Method Article
التحقيق في الاتجار بالغشاء أمر بالغ الأهمية لفهم وظائف الخلايا العصبية. هنا، ونحن نقدم طريقة لقياس الحركة الحويصلة في الخلايا العصبية. هذا هو وسيلة مريحة التي يمكن أن تتكيف مع القياس الكمي للاتجار الغشاء في الجهاز العصبي.
في الدماغ، نظم الاتجار غشاء تلعب أدوارا هامة في تنظيم وظائف الخلايا العصبية، مثل التشكل العصبية، اللدونة متشابك، والبقاء على قيد الحياة، والاتصالات الدبقية. حتى الآن، وقد ذكرت العديد من الدراسات أن عيوب في هذه النظم تسبب مختلف الأمراض العصبية. وهكذا، فهم الآليات الكامنة وراء ديناميات الحويصلة قد توفر أدلة مؤثرة التي يمكن أن تساعد في علاج العديد من الاضطرابات العصبية. هنا، نحن تصف طريقة لقياس الحركات الحويصلات، مثل المسافة الحركة ومعدل الحركة، وذلك باستخدام برنامج المكونات في لمنصة إيماجيج. للحصول على صور لتقدير الكميات، وصفنا الهياكل العصبية-ليسوسوم الخلايا العصبية مع إغف الموسومة بروتينات حويصلة علامة ولاحظ حركة الحويصلات باستخدام المجهر الفاصل الزمني. هذه الطريقة مفيدة للغاية وتبسيط قياس الحويصلة الحركة في نيوريتس، مثل المحاور العصبية، والتشعبات، وكذلك في سوما من الخلايا العصبية والخلايا الدبقية على حد سواء. Furthermoإعادة، وهذا الأسلوب يمكن تطبيقها على خطوط الخلايا الأخرى، مثل الخلايا الليفية والخلايا البطانية. ويمكن أن يوفر هذا النهج تقدما قيما لفهمنا للاتجار بالأغشية.
السيطرة الدقيقة على الاتجار إندوسوم-ليسوسوم أمر لا غنى عنه لتنظيم وظيفة الخلايا العصبية. ومن الجدير بالذكر أن الحركات الديناميكية لهذه الحويصلات هي عامل رئيسي في تنظيم التشكل العصبي، والتنمية، والبقاء على قيد الحياة. العيوب في هذا النظام يسبب اضطرابات عصبية شديدة 1 ، 2 . وتعتبر الآليات الجزيئية التي تربط الاتجار بالحويصلة بالأمراض العصبية معقدة، وسعت عدة مجموعات إلى دراسة هذه الأهمية. على سبيل المثال، فقد أفيد أن الحركة المضطربة في نهاية متأخرة يرتبط بشكل كبير مع نيمان بيك C المرض 3 ، وهو اضطراب العصبية الموروثة الناجمة عن عيوب ليسوسوم. مثال آخر هو طفرة في الليسوزومية كا 2 + قناة، تربمل 1، مما يضعف الحركة الليزوزومية، مما أدى إلى أمراض تخزين الليزوزومية 4 ، 5 ، 6 . وقد ذكرت مجموعتنا أن التقلبات في بتدينز (3،5) P 2 دوران يلغي إندوسوم و ليسوسوم حركية في الخلايا العصبية، مما يؤدي إلى زيادة في التعرض للاستجابة الإجهاد 7 ، 8 . تنظيم الأيض من بتدينز (3،5) P 2 ، التي توضع في الغالب على إندوسوميس المتأخرة والليسوسومات، يلعب دورا هاما في مجموعة واسعة من الوظائف الخلوية، بما في ذلك الاتجار الحويصلة وعمليات الانصهار الانشطار 9 ، 10 . منذ ضعاف بتدينز (3،5) P 2 دوران يسبب التنكس العصبي الحاد 11 ، 12 ، وتنظيم شاذ من الحركة إندوسوم-ليسوسوم يمكن أن يكون عاملا رئيسيا لفهم التسبب في التنكس العصبي. وبالتالي فإن التحقيق في الآليات الجزيئية التي تكمن وراء حركية الحويصلة قد توفر أدلة واعدة يمكن أن تعمق وندرضوخ العديد من الاضطرابات العصبية.
في هذه الورقة، ونحن نقدم طريقة قيمة لتحديد الحركة الحويصلة في الخلايا العصبية باستخدام حزمة البرمجيات الحرة تسمى دليل تتبع. وكان الهدف هو تطوير طريقة القياس الكمي لتحليل الحركة الحويصلة. يتم توجيه هذا التقدير الكمي من خلال نهج قياسي من النقر على نقطة مرجعية في كل إطار من فيلم الفاصل الزمني. استخدام برنامج التتبع اليدوي يجعل هذا النهج بسيطا جدا ومنفعة واسعة، على عكس التطبيقات الأخرى. وعلاوة على ذلك، هذا النهج ينطبق أيضا على خلايا أخرى، مثل الخلايا الدبقية. على الرغم من أن هذه الطريقة بدائية، فإنه يمكن تطبيقها على التحليلات المختلفة، بما في ذلك الحركة الخلوية والتغيير المورفولوجي. على سبيل المثال، بعد تحديد نقطة مرجعية عبر سلسلة من الصور، يمكن استخراج المعلومات عن مواقف النقاط المرجعية والوقت في كل موقف من الصور المتسلسلة باستخدام تحليل البيانات ومعالجة الصور الناعمةوير. مجتمعة، وهذه الطريقة هي بسيطة ولكنها قوية ويسهم في تطوير كفاءة محسنة في الدراسات التي تقوم على الاتجار الغشائي، مثل تلك التي فحص وظيفة إندوسوم-ليسوسوم.
تم تنفيذ جميع الإجراءات الحيوانية بموافقة من لجنة تسوكوبا رعاية الحيوان واستخدامها (إاكوك).
1. تشريح
2. التصوير الحويصلة الحركة
3. تحليل الصورة
وقد تم تصميم هذا الفحص لقياس ديناميات الحويصلة في الثقافة في المختبر . وقد استخدم هذا الفحص لتحديد حركة الحويصلة المرتبطة مورفولوجيا الخلايا العصبية والبقاء على قيد الحياة. الشكل 1A والبيانات B عرض ممثل تظهر الحركة ليسوسوم في الخلايا العصبية. تم ترانزفكتد الخلايا العصبية القشرية مع علامة ليسوسوم، لامب-إغف، ولاحظت باستخدام المجهر مضان القياسية. وقد ذكرت سابقا أن الحويصلات إندوسوم-ليسوسوم محددة متحركة للغاية، حتى في يستريح الخلايا العصبية 8 . في الواقع، تظهر هذه النتائج على حد سواء يستريح والحويصلات تتحرك في نفس التغشية ( الشكل 1A و B ). عادة، يستريح حويصلات يحمل حركة اهتزازي، مثل حركة براونية، في [دندريتس] عصبية. في المقابل، الحويصلات المتحركة تظهر حركة غير منتظمة. نحن التكهن بأن كل حويصلة لديها مختلفةميزة التركيبية التي تكمن وراء تحديد وظيفة، حتى في الحويصلات ليسوسوم 8 . وهكذا، فإن تصنيف الحويصلات باستخدام هذا النهج قد توفر معلومات مفيدة. باستخدام هذا النظام، فمن السهل لتحديد متوسط حركية هذه الحويصلات ( الشكل 1C ) وتحليل خصائص حويصلة باستخدام هذا النظام بطريقة فعالة من حيث الوقت.
الشكل 1: حركة ليسوسوم في التشعبات العصبية. ( A ) الخلايا العصبية الماوس القشرية (4 ديف) ترانزفكتد مع لامب-إغف البلازميد لمدة 2 يوما. تظهر هذه الصورة حركية الحويصلات التي تحتوي على لامب-إغف في التشعبات. يظهر أقحم صورة الوقت الفاصل بين الحويصلات إيجابية لامب-إغف. يشير السهم الأحمر إلى حويصلة متحركة، ويشير رأس السهم الأزرق إلى حويصلة يستريح. رؤوس الأسهم البرتقالية تشير إلى إشارات الفلورسنت أكبر، كما أشيرإلى أعلى. شريط مقياس = 20 ميكرون. ( B ) موقف x- محور تعتمد على الوقت من الحويصلات إيجابية لامب-إغف من الشكل A. الحويصلة في الدائرة الحمراء المسمى (ب) يتحرك، والحويصلة في الدائرة الزرقاء المسمى (أ) يستريح. شريط مقياس: 5 ميكرون (يسار). الرسم البياني شريط يشير إلى المسافة الإجمالية للحركة لامب-إغف (يمين). ( C ) الرسم البياني شريط يشير إلى متوسط المسافة الحركية من الحويصلات التي تحتوي على لامب-إغف. (n = 5، يعني ± الخطأ المعياري للمتوسط [سيم]، ** p <0.01 بواسطة t -test للطالب). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
هذا البروتوكول يقدم الإجراء لقياس الحركة الحويصلة. في الخلايا العصبية الأولية، إندوسوميس و ليسوسوميس تميل إلى إظهار حركية عالية في الخلايا العصبية الأصغر سنا (4-6 ديف). وبالنظر إلى أن الخلايا العصبية يجب أن تقدم بعض المكونات إلى الحواف الرائدة لاستطالة العمليات العصبية، وينبغي أن يحدث الاتجار الغشائي بشكل حيوي خلال هذه المرحلة. وبالتالي، فمن المهم استخدام الخلايا العصبية الأصغر سنا لمراقبة الحركة الديناميكية في التشعبات العصبية. وبالإضافة إلى ذلك، حويصلات أكبر لا تميل إلى أن تظهر حركية عالية، حتى في الخلايا العصبية الأصغر سنا. ومن المرجح أن تشارك في حجم حويصلة في وتيرة الخطوات الانصهار الانشطار. قد يكون من الممكن أن الحويصلات المحددة التي لا تتحرك بشكل حيوي بسهولة تقبل الحويصلات الأخرى بسهولة وإنهاء تحركاتهم. وبالتالي، واختيار الحويصلات هو عملية هامة لهذا التحليل.
تتوفر عدة برامج مجانية في المكونات البرمجية لتتبع الأجسام 21 . على سبيل المثال، المسارحزمة ماتي يمكن تتبع الأجسام 22 ويمكن تعديلها من قبل البرامج العددية، وتوفير مجموعة من المعلومات الرياضية. من ناحية أخرى، فمن معقدة قليلا لاستخدام لتحليل الصور بسيطة نسبيا في هذا البروتوكول. Mtrack2 هو آخر المكونات في ويستند على مولتيتراكر المكونات في 23 . Mtrack2 هو أيضا مفيد لأنه يمكن تحديد الأهداف ومن ثم تحديد أي الأهداف في الإطارات التالية هي الأقرب. وهذا النهج مفيد لقياس كميات هائلة من البيانات؛ ومع ذلك، قد يكون التتبع اليدوي أكثر موثوقية لحجم أصغر من بيانات الصور. ولذلك، فإننا نوصي التتبع اليدوي لتحديد مجموعات أصغر من البيانات والاعتراف بأنه قد يكون من الأفضل استخدام برامج أخرى لمراقبة كميات أكبر.
وينبغي اتخاذ العديد من الاحتياطات في هذا النهج. أولا، يجب أن يكون معدل أخذ العينات عالية من أجل الحصول على بيانات صارمة. وذلك لأن بعض الحويصلات تظهر حركة سريعة ووالتغيرات المفاجئة، مثل الانصهار الانشطار، وأحداث ظهور الاختفاء يلاحظ في بعض الأحيان، مشيرا إلى أن التصوير المتكرر أمر حاسم لتجنب تفويت علامة على أي تغييرات. نقطة أخرى هي أن استخدام المجاهر الراقية، مثل المجهر متحد البؤر القرص ومجموع الانعكاس المجاهر مضان الداخلية، قد يكون المفتاح للحصول على بيانات عالية الدقة، مثيرة للاهتمام. فمن المستحسن لالتقاط الصور على فترات أقصر باستخدام المجهر الراقية، على الرغم من هنا، تم التقاط الصور كل 5 ثانية بسبب قيود المعدات.
وقد اقترحت دراسات كبيرة وجود صلة بيولوجية بين الاتجار الغشائي واضطرابات الخلايا العصبية 2 . على سبيل المثال، فقد ثبت أن العيوب الليزوزومية تشارك في اضطرابات عصبية حادة، مثل مرض نيمان بيك ومرض جوشر 24 . ومن المثير للاهتمام، وذكرت العديد من الدراسات أن حركة الليزوزومية وتوطين تشارك فيبداية اضطراب تخزين الليزوزومية 6 . فمن الممكن أن الحركة الحويصلة يمكن استخدامها كعلامة بيولوجية لهذه الاضطرابات. قد تنشأ واحدة من نهج مثيرة للاهتمام من توافر الخلايا الجذعية المحفزة البشرية (إيبسس). التحقيق الحويصلة الحركة باستخدام الخلايا العصبية المستمدة إيبسس قد تكشف عن المؤشرات الحيوية للاضطرابات تخزين الليزوزومية. ويوفر هذا النهج بعض الأدلة على العمليات التي تكمن وراء خطر المرض.
منذ هذا الفحص هو بسيط، فمن السهل الحصول على بيانات الحركة. أيضا، فإنه ينطبق على تحليل الأحداث الخلوية الأخرى، بما في ذلك الهجرة والتغيرات المورفولوجية. ومن المهم أن نلاحظ أن هذا النهج له العديد من القيود بسبب بساطته. على هذا النحو، فمن الضروري استخدام نهج أخرى، بما في ذلك الكهربية، والكيمياء الحيوية، وتحليل المجهر الالكتروني، لفهم الصلة الفسيولوجية الدقيقة للاتجار العصبية. ومع ذلك، فإن هذا النهج هو ميثو قيمة(د) مناسب للباحثين الذين يرغبون في تحليل الاتجار بطريقة مباشرة وفعالة من حيث الوقت.
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
نشكر الدكتور ريكاردو دولميتسش (كلية الطب بجامعة ستانفورد؛ الانتماء الحالي: معاهد نوفارتيس للبحوث الطبية الحيوية) للمساعدة في تطوير هذا التحليل والدكتور ماثيو وود، تاكوما أيهارا، ودونغسوك كيم لقراءتهم النقدية للمخطوطة.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Neurobasal medium | Thermo Fisher | 21103-049 | |
Dulbecco's modified eagle medium | Wako | 044-29765 | |
Opti-MEM | Thermo Fisher | 31985070 | Serum free medium |
Hank's balanced salt solution | Thermo Fisher | 14170112 | |
Penicilin Streptmycin | Thermo Fisher | 15140122 | |
L-Glutamine | Thermo Fisher | 25030081 | |
B-27 Supplements | Thermo Fisher | 17504044 | |
2.5% Trypsine | Thermo Fisher | 15090046 | |
poly-D-lysine hydrobromide | Sigma | P7280 | |
poly-L-ornithine | Sigma | P4957 | |
Nylon cell strainer | Corning | 431750 | |
Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher | 11668027 | Transfection reagent |
Polyethyleneimine "Max" | polysciences | 24765 | Transfection reagent. As an alternative to Lipofectamine2000, 0.1mg/ml Polyethyleneimine dissolved in sterilized water is available. But it is low efficiency and high toxicity. |
BIOREVO BZ-9000 | Keyence | NA | |
Incubation system INUG2-K13 | Tokay Hit | NA | |
GraphPad Prism version 6.0 | GraphPad Software | NA | |
Excel version 15 | Microsoft | NA | |
ImageJ verion 1.47 | NA | NA |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved