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A técnica de imagem ao vivo de fluorescência para quantificar o reabastecimento e mobilização de vesículas sinápticas específicas (SV) piscinas de terminais nervosos central é descrito. Duas rodadas de SV reciclagem são monitorados nos terminais nervosos mesmo fornecendo um controle interno.
Após a liberação do neurotransmissor nos terminais nervosos central, são rapidamente recuperados SVs por endocitose. SVs recuperados são então recarregados com neurotransmissor e voltar a piscina de reciclagem, definido como SVs que estão disponíveis para 1,2 exocitose. A piscina de reciclagem geralmente podem ser subdivididos em dois grupos distintos - a piscina prontamente liberável (RRP) e da piscina de reserva (RP). Como seus nomes sugerem, o RRP consiste em SVs que estão imediatamente disponíveis para a fusão, enquanto RP SVs são liberados apenas durante 1,2 estimulação intensa. É importante ter um teste confiável que relata a reposição diferencial dessas piscinas SV, a fim de compreender 1) como SVs tráfego após diferentes modos de endocitose (como clatrina-dependente e endocitose dependente de atividade endocitose granel) e 2) os mecanismos de controlar a mobilização de ambos os RRP e RP em resposta a estímulos diferentes.
Corantes FM são rotineiramente empregamed quantitativamente relatório volume de negócios SV em terminais de nervo central 3-8. Eles têm uma cauda de hidrocarbonetos hidrofóbicas que permite particionamento reversível na bicamada lipídica, e um grupo cabeça hidrofílico que bloqueia a passagem através das membranas. Os corantes têm pouco de fluorescência em solução aquosa, mas o seu rendimento quântico aumenta dramaticamente quando particionado na membrana 9. Assim corantes FM são ideais sondas fluorescentes para acompanhar ativamente a reciclagem SVs. O protocolo padrão para uso de corante FM é a seguinte. Primeiro, eles são aplicados aos neurônios e são captados durante a endocitose (Figura 1). Depois de não-internalizado corante é lavado da membrana plasmática, redistribuir SVs reciclados dentro do pool de reciclagem. Estes são, então, esgotadas SVs usando estímulos descarga (Figura 1). Desde FM rotulagem tintura de SVs é quantal 10, a queda de fluorescência resultante é proporcional à quantidade de vesículas libertadas. Assim, a reciclagem e fusão de SVs gerada a partir da previous rodada de endocitose podem ser confiavelmente quantificados.
Aqui, apresentamos um protocolo que foi modificado para obter dois elementos adicionais de informação. Em primeiro lugar, os estímulos seqüenciais são usados para descarga diferencialmente descarregar o RRP eo RP, para permitir a quantificação da reposição de piscinas específicas SV. Em segundo lugar, cada terminal nervoso sofre o protocolo duas vezes. Assim, a resposta do terminal nervoso mesmo em S1 pode ser comparada com a presença de uma substância de ensaio na fase S2 (Figura 2), proporcionando um controle interno. Isso é importante, dado que a extensão de SV reciclagem nos terminais nervosos diferentes é altamente variável 11.
Qualquer adepto culturas primárias neuronais podem ser usados para este protocolo, porém a densidade de plaqueamento, soluções e condições de estimulação são otimizados para neurônios granulares do cerebelo (CGNs) 12,13.
1. Preparação Neuron cerebelar Granule
2. Instalação Experimental
3. Preparação da Amostra
4. Fase S1
5. Fase de recuperação (ver Figura 2)
6. Fase S2
7. Análise de Dados
8. Resultados representativos:
Um experimento de controle, onde foi submetido a duas rodadas CGNs de passos idêntica carga e descarga é representado na Figura 5. Ao começar uma série de experimentos, é essencial que um experimento de controle como este é realizado a cada dia para confirmar que S1 e S2 são comparáveis antes de variadas condições experimentais durante a S2.
Neste exemplo, CGNs foram carregados com 10 mM FM1-43 usando um 80 Hz 10 a estimulação s (Figura 5a). Figura 5b mostra terminais FM1-43-carregados nervo representada por puncta fluorescente. ROIs foram definidos mais de 90 terminais nervosos como mostrado na Figura 5c. O mesmo conjunto de ROIs foi utilizado tanto para S1 e S2. Durante ambas as descarrega, o PRR foi descarregado com um Hz 30 (2 s) estímulo seguido por RP descarga com 3 40Hz seqüencial (10 s) estímulos (Figura 5a). A queda de fluorescência durante cada estímulo podem ser claramente observados e quantificados (Figura 5d-e). Quando examinado, a fluorescência gotas correspondente ao PRR, RP e piscina de reciclagem total foram comparáveis em ambos os S1 e S2. Além disso, 20% dos SVs reciclados residia no RRP enquanto 80% residiam na RP em ambos os S1 e S2.
Figura 1 Diagrama esquemático de um experimento típico FM. A) endocitose SV é acionado na presença de corante FM (representada em verde). O corante é absorvido pela membrana invaginante (SVS única ou a granel endossomos). B) corante não-internalizado na membrana plasmática é lavado por perfusão. C) Após a aplicação de um estímulo descarga, rotulados SVs que se tornaram disponíveis para fusível de liberação com a membrana plasmática, resultando em uma perda de fluorescência. D) A mudança de fluorescência (ΔF), que é proporcional à quantidade de lançado SVs rotulados podem ser quantificados.
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Figura 2 Diagramas esquemáticos de possíveis protocolos experimentais. A) Fluxograma de um experimento de controle onde as células sofrem duas rodadas de FM corante carga e descarga (S1 e S2). As células podem ser carregados usando uma variedade de estímulos diferentes. Passos descarga são idênticos em que a RRP é descarregado com 30 Hz por 2 s seguido por RP descarregar usando 3 vezes 40 Hz para 10 s. RRP e estímulos piscina reserva descarga foram separados por 40 segundos, todos os outros estímulos por 30 seg. Células são deixados para se recuperar de 20 min entre S1 e S2. Fluxogramas de possíveis modificações para testar o efeito de uma substância ou B) ou C endocitose exocitose) também são mostrados. Teste de drogas correspondentes podem ser perfundidos na câmara durante períodos indicados.
Figura 3 Imagens de análise de dados em J imagem. Imagens são mostradasUm de brilho) e ajuste de contraste, B) de alinhamento de quadro, C) a seleção ROIs, e D) de intensidade de extração valores usando Image J.
Figura 4 Imagens da análise de dados em Microsoft Excel. Imagens são mostradas para A) a importação de dados brutos de imagem J (1 coluna st = número de quadro, colunas restantes = dados de terminais nervosos individual) B) de ajuste de valores de referência S1 (quadro 10) para um valor arbitrário (200) no início do primeiro estímulo, C ajuste) dos valores basais S2 no quadro 55, usando um protocolo idêntico ao S1, e D de medição) de gotas de fluorescência usando Microsoft Excel. Note-se que o traço mostrado na média D é usado para definir os pontos de tempo antes e depois de cada queda. O tamanho das gotas de fluorescência para cada ROI deve ser determinada a partir de valores na planilha mostrada na C.
Figura 5. Representante experimento de controle. A) Fluxograma de um experimento de controle, onde CGNs foram carregados com 10μM FM1-43 usando 80 Hz (10 s) estimulação. As fases de S1 e S2 são idênticos. RRP e estímulos piscina reserva descarga foram separados por 40 segundos, todos os outros estímulos por 30 seg. B) Uma imagem que mostra terminais nervosos carregados com FM1-43. C) A mesma imagem B mostra 90 ROIs numeradas selecionadas para análise. D) Imagens de uma área representada por uma caixa vermelha no B em pontos de tempo selecionado. = Basal antes da estimulação; 30 Hz = depois de 30 Hz 2 s estimulação; 40 Hz 1,2,3 = após cada estímulo 40 Hz 10 s. Estas imagens são apresentadas em pseudo para ilustrar mudanças na fluorescência (bar espectro exibido à direita). E) Média ± SEM traço obtido a partir de 90 terminais nervosos retratado em C. estímulos individuais são representados por barras horizontais. Barra de escala = 10 mM.
FM corantes são usados extensivamente para investigar a função do nervo terminal em muitas preparações neuronal. Eles têm sido utilizados principalmente para acompanhar o grau de qualquer endocitose SV, SV volume de negócios ou a cinética da exocitose 6. O protocolo descrito estende esses estudos para examinar o diferencial de descarga de piscinas específicas SV. Esta fornece informações adicionais sobre a reposição de piscinas SV e também a sua extensão de mobilização.
Corantes FM pode ser usado para rotular várias rodadas de reciclagem de SV dentro dos terminais nervosos mesmo. Temos explorado esta propriedade e projetado protocolos em que SV volume de negócios em cada terminal pode ser monitorado duas vezes na mesma terminais nervosos. Isso proporciona um controle preciso interna, que é essencial devido à natureza heterogénea de reciclagem SV em terminais nervosos paralelo 11. Através do uso da fase de S1 como um controle interno, a recarga do PRR, RP eo totalSV piscina na presença de drogas pode ser confiável e directamente comparados.
Além de fornecer informações do tamanho absoluto da reciclagem, piscinas RRP e RP em condições de estimulação diferente, este protocolo também pode fornecer dados para o seguinte - 1) O particionamento de SVs entre o PRR e RP em função da piscina de reciclagem para S1 e S2, 2) o tamanho relativo das piscinas S2 (RRP e RP) em função da piscina reciclagem total S1 e 3) o tamanho relativo de qualquer piscina SV definido no S2 em função da mesma piscina em S1. Este protocolo particular, não fornecerá informações sobre cinética de descarga no entanto, desde o tempo de aquisição é muito lento (para medições cinética tempos de aquisição deve ser o mais rápido possível e descarga automaticamente sincronizados para capturar imagem).
Os nossos 30 Hz estímulos 2 s evoca uma extensão idêntica de RRP descarga à sacarose hipertônica 8. Como o tamanho do PRRé definida por sacarose hipertônica descarga 15, podemos afirmar que este protocolo descarrega todos os SVs RRP, de acordo com estudos em neurônios do hipocampo 16. O pool de reserva é quase completamente esgotada por três trens de 400 estímulos (40 Hz 10 s cada) já que este estímulo descarrega uma quantidade idêntica de tintura para um paradigma (2 estímulos com 50 mM KCl), que esgota os 95% de todos os SVs dye-rotulados 8,17. Quantificação exata do tamanho de ambos os RRP e piscina reserva é também dependente de aquisição de informação dentro da faixa linear dinâmica da câmera CCD.
Este protocolo simples também pode ser modificado ainda. A força de estímulos de carga também pode ser variado para determinar como a atividade neuronal e modos diferentes afetam endocitose SV reabastecimento da piscina. Além disso, maior do que dois ciclos de carga e descarga também pode ser realizada, se necessário. Este protocolo também pode ser usado em células transfectadas tanto com superexpressão ouvetores shRNA. Devido à eficiência de transfecção baixos de culturas primárias de neurônios, proteínas expressas devem ser marcadas com proteínas fluorescentes. É essencial que essas marcas fluorescentes não interferir com o sinal FM corante (use ciano ou proteínas vermelho, por exemplo). Neste exemplo, terminais nervosos das células transfectadas e não transfectadas no mesmo campo de visão também pode ser comparada como um controle adicional de 8. Em tais experimentos uma comparação da extensão de carga, entre cargas de S1 e S2 é de pouco valor, uma vez que a perturbação está presente durante as duas cargas. Particionamento de corante entre piscinas SV ainda pode ser visualizado no entanto 8.
Repórteres genética chamada pHluorins também pode ser empregado para monitorar SV exocitose e endocitose na cultura neuronal primária. Estas sondas usar um pH-sensível proteína verde fluorescente ao ambiente pH de domínios luminal de proteínas tag SV, como VAMP, sinaptofisina e VGLUT1 18 . Quando usado em conjunto com inibidores da ATPase vesicular, pHluorins pode relatar tanto a cinética ea extensão da SV mobilização piscina 19. A abordagem FM-dye com base descrita aqui tem algumas vantagens sobre a técnica pHluorin, Em primeiro lugar, corantes FM fornecer informações sobre quais SV modo endocitose reabastece o RRP e piscinas reserva 8. Em segundo lugar piscinas específicas SV pode ser rotulado com corantes FM que possuem diferentes propriedades espectrais 20 e, finalmente, não há nenhuma exigência para a transfecção. Corantes FM não pode fornecer informações sobre o tráfego entre o SV de descanso e reciclagem piscinas SV porém (em contraste com pHluorins 19), uma vez que, por definição, SVs têm de ser carregados com tinta durante a endocitose a ser visível. Assim, tanto corantes FM e pHluorins têm pontos fortes e fracos e são mais poderosos quando utilizados em experimentos independentes para lidar com a mesma pergunta.
Imagens de alta qualidade são essenciais para a análise válida e reproducible resultados. Enquanto o deslizamento horizontal pode ser facilmente corrigido, experimentos onde há um desvio no eixo Z não podem ser recuperados. Por esta razão, é importante re-focar imagens antes de iniciar a descarrega S1 e S2. Nos casos em que uma deterioração significativa fluorescentes ocorreu, correções decadência pode ser aplicado (geralmente subtraindo um traço previamente gravados a partir de células FM-carregados na ausência de estimulação). No entanto, sugere-se que a correção de atenuação é realizada somente para a representação gráfica e não deve ser usado para qualquer análise quantitativa.
Não temos nada a revelar.
Este trabalho foi financiado por uma concessão do Wellcome Trust (Ref: 084277).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome | Companhia | Catálogo não. | |
---|---|---|---|
AxioCam MRM Rev. 3 Câmera Digital | Carl Zeiss | 4265099901000 | |
Axio Microscópio Observer.A1 | Carl Zeiss | 4310040000000 | |
Placas de cultura de células (6 poços) | Greiner bio-one | 657160 | |
Centrifugação (Universal 32R) | Hettich Zentrifugen | 1610 | |
Incubadora de CO 2 | Heraeus Instruments | 51014042 | |
Falcon tubos (15/50 ml) | Greiner bio-one | 188271/210261 | |
Fluar 20X / 0,75 ∞ / 0,17 Objetivo | Carl Zeiss | 4401459901000 | |
Lamínulas de vidro (Ø25mm) | A VWR International | 631-1584 | |
Pasteur de vidro pipetas (230 nm) | Greiner bio-one | 612-1799 | |
Hemocitómetro | VWR | 15170-170 | |
Imagens da câmara | Warner | RC-21 BRFS | |
Capela de fluxo laminar | Biohit | VLF BHS 1200 | |
McIlwain Tissue Chopper | Mickle Laboratory Engineering Co. Ltd. | MTC / 2 | |
Lâmpada de mercúrio | Carl Zeiss | HBO 103 | |
MultiStim Sistema Elétrico Estimulador (100mV, largura pluse 1ms) | Digitimer Ltd. | D330 | |
Bomba de perfusão | Watson-Marlow | 313S | |
Pipetas sorológicas (5/10/25 ml) | Greiner bio-one | 606180/607180/760180 | |
Obturador controlador | Carl Zeiss | MAC5000 | |
Seringa (20 ml) | BD Plastipak | ST01-B002 | |
Filtros de seringa (Minisart - 0,20 mm) | Sartorius Stedim | 16532 | |
VC-6 Six controlador de válvula Canal | Warner | 64-0135 | |
YFP filter set (Set 46) | Carl Zeiss | 1196-681 |
Tabela 1. Equipamentos específicos e aparelhos utilizados
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
FM1-43 | Cambridge BioScience | BT70021 | 10 mM |
FM2-10 | Cambridge BioScience | BT70044 | 100 mM |
Poli-D-lisina | Sigma | P7886 | 15 mcg / ml |
Graxa de silicone | Sigma | 85403 | - |
Tabela 2. Reagentes específicos utilizados
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Albumina de soro bovino (BSA) | Sigma | A4503 | 0,3% |
D-Glicose | Sigma | G5767 | 0,25% |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
D-PBS | Gibco | 21300 | 960 mg/100 ml |
-Make 100ml frescas para cada preparação
Estéril antes do uso do filtro
Tabela 3. Solução B para a preparação CGN
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Solução B | - | - | 19 ml |
Tripsina (5 estoque mg / ml, -20 ° C) | Sigma | T9201 | 1 ml |
Tabela 4. T solução para a preparação CGN
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Solução C | - | - | 3,2 ml |
Solução B | - | - | 16,8 ml |
Tabela 5. Solução W para CGN preparação
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Desoxirribonuclease (DNase, 500 U por 0,5 ml de ações, -20 ° C) | Sigma | D5025 | 0,5 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
Solução B | - | - | 10 ml |
Inibidor de tripsina de soja (SBTI, 0,5 mg por 0,5 ml de ações, -20 ° C) | Sigma | T9003 | 0,5 ml |
Tabela 6. Solução C para CGN preparação
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Albumina de soro bovino (BSA) | Sigma | A4503 | 4% |
Solução salina balanceada de Earle (EBSS) | Gibco | 24010 | 10 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 3 mM |
Tabela 7. EBSS solução para a preparação CGN
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
Citosina β-D-arabinofuranoside (Ara-C) * | Sigma | C1768 | 10 mM |
Fetal bovino Serum | Gibco | 10106 | 10% |
D-Glicose | Sigma | G5767 | 30 mM |
L-Glutamina | Sigma | G3126 | 2 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 25 mM |
Meio essencial mínimo (MEM) | Gibco | 21090 | 500 ml |
Penicilina (P) / estreptomicina (S) | Gibco | 15140 | 100 U / ml (P), 100 mg / ml (S) |
* Ara-C deve ser adicionado ao meio a partir de 1 DIV
Tabela 8. Meios de Cultura para a preparação CGN
Nome | Versão | Companhia |
---|---|---|
AxioVision Rel. | 4,8 | Carl Zeiss |
ImageJ | 1.42q | National Institutes of Health |
Microsoft Excel | 2003 | Microsoft |
Tabela 9. Software de computador específicos utilizados
Nome | Companhia | Catálogo não. | Concentração |
---|---|---|---|
CaCl 2 · 2H 2 O | Sigma | C7902 | 1,3 mM |
Glicose | Sigma | G5767 | 5 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 3,5 mM |
KH 2 PO 4 | Sigma | P9791 | 0,4 mM |
MgCl 2 · 6H 2 O | Sigma | M0250 | 1,2 mM |
NaCl | Fluka | 71378 | 170 mM |
NaHCO 3 | Fluka | 71627 | 5 mM |
Na 2 SO 4 | Suprimentos BDH Laboratory | 10264 | 1,2 mM |
TES | Sigma | T1375 | 20 mM |
Tabela 10. Solução salina (pH 7,4)
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