים במוח 1. חשיפה כרונית לניקוטין בשני מכרסמים ותוצאות בני אדם מספרים מוגברת של קולטני אצטילכולין ניאציניות (nAChRs) ברקמת המוח 1-3. כמו כן, שינויים או את GluN1 GluA1 ערוצי glutamatergic היו מעורבים לעורר רגישות לסמים ממכרים אחרים כגון קוקאין, אמפטמינים ו 4-6 בסמי הרגעה.
כתוצאה מכך, היכולת למפות ולכמת הפצה ביטוי דפוסים של תעלות יונים מסוימות חשוב ביותר להבנת המנגנונים של התמכרות. מחקר של אזור ספציפי במוח EFfects של תרופות בודדות קידם כניסתו של טכניקות כגון ligands רדיואקטיביים. עם זאת, ברזולוציה מרחבית נמוכה מחייב ליגנד רדיואקטיבי מונע את היכולת לכמת ליגנד-מגודרת תעלות יונים של תת ספציפיים של נוירונים.
כתבים ניאון מקודדים גנטית, כגון חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) ו גרסאות רבות שלה צבע, חוללו מהפכה בתחום הביולוגיה 7. על ידי תיוג גנטית כתב ניאון לחלבון אנדוגני אפשר לדמיין חלבונים in vivo 7-10. אחד היתרונות של fluorescently תיוג חלבונים עם החללית היא חיסול השימוש נוגדנים, אשר יש בעיות של nonspecificity ונגישות חלבון המטרה. השתמשנו באסטרטגיה זו כדי fluorescently nAChRs תווית, אשר אפשרו את לימוד מכלול הקולטן באמצעות פורסטר תהודה העברת אנרגיה (סריג) בתאים בתרבית transfected 11. לאחרונה, השתמשנו knocK-בגישה לעכברים מהנדס עם חלבון פלואורסצנטי צהוב מתויג α4 יחידות משנה nAChR (α4YFP), המאפשר כימות מדויק של vivo הקולטן לשעבר ברזולוציה submicrometer בנוירונים במערכת העצבים המרכזית באמצעות מיקרוסקופיה confocal רפאים 12. ממוקד ניאון עקום של מוטציה משולב לוקוס אנדוגני תחת שליטה של האמרגן המקורית שלו, לייצר רמות נורמליות של ביטוי וויסות של הקולטן בהשוואה קולטנים לא מתויגות בעכברים wildtype. גישה זו דפיקה-in ניתן להרחיב fluorescently לתייג תעלות יונים אחרים ומציע גישה חזקה של הדמיה לכימות קולטני מערכת העצבים המרכזית.
במאמר זה אנו מתארים מתודולוגיה לכמת שינויים בביטוי nAChR בנוירונים מסוימים במערכת העצבים המרכזית לאחר החשיפה לניקוטין כרונית. השיטות שלנו כוללות מיני האוסמוטי השתלת המשאבה, קיבעון זלוף intracardiac, הדמיה וניתוח של rec ניקוטינית מתויג fluorescentlyeptor יחידות משנה של α4YFP עקום בעכברים (איור 1). יש לנו אופטימיזציה הטכניקה קיבעון למזער autofluorescence מ tissue.We המוח קבועה תאור מפורט של המתודולוגיה שלנו דימות באמצעות מיקרוסקופ confocal רפאים יחד עם אלגוריתם unmixing ליניארי רפאים כדי להחסיר אות autofluoresent כדי להשיג דיוק האות הקרינה α4YFP. לבסוף, אנו מראים תוצאות upregulation ניקוטין הנגרמת כרונית של קולטני α4YFP בנתיב perforant המדיאלי של ההיפוקמפוס.
1. השתלת משאבה
2. α4YFP עקום ב קיבעון העכבר על ידי זלוף intracardiac
3. דימות באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי nAChRs confocal רפאים
4. Unmixing שכבות של תמונות confocal רפאים וניתוח תמונה
5. נציג תוצאות
אנחנו מראים השלכה נציג הצבע האמיתי של מחסנית למבדה של תמונות של habenula המדיאלי של העכבר α4YFP הומוזיגוטים (איור 3 א) שצולמה במיקרוסקופ confocal רפאים. כמו כן, אנו מציגים את הספקטרום הפליטה מאזור עניין המכיל נוירונים חיוביות α4YFP מהתמונה למבדה באותה ערימה (איור 3 ב). שיא פליטת מובהק ניכר על ~~~HEAD=NNS 527 ננומטר, שהוא פליטת הקרינה השיא של YFP. האזור השכנות habenula המדיאלי מראה ספקטרום פליטה חסר השיא רפאים ב 527 ננומטר, המעיד על העדרו של יחידות משנה α4YFP nAChR. בעקבות unmixing רפאים ליניארי באמצעות ספקטרום ההתייחסות של YFP והמוח autofluoresence העכבר עם חפיפה משמעותית של פליטת (איור 4), הפרדת YFP ואת האות autofluorescent ניתן התמונה מניב צרוף α4YFP, דימוי צרוף autofluorescent ואת ערוץ השאר. לוקליזציה ברורה של שפעת α4YFPorescence ניתן לזהות סומה צפופים של habenula המדיאלי (איור 4).
ב α4YFP ההיפוקמפוס הוא מקומי בעיקר בנתיב perforant המדיאלי, דרך tempero-ammonic ו alveus 12. כל אלה הם glutamatergic העצבוב של ההיפוקמפוס. בדקנו את השפעות הניקוטין כרונית על הביטוי α4YFP בנתיב perforant בהיפוקמפוס (איור 5). ממשל כרונית של ניקוטין (2 מ"ג / ק"ג / שעה למשך 10 ימים) הביאה לעלייה משמעותית (69 ± 14%) ב α4YFP הקרינה מעכברים שליטה מלוחים שטופלו על כרוניים בעכברים שטופלו ניקוטין (p = 0.001, סכום ווילקוקסון מבחן דרגה) ( איור. 5).
1. תרשים זרימה תרשים המציג הליך לשינויים תמונה של יחידות משנה α4YFP nAChR עם ניקוטין כרונית. מיני האוסמוטי משאבות מלאים או מלוחים או ניקוטין מושתל מתחת לעור ב & Alpחה, 4YFP עכברים הומוזיגוטים. אחרי 10 ימים העכברים הם perfused וקבוע עם paraformaldehyde 4% ועוצמת מחשוב עכבר הם מחולק (30 מיקרומטר עבה) בשקופיות. בחלק המוח צילמו על מיקרוסקופ confocal ספקטרלי (Nikon C1si) ו הכיל שמץ גל לתמונות YFP ו autofluorescent. אז התמונות α4YFP מנותחים נוספת עם תוכנת ImageJ.
איור 2. תרשים סכמטי של מחסנית למבדה צילמו מ מיקרוסקופ confocal רפאים הכיל שמץ ליניארי למרכיבים רפאים שלה. (א) ערימה של תמונות למבדה נאסף. (ב) מחסנית למבדה כולל תמונות שנאספו באורכי גל שונים של אור, כך ספקטרום פליטת נאסף עבור כל פיקסל על פני הערימה כולה. (ג) מאז YFP ו autofluorescence רקמות לכל אחד מאיתנו יש חתימה ספקטראלית אופייניים, מחסנית למבדה ניתן deconvolved באמצעות אלגוריתם ליניארי אלגברית unmixing אל יםYFP eparate אותות autofluorescent. לכן, כימות מדויק מאוד של YFP הקרינה ניתן לקבוע גם ברקמות עם רמות גבוהות של autofluorescence.
איור 3. תמונה confocal הרפאים של האזור במוח להביע nAChRs α4YFP. (א) היטל הצבע האמיתי של מחסנית למבדה של תמונות של habenula המדיאלי של העכבר α4YFP לקחת עם מיקרוסקופ Nikon C1si confocal רפאים. (ב) מגרשים של ספקטרום מהאזור של עניין, הכולל נוירונים המכילים α4YFP (ירוק), וכן אזור של אינטרס מחוץ habenula המדיאלי (אדום).
איור 4. Unmixing רפאים שכבות של habenula המדיאלי. (א ') תמונות של α4YFP צרוף ו (ב) autofluorescence בעקבות unmixing רפאים ליניארי. (ג) הפניה ספקטרום של YFP (ירוק טריזוויות) ו autofluorescence (עיגולים צהובים) המשמש unmixing רפאים.
איור 5. Upregulation של α4 nAChRs בהיפוקמפוס של α4YFP עקום בעכברים שנחשפו לניקוטין כרונית. (א) מונטאז' של רעפים α4YFP הקרינה מן ההיפוקמפוס. שני האזורים הבחירה מקווקווים הם מקומות מקורב על איבר נחות הדרך perforant של ההיפוקמפוס שבו ניתוחים בוצעו עבור כל עכבר. (ב) α4YFP הקרינה היה גבוה משמעותית בדרך perforant של עכברים שנחשפו לניקוטין כרונית מאשר מלוחים כרונית (*, p = 0.001, סכום ווילקוקסון מבחן דרגה). תוצאות מייצגים ממוצע ± SEM מ n = 20 מדידות של עכברים ניקוטין הן מלוחים כרוניות שטופלו (5 עכברים עבור כל קבוצת הטיפול).
איור 6. מוטבהביטוי epth של α4YFP לעומת תיוג נוגדנים. XZ צפיות מאונך של α4YFP הקרינה (א) ו VGlut2 נוגדנים עם Cy5 כתווית משני (ב '). (ג) מגרשים מראה גדולה השפלה הקרינה עוצמת האות על עומק עבור מכתים נוגדנים (ריבועים שחורים) לעומת α4YFP (מעגלים פתוחים).
השימוש של הקולטן ניאון במודל עקום של העכבר כדי לקבוע כמות ולוקליזציה של ערוץ יון מסוים מספק מספר יתרונות. בניגוד חלבונים כגון אקטין, אשר באה לידי ביטוי בכל מקום בגוף בכל התאים, תעלות יונים קיימות במספרים הרבה פחות והביטוי שלהם משתנה בין נוירונים תת ביצוע ניתוח מדויק באמצעות טכניקות מסור...
אין לנו מה למסור.
אנתוני Renda נתמך על ידי אוניברסיטת פרס ויקטוריה מלגה לתואר שני. מחקר זה נתמך על ידי למדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר של קנדה דיסקברי גרנט, פרס NARSAD לחוקר הצעיר (עד RN), קרן ויקטוריה - Myre ו ויניפרד סים הקרן, הקרן הקנדית חדשנות גרנט, פיתוח קולומביה הבריטית קרן ידע ואת למדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר של כלי קנדה מחקר ו גרנט מכשור. אנו מודים Jillian מקיי, כריסטינה בארנס, אריאל סאליבן, ג'ניפר מקדונלד ודניאל Morgado עבור בעלי העכבר מעולה.
שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | תגובות |
מיני האוסמוטי משאבות | Alzet | מודל 2002 | |
מלוח | Teknova | S5819 | |
(-), ניקוטין tartrate מימן מלח | סיגמא | N5260 | |
טיפות עיניים | נוברטיס | רימוני ג'ל | |
Vetbond דבק | 3M | 1469SB | |
הפרין מלח | סיגמא | H4784 | |
10x PBS | Invitrogen | 70011 | |
קטמין | Wyetח לבריאות בעלי חיים | 0856-4403-01 | |
medatomidine hydrochloride | פייזר | 1950673 | |
23G מחט פרפר | בקטון דיקינסון | 367253 | |
paraformaldehyde | מיקרוסקופית אלקטרונים למדעים | 15710 | |
הטבעה פלסטיק עובש | VWR | 18986-1 | |
אוקטובר הרכבה מתחם | רקמת-Tek | 4583 | |
Mowiol 4-88 | EMD-Calbiochem | 475904 | ה-pH 8.5 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved