Name: analyses of actin dynamics, clutch coupling and traction force for growth cone advance
Uploaded: 2021-10-21T15:00:00
Duration: 7 min 53 s
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이 연구는 보조금 번호 21gm081001h00005 (N.I.I.에서 AMED에 의해 부분적으로 지원되었습니다. JSPS KAKENHI (JP19H03223, N.I.) 및 JSPS 그랜트 -에 이-초기 경력 과학자에 대 한 원조 (JP19K16258, T.M.), 불치성 질환에 대 한 오사카 의학 연구 재단 (T.M.), 그리고 NAIST 차세대 학제 간 연구 프로젝트 (Y.S.).

저자는 공개 할 것이 없습니다.

이 연구에서 설명된 프로토콜은 모든 실험실, 기관 및 대학에서 일상적으로 발견되는 시판되는 재료와 현미경 장비를 사용합니다. 따라서, 조사원은 그들의 연구 결과에서 현재단 단 하나 반점 화상 진찰 및 견인력 현미경 검사를 쉽게 채택할 수 있습니다.
반점 이미징은 액틴 중합및 클러치 커플링을 분석할 수 있습니다. 또한, 반점 이미징은 F-액틴 역행 흐름과 상호 작용하는 shootin1 및 cortactin과 같은 클러치 분자의 역행 흐름을 모니터링할 수 있습니다. TIRF 현미경을 이용하여, 세포 접착 분자 L1-CAM의 역행 흐름도 모니터링될 수 있다23,41; L1-CAM은 클러치 커플링 효율을 반영하는 그립 및 슬립 동작을 겪습니다23,41. 본 연구는 반점 이미징을 위한 TMR-HaloTag 시스템을 채택하지만 EGFP 및 단황 적색 형광 단백질과 같은 다른 형광 단백질도 분석16,18,20,23,24,27,39에서 사용할 수 있습니다. 액틴 반점 시각화를 위한 필수 사항은 형광 액틴의 낮은 발현 수준과 최소 영역의 조명(그림 2)입니다. 이 프로토콜에서는 Lifeact 및 HaloTag 액틴 신호가 순차적으로 획득됩니다. 액틴 역행 흐름이 상대적으로 느리기 때문에(4.5± 0.1 μm/min)24, F-액틴 역행 흐름 및 액틴 중합화 분석은 다른 형광 채널(~1s 간격)의 순차적 이미지 수집에 영향을 받지 않습니다. Lifeact는 널리 사용되는 F-액틴 마커이지만 액틴 결합 단백질47과 경쟁할 수 있습니다. 더 중요한 것은 Lifeact가 액틴 역학을 변화시켜 F-액틴 구조와 세포 형태에 영향을 미칠 수 있습니다47,48,49.
견인력 현미경 검사법은 성장 콘 발전을 유도하는 힘을 감지할 수 있습니다. 세포 외 매트릭스 내에 뉴런을 장착함으로써, 조사관은 또한 반 3D 환경에서 생성 된 힘을 분석 할 수있다11. 고배율 이미징은 성장 원뿔이 약한 견인력을 생성하기 때문에 견인력의 정확한 정량화에 중요합니다7. 나노기둥 또는 스트레스에 민감한 바이오 센서를 이용한 다른 방법도 견인력을 측정하는 데 사용되지만, PAA 겔 계법은 적응력이 뛰어나고 아크릴아미드및 비스 아크릴라미드의 농도를 변화시킴으로써 기판 강성을 조정할 수 있다41,44,52. 본 프로토콜에서 PAA 젤은 아크릴아미드 3.75% 및 0.03% 비스 아크릴아미드의 최종 농도로 제조된다; 영의 계수는 ~270 Pa22이며 이 강성은 뇌 조직의 범위 내에 있습니다 (100-10,000 Pa)53,54,55. PAA 젤 (~100 μm)의 두께로 인해 이 방법은 현미경 검사중에 고배율 렌즈의 사용을 제한합니다. 높은 배율 이미지를 얻으려면, 조사관은 레이저 스캐닝 공초점 현미경에서 줌 기능을 사용해야 합니다.
결론적으로, 현재반점 이미징 및 견인력 현미경 검사는 힘 세대의 주요 사건의 정량적 분석을 가능하게 한다. 이 정보는 성장 콘 발전과 탐색의 기초가 되는 메커니즘에 대한 이해를 향상시키는 데 매우 중요합니다.

개발 척추 동물 뇌에서, 뉴런은 정교하게 조직 된 마이그레이션을 겪고 기능적 신경 네트워크를 확립하기 위해 적절한 시냅스 파트너를 향해 축축을 투영1,2,3. 중성염 의 끝에 위치한 감각 및 운동 구조인 성장 콘은 뉴런 마이그레이션과 축삭의 속도와 방향을 결정3,4,5. 뉴런은 단단히 포장 된 환경에 둘러싸여 있기 때문에 성장 콘은 앞으로 이동하기 위해 자신의 환경에 대한 힘을 발휘해야합니다6,7. 뉴런 마이그레이션 및 축 하 지침의 기본 메커니즘을 이해 하려면, 성장 콘 사전에 대 한 분자 역학의 분석 필수적이다.
수십 년간의 분석에 따르면 성장 콘 발전을 촉진하는 견인력이 '클러치' 메커니즘에 의해 생성되는 것으로 나타났습니다. 이 메커니즘은 축 성장 콘뿐만 아니라 뉴런마이그레이션의 선도적 인 과정 성장 원뿔에서뿐만 아니라 기능하는 것으로 생각된다8,9,10,11,12. 즉, 성장 콘의 액틴 필라멘트(F-actins)는 최첨단에서 중합하고 근교로 비합합하여 최첨단 멤브레인13,14,15를 밀어냅니다. 그 결과, actomyosin 수축과 함께, 역행 흐름7,11,16,17,18,19,20,21이라고 불리는 F-액틴의 후방 이동을 유도한다. 클러치 및 세포 접착 분자는 F-actin 역행 흐름과 접착 기판 사이의 기계적 결합을 중재하고 F-액틴 흐름의 힘을 기판에 전달하여 성장 콘 어드밴스7,8,9,11,12,22를 위한 견인력을 생성합니다. . 동시에, 액틴 기판 커플링은 F-액틴 유량 속도를 감소시키고 액틴 중합화를 힘으로 변환하여 최첨단 멤브레인9,10을 돌출한다.
축 축 성장 콘 은 로컬 화학 단서를 감지 하 고 성장 콘 탐색에 대 한 방향 원동력으로 변환 3,23,24,25. 예를 들어, 축삭 유도 분자 넷린-1은 대장암(DCC)에서 삭제된 수용체를 자극하고, 로 구아노신 삼위산염(GTP)-결합 단백질 세포 분열 대조단백질 42(Cdc42) 및 Ras 관련 C3 보툴리눔 독소 기판 1(Rac1) 및 이들의 하류 박시(21)를 활성화한다. Cdc42 및 Rac1은 1) 액틴 중합화를 촉진하고, Pak1은 클러치 분자 촬영122,26을 인광한다. Shootin1은 액틴 결합 단백질 cortactin27을 통해 F-액틴 역행 흐름과 상호 작용합니다. Shootin1은 또한 L1 세포 접착 분자 (L1-CAM)20,24와 상호 작용합니다. Shootin1 인산화는 코락틴과 L1-CAM의 결합 친화성을 증가시키고, shootin1-매개 2) 클러치 커플링24,27을 향상시킵니다. 성장 콘 내에서, 액틴 중합 및 클러치 커플링의 비대칭 활성화는 넷린-1 소스의 측면에 대한 견인력 증가 3) 성장 콘 선삭에 대한 방향 구동력을 생성한다(도 1)24. 신경 이동 및 축 하 지침에 관하여 지난 수십 년 동안 집중적인 연구는 지도 분자의 이해를 향상 시켰다, 그들의 수용 체, 그리고 관련 다운 스트림 신호 폭포2,10,28,29,30. 그러나, 성장 콘 어드밴스에 대한 힘을 생성하는 분자 기계는 단지 해명되기 시작했다; 이는 메카노생물학적 분석을 위한 프로토콜의 제한된 사용에 기인할 수 있다.
본 연구는 단일 반점 화상 진찰16,18에 의하여 F-actin 역행 흐름을 감시하기 위한 상세한 프로토콜을 기술합니다. F-actin 역행 흐름의 모니터링은 초해상도 현미경 검사법, 방적 디스크 공초점 현미경 및 총 간섭 반사 형광(TIRF) 현미경 검사25,31,32,32,34,35,36,37,37,38을 사용하여 광범위하게 수행되었습니다. . 그러나 본 연구에서 프로토콜은 표준 형광 현미경을 사용하므로 쉽게 채택할 수 11,16,18,20,22,22,23,27,27,39,40,41,42. Lifeact43에 의한 F-액틴 라벨링과 결합하면, 단일 반점 이미징은 액틴 중합률과 F-액틴 역행 흐름과 접착제 기판 사이의 클러치 커플링 효율의 정량화를 허용한다39,42. 본 연구는 형광 비드 에 내장 된 폴리 아크릴아미드 (PAA) gel11,22,23,27,27,39,41,42,44를 사용하여 견인력 현미경 검사법의 상세한 프로토콜을 더 설명합니다. 이 방법은 힘 유도 비드 움직임을 모니터링하여 성장 콘 하에서 견인력을 감지하고 정량화합니다44,45. 오픈 소스 견인력 분석 코드가 제공되며 성장 콘 마이그레이션 중에 견인력을 정량화하는 방법을 자세히 설명합니다. 단일 반점 이미징 및 견인력 현미경 검사법의 도움으로 성장 원뿔 이동 및 탐색의 근간이되는 분자 역학을 이해하는 것이 촉진될 것입니다. 이러한 기술은 또한 학습 및 메모리42에서 중요한 것으로 알려져 있는 수지상 척추 확대의 근본적인 분자 역학을 분석하기 위해 적용됩니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.5% trypan blue stain solution</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>29853-34</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-aminopropyltrimethyoxysilane</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>281778-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide monomer</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>00809-85</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium persulphate</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td>17-1311-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axio Observer Z1</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>431007-9902-000</td>
			<td>Epi-fluorescence microscope (single speckle imaging)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B-27 supplement (50x)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17504-044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albmine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A7906-10G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Apochromat 63x/1.2 W Corr</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>421787-9970-799</td>
			<td>Objective lens (traction force microscopy)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslip (diameter 18 mm)</td>
			<td>Matsunami</td>
			<td>C018001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>16806-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNaseI</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>DN25-100MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10270-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiji</td>
			<td>Open source software package</td>
			<td>https://imagej.net/software/fiji/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FluoSpheres carboxylate-modified 0.2 mm, red (580/605), 2% solid</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>F8810</td>
			<td>carboxylate-modified microspheres</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bottom dish (14 mm diameter)</td>
			<td>Matsunami</td>
			<td>D1130H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bottom dish (27 mm diameter)</td>
			<td>Matsunami</td>
			<td>D1140H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutaraldehyde solution</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G5882-10X10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HaloTag TMR ligand</td>
			<td>Promega</td>
			<td>G8251</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HBO103 W/2</td>
			<td>Osram</td>
			<td>4050300382128</td>
			<td>Mercury lamp (single speckle imaging)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image Processing Toolbox</td>
			<td>MathWork</td>
			<td>https://www.mathworks.com/products/image.html</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin solution from mouse EHS tumor</td>
			<td>Wako</td>
			<td>120-05751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leibovitz&#8217;s L-15 medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>11415064</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>16919-42</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LSM710</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Conforcal laser microscope (traction force microscopy)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB2018a</td>
			<td>MathWork</td>
			<td>https://www.mathworks.com/products/new_products/release2018a.html</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse C57BL/6</td>
			<td>Japan SLC</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse neuron nucleofector kit</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>VPG-1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N,N&#8217;,N&#8217;-tetramethylethylenediamine (TEMED)</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>33401-72</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#8217;-methylenebisacrylamide</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>22402-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurobasal medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>21103-049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nucleofector I</td>
			<td>Amaxa</td>
			<td>AAD-1001</td>
			<td>Electroporation apparatus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ORCA Flash 4.0 V2</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>C11440-22CU</td>
			<td>CMOS camera (single speckle imaging)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Papain</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>26036-34</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parallel Computing Toolbox</td>
			<td>MathWork</td>
			<td>https://www.mathworks.com/products/parallel-computing.html</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pEGFP-C1</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>1528177</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-streptomycin (100x)</td>
			<td>Nacalai Tesque</td>
			<td>26253-84</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pFN21A-HaloTag-actin</td>
			<td>(Minegishi et al., 2018)</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS) pH 7.4 (10x)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>70011-044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plan-Apochromat 100x/1.4 Oil</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>420790-9901-000</td>
			<td>Objective lens (single speckle imaging)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pmNeonGreen-N1-Lifeact</td>
			<td>(Kastian et al., 2021)</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-D-lysine hydrobromide</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P6407-5MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slulfo-SAMPHA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>22589</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>08933-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydrate (NaOH)</td>
			<td>Nacalai</td>
			<td>31511-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel ball</td>
			<td>Sako tekkou</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Microshpere to determin PAA gel rigidity. 0.6 mm diameter, 7.87 g/cm3.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZEN2009</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/microscope-software/zen.html#introduction</td>
			<td>Image acquisition software (traction force microscopy)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZEN2012</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/microscope-software/zen.html#introduction</td>
			<td>Image acquisition software (single speckle imaging)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyses of actin dynamics, clutch coupling and traction force for growth cone advance

기능 성 네트워크를 설정하려면 뉴런이 적절한 대상으로 마이그레이션한 다음 축축을 대상 셀쪽으로 확장해야 합니다. 이러한 프로세스는 중성염의 끝에 위치한 성장 콘의 발전에 따라 달라집니다. 축 사 성장 콘 그들의 로컬 미세 환경을 감지 하 고 사이토스켈레탈 역학 및 액틴 접착 커플링 (클러치 커플링)을 변조 하 여 원동력을 생성 합니다. 연구의 수십 년 지침 분자의 식별으로 이어졌다, 그들의 수용 체, 그리고 하류 신호 폭포 신경 이동 및 축 하 지침을 조절하기 위한 폭포; 그러나, 성장 원뿔 사전및 탐색을 구동하는 힘을 생성하는 데 필요한 분자 기계는 단지 해명되기 시작했다. 뉴런 성장 콘의 선두 가장자리에서 액틴 필라멘트는 역행 흐름을 거치며, 이는 액틴 중합화 및 actomyosin 수축에 의해 구동됩니다. F-액틴 역행 흐름과 접착제 기판 사이의 클러치 결합은 성장 원뿔 발전을 위한 견인력을 생성합니다. 본 연구는 단일 반점 이미징에 의한 F-액틴 역행 흐름을 모니터링하기 위한 상세한 프로토콜을 설명합니다. 중요한 것은, F-actin 마커 Lifeact와 결합될 때, 이 기술은 F-actin 중합률 및 2) F-액틴 역행 흐름과 접착제 기판 사이의 클러치 커플링 효율을 정량화할 수 있다. 둘 다 성장 원뿔 사전 및 탐색을 위한 힘을 생성하는 데 중요한 변수입니다. 또한, 본 연구는 성장 콘에 의해 생성된 3) 견인력을 정량화할 수 있는 견인력 현미경 검사법의 상세한 프로토콜을 기술한다. 따라서, 단일 반점 이미징 및 견인력 현미경 검사법의 분석을 결합함으로써, 조사자들은 성장 콘 의 전진 및 탐색의 근간분자 역학을 모니터링할 수 있다.

액틴 중합률 및 클러치 커플링 효율을 정량화하는 단일 반점 이미징 높은 Lifeact 발현은 성장 콘 내에서 F-액틴 시각화를 허용합니다. 낮은 HaloTag-actin 표현은 F-액틴 역행 흐름의 모니터링을 허용합니다(그림 3, 보충 파일 2). 액틴 반점 추적을 통해 F-액틴 유량 속도를 측정할 수 있습니다(그림 3C,D). F-액틴 역행 흐름과 접착제 기판의 기계적 결합은 F-액틴 유량 속도를 감소시키기 때문에, 클러치 커플링 효율은 속도에서 추정될 수 있다. 더욱이, 라이프액트를 부착한 F-액틴 라벨링은 F-액틴 확장의 시각화를 지원하며 액틴 중합률(도 3E, F)을 정량화하는 데 유용하다.
견인력의 정량적 분석 여기에 제시된 방법론에 대한 엄격한 준수는 성장 콘 아래형구슬의 움직임을 드러낼 것이다(도 6C, 보충 파일 4). 기판에 F-actin 역행 흐름은 형광 구슬이 성장 콘 아래 후방으로 이동하는 원인이 되는 견인력을 생성한다. 견인력 분석 코드는 형광 비드 변위로부터의 견인력을 추정하고 계산된 견인력을 힘 벡터로 표현합니다. 견인력의 방향과 크기는 힘 벡터의 x 및 y-구성 요소로부터 결정된다(도 8C,D). 도 8D의 빨간색 상자는 힘 벡터의 x 및 y 구성 요소를 나타냅니다. 도 8C는 해당 성장 콘을 묘사합니다. x-y 좌표의 관점에서 벡터는 x축에 대해 -93.8°로 가리킵니다. 이 방향은 성장 원뿔의 후면을 향합니다(그림 8C). 견인력 F의 크기는 다음과 같이 계산되었습니다.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/63227/63227eq02.jpg">
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig01.jpg"> 그림 1: 힘 생성 및 성장 콘 탐색을 위한 성장 콘 기계. netrin-1 화학 요법 그라데이션은 축 상 성장 콘에 그것의 수용체 DCC의 비대칭 자극을 유도합니다. 이것은 Rac1및 Cdc42및 다운스트림 키나아제 Pak1을 활성화합니다. Rac1 및 Cdc42는 (1) 액틴 중합화를 촉진하는 반면, Pak1 인산염 은 1을 촬영하여 shootin1 매개 (2) 클러치 커플링을 향상시킵니다. 상기 액틴 역학및 클러치 결합의 비대칭 활성화는 넷린-1 소스의 측면에 있는 (3) 견인력을 증가시켜, 따라서 성장 콘 어트랙션을 위한 방향 동력을 생성한다. 여기에 제시된 프로토콜은 성장 원뿔 탐색을 위한 주요 변수(1)-(3)의 정량화를 허용한다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig02.jpg"> 그림 2: 완전히 열리고 좁은 다이어프램 아래 뉴런 성장 콘의 형광 이미지. 성장 콘은 Lifeact와 HaloTag-actin을 표현합니다. (A) 높은 Lifeact 발현은 성장 원뿔 형태의 시각화를 허용합니다. 반면에 HaloTag-actin 발현 수준은 매우 낮으며 다이어프램이 완전히 열릴 때 희미한 신호가 있습니다. (B) 다이어프램이 적절하게 좁아지면 배경 신호가 감소하고 단일 액틴 반점이 성장 콘에 나타납니다. 스케일 바: 5 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig3v2.jpg"> 도 3: 영상 처리 및 분석 소프트웨어 피지를 이용하여 F-액틴 유량 속도 및 액틴 중합속도를 정량화하기 위한 단계.(A) 분석을 위한 이미지의 각도를 조정한다. (1) F-액틴 번들에서 흐르는 액틴 얼룩(화살표헤드)을 찾아 선택한다. (2) > 회전을 변환하기 > 이미지를 선택합니다. (3) F-액틴 번들이 위쪽으로 향하도록 각도를 설정합니다. (4) 이미지의 각도가 변경됩니다. (B) 액틴 얼룩과 F-액틴 번들을 포함한 지역을 해동한다. (1) 도구 모음의 사각형을 클릭합니다. (2) 이미지의 영역을 설명합니다. 액틴 얼룩과 F액틴 번들의 끝을 명확하게 시각화할 수 있도록 이미지의 밝기와 대비가 증가합니다. (3) 중복되는 이미지 > 선택합니다. (4) F-액틴 번들에서 액틴 반점 흐름을 보여주는 5개의 시간 프레임을 입력합니다. (5) 선택한 스택 이미지가 화면에 나타납니다. (C) 액틴 반점에 오버레이 원. (1) 도구 모음에서 타원형을 클릭합니다. (2) 액틴 반점에 원을 그립니다. (3) 이미지 > 오버레이를 선택> 선택 추가 선택합니다. (4) 원이 겹쳐져 있습니다. 5) 나머지 액틴 반점에 원을 오버레이 반복합니다. (D) 5시간 동안 액틴 반점의 전좌 거리를 측정합니다. (1) 도구 모음에서 직선을 클릭합니다. (2) 원의 중심을 연결하는 선을 그립니다. (3) 측정 > 분석선택합니다. 결과, 매개 변수 높이(빨간색 상자)로 표시되어 액틴 반점 전좌 거리를 중계합니다. (E) 5개의 시간 프레임 동안 F-액틴 돌출 길이의 변화를 측정합니다. (1) F-액틴 돌출의 끝을 연결하는 선을 그립니다. (2) 측정 > 분석 선택합니다. 결과(빨간색 상자) 높이는 F-액틴 번들의 확장 길이를 나타냅니다. (F) 액틴 중합속도는 F-액틴 유량 속도 및 연장속도의 합으로부터 계산된다. 보충 파일 2도 참조하십시오. 보충 파일 3은 조사관이 위에서 설명한 방법론을 연습하도록 지원합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig3v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig04.jpg"> 그림 4: PAA 젤 준비를 위한 단계. 자세한 설명은 7.1단계를 참조하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig05.jpg"> 그림 5: PAA 젤 강성의 결정. (A) 마이크로스피어 들여쓰기 방법. 형광 비드 임베디드 PAA 젤에 마이크로스피어를 배치하면 마이크로스피어의 무게가 겔내 들여쓰기를 유발합니다. 들여쓰기 깊이는 마이크로스피어에 의해 들여진 PAA 겔의 마이크로스피어(B,C) 형광 이미지의 바닥에서 PAA 젤 표면의 z-위치를 빼고 형광구를 함유하여 계산된다. 레이저 스캐닝 공초점 현미경은 젤 표면(B)과 마이크로스피어(C)의 바닥의 이미지를 캡처하는 데 사용되었다. 형광 구슬로부터의 신호는 들여쓰기 부위(B, 원)의 겔 표면에서 볼 수 없다. 그러나 마이크로스피어의 맨 아래에서 관찰할 수 있습니다. 스케일 바: 50 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig06.jpg"> 그림 6: 신경 성장 원뿔의 힘 매핑. (A-C) PAA 젤에 내장된 구슬의 형광 이미지와 EGFP로 시각화된 신경 성장 원뿔. 타임랩스 이미지(A)를 인수한 후, 뉴런은 SDS 용액을 적용하여 겔 기판으로부터 방출되었고, 훈련되지 않은 기판에서 구슬의 이미지가 포착되었다(B). (C) 훈련되지 않은 기판의 구슬 이미지는 원래(녹색) 및 변위(빨간색) 위치에 구슬을 표시합니다. 성장 콘의 EGFP 신호는 파란색으로 표시됩니다. Kymographs(오른쪽)는 147s의 지속 시간 동안 3s 간격으로 구슬의 움직임을 표시하며, 박스인 영역 1과 2의 화살표로 표시됩니다. 영역 2의 비드는 참조 구비드입니다. 스케일 바: (A), (B) 및 (C, 왼쪽) 및 1 μm (C, 중간)에 대한 2 μm. 보충 파일 4도 참조하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig07.jpg"> 도 7: 피지를 이용한 훈련되지 않은 기판에서 비드 이미지의 x-y 위치를 보정하는 단계. (A) 형광 구슬의 타임랩스 스택 이미지와 함께 훈련되지 않은 기판으로 비드 이미지를 결합한다. (1) 이미지 > > 도구 > 연결된 이미지를 선택합니다. (2) Image1 및 Image2에서 비훈련된 기판및 형광구슬의 타임랩스 스택 이미지를 각각 선택한다. 확인을 클릭합니다. (3) 훈련되지 않은 기판의 비드 이미지가 타임랩스 스택 이미지에 추가된다. (B) 형광 비드 이미지의 x-y 위치를 수정합니다. (1) 스크롤 막대(빨간색 프레임)를 사용하여 이미지 스택에서 두 번째 프레임(빨간색 화살표)을 선택합니다. (2) 스택레그와 > 플러그인을 선택합니다. (3) 드롭다운 목록(빨간색 프레임)에서 강체를 선택하고 확인을 클릭합니다. x-y 위치의 수정이 시작됩니다. (C) x-y 위치 보정 비드 이미지를 저장합니다. x-y 위치 보정 스택 이미지의 첫 번째 프레임을 선택한 후 (1) 이미지 > 중복을 선택합니다. (2) 범위에 1을 입력하고 중복 스택을 선택 해제합니다. 그런 다음 확인을 클릭합니다. (3) 훈련되지 않은 기판의 x-y 위치 보정 비드 이미지가 화면에 나타납니다. 이 이미지를 티프 파일로 저장합니다. 보충 파일 6은 조사관이 위에서 설명한 방법론을 연습하도록 지원합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig07large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63227/63227fig08.jpg"> 그림 8: 오픈 소스 견인력 분석 코드를 사용하여 뉴런 성장 콘 하에서 견인력분석. GUI에서 선택한 시간 경과 이미지는 드롭다운 목록에서 확인할 수 있으며 슬라이더가 표시된(빨간색 상자)에서 확인할 수 있습니다. (B) 성장 콘을 포함하는 영역을 선택합니다. (1) GUI에서 ROI를 클릭합니다. 마우스 커서를 사용하면 셀 이미지에 두 점(화살표 헤드)을 지정합니다. (2) 셀 이미지에 빨간색 상자가 나타납니다. 두 번의 클릭으로 두 모서리의 위치를 결정합니다. (C) 성장 콘 아래에 검출된 구슬(흰색 점)을 선택합니다. (1) GUI에서 구슬 선택(Select beads)을 클릭하고 클릭하여 성장 콘을 포함하는 다각형 영역을 구분합니다. Enter 키를 누릅니다. (2) 다각형 영역 내의 흰색 점이 빨간색으로 변경됩니다. (D) 견인력의 방향과 크기의 계산된 결과. 스프레드시트의 빨간색 상자는 견인력 해석에 의해 추정되는 힘 벡터의 x 및 y 구성 요소를 나타냅니다. 오른쪽 패널의 x-y 좌표에서, 성장 콘에 의해 생성된 힘 벡터는 x축에 대해 -93.8°로 가리킵니다. 이 방향은 (C)에서 성장 콘의 후면을 향한다. 보충 파일 6은 조사관이 위에서 설명한 방법론을 연습하도록 지원합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/63227fig08large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 1: 이 연구에 사용되는 솔루션 및 미디어의 조리법. 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/JoVE%20Review%20-%20Supplemental%20File%201-63227R1.xlsx" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 2: 신경 성장 콘에 HaloTag-actin의 Lifeact 및 형광 반점 화상 진찰의 형광 화상 진찰. 라이프액트(녹색) 및 할로태그 액틴(마젠타). 이미지는 총 147s의 기간 동안 3 s마다 획득되었습니다. 스케일 바: 2 μm. 그림 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/JoVE%20Review%20-%20Supplemental%20File%202.mp4" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 3: F-액틴 흐름 속도와 액틴 중합 속도를 정량화하기 위한 실습 데이터. Lifeact (녹색) 및 HaloTag 액틴 (마젠타)의 멀티 채널 타임 랩스 스택 이미지. 그림 3도 참조하세요. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/Supplemental%20file%203.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 4: 신경 성장 콘에서 견인력을 감지 하는 힘 매핑 비디오. 구슬의 원래(녹색) 및 변위(빨간색) 위치입니다. 성장 콘의 EGFP 신호는 파란색으로 표시됩니다. 이미지는 147 s에 대한 3 s마다 획득했다. 스케일 바: 2 μm. 그림 6도 참조하세요. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/JoVE%20Review%20-%20Supplemental%20File%204.mp4" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 5: 견인력 분석 코드입니다. 자세한 내용은 8.12 단계를 참조하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/JoVE%20Review%20-%20Supplemental%20file%205.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 6: 견인력을 정량화하기 위한 연습 데이터. 훈련되지 않은 기판및 단일 채널 타임랩스 스택 RGB 이미지의 단일 채널 RGB 이미지는 성장 콘, EGFP 및 밝은 필드 아래에서 형광 구슬의 RGB 이미지를 스택합니다. 그림 7 과 8도 참조하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63227/JoVE%20Review%20-%20Supplemental%20file%206.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Analyses of Actin Dynamics, Clutch Coupling and Traction Force for Growth Cone Advance Video (Video) | JoVE

진급하려면 성장 콘이 외부 환경에 대한 견인력을 발휘해야 합니다. 견인력의 생성은 액틴 역학 및 클러치 커플링에 의존합니다. 본 연구는 성장 콘 발전을 위한 액틴 역학, 클러치 커플링 및 견인력을 분석하는 방법을 설명합니다.

액틴 다이내믹스, 클러치 커플링, 성장 콘 발전을 위한 견인력 분석

To establish functional networks, neurons must migrate to their appropriate destinations and then extend axons toward their target cells. These processes ...

단일 반점 이미징 및 견인력 현미경의 결합 분석은 성장 콘 사전 및 탐색을 위해 분자 기계를 분석할 수 있습니다. 이 기술은 시판되는 재료와 표준 현미경을 사용한다. 연구원은 말 그대로 그들의 연구 결과에 있는 기술에 적응할 수 있습니다.테트라메틸 로다민 또는 TMR 리간드로 뉴런을 체외 3에서 1~2000의 배양 배지에서 희석하여 치료하는 것으로 시작합니다. 그런 다음 1 시간 동안 5 %의 이산화탄소로 섭씨 37도에서 뉴런을 유지합니다. 인큐베이션 후, 사전 따뜻하게 된 PBS로 TMR 리간드를 세 번 씻으시다.온난한 라이보비츠의 L-15 배지를 뉴런에 추가하기 전에 PBS를 제거하십시오. 1 시간 동안 섭씨 37도에서 뉴런을 유지하십시오. 다음으로, 상피 성약 현미경을 켜고 상태 최고 인큐베이터를 섭씨 37도로 설정합니다.그런 다음 TMR 리간드 처리 된 뉴런을 따뜻한 스테이지 상단 인큐베이터에 유리 바닥 접시에 놓습니다. Lifeact 및 HaloTag 액틴 형광 채널의 노출 시간을 500밀리초로 설정하고 50프레임에 대해 3초 간격으로 픽셀당 0.065 미크론으로 비닝합니다. 라이프액트와 주간을 강하게 표현하는 성장 콘을 선택한 후 HaloTag-actin을 표현합니다.다이어프램의 필드를 닫아 성장 콘을 포함하는 최소 영역을 조명하고 시간 경과 이미지를 수집합니다. 시험관 내 3일, 배양 배지를 따뜻한 라이보비츠L-15 배지의 0.5 밀리리터로 대체하고 섭씨 37도에서 1시간 동안 뉴런을 유지한다. 견인력 현미경검사의 경우 레이저 스캐닝 공초점 현미경을 켜고 스테이지 상단 인큐베이터를 섭씨 37도로 설정합니다.미리 경고된 스테이지 상단 인큐베이터에 유리 바닥 접시에 뉴런을 놓습니다. 메뉴 스크립트에 설명된 바와 같이 이미지 수집 매개변수를 설정하고 향상된 녹색 형광 단백질 또는 EGFP를 강력하게 표현하는 성장 콘을 선택합니다. 젤 표면에 초점을 맞추고 시간 경과 이미지를 수집합니다.완료되면 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 단일 채널 시간 경과 RGB 이미지 스택을 생성합니다. 그런 다음 이미지를 티프 파일로 저장합니다. 다음으로, 증류수에 용해된 도데실 황산나트륨 또는 SDS에 100마이크로리터를 적용하여 기판에서 뉴런을 방출하여 젤 기판을 이완한다.그런 다음 스테이지 상단 인큐베이터에서 온도를 안정시키기 위해 섭씨 37도에서 5분 동안 접시를 배양합니다. 레이저 스캐닝 공초점 현미경에서, 훈련되지 않은 기판에서 구슬의 이미지를 얻기 위해 젤 표면에 초점을 맞춥니다. 훈련되지 않은 기판에서 구슬의 단일 채널 RGB 이미지를 생성하고 이 이미지를 티프 파일로 저장합니다.견인력 분석 코드 TFM2021을 다운로드하고 MATLAB에서 TFM2021을 엽니다. 메인 을 엽니 다. TFM2021에서 m을 실행하고 실행합니다.그래픽 사용자 인터페이스가 화면에 나타나면 됩니다. 훈련되지 않은 하중을 클릭하고 훈련되지 않은 기판에서 비린도의 비드 이미지를 수정한 X-Y 위치를 선택합니다. 형광 비드 이미지를 로드하고 이미지 구슬의 시간 경과 스택을 선택합니다.그런 다음 로드 밝은 필드 이미지를 클릭하여 밝은 필드의 시간 경과 스택 이미지를 선택하고 로드 GFP 이미지를 사용하여 EGFP의 시간 경과 스택 이미지를 선택합니다. 그래픽 사용자 인터페이스의 드롭다운 목록에서 표시된 셀 이미지의 두 점을 클릭하여 성장 콘을 포함한 관심 사각형 영역을 지정하기 위해 ROI를 클릭하기 전에 GFP를 선택합니다. 일단 그래픽 사용자 인터페이스의 저장 버튼을 클릭하면 선택한 스택 이미지를 매트 파일에 ROI와 함께 저장합니다.다음으로 대화 상자에 원하는 값을 감지하고 입력하여 비드 감지임계값을 결정합니다. 계산을 시작 괜찮아. 계산을 마친 후 플롯 트랙을 클릭하여 이전에 선택한 영역을 확대하고 감지된 구슬을 흰색 점으로 표시합니다.선택 구슬을 사용하여 성장 콘 아래에 올바른 점을 포함하는 다각형 영역을 구분합니다. 그런 다음 키보드에 입력을 누르면 다각형 영역 내의 흰색 점이 빨간색으로 변경됩니다. 그래픽 사용자 인터페이스에서 추정 힘을 클릭합니다.그런 다음 원고에 설명된 픽셀 크기와 영의 계수에 대한 입력 값을 입력합니다. 푸아송 비율에 대한 값을 0.3으로 넣고 계산을 시작하려면 추정 힘을 실행합니다. 소프트웨어는 스프레드시트 형식 파일에 계산 결과를 저장합니다.뉴런 성장 콘의 형광 이미지는 완전히 개방적이고 좁은 다이어프램 하에서 성장 콘 형태의 시각화를 허용하는 높은 Lifeact 표현을 보였다. HaloTag-actin 발현 수준은 희미한 신호로 매우 낮았습니다. 다이어프램이 적절하게 좁아지면 배경 신호가 감소하고 반점에 있는 단일 행위가 성장 콘에 나타납니다.적절하게 모든 단계를 달성 연구원은 성장 콘에서 F-actin 역행 흐름을 관찰합니다. 폴리아크릴아미드 겔의 강성은 마이크로피어의 무게로 인한 들여쓰기의 깊이를 계산하여 결정되었다. 레이저 스캐닝 공초점 현미경은 젤 표면과 마이크로 피어의 바닥의 이미지를 캡처하는 데 사용되었다.형광 구슬의 신호는 들여쓰기 된 영역의 젤 표면에서 보이지 않았다. 폴리아크릴아미드 젤과 신경 성장 콘에 내장된 구슬의 형광 이미지는 구슬의 원점에서 구슬을 나타내고 변위된 위치를 보였다. 성장 콘의 EGFP 신호도 관찰되었다.키모그래프는 참조 비드에 비해 비드의 움직임을 표시했다. 단일 반점 이미징을 수행 할 때, 중요한 것은 주간 두 개의 최소 영역 에서 액트인하는 방법을 표현하는 뉴런을 선택합니다. 견인력 현미경 검사를 수행할 때, 높은 배율 이미징은 정확한 견인력 의 농도에 중요합니다.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Analyses of Actin Dynamics, Clutch Coupling and Traction Force for Growth Cone Advance

Labeling F-actin Barbed Ends with Rhodamine-actin in Permeabilized Neuronal Growth Cones

Labeling F-actin Barbed Ends with Rhodamine-actin in Permeabilized Neuronal Growth Cones Video (Video) | JoVE

Permeabilized의 연결을 성장 콘스에서 Rhodamine - 굴지와 F - 굴지 이던가 엔드 레이블

The motile tips of growing axons are called growth cones. Growth cones lead navigating axons through developing tissues by interacting with locally ...

연구

신경과학

Morphometric Analyses of Retinal Sections

Morphometric Analyses of Retinal Sections Video (Video) | JoVE

망막 섹션 Morphometric 분석

Morphometric analyses of retinal sections have been used in examining retinal diseases. For examples, neuronal cells were significantly lost in the ...

Transretinal ERG Recordings from Mouse Retina: Rod and Cone Photoresponses

Transretinal ERG Recordings from Mouse Retina: Rod and Cone Photoresponses Video (Video) | JoVE

마우스 망막에서 Transretinal 에르그 레코딩 :로드 및 원뿔 Photoresponses

There are two distinct classes of image-forming photoreceptors in the vertebrate retina: rods and cones. Rods are able to detect single photons of light ...

Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish

Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish Video (Video) | JoVE

자유롭게 수영 약하게 전기 생선의 장기 행동 추적

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and ...

Flow Cytometry Protocols for Surface and Intracellular Antigen Analyses of Neural Cell Types

Flow Cytometry Protocols for Surface and Intracellular Antigen Analyses of Neural Cell Types Video (Video) | JoVE

신경 세포 유형의 표면에 대한 유동 세포 계측법 프로토콜 및 세포 내 항원 분석

Flow cytometry has been extensively used to define cell populations in immunology, hematology and oncology. Here, we provide a detailed description of ...

Imaging Ca2+ Dynamics in Cone Photoreceptor Axon Terminals of the Mouse Retina

Imaging Ca2+ Dynamics in Cone Photoreceptor Axon Terminals of the Mouse Retina Video (Video) | JoVE

이미징 CA<sup&gt; 2 +</sup마우스 망막의 광 수용체 콘 축삭 터미널에서&gt; 역학

Retinal cone photoreceptors (cones) serve daylight vision and are the basis of color discrimination. They are subject to degeneration, often leading to ...

Quantification of Filamentous Actin (F-actin) Puncta in Rat Cortical Neurons

Quantification of Filamentous Actin F-actin Puncta in Rat Cortical Neurons Video (Video) | JoVE

쥐 두피 뉴런의 사상 액틴 (F - 굴지) puncta의 정량

Filamentous actin protein (F-actin) plays a major role in spinogenesis, synaptic plasticity, and synaptic stability. Changes in dendritic F-actin rich ...

Peering at Brain Polysomes with Atomic Force Microscopy

Peering at Brain Polysomes with Atomic Force Microscopy Video (Video) | JoVE

원자 힘 현미경과 뇌 Polysom​​es에서 피어링

The translational machinery, i.e., the polysome or polyribosome, is one of the biggest and most complex cytoplasmic machineries in cells. Polysomes, ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography Video (Video) | JoVE

미세 및 휴식 상태 Electroencephalography의 오메가 복잡도 분석

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

Visualizing Axonal Growth Cone Collapse and Early Amyloid &#946; Effects in Cultured Mouse Neurons

Visualizing Axonal Growth Cone Collapse and Early Amyloid Î² Effects in Cultured Mouse Neurons Video (Video) | JoVE

시각화 Axonal 성장 콘 붕괴 교양된 마우스 신경에 있는 초기 아 밀 로이드 β 효과

Amyloid-&#946; (A&#946;) causes memory impairments in Alzheimer's disease (AD). Although therapeutics have been shown to reduce A&#946; levels in the ...