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Method Article
このプロトコルは、解離神経培養および免疫細胞化学を用いて脳切片の両方シナプス数を定量化する方法を詳しく説明します。コンパートメント特異的抗体を用いて、我々は、シナプス前終末だけでなく、シナプス後部の専門のサイトにラベルを付けます。我々は、これらのマーカーによって生成された信号間の共局在のポイントとしてシナプスを定義します。
神経科学における最も重要な目標の1つは、シナプス形成の初期段階を指示する分子の合図を理解することです。このように、それはシナプス接続の変化を定量化するための客観的なアプローチを開発するために必要不可欠になっています。サンプルの固定から始まる、このプロトコルの詳細については、どのように解離神経細胞培養中および免疫細胞化学を用いて脳切片の両方シナプス数を定量化する。コンパートメント特異的抗体を用いて、我々は、シナプス前終末だけでなく、シナプス後部の専門のサイトにラベルを付けます。我々は、これらのマーカーによって生成された信号間の共局在のポイントとしてシナプスを定義します。これらcolocalizationsの数は、ImageJの解析ソフトウェアのプラットフォームの下涙点アナライザ(リクエストも承りますバリーウォーク、、c.eroglu @ cellbio.duke.eduによって書かれた)プラグインを使用して定量される。このプロトコルで説明されているシナプスのアッセイは、選択前と後シナプスマーカーを持っている任意の神経組織や文化を準備するために適用することができます。このシナプスのアッセイは、広くシナプス開発の研究に利用することができる貴重なツールです。
準備するソリューション:
ニューロン培養の調製:
24ウェルプレート(ファルコン、35〜3047)の:ここに記載されたプロトコールは12 mmのガラス製カバースリップ(99010。カールヘクト、第O、猫なし)上に成長させた任意の一次ニューロン培養に適用可能である。例えば、私たちの研究室で我々は、培養ラット網膜神経節細胞(RGCsは)P5 - 7動物の1,2から収穫されたラットの網膜から精製。とマウスラミニン(Cultrex、カタログ番号:3400-010-01):細胞をポリ- D -リジン(。P6407 Sigma、カタログなし)をコーティングしたガラスカバースリップ上に成長されています。私たちは、シナプスのアッセイのためのいくつかの異なる方法でこの文化の準備を活用する。我々は実行することを一つの操作では、アストロサイトから分泌synaptogenic因子の有無のいずれかで培養RGCsを伴います。また、我々はまた、RGCsが目的のタンパク質を過剰発現するトランスフェクトされた実験では、これらの異なる処理条件を採用しています。後者のケースでは、我々は細胞のラベル(例えば、GFPまたはtdTomato)で細胞を同時トランスフェクション。これらのさまざまな実験的アプローチは1つが我々は以下に明らかにシナプスアッセイの特定の手順を実行する方法に影響します。
1。解離精製RGCsを修正
2。 RGCsで非特異的な結合サイトをブロック
3。一次抗体溶液を適用する
4。二次抗体溶液を適用する
5。取付カバーグラス
6。イメージング
イメージングのために、4つの異なるチャンネルで写真を撮ることのできるカメラを装備した蛍光顕微鏡画像の両方シナプスのマーカーは、セルの塗りつぶしと核(DAPI /オプション)をできるようにする必要があります。細胞は、油浸63x対物レンズを用いて画像化する必要があります。我々はツァイスプラン - アポクロマート63x/1.4オイルDIC∞/ 0.17目的とツァイスAxioImager蛍光顕微鏡を使用してイメージ。
7。画像解析と共局在涙点の定量化
脳切片:
シナプスアッセイが可能な適切な前と後シナプスマーカーのペアは、(セクションでうまく動作する抗体を持つ)があることを脳から凍結切片に適用、および他の神経系組織(例えば、脊髄や網膜など)に提供することができます。あなたが定量化するシナプスを同定するのに利用。シナプスのアッセイは、特定の脳領域でのシナプス形成の時間的調節を明らかにすることができますし、トランスジェニック動物、または他の方法で操作されているサンプルのシナプス接続への影響を定量化できます。
1。マウスの脳組織を収穫
すべての動物の手順はIACUC動物のプロトコルとの一致で行う必要があります。
2。固定
3。埋め込み/ Cryosectioning
4。ブロッキングセクション
5。一次抗体の適用
6。二次抗体の適用
7。取り付け
8。イメージング
重要:少なくとも3つのチャネルを持つ共焦点顕微鏡は、ここで説明するイメージングのために必要です。 63x油浸対物レンズを使用してライカSP5レーザー走査型共焦点顕微鏡で我々は、画像。
9。画像定量化
成功への鍵:
精製RGCs:
脳切片:
代表的な結果:
上記のシナプスのアッセイは、in vitroおよび in vivo でのシナプス接続の変更を取得するように設計されています。私たちの研究室では、我々はシナプス形成上の個々のまたは複数のアストロサイトから分泌分子のどちらかの効果を決定するためにシナプスアッセイを利用しています。我々は一般的に精製されたRGCsでこのシナプスアッセイを実行することをin vitroで私たちは文化。
RGCの文化を精製におけるアストロサイト馴化培地の慢性的なアプリケーション(ACM)のよく説明する効果はRGCs 3,4,5,6の間に形成されるシナプスの数の複数倍の増加である。図1Aおよび1Bは、どちらかの基礎増殖培地、またはACMで扱わトランスフェクトされていない精製RGCsの代表画像を示す。興奮プリと後シナプスマーカーに染色した後、sのACM誘発性の増加ynapseの形成は、定性的に明らかである(図1A、1B)。確かに、この知見は、ACM誘発性のシナプスは、シナプスが3,4,6 ultrastructurally正常であることを示すために、機能と電子顕微鏡であることを示すために電気生理学を使用しているいくつかの研究によって確証されています。当研究室で他の作業は、カルシウムチャネルのサブユニット強くsynaptogenicアストロサイトから分泌分子、トロンボスポンジン3のニューロン受容体としてのα2δ- 1を同定した。ここでは、α2δ- 1レベルの増加がさらにACM誘発シナプス形成(図3)を向上させるかどうかを判断するために実行されたRGCsを精製実験の結果が含まれています。
RGCsは、in vitroで 5日間(DIV5)の後に独立した構造エンコーディングtdTomatoとα2δ- 1空のベクターのいずれかでまたは構造エンコーディングとトランスフェクションした。 ACMまたはGMのいずれかを伴う慢性治療に続いて、RGCsはDIV 11日に固定し、染色した。プリと興奮性シナプスのシナプス後のマーカーの免疫標識に続いて我々は空のベクトル(したpcDNA3.1)またはα2δ- 1(図1C、1D)を発現するRGCsを精製におけるシナプス数の質的に明らかな増加を参照してください。私たちは、それぞれの状態から少なくとも15ニューロンのシナプス数(図2)をカウントする涙点アナライザを使用してACMのsynaptogenic効果を定量化する。このサイズのサンプルでは、私たちは、ニューロンごとのシナプスの平均数を計算し、空のベクター(図3、灰色のバー)を発現しているACM処理したニューロンによって形成されたシナプスの統計学的に有意な、〜10倍の増加を見つけることができます。さらに、我々は、ACM誘発シナプス形成(〜20倍。図3、黒いバー)の大幅な増強にα2δ- 1のリード線の過剰発現を示す。
培養神経細胞に加えて、我々はこの手法を用いて、異なる脳領域でシナプス密度を定量することができる。上丘は網膜7,8,9でRGCsから発信された、retinocollicular予測を受け取る脳の構造です。生後発達にわたり、上丘での彼らの標的にRGCsによって形成される興奮性シナプスの数が飛躍的にP7からP21 7,8,9に増加する。
私達の定量化技術を使用して、我々はretinocollicularのシナプスの数は、P7からP14への上丘の増加に形成されたことを示している。これを行うには、我々は、P7でシナプス密度を定量化し、再びP14で。我々は、PSD - 95(シナプス後)用とVGlut2(上丘のRGCシナプスに特異的シナプス前のマーカー)のための上丘を染色。上丘の外側のシナプス領域を画像化した(図4A)と共局在VGlut2/PSD-95シナプスは、動物ごとに少なくとも3つのセクションから、時間の点につき少なくとも3匹の動物から(図4B、4C)定量した。得られたデータの定量化は、明らかにP7とP14の間のシナプスの数が3以上倍に有意な増加を示しています。これらの結果は、電子顕微鏡(図4D)9を利用して以前に発表された調査結果と一致している。
結論として、我々はここで説明するシナプス数の定量化の方法は、私たちは、in vitroまたは in vivoでのシナプス形成を操作の効果を研究できるように、文化や神経組織におけるシナプス数と密度を決定する便利なツールです。
図1:RGCsを精製における代表的なシナプス染色。 試験管内 (DIV)RGCs で (とB)3日間は、さらに6日間(B)プロsynaptogenicマウスアストロサイト馴化培地(ACM)(A)基礎増殖培地(GM)にまたはのいずれかで培養した。次に、細胞をファゴット(赤、シナプス前)とホーマー(緑、シナプス後)のために標識した。マウスACMは強く共局在ファゴットとホームラン涙点の数の増加によって決定されるようRGCs間のシナプス形成を刺激する。 (CとD)5DIV RGCsはα2δ- 1カルシウムチャネルサブユニットを過剰発現するプラスミドでトランスフェクションした。トランスフェクションされた細胞は、tdTomatoのセルの塗りつぶし(青色)で同定し、シナプス前のマーカーシナプシン及び後シナプスマーカーのホームランのために染色されています。矢印はシナプスを示している。スケールバーは20μmを表す。
図2:涙点アナライザを使用して、シナプス数の定量化は、ここに示す精製された網膜神経節細胞の過剰発現の(a)はオリジナルのイメージトロンボスポンジンの受容体α2δ- 1の例であり、シナプス前のマーカーシナプシン及び後シナプスマーカーのホームランのために染色される。涙点アナライザで涙点を分析する際に、各チャンネルで作成したマスクに対応する(b)の画像。 (C)涙点Analzyerは、このような小さな黒い点(挿入図)で示されている涙点でここに示すような画像を作成します。また翔WNは、他のいくつかのパラメータと一緒に涙点の数がテキスト/数値形式(強調のために追加された太字)で提供されているアプリケーションの(d)の数値が出力されます。
図3:。シナプスのアッセイのための代表的な結果はここに示されているのは空のベクトル(したpcDNA3.1、灰色のバー)やトロンボスポンジンの受容体α2δ- 1のいずれかを発現するトランスフェRGCsにおけるアストロサイト馴化培地(ACM)とRGCsの慢性治療のsynaptogenic効果です。 。エラーバーはSEMを示す。 GM =の増殖培地。 ACM =(ラット)アストロサイトContitionedメディア。
図4:マウス上丘におけるシナプス密度の定量化は、(a)齧歯類の脳における優れたcollicularのターゲット上にRGCsによって設立されたグルタミン酸作動性シナプスの数の発達的変化を決定するために、我々はシナプスに対する抗体でマウス脳から凍結切片を染色したマーカーVGlut2(緑色)と後シナプスマーカー、PSD - 95、(赤)。我々は、共焦点顕微鏡を走査型レーザーを使用してRGCsためのシナプス標的領域に対応するマウス上丘(SC)の外側の150 ×150μmの領域を撮像。各SCのセクションのためのZスタックは、5μm(15 × 0.33μmの光セクション)の合計の深さのために収集された。最大画像の投影(MIPは)5 MIPS /セクションをもたらす3つの連続光学切片のグループ用に生成された深さ1ミクロンを表す。次に示すのは、P14 WTマウスの上丘から採取した代表的なMIPです。前シナプスマーカー、VGlut2は、緑色で示されており、シナプスマーカー、PSD - 95は、赤色で表示されます。 (c)の数値出力は、涙点アナライザによって生成。時点ごとに3匹の動物(エラーバーはSEMを表す)を持つ動物ごとに少なくとも3つのセクションのためのシナプス数の分析の(d)の定量。スケールバーは50μmを表す。
上記のシナプスのアッセイは、我々の実験の目標、ここで我々は文化を精製や脳のセクションのいずれかで、大きくRGCsの興奮性の予測に焦点を当てるのコンテキストに基づいています。私たちは、興奮性シナプスを(表1)のラベルにうまく参照テーブルのリストの抗体を提供している。
このシナプスのアッセイは、任意の神経集団または選択的なプリと後シナプスマー...
ベンA.バレス(スタンフォード大学)の研究室で:涙点アナライザプラグインは、イメージのためにJはバリーウォーク(Physionコンサルティング現在のアドレス)によって書かれました。
資金調達;
Name | Company | Catalog Number | Comments | |||||
抗原 | 種 | ポリクローナル/モノクローナル | ベンダ | カタログ番号 | 希釈 | 文化の作品 | セクションの作品 | |
シナプス前の | シナプシン | ウサギ | ポリクローナル | シナプスシステム | 106004 | 1:750 | Y | ND |
シナプシン | マウス | モノクローナル | シナプスシステム | 106001 | 1:500 | Y | Y | |
ファゴット | マウス | モノクローナル | アッセイデザイン | VAM - PS003F | 1:500 | Y | Y | |
ファゴット | モルモット | ポリクローナル | シナプスシステム | 141004 | 1:1000 | Y | ND | |
シナプトタグミン1 | ウサギ | ポリクローナル | シナプスシステム | 105002 | 1:750 | Y | N | |
シナプトブレビン2 (C1.69.1) | マウス | モノクローナル | シナプスシステム | 104211 | 1:500 | Y | Y | |
シナプトフィジン (C1.7.2) | マウス | モノクローナル | シナプスシステム | 101011 | 1:500 | Y | Y | |
VGlut1 | マウス | モノクローナル | ミリポア | MAB5502 | 1:2500 | N | Y | |
VGlut1 | モルモット | ポリクローナル | ミリポア | AB5905 | 1:2500 | N | Y | |
VGlut2 | モルモット | ポリクローナル | ミリポア | AB2251 | 1:2500 | N | Y | |
シナプス後の | PSD - 95 (6G6 - 1C9クローン) | マウス | モノクローナル | 親和性バイオ試薬 | MA1 - 045 | 1:750 | Y | N |
PSD - 95 | ウサギ | ポリクローナル | ZYMED | 51から6900 | 1:500 | N | Y | |
ホーマー | マウス | モノクローナル | シナプスシステム | 160011 | 1:500 | Y | ND | |
ホーマー | ラット | ポリクローナル | ミリポア | AB5875 | 1:500 | Y | Y | |
Gephyrin | ウサギ | ポリクローナル | シナプスシステム | 147003 | 1:500 | Y | Y | |
Gephyrin | マウス | モノクローナル | シナプスシステム | 147 | 1:200 | Y | Y |
表1:我々は成功私たちのシナプスのアッセイで使用されていることを良いプリとシナプス後のマーカーのリストの例。これはすべての利用可能なマーカーの網羅的なリストではないことに注意してください。 Y =はい、N =いいえ、ND =データなし。
試薬 | 会社 | ネコ。いいえ |
PBS | インビトロジェン | 20012-027 |
ポリ- D -リジン | シグマ | P6407 |
ラミニン | Cultrex | 3400-010-01 |
トリトンX - 100 | ロシュダイアグノスティック徳国 | 9002-93-1 |
正常ヤギ血清 | ギブコ | 16210 |
DAPIとVectaShield | ベクターラボラトリーズ | H - 1200 |
OCT | 組織 - Tek社 | 4583 |
トリス-ベース(50 mM)を | フィッシャー | BP152 - 5 |
ウシ血清アルブミン | シグマ | A2153 |
L -リジン | シグマ | L - 1137 |
16パーセントPFAのソリューション | 電子顕微鏡学 | 15711 |
粒状のPFA | 電子顕微鏡学 | 19210 |
24ウェル培養プレート | ファルコン | 35から3047 |
ヤギ抗マウスアレクサ標識抗体 | インビトロジェン | --- |
サプライ | 会社 | ネコ。いいえ |
12mmの0号ガラスのカバースリップ | カールヘクト徳国 | 1105209 |
第1.5ガラスカバースリップ(スライス用) | VWRサイエンティフィック | 48393241 |
スライドガラス | VWRサイエンティフィック | 48311-703 |
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