Method Article
我们描述了一个协议,允许在较长的时间,通过荧光显微镜观察生活中的神经元线粒体成像。过长时间的成像是通过一个mitochondrially有针对性的荧光蛋白,并利用一种廉价的舞台上方的孵化器,在我们的实验室设计和内置的慢病毒介导的表达。
要了解线粒体运输和神经功能之间的关系,关键是观察 1-3延长工期的生活培养的神经元线粒体的行为。这是现在可以通过使用重要的染料和荧光蛋白与细胞骨架,细胞器,并在活细胞中的其他结构可以被标记,然后通过动态的荧光显微镜,可视化。例如,在鸡胚交感神经元,线粒体运动的特点,使用的重要染料罗丹明123 4 。在另一项研究中,线粒体mitochondrially针对性EYFP 5转染大鼠前脑神经元的可视化。然而,初级神经元,超过分钟,小时,甚至天的成像提出了一些问题。其中最重要的是:1)维护的培养条件,如温度,湿度,pH值在长成像会话; 2)一个强大,稳定的荧光信号,以确保获得的图像质量和信号强度的精确测量,在图像分析; 3)限制在图像采集的曝光时间,以尽量减少漂白,避免光毒性。
在这里,我们描述了一个协议,允许观察,可视化和高时间分辨率和最佳的生活支持条件下培养的海马神经元线粒体运动分析。我们已经构建了一个负担得起的阶段顶孵化器提供了良好的温度调节和大气中的气体流量,也限制了媒体蒸发的程度,以确保稳定的pH值和渗透压。这个孵化器连接,通过进口和出口软管,一个标准的组织培养孵化器,它提供恒定的湿度水平和 5-10%的CO 2 /空气气氛。这种设计提供了一个成本效益的替代昂贵得多显微镜孵化器不一定保证了许多数小时甚至数天的细胞活力。为了形象化线粒体,我们与编码,有针对性地线粒体红色荧光蛋白的慢病毒感染的细胞。这保证了强大的和持久的的信号,配合稳定的氙气光源的使用,使我们能够限制在图像采集的曝光时间,但排除漂白和光毒性。舞台上方的孵化器顶部的两个注射口允许的神经递质和其他试剂的急性政府调节线粒体运动。总之,表达慢病毒介导的细胞器有针对性的红色荧光蛋白和我们的舞台上方的孵化器,传统的倒置荧光显微镜,CCD摄像头,以及氙气光源的结合使我们能够获得线粒体运输时间推移图像生活过较长的持续时间可能比那些在研究部署常规重要的染料和关闭的,现成的生命支持系统的神经元。
1。实验室建舞台上方的孵化器的说明
保持活细胞,在显微镜延长工期阶段提供了三大挑战:1)环境温度的控制和调节; 2)湿度控制,即保持水分含量的环境氛围; 3)维持适当的pH值在培养基中。这些“生命支持”问题是涉及长期培养的神经元,在温度和pH值的变化特别敏感的细胞,观察实验的关键。下面,我们描述了一个简单的实验室建造的舞台上的孵化器,我们在设计和建造实时成像神经元对延长工期。这个孵化器相连,通过一个封闭的回路,一个标准的组织培养培养箱(Thermo Scientific的阿什维尔,北卡罗来纳州),它提供了一个稳定的温水(37℃),10%的CO 2 / 90%的空气加湿的气氛。
2。海马文化的制备
所有的工作是在一个BSL2层流罩,或在层流台。海马神经元是从E18大鼠胚胎中分离根据标准程序 6-7,空调已经由初级皮层星形胶质细胞的无血清培养基中生长。根据公布的方法7,神经胶质细胞的准备。由低与脯氨酸补充的糖DMEM(1.76微克/毫升),天冬酰胺(0.83微克/毫升),维生素B12(0.34微克/毫升),血糖(20MM),富含脂质的BSA(0.5毫克/毫升的条件培养基)和B27的8-10%。无抗生素添加到中期,因为它们可能会干扰神经细胞的基因转录。
3。重组慢病毒编码的红色荧光蛋白的制备
对于那些没有获得生产重组慢病毒的设施的调查,由一个商业实体,如系统生物科技公司(美国加州Mountain View)的定制生产是一种选择。
增强巨细胞病毒主要立即早期基因启动子11的转录调控下一个mitochondrially针对性的红色荧光蛋白基因(MitoTurboRFP; Axxora有限责任公司,加利福尼亚州圣迭戈)插入一个自我失活的重组猫免疫缺陷病毒。重组慢病毒产生的瞬时转染293T细胞。
4。感染培养的神经元
通过简单地增加病毒的数量,估计感染高达50%基于流式细胞仪数据的所有神经元海马神经元培养在14天的体外感染。没有聚凝胺是用来。文化是保持3天前检查荧光蛋白的表达。如果信号太弱,那么文化是几天后返回到组织培养的孵化器和复检。
5。闭路生命支持系统的一般维护
6。应用膜盖GBM和安置在舞台上方的孵化器
7。图像采集
注意,大部分可用的成像软件平台,通过广泛的显微镜和相关的硬件相媲美的功能。各种图像采集和分析软件平台,包括MetaMorph和具体的显微镜使设计的方案,如徕卡,尼康的NIS元素应用套件,和卡尔蔡司AxioVision。在这个协议中,我们描述的图像采集和分析程序,我们使用Slidebook 5(智能成像创新,丹佛,CO)执行。然而,在本协议中所述的每个操作步骤的组成可以很容易适应使用的其他各种方案。
倒置荧光显微镜,过滤器配置,CCD摄像头,氙灯光源,和图像处理软件的描述 :
海马神经细胞线粒体运输的动态影像,我们使用了Leica DMI - 6000B倒置荧光显微镜和型号11-522-068机动阶段(莱卡微系统公司的CMS,韦茨拉尔,德国)装上一个库克Sensicam均衡CCD摄像头(“库克公司,罗穆卢斯,MI),一个萨特LAMBDA 10-2滤光轮和控制器(萨特仪器公司,诺瓦托,CA),和一个萨特DG - 4 300W氙气光源。可视化线粒体MitoTurbo红色荧光蛋白标记,我们使用一个为555nm的过滤器相结合,在DG - 4光源激发和600nm处的过滤器(峰值;塞达特四分光型号86100bs安装徕卡DM系列过滤器立方体,色度技术公司,波纹管瀑布,VT)和617nm,在显微镜和滤光轮,分别对排放。
图像采集和分析,我们使用数字显微成像软件包Slidebook 5。这是一个综合包,允许显微镜阶段,滤光轮,摄像头,光源,图像采集期间,以及各种图像处理和分析模块的全自动化控制。
下面,我们提供具体的,一步一步的指示获取时间的推移图像移动线粒体荧光标记使用Slidebook 5的神经元。
8。图像分析
9。代表性的成果
通过跟踪和分析在培养海马神经元线粒体运动,我们已经证明神经调节和线粒体贩运之间的联系。具体来说,我们发现,5 -羟色胺(5 - HT)或5 - HT1A受体激动剂8 - OH - DPAT, 刺激线粒体运动( 图 2A - C)8,而多巴胺(DA)D2受体激动剂,溴隐亭,抑制线粒体运动( 图2D - G)9。
图1。闭路阶段孵化器系统的设计孵化器的系统的下列组件:耐热聚甲醛塑料外壳(A),聚碳酸酯塑料窗口的矩形开口(B),铝的孵化器基地(三);孔。接受钢铁基地(四)职位;在孵化基地的中心凹唇薄35.1毫米直径的孔,以容纳35毫米大紫荆勋章菜(五); NALGENE软管(组织培养和顶部阶段,孵化器之间的连接;水分陷阱)( F,G,N)的组织培养孵化器(H);水族馆泵(一);气密ABS塑料盒(水族水泵房)(J);2000毫升锥形瓶(软管抑制振动消声器前阶段顶部孵化器)(K)冷却风扇的塑料外壳(L)为35mm GBM的盖子的塑料架(M);塑料活塞的位置(海外)。 (二)中的黄色箭头表示试剂的管理端口的位置。
图2。代表性的成果:调控线粒体运输答:文化的一个典型的大鼠海马神经元的轴突。用慢病毒编码的荧光蛋白标记的线粒体显示绿色; immunolabeled轴突与磷酸化神经丝蛋白抗体显示为红色。轴突的程度上是由黄色箭头表示。图像是由四个相互重叠的显微照片。 B.时间推移图像显示线粒体运动的一系列变化,给药后5 - 羟色胺的例子。通过倒置荧光显微镜图像收购和储存,后来转化为Quicktime电影的序列。代表序列的图像显示个人在不同时间点前(左图)和8 - OH - DPAT,5 - HT1A受体激动剂后(右图)管理的线粒体。垂直的红色矩形突出一个固定的线粒体(左)和振荡的多个时间点的线粒体(右)。振荡线粒体(左图)表示正在走向治疗后的轴突终端与8 - OH - DPAT(右面板;红边的白色箭头)。垂直的黄色线(右图)表示移动线粒体的起始位置。显示在右下角的角落,每帧的时间间隔。在右侧面板右下角的放大倍率(63 ×)表示。 C,D图解显示给药后5 - 羟色胺的线粒体运动的变化。线粒体运动的变化之前(C)和(四)5 - 羟色胺的管理地块的速度(X轴)与个体线粒体的初始位置,沿着轴突(Y轴)。固定(红色),振荡(蓝色),和定向移动(绿色)米的速度和比例itochondria表示在图和饼图(上述地块的插图),。突出地区的卡通轴突投射到每个小区的Y轴的红色虚线表示的大致位置和程度的轴突部分是成像。 E,F图解显示给药后DA的线粒体运动的变化。更改之前在线粒体运动(E)和(F)的DA的行政地块的速度(X轴)与个体线粒体的初始位置,沿着轴突(Y轴)后。速度和比例固定(红色),振荡(蓝色),和定向移动(绿色)的线粒体图,饼图(上述地块的插图),分别代表。突出地区的卡通轴突投射到每个小区的Y轴的红色虚线表示的大致位置和程度的轴突部分是成像。 G,H.代表kymographs显示在培养的神经细胞线粒体运动前(G)和(H)的D1R受体激动剂,溴隐亭管理。成像神经元一小时前(G)和1小时后(H)溴隐亭管理。
采用有针对性地在感染培养的神经元线粒体荧光蛋白的慢病毒介导的表达和廉价的实验室建阶段顶的孵化器,允许延长工期的活细胞成像,我们已经能够进行调查线粒体运动和neuromodulatory信号之间的联系5 - 羟色胺(5 - HT),多巴胺(DA),乙酰胆碱(ACH)等。我们的研究有助于阐明信号通路,第一次,链接线粒体贩运活动的神经递质,如5 - HT和DA神经元调制的变化 - 心脏神经功能。我们发现,使用有针对性的荧光蛋白许可证标记长时间,可能会比更短的工期可以使用重要的染料有关的生理,生活培养的神经元的线粒体观察。此外,荧光蛋白信号的强度,使我们能够保持在图像采集的曝光时间短,最大限度地减少漂白或光毒性的可能性。最后,一个简单和廉价的阶段顶部的孵化器,保持环境的温度,湿度,和二氧化碳水平,同时尽量减少媒体的蒸发,使我们能够按照居住超过几小时甚至几天的神经细胞线粒体运动。想编造一个阶段顶部的“孵化器”在活的神经元线粒体的长期观测的研究人员需要按照我们的设计提供精确的细节,使用(例如,透氧膜,以避免媒体蒸发的材料特性)和应用(例如,温度和湿度控制,pH值,渗透压维护的缓冲)的原则一般是在本议定书中所描述的一致。
我们要感谢他在舞台上方的孵化器的设计和制造技术的专业知识和高超的技巧贡献唐纳德赫特森。我们也感谢Ayda Dashtaei为她出色的技术援助。所有的工作是研究基金会的神经科学的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
数量 | 说明(在图1的位置) | ||
---|---|---|---|
1 | 组织文化的孵化器(H) | ||
1 | 耐热塑料外壳(聚甲醛或类似)(一) | ||
1 | 为35mm GBM的盖子的塑料架(贴上膜培养皿)(男) | ||
1-2 | 线性英尺清除PFTE(聚四氟乙烯)膜材料 | ||
4 | 铜拇指螺丝 | ||
2 | 小10kOhm散热片电阻(用于舞台上的孵化器外壳内的加热元件) | ||
1 | 变压器(9V电流供应电阻) | ||
1 | 水晶球温度控制器和探测器(恒温调节的电源通过变压器散热片电阻) | ||
1 | 2000毫升锥形瓶中(软管振动抑制孵化器前阶段顶部的消声器)(K) | ||
1 | 1 / 8“sorbothane表(顶部阶段,孵化器基地的垫片材料) | ||
1 | 气密性ABS(或类似)塑料盒(水族水泵房)(J) | ||
1 | 水族馆泵(一) | ||
1 | 小型计算机冷却风扇 | ||
1 | 塑料外壳的散热风扇(L) | ||
1 | 计算机9V变压器冷却风扇 | ||
20 -30英尺 | NALGENE或硅胶管(组织培养和阶段的孵化器之间的连接;水分陷阱)(F,G,N) | ||
2 | 塑料活塞(打开和关闭阶段顶部孵化器前后空气流通)(海外) | ||
4 | 刺黄铜软管接头(软管连接到/从舞台上的孵化器和水族馆泵的外壳) | ||
2 | 黄铜快速接头(软管连接到/从舞台上的孵化器) | ||
2 | 黄铜快速接头(软管连接到/从舞台上的孵化器) |
表1。舞台上的孵化器部分 :
试剂名称 | 公司 | 目录编号 |
---|---|---|
聚- D -赖氨酸 | Sigma - Aldrich公司 | P7280 - 5MG |
层粘连蛋白 | 罗氏应用科学部 | 11243217001 |
35毫米的玻璃底菜 | MatTek | P35GC - 0 - 14 - C |
DMEM培养液 | Life Technologies公司 | 10567 |
B27 | Life Technologies公司 | 17504-044 |
Glutamax | Life Technologies公司 | 35050 |
脂质丰富的牛血清白蛋白 | Life Technologies公司 | 11020-021 |
L -天冬酰胺 | Sigma - Aldrich公司 | P0380 - 100G |
L -脯氨酸 | Sigma - Aldrich公司 | A8381 - 100G |
维生素B - 12 | Sigma - Aldrich公司 | V2876 - 100MG |
5 - 羟色胺 | Sigma - Aldrich公司 | H9523 - 25毫克 |
8 - OH - DPAT | Sigma - Aldrich公司 | H8520 - 25毫克 |
多巴胺 | Sigma - Aldrich公司 | H8502 - 5G |
溴隐亭 | Sigma - Aldrich公司 | B2134 - 25毫克 |
SKF38393 | Sigma - Aldrich公司 | D047 - 100MG |
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