Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В работе описана оптимизация параметров сбора данных флуоресцентной микроскопии для визуализации аксонального транспорта эндогенных меченых грузов с однонейронным разрешением у живой нематоды.
Аксональный транспорт является необходимым условием для доставки аксональных белков от места их синтеза в теле нейронной клетки к месту их назначения в аксоне. Следовательно, потеря аксонального транспорта нарушает рост и функцию нейронов. Таким образом, изучение аксонального транспорта улучшает наше понимание биологии нейрональных клеток. С недавними улучшениями в редактировании генома CRISPR Cas9 эндогенная маркировка аксональных грузов стала доступной, что позволило выйти за рамки визуализации транспорта на основе эктопической экспрессии. Тем не менее, эндогенная маркировка часто происходит за счет низкой интенсивности сигнала и требует стратегий оптимизации для получения надежных данных. В данной статье мы описываем протокол оптимизации визуализации аксонального транспорта путем обсуждения параметров сбора данных и подхода к отбеливанию для улучшения сигнала эндогенного меченого груза на диффузном цитоплазматическом фоне. Мы применяем наш протокол для оптимизации визуализации предшественников синаптических везикул (SVP), меченных зеленым флуоресцентным белком (GFP), меченным RAB-3, чтобы показать, как тонкая настройка параметров сбора может улучшить анализ эндогенно меченого аксонального груза у Caenorhabditis elegans (C. elegans).
На протяжении всей жизни нейроны полагаются на аксональный транспорт для доставки белков, липидов и других молекул из тела клетки к их конечному пункту назначения в аксоне. Следовательно, нарушение аксонального транспорта связано с потерей функции нейронов и часто участвует в патологии нейродегенеративных расстройств 1,2. Следовательно, понимание механизмов, лежащих в основе аксонального транспорта, представляет большой интерес.
Несколько десятилетий исследований аксонального транспорта позволили получить много важных сведений о молекулярных механизмах, которые опосредуют этот транспорт, их составе, а также регуляторных механизмах. Дальний аксональный транспорт происходит на цитоскелете микротрубочек, который состоит из частично перекрывающихся полимеров микротрубочек, которые обычно ориентированы плюсовым концом наружу в аксонах3. Следовательно, антероградный транспорт опосредован моторными белками, которые идут к плюсовому концу микротрубочек, кинезинам, тогда как ретроградный транспорт зависит от мотора, направленного на минус конец. Несмотря на то, что многие аспекты транспорта были раскрыты, для многих аксональных белков до сих пор остается неясным, как они загружаются в транспортный механизм, как организованы отдельные транспортные пакеты икак регулируется этот транспорт.
Аксональный транспорт первоначально изучался в экспериментах по радиоактивному мечению, в которых радиоактивно меченые аминокислоты вводились в соматический компартмент, где они включались в зарождающиеся эндогенные белки и могли быть прослежены с течением времени в аксональном компартменте с помощью авторадиографии4. Несмотря на то, что эксперименты по радиоактивному мечению позволили изучить аксональный транспорт эндогенных белков in vivo, они не позволяют напрямую следить за поведением отдельного груза для получения механистических идей4. Это ограничение было преодолено с помощью флуоресцентной микроскопии. Тем не менее, аксональный транспорт часто визуализируется не на эндогенных белках, а посредством экспрессии флуоресцентной меченой копии. Особенно для белков с низкой экспрессией, сверхэкспрессия обеспечивает более высокую интенсивность сигнала, что делает возможной визуализацию, предпочтительно с разрешением одного нейрона. Более того, эктопическая экспрессия флуоресцентного меченого белка обходит необходимость и проблемы редактирования генома. И наоборот, утверждалось, что поведение эктопически выраженного груза может отличаться от поведения эндогенногогруза5.
Недавние усовершенствования в редактировании генома сделали стратегии эндогенного мечения более доступными. Следовательно, более низкая интенсивность сигнала стала основным ограничением для изучения аксонального транспорта груза путем эктопической экспрессии, а не эндогенной маркировки. Тщательный анализ стратегии эндогенной маркировки в сочетании с оптимизацией условий приобретения может решить эту проблему.
Нематоды представляют собой отличную исследовательскую модель для изучения аксонального транспорта in vivo благодаря их прозрачности и простоте в генетических манипуляциях. В этом протоколе мы описываем исследовательскую стратегию для визуализации аксонального транспорта эндогенных белков с разрешением одного нейрона у живых Caenorhabditis elegans. Мы визуализируем аксональный транспорт предшественников синаптических везикул с помощью штамма, созданного лабораторией Йоргенсена6, в котором везикула-ассоциированная RAB GTPase, RAB3, эндогенно помечена GFP в моторном нейроне DA9. Задаваясь вопросом о том, как небольшие изменения в различных параметрах регистрации и фотообесцвечивании могут улучшить визуализацию отдельных событий переноса, протокол дает идеи о том, как оптимизировать условия визуализации.
Подробный протокол о том, как поддерживать и подготавливать нематод для визуализации живых клеток, см. в работе S.Niwa 7.
1. Генерация штамма червя
В дополнение к генерированию штаммов нематод, Генетический центр Caenorhabditis (CGC)8 содержит растущую коллекцию штаммов нематод с эндогенно флуоресцентно помеченными белками, которые можно получить непосредственно с их веб-страницы.
2. Работа с червями и подготовка к визуализации
3. Микроскопия живых клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Точные значения параметров сбора данных могут отличаться в зависимости от микроскопа. Однако тренды для каждого параметра сбора данных должны быть независимыми от используемого микроскопа. В этом протоколе использовался конфокальный микроскоп с вращающимся диском, который был оснащен отдельной лазерной линией для отбеливания (подробнее о микроскопе см. в Таблице материалов ). Зеленая флуоресценция возбуждалась лазером с длиной волны 488 нм, а излучение фильтровалось эмиссионным фильтром ET525/36. Отбеливание проводилось с помощью лазерной линии с длиной волны 488 нм.
4. Анализ данных аксонального транспорта
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте ImageJ/Fiji19 для последующих этапов анализа изображений. Фиджи может считывать данные с помощью всех распространенных пакетов программного обеспечения для микроскопии.
Обзор модельной системы и методики измерений
Чтобы визуализировать аксональный транспорт предшественников синаптических везикул, мы проследили эндогенно меченый GFP RAB-3. Здесь мы используем недавно сгенерированныйштамм 6 GFP::Flip-on::RAB-3, в котором...
Ограничения метода и альтернативные методы
В этом протоколе мы оптимизировали параметры сбора данных для визуализации аксонального транспорта эндогенно меченого RAB-3, который связан с предшественниками синаптических везикул. Для визуализации RAB-3 мы испол...
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих или финансовых интересов, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Авторы хотели бы поблагодарить лаборатории Йогева и Хаммарлунда за техническую помощь, отзывы и обсуждения. Мы хотели бы выразить особую благодарность Грейс Суэйм за руководство по визуализации живых клеток, а также Грейс и Брайана Суэйма за первоначальную организацию ручного анализа кимографа в лаборатории. OG поддерживается стипендией Вальтера-Беньямина, финансируемой Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) -Project# 465611822. SY финансируется за счет гранта NIH R35-GM131744.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
Cover slips (22 mm x 22 mm, No1); Gold Seal Cover Glass | Thomas Scientific | 6672A14 | |
Levamisole | ChemCruz | sc-205730 | |
Microscope: Nikon Ti2 inverted microscope, Yokogawa CSU-W1 SoRa Scanhead, Hamatsu Orca-Fusion BT sCMOS camera, Nikon CFI Plan Apo lambda 60x 1.4 NA oil immersion objective, Nikon photostimulation scanner at 488nm with an ET525/36 emission filter | Nikon | Spinning Disc Confocal Microscope | |
NIS-elements AR | Nikon | Software for the Nikon Ti2 | |
Plain precleaned microscopy slides | Thermo Scientific | 420-004T | |
Nematode strain | Identifier | Source | |
rab-3(ox699[GFP::flip-on::rab-3]) (II); shyIs43(glr-4p::FLP-NLSx2; odr-1p::RFP) (II) | Park et al. (DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.052) | MTS1161 | Will be deposited at CGC (https://cgc.umn.edu/) |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены