È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
Questo protocollo presenta un metodo per il recupero morfologica dei neuroni rattoppati durante le registrazioni elettrofisiologiche utilizzando riempimento biocitina e successiva postprocessing immunoistochimica. Abbiamo dimostrato che spesse sezioni biocitina-riempita che erano macchiate e coprioggetto possono essere ricolorate con un secondo giorni di anticorpi primari o mesi dopo.
registrazioni elettrofisiologiche di cellule utilizzando la tecnica del patch clamp hanno permesso l'identificazione di diversi tipi neuronali basate su modelli di cottura. L'inclusione di biocitina / neurobiotin nel elettrodo di registrazione permette il recupero post-hoc dei dettagli morfologici, che sono necessari per determinare la arborizzazione dendritiche e le regioni interessate dagli assoni dei neuroni registrati. Tuttavia, data la presenza di neuroni morfologicamente simili con identità distinte neurochimiche e funzioni, colorazione immunoistochimica per le proteine-specifica delle cellule-tipo è essenziale per identificare definitivamente i neuroni. Per mantenere la connettività di rete, sezioni di cervello per le registrazioni fisiologiche sono preparati ad uno spessore di 300 micron o superiore. Tuttavia, questo spessore spesso ostacola la post-elaborazione immunoistologiche causa di problemi con la penetrazione degli anticorpi, che richiede la resezione del tessuto. Resezione di fette è un'arte difficile, spesso Resulting nella perdita di tessuto e la morfologia delle cellule da cui sono stati ottenuti i dati elettrofisiologici, rendendo i dati inutilizzabili. Poiché il recupero della morfologia limiterebbe perdita di dati e guida nella scelta dei marcatori neuronali, abbiamo adottato una strategia di recuperare morfologia cellulare prima, seguita da immunocolorazione secondaria. Introduciamo un approccio pratico per biocitina riempimento durante le registrazioni fisiologiche e successiva immunostaining seriale per il recupero di morfologia, seguita dalla restaining delle sezioni per determinare l'identità neurochimico. Si segnala che le sezioni che erano pieni di biocitina, fissate con paraformaldeide (PFA), macchiati, e coprioggetto possono essere rimossi e ricolorate con un secondo anticorpo primario giorni successivi. Questo restaining comporta la rimozione del vetrino, il lavaggio delle sezioni in una soluzione tampone, e l'incubazione di anticorpi primari e secondari per rivelare l'identità neurochimico. Il metodo è vantaggioso per eliminare datuna perdita a causa di una incapacità di recuperare la morfologia e per restringendo i marcatori neurochimici da sottoporre a test sulla base di morfologia.
Il cervello è noto per la diversità nelle caratteristiche strutturali e funzionali dei singoli elementi neuronali. La comprensione dei ruoli di tipi neuronali distinti in funzione del cervello e patologia richiede caratterizzazione e identificazione univoca dei neuroni. Strutturalmente, le caratteristiche morfologiche definite dalla posizione somato-dendritiche determinare il potenziale di input che riceve un dato neurone, mentre il modello di arborization assonale identifica potenziali obiettivi post-sinaptici. La diversità strutturale dei neuroni è stato apprezzato fin dai tempi di seminali studi istologici di Ramon y Cajal 1. L'avvento di tecniche di registrazione unicellulari ha rivelato che i neuroni strutturalmente distinti mostrano anche differenze nei modelli di cottura e le caratteristiche sinaptiche. La diversità nella struttura e la fisiologia è particolarmente evidente nei neuroni inibitori GABAergici 2,3. Inoltre, è diventato sempre più evidente che strutturalmentey neuroni simili possono esprimere diversi marcatori neurochimici e spettacolo corrispondenti differenze funzionali 4. Analogamente, neuroni con gli stessi marcatori neurochimici possono avere strutture e funzioni 5-10 distinte. Pertanto, in pratica, l'analisi delle caratteristiche funzionali dei neuroni e il loro ruolo nella rete comporta che definisce sia le identità morfologici e neurochimici. Anche con l'avvento di linee di topo giornalista targeting specifici marcatori neurochimici, spesso è necessario determinare la morfologia e all'identità sottotipo basato su immunoistologia 11.
Il metodo standard utilizzato per caratterizzare le cellule registrati in fettine di cervello acuto è di riempirli con biocitina o neurobiotin durante la registrazione, fissare le sezioni in paraformaldeide (PFA) seguendo le registrazioni, e utilizzare immunoistochimica per rivelare la morfologia e la neurochimica. Dal momento che lo spessore delle sezioni per fetta fisiologia sono in genere a 300 microno più, e perché la maggior parte degli anticorpi non riescono a penetrare fino in quella profondità, le fette devono essere ri-sezionato a 60 micron o meno per consentire immunostaining simultaneo per biocitina e marcatori neurochimici 12-14. Purtroppo, resezione è laboriosa; rischia la perdita di tessuto durante il sezionamento; e può portare a differenziale restringimento dei tessuti, complicando ricostruzioni morfologiche. Inoltre, la conoscenza preventiva della morfologia potrebbe aiutare a restringere i marcatori candidati che sono suscettibili di essere espressa dalle cellule. Abbiamo modificato i protocolli biocitina Immunoistologia standard per consentire l'elaborazione seriale sezioni prima per il recupero della morfologia e poi per l'identificazione di potenziali marcatori neurochimici.
Immunoistochimica è lo studio della distribuzione dell'antigene nei tessuti o cellule e possono essere visualizzati con un enzima, etichette fluorescenti, elementi radioattivi, o particelle colloidali in oro 15. La Proceduranvolves utilizzando anticorpi primari per etichettare specificamente e amplificare uno o più specifici antigeni, seguito dall'uso di anticorpi secondari fluorescenti rivolte l'anticorpo primario per la visualizzazione. A causa della necessità di distinguere gli spettri di fluorescenza di ciascun anticorpo secondario senza sovrapposizione, solo un numero limitato di antigeni può essere esaminato contemporaneamente. Così, la conoscenza preventiva della morfologia potrebbe essere utile nella scelta dei candidati marcatori neurochimici per la classificazione delle cellule. Concettualmente, la logica alla base di elaborazione di serie di sezioni già colorate si basa sulla premessa che immunomarcatura per una proteina o peptide non dovrebbe interferire con antigenicità e successiva immunomarcatura per un peptide strutturalmente indipendente 16. Questa mancanza di interferenza è dovuta al legame di anticorpi ad un specifico epitopo della proteina su un antigene e consente la colorazione simultanea di più antigeni nello stesso tessuto conseguenza. Il numero di antigeni Revealed mediante immunocolorazione è limitata dalla necessità di spettri non sovrapposizione degli anticorpi secondari fluorescenti e dalla necessità di indirizzare i singoli antigeni con anticorpi in specie diverse in modo da eliminare reattività crociata 17,18. Mentre questo è il ragionamento che sta dietro l'etichettatura di serie, piuttosto che simultaneamente con due anticorpi distinte che possono interagire, a nostra conoscenza, immunocolorazione per un secondo l'antigene non è stata riportata dopo il completamento del immunomarcatura per uno o più antigeni sulle sezioni montate. Qui, descriviamo un metodo per immunocolorazione serie di sezioni precedentemente colorate e montati. Mentre dettaglio questo processo per una procedura immunomarcatura seriale per il recupero della morfologia seguita dalla colorazione per i marcatori di proteine / peptidi in sezioni spesse, le stesse procedure possono essere utilizzati in serie, sottili sezioni istologiche pure. Inoltre, si descrive un approccio pratico per riempire neuroni registrati con biocitina e il processo per rimuovere laelettrodo dalla cella al termine di registrazioni per ottimizzare il riempimento del assonale e arbors dendritiche di neuroni, come presentato nel nostro recente 6,8 lavoro.
Il vantaggio più importante del procedimento qui descritto è che la morfologia della cellula registrato può essere completamente recuperato e ripreso prima di tentare di resezione o immunostain le fette. Anche se possono rendere necessario fette di resezione per immunostaining secondaria problemi con la penetrazione di alcuni anticorpi, le procedure descritte qui eliminerebbe la necessità di ricostruire i neuroni complessi da più sezioni e sarebbe evitare problemi dovuti alla perdita di tessuto ed il restringimento del differenziale, che possono compromettere la ricostruzione dopo resezione. Un ulteriore vantaggio è che il processo sarà ridurre i costi, tempo, fatica, e gli anticorpi costosi limitando immunoistochimica e ri-sezionamento a fette in cui vengono recuperati i neuroni biocitina-riempita. L'aspetto più pratico è la pubblicitàimmunostaining dizionale che può essere eseguita su sezioni colorate mesi prima di utilizzare la tecnica di cui sopra. In particolare, il recupero della morfologia ridurrebbe considerevolmente il potenziale che i dati fisiologici dalle cellule vengono scartati a causa dell'impossibilità di ottenere una caratterizzazione morfologica di base del tipo di cellula.
1. riempimento biocitina durante Elettrofisiologia
NOTA: I lettori possono fare riferimento a fonti alternative per le tecniche di base di patch-clamp registrazione e strumentazione 19-22, che non sono elaborati su qui. I passi descritti qui si presuppone che l'apparecchiatura e le procedure per le registrazioni di patch-clamp sono già stabiliti, e la descrizione saranno limitati ai dettagli relativi alla biocitina-riempimento e immunocolorazione post-hoc. Tutti gli esperimenti descritti in questo manoscritto sono stati eseguiti su ratti.
Figura 1. suggerito aereo per l'avvicinamento cellule per biocitina riempimenti. L'immagine illustra una cella granuli (GC) riempire con biocitina durante la registrazione che è stato elaborato per rivelare biocitina (in rosso con streptavidina 594-coniugato). Il GC ha i suoi dendriti orientati nel piano XY. Si noti la cella di granuli recisoassone (freccia verde) dovute al movimento pipetta lungo il piano XY. Si noti che è ideale per avvicinarsi a questo neurone lungo il piano XZ. barra della scala: 50 micron.
(Giorno 1)
NOTA: La seguente procedura immunocolorazione è per le sezioni free-floating e richiede agitazione continua a bassa velocità (2 giri / min, rpm) su un agitatore per tutte le fasi di incubazione.
Figura 2. Il successo CCK colorazione 1 settimana dopo il recupero di biocitina colorazione e C annabinoid recettore di tipo 1 (CB 1 R) - etichettatura. (A - C) immagini confocale a 60X mostrano il neurone biocitina-riempita (A) e CB 1 R immunoreattività (B), indicato dalla freccia. La stessa sezione è stato elaborato per CCK immunocolorazione dopo 1 settimana (C). La sovrapposizione delle immagini è mostrato in D. CCK immunoreattività è stato rivelato con estrema rosso ed è stato pseudo-colorato in ciano. (E) la ricostruzione morfologica della cellula biocitina pieno in A. Si noti che il biocitina e CB 1 R colorazione sono evidenti anche dopo la seconda immunocolorazione CCK. Da notare anche la distribuzione prevista di CB 1 R e modelli di immunoistochimica CCK. (F - H) immagine ingrandita della assone dalla cella, come in A, spettacolo stretta co-localizzazione di biocitina e CB 1 R a assoni (punte di freccia). Barra della scala: 50 micron (A - D), 100 micron (E), e 10 micron ( F - H). Le immagini vengono riprodotte da Yu et al. 2015 9. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
(Giorno 2)
Figura 3. Il successo secondo Immunocolorazione a seguito della ripresa di biocitina Morfologia e resezione. (A1) confocale immagine di una fetta di 300 micron che mostra il recupero della morfologia dendritica di una cella biocitina-riempita. ( A2) tracce di tensione membrana del neurone in risposta a +500 e -100 pA iniezioni di corrente. (B) Il recupero del soma biocitina pieno in una sezione di 50 micron ottenuto dopo resezione della sezione 300 micron (in A1) dopo il montaggio e l'imaging. (B2) immunocolorazione successiva della sezione sottile rivelato colocalization del soma biocitina-riempita (pannello di destra) con CCK (pannello centrale). L'immagine fusa è illustrato nel pannello di destra. barra della scala: 50 micron. Pannello di A2 è riprodotto con il permesso di Yu et al. , In corso di stampa 25. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
(3 ° giorno)
3. La colorazione del secondo anticorpo primario
NOTA: Mentre il secondo passo immunocolorazione può essere eseguita 90 d dopo la prima colorazione, colorazione ottimale si ottiene quando il secondo colorazione anticorpo primario viene eseguita nei 7 - 10 d.
