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Una técnica en vivo imágenes de fluorescencia para cuantificar la reposición y la movilización de las vesículas sinápticas específicas (SV) se estanca en los terminales nerviosos centrales se describe. Dos rondas de SV de reciclaje son monitoreados en las terminales nerviosas que se proporciona un control interno.
Después de la liberación de neurotransmisores en las terminaciones nerviosas centrales, SV son rápidamente recuperados por endocitosis. Consultado el SV se volvió a llenar con los neurotransmisores y reincorporarse a la piscina de reciclaje, definida como la SVS que están disponibles para 1,2 exocitosis. La piscina de reciclaje en general, se puede subdividir en dos grupos distintos - la piscina fácilmente liberable (PVP) y el fondo de reserva (RP). Como sus nombres lo indican, el PVP se compone de SV que están disponibles de inmediato para la fusión, mientras que RP SV sólo se liberan durante 1,2 estimulación intensa. Es importante tener un método seguro de que los informes de la reposición diferencial de estas piscinas SV a fin de comprender 1) cómo SV tráfico después de los diferentes modos de endocitosis (como clatrina dependiente de la endocitosis y la actividad dependiente de la endocitosis a granel) y 2) los mecanismos de la el control de la movilización tanto de la PRR y RP en respuesta a diferentes estímulos.
Colorantes FM se emplean habitualmenteed para informar cuantitativamente el volumen de negocios SV en los terminales nerviosos centrales 3-8. Tienen una cola de hidrocarburo hidrofóbico que permite particionar reversible en la bicapa lipídica, y un grupo de cabeza hidrofílica que bloquea el paso a través de membranas. Los colorantes tienen poca fluorescencia en solución acuosa, pero su rendimiento cuántico se incrementa dramáticamente cuando particionado en la membrana de 9. Así, colorantes FM es ideal para el seguimiento de sondas fluorescentes que se reciclan activamente SV. El protocolo estándar para el uso de tinte de FM es la siguiente. En primer lugar se aplican a las neuronas y se toman durante la endocitosis (Figura 1). Después de no internalizadas tinte se lava fuera de la membrana plasmática, reciclado redistribuir SV dentro de la piscina de reciclaje. Estos SV son consumidos con estímulos descarga (Figura 1). Desde FM tinte de etiquetado de la SVS es cuántica 10, la caída de la fluorescencia resultante es proporcional a la cantidad de vesículas liberadas. De este modo, el reciclaje y la fusión de SV generados a partir de la previous ronda de la endocitosis puede cuantificarse.
Aquí, se presenta un protocolo que ha sido modificado para obtener dos elementos adicionales de información. En primer lugar, los estímulos descarga secuencial se utilizan para descargar diferencialmente el PVP y la RP, para permitir la cuantificación de la reposición de determinados grupos de SV. En segundo lugar, cada terminación nerviosa se somete el protocolo en dos ocasiones. Por lo tanto, la respuesta de la terminal nerviosa mismo en S1 se puede comparar con la presencia de una sustancia de ensayo en fase S2 (Figura 2), proporcionando un control interno. Esto es importante, ya que el grado de reciclaje de SV a través de las terminales nerviosas distintas es muy variable 11.
Cualquier seguidor cultivos neuronales primarios pueden ser utilizados para este protocolo, sin embargo, la densidad de la galvanización, soluciones y condiciones de estimulación están optimizados para las neuronas granulares del cerebelo (CGNs) 12,13.
1. Granulares del cerebelo Preparación Neurona
2. Montaje experimental
3. Preparación de la muestra
4. S1 fase
5. Fase de recuperación (ver Figura 2)
6. Fase S2
7. Análisis de Datos
8. Los resultados representativos:
Un experimento de control, donde CGNs sometido a dos ruedas de idénticas medidas de carga y descarga se representa en la figura 5. Al comenzar una serie de experimentos, es esencial que un experimento de control de este tipo se lleva a cabo cada día para confirmar que S1 y S2 son comparables antes de diferentes condiciones experimentales en S2.
En este ejemplo, CGNs se cargaron con 10 M FM1-43 con un 80 Hz 10 s de estimulación (Figura 5). Figura 5b muestra FM1-43-Bornes nervio representado por fluorescentes puntos lagrimales. Rendimiento de la inversión se definieron más de 90 terminales de los nervios, como se muestra en la figura 5c. El mismo conjunto de regiones de interés se utiliza tanto para S1 y S2. Durante las dos descarga, el PVP se ha descargado primero con un 30 Hz (2 s) la estimulación seguida de RP descarga con 3 40Hz secuencial (10 s) estímulos (Figura 5). La caída de la fluorescencia en cada estímulo puede ser claramente observado y cuantificado (Figura 5d-e). Cuando se examina, la fluorescencia de gotas que corresponda a la PVP, RP y piscina reciclado total fueron comparables en ambos S1 y S2. Además, el 20% de reciclado SV residido en el PVP mientras que el 80% residía en el RP, tanto en S1 y S2.
Figura 1 Esquema de un experimento típico de FM. A) endocitosis SV se activa en presencia de FM tinte (representado en verde). El tinte es absorbido por la membrana invagina (solo SV o endosomas a granel). B) No interiorizado del colorante en la membrana plasmática es arrastrado por la perfusión. C) Tras la aplicación de un estímulo de descarga, etiquetado SV que se han hecho disponibles para fusible de liberación con la membrana plasmática que resulta en una pérdida de fluorescencia. D) El cambio en la fluorescencia (Df), que es proporcional a la cantidad de liberados etiqueta SV puede ser cuantificado.
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Figura 2 Manual de usuario de los posibles protocolos experimentales. A) Diagrama de flujo de un experimento de control donde las células pasan por dos rondas de FM colorante de carga y descarga (S1 y S2). Las células se pueden cargar mediante una serie de estímulos diferentes. Pasos de descarga son idénticos en que el PVP se descarga con 30 Hz durante 2 s seguido por RP descargar usando 3 veces 40 Hz durante 10 s. PVP y los estímulos reserva piscina descarga fueron separados por 40 segundos, todos los otros estímulos por 30 segundos. Las células se dejan de recuperar durante 20 minutos entre S1 y S2. Los diagramas de flujo de posibles modificaciones para probar el efecto de una sustancia ya sea B) endocitosis o C) exocitosis también se muestran. Prueba de la droga correspondiente puede ser perfundida en la cámara durante los períodos indicados.
Figura 3 Imágenes de análisis de datos en J de la imagen. Imágenes se muestranUna de brillo) y ajuste de contraste, B) la alineación del marco, c) Selección ROI, y D) la extracción de los valores de intensidad de uso de la imagen J.
Figura 4 Imágenes de análisis de datos en Microsoft Excel. Imágenes se muestran en A) la importación de datos crudos de la imagen J (1 columna st = número del cuadro, columnas = datos de terminales nerviosas individuales) B) el ajuste de los valores de referencia S1 (cuadro 10) a un valor arbitrario (200) en el inicio del primer estímulo, C) el ajuste de los valores de referencia S2 en el fotograma 55 con un protocolo idéntico al S1, y D) la medición de las gotas de fluorescencia utilizando Microsoft Excel. Tenga en cuenta que la huella promedio se muestra en la D se utiliza para definir los puntos de tiempo antes y después de cada caída. El tamaño de las gotas de fluorescencia para cada ROI debe determinarse a partir de los valores en la hoja de cálculo se muestra en la C.
Figura 5. Representante experimento de control. A) Diagrama de flujo de un experimento de control, donde CGNs fueron cargados con 10μM FM1-43 con 80 Hz (10 s) la estimulación. Las fases de S1 y S2 son idénticos. PVP y los estímulos reserva piscina descarga fueron separados por 40 segundos, todos los otros estímulos por 30 segundos. B) Una imagen que muestra los terminales nerviosos cargados con FM1-43. C) La misma imagen que muestra B 90 ROIs contados seleccionados para el análisis. D) Las imágenes de un área representada por un recuadro rojo en la B en los puntos de tiempo seleccionado. = Antes de la estimulación basal, 30 Hz = después de la estimulación de 30 Hz 2 s, 40 Hz = 1,2,3 después de cada estimulación 40 Hz 10 s. Estas imágenes se presentan en pseudocolor para ilustrar los cambios en la fluorescencia (barra del espectro aparece a la derecha). E) Media ± SEM huella obtenida a partir de 90 terminales de los nervios se muestra en los estímulos C. individuales están representados por barras horizontales. Las barras de escala = 10 micras.
Colorantes FM se utilizan ampliamente para investigar la función del nervio terminal en muchas preparaciones neuronales. Ellos se han empleado principalmente para controlar la extensión de cualquiera de endocitosis SV, la rotación de SV o la cinética de la exocitosis 6. El protocolo descrito extiende estos estudios para examinar la diferencia de la descarga de determinados grupos de SV. Esto proporciona información adicional con respecto a la reposición de las piscinas SV y también su grado de movilización.
Colorantes FM puede ser utilizada para etiquetar múltiples rondas de reciclaje de SV en los terminales nerviosos. Hemos explotado esta propiedad y diseñado protocolos en los que puede ser el volumen de negocios SV en cada terminal de control dos veces en los terminales nerviosos. Esto proporciona un control preciso de internos, lo cual es esencial debido a la naturaleza heterogénea de reciclaje de SV en los terminales nerviosos paralelo 11. A través de la utilización de la fase S1 como control interno, la recarga de los PVP, RP y el totalPiscina SV en la presencia de drogas puede ser confiable y comparar directamente.
Además de proporcionar información sobre el tamaño absoluto del reciclaje, piscinas y RP PVP bajo condiciones de estimulación diferentes, este protocolo también puede proporcionar datos para los siguientes - 1) La división de SV entre el PVP y RP en función de la piscina de reciclaje de S1 y S2, 2) el tamaño relativo de las piscinas S2 (RRP y RP) en función de la reserva total de reciclaje de S1 y 3) el tamaño relativo de cualquier grupo de SV se define en el S2 en función de la misma piscina en S1. Este protocolo en particular no proporcionará información sobre la cinética de descarga sin embargo, desde el tiempo de adquisición es demasiado lento (para mediciones cinéticas tiempos de adquisición deberá ser tan rápida como sea posible y descarga sincronizan automáticamente para capturar la imagen).
Nuestros 30 Hz 2 estímulos s evoca una medida idéntica de PVP descarga de sacarosa hipertónica 8. Dado que el tamaño de la venta al públicose define por la sacarosa hipertónica descarga 15, se puede afirmar que este protocolo de descarga todos los SV PVP, de acuerdo con estudios en las neuronas del hipocampo 16. La reserva está casi completamente agotados por tres trenes de 400 estímulos (40 Hz 10 s cada uno), ya que este estímulo se descarga una cantidad idéntica de medio de contraste para un nuevo paradigma (2 estímulos con KCl 50) que reduce el 95% de todos los SV marcado tinte 8,17. Cuantificación exacta de la magnitud tanto de la PRR y el fondo de reserva también depende de la adquisición de la información dentro del rango lineal dinámico de la cámara CCD.
Este protocolo simple también se puede modificar aún más. La fuerza de los estímulos de carga también se puede variar para determinar cómo la actividad neuronal y diferentes modos de endocitosis afectan reposición de SV de la piscina. Además, más de dos ciclos de carga y descarga también se puede realizar si es necesario. Este protocolo también se puede utilizar en las células transfectadas con sobreexpresión oARNhc vectores. Debido a la baja eficiencia de transfección de cultivos primarios de neuronas, proteínas que se expresan deben ser etiquetados con proteínas fluorescentes. Es esencial que estas etiquetas fluorescentes no interfieran con la señal de FM tinte (cian o utilizar proteínas de color rojo, por ejemplo). En este caso, las terminaciones nerviosas de las células transfectadas y no transfectadas, en el mismo campo de visión también puede ser comparado como un control adicional 8. En los experimentos de una comparación de la magnitud de la carga entre las cargas S1 y S2 es de poco valor, ya que la perturbación está presente durante las dos cargas. Partición de tinte entre piscinas SV todavía se pueden visualizar sin embargo 8.
Periodistas genética llamada pHluorins también se puede emplear para controlar la exocitosis y la endocitosis SV en cultivos neuronales primarios. Estas sondas utilizan un pH sensible a la proteína fluorescente verde en el medio ambiente pH luminal de los dominios de las proteínas marcadas SV como VAMP, sinaptofisina y VGLUT1 18 . Cuando se utiliza junto con inhibidores de la ATPasa vesicular, pHluorins puede reportar tanto la cinética y la magnitud de la movilización de la piscina SV 19. El enfoque basado en FM-dye descrito aquí tiene algunas ventajas sobre la técnica pHluorin, En primer lugar, colorantes FM proporcionar información sobre el modo SV endocitosis repone el RRP y las piscinas de reserva 8. Piscinas SV segundo lugar específicos pueden ser etiquetados con tintes de FM que tienen diferentes propiedades espectrales 20 y, finalmente, no hay ningún requisito para la transfección. Colorantes FM no puede proporcionar información sobre el tráfico entre el SV y el reciclaje de descanso piscinas SV sin embargo (en contraste con pHluorins 19), ya que por definición SV tiene que ser cargado con medio de contraste durante la endocitosis para ser visibles. Así, tanto los tintes FM y pHluorins tienen fortalezas y debilidades, y son más potentes cuando se utilizan en experimentos independientes para hacer frente a la misma pregunta.
Imágenes de alta calidad son esenciales para el análisis de validez y reproducibLe resultados. Mientras que la deriva horizontal puede ser fácilmente corregido, los experimentos en los que hay un desvío en el eje Z no se pueden recuperar. Por esta razón, es importante re-enfocar las imágenes antes de comenzar la descarga S1 y S2. En los casos en un deterioro significativo se ha producido fluorescentes, las correcciones de la caries se puede aplicar (por lo general, restando una huella previamente grabado de FM-cargado las células en ausencia de estimulación). Sin embargo, se sugiere que la corrección de la decadencia sólo se realiza para la representación gráfica y no a ser utilizado para cualquier análisis cuantitativo.
No tenemos nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por una beca de la Wellcome Trust (Ref: 084277).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre | Empresa | Catálogo no. | |
---|---|---|---|
AxioCam MRM Rev. 3 Cámara Digital | Carl Zeiss | 4265099901000 | |
Axio Observer.A1 Microscopio | Carl Zeiss | 4310040000000 | |
Placas de cultivo celular (6 pozos) | Greiner Bio-One | 657160 | |
Centrífuga (Universal 32R) | Hettich Zentrifugen | 1610 | |
Incubadora de CO 2 | Heraeus Instrumentos | 51014042 | |
Tubos Falcon (15/50 ml) | Greiner Bio-One | 188271/210261 | |
Fluar 20X / 0.75 ∞ / 0.17 Objetivo | Carl Zeiss | 4401459901000 | |
Vidrio cubreobjetos (Ø25mm) | VWR International | 631-1584 | |
Pipetas Pasteur de vidrio (230 nm) | Greiner Bio-One | 612-1799 | |
Hemocitómetro | VWR | 15170-170 | |
Imágenes de la cámara | Warner | RC-21 SLRV | |
Campana de flujo laminar | BIOHIT | VLF BHS 1200 | |
McIlwain Chopper tejido | Mickle Laboratorio de Ingeniería Co. Ltd. | MTC / 2 | |
Lámpara de mercurio | Carl Zeiss | HBO 103 | |
MultiStim estimulador del sistema eléctrico (100 mV, 1 ms ancho Pluse) | Digitimer Ltd. | D330 | |
Perfusión de la bomba | Watson-Marlow | 313S | |
Pipetas serológicas (05/10/25 ml) | Greiner Bio-One | 606180/607180/760180 | |
Shutter controlador | Carl Zeiss | MAC5000 | |
Jeringa (20 ml) | BD Plastipak | ST01-B002 | |
Filtros de jeringa (Minisart - 0,20 micras) | Sartorius Stedim | 16532 | |
VC-6 seis canales controlador de válvula | Warner | 64-0135 | |
YFP filtranter teléfono (46) | Carl Zeiss | 1196-681 |
Tabla 1. Equipos específicos y aparatos utilizados
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
FM1-43 | BioScience Cambridge | BT70021 | 10 M |
FM2-10 | BioScience Cambridge | BT70044 | 100 M |
Poli-D-lisina | Sigma | P7886 | 15 mg / ml |
Grasa de silicona | Sigma | 85403 | - |
Tabla 2. Reactivos específicos utilizados
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Albúmina de suero bovino (BSA) | Sigma | A4503 | 0,3% |
D-glucosa | Sigma | G5767 | 0,25% |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
D-PBS | Gibco | 21300 | 960 mg/100 ml |
-100ml hacer de nuevo para cada preparación
-Filtro estéril antes de su uso
Tabla 3. Solución B para la preparación de CGN
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Solución B | - | - | 19 ml |
Tripsina (5 mg / ml, -20 ° C) | Sigma | T9201 | 1 ml |
Tabla 4. Solución de T para la preparación de CGN
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Solución C | - | - | 3,2 ml |
Solución B | - | - | 16,8 ml |
Tabla 5. Solución de W para la preparación de CGN
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Desoxirribonucleasa (DNasa, 500 U por 0,5 ml de valores, -20 ° C) | Sigma | D5025 | 0,5 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
Solución B | - | - | 10 ml |
Inhibidor de tripsina de soja (SBTI, 0,5 mg por 0.5 ml de valores, -20 ° C) | Sigma | T9003 | 0,5 ml |
Tabla 6. Solución C para la preparación de CGN
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Albúmina de suero bovino (BSA) | Sigma | A4503 | 4% |
Solución salina balanceada de Earle (EBSS) | Gibco | 24010 | 10 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 3 mM |
Tabla 7. EBSS solución para la preparación de CGN
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
Citosina β-D-arabinofuranoside (Ara-C) * | Sigma | C1768 | 10 M |
Suero bovino fetal | Gibco | 10106 | 10% |
D-glucosa | Sigma | G5767 | 30 mM |
L-glutamina | Sigma | G3126 | 2 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 25 mM |
Medio mínimo esencial (MEM) | Gibco | 21090 | 500 ml |
Penicilina (P) / estreptomicina (S) | Gibco | 15140 | 100 U / ml (p), 100 mg / ml (S) |
* Ara-C debe ser añadido al medio a partir del 1 DIV
Tabla 8. Medios de cultivo para la preparación de CGN
Nombre | Versión | Empresa |
---|---|---|
AxioVision Rel. | 4.8 | Carl Zeiss |
ImageJ | 1.42q | Institutos Nacionales de Salud |
Microsoft Excel | 2003 | Microsoft |
Tabla 9. Programas informáticos específicos que se utilizan
Nombre | Empresa | Catálogo no. | Concentración |
---|---|---|---|
De CaCl 2 · 2H 2 O | Sigma | C7902 | 1,3 mM |
Glucosa | Sigma | G5767 | 5 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 3,5 mM |
KH 2 PO 4 | Sigma | P9791 | 0,4 mM |
De MgCl 2 · 6H 2 O | Sigma | M0250 | 1,2 mM |
NaCl | Fluka | 71378 | 170 mM |
NaHCO3 | Fluka | 71627 | 5 mM |
Na 2 SO 4 | BDH Suministros de Laboratorio | 10264 | 1,2 mM |
TES | Sigma | T1375 | 20 mM |
Tabla 10. Solución salina (pH 7,4)
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