Method Article
Une technique d'imagerie de fluorescence en direct à quantifier la reconstitution et la mobilisation des vésicules synaptiques spécifiques (SV) piscines dans les terminaisons nerveuses centrales est décrite. Deux séries de SV de recyclage sont suivis dans les terminaisons nerveuses offrant un contrôle interne.
Après la libération de neurotransmetteurs dans les terminaisons nerveuses centrales, SV sont rapidement récupérées par endocytose. Récupérée SV sont ensuite rechargées avec des neurotransmetteurs et de rejoindre la piscine de recyclage, défini comme les SV qui sont disponibles pour 1,2 exocytose. La piscine de recyclage peuvent être généralement divisées en deux poules distinctes - la piscine facilement libérable (PRR) et le pool de réserve (RP). Comme leur nom l'indique, le RRP se compose de SV qui