(Dopo 7-90 d)
In caso di superamento, sezioni mantengono il riempimento biocitina e il immunomarcatura eseguite nella fase 2 e può essere ripreso con confocale o epifluorescenza. Inoltre, sezioni trasformati mostrerà anche immunostaining per l'antigene marcato durante la successiva trasformazione nel passaggio 3. Nella sezione illustrata nella figura 2, la morfologia di un neurone biocitina pieno in una sezione di spessore (300 micron) è stato rivelato utilizzando streptavidina...
I passaggi critici all'interno del protocollo
Riempire la cella patchato con biocitina è il passo più importante per garantire il pieno recupero della morfologia. Per il recupero completo della cella, è essenziale selezionare un orientamento ottimale fetta di minimizzare la rottura dei processi durante affettatura. Questo orientamento può variare in base al tipo di circuito e la cella in esame. Quindi, è essenziale per dare il tempo sufficiente per la biocitina di d...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori vorrebbero riconoscere il sostegno da NIH / NINDS R01 NS069861 e NJCBIR CBIR14IRG024 di VS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NaCl | Sigma | S7653 | Immunostaining |
KCl | Fluka | 60129 | Immunostaining |
Na2HPO4 | Sigma | S7907 | Immunostaining |
KH2PO4 | Sigma | 229806 | Immunostaining |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | Immunostaining |
Guinea pig anti CB1 | Sigma | Af530-1 | Immunostaining |
Mouse anti CCK | CURE, UCLA | courtesy of G. Ohning | Immunostaining |
Rabbit anti Parvalbumin | Swant | PV27 | Immunostaining |
Streptavidin, Alexa Fluor conjugate | Molecular Probes | S11227 | Immunostaining |
Normal goat serum (NGS) | Sigma | G9023 | Immunostaining |
Vectashield | Vector Labs | H-1000 | Immunostaining |
Secondary Antibodies | Invitogen Molecular probes | Alexa Fluor conjugated dyes | Immunostaining |
Labnet orbit low speed shaker | Bioexpress | S-2030-LS | Immunostaining |
Forceps | Dumont | 11231-30 | Immunostaining |
Slide folders | EMS | 71520 | Immunostaining |
Vibratome VT 1200 S | Leica | 14048142066 | Electrophysiology |
Multiclamp 700B amplifier | Molecular devices | Multiclamp 700B | Electrophysiology |
pCLAMP 10 Software | Molecular devices | pCLAMP 10 | Electrophysiology |
Digitizer | Molecular Devices | Digidata 1440 digitizer | Electrophysiology |
Filter tips | Nalgene | 171-0020 | Electrophysiology |
Sonicator | Fisher Scientific | 15-335-100 | Electrophysiology |
Microloaders | Eppendorf | 930001007 | Electrophysiology |
Biocytin | Sigma | B4261 | Electrophysiology |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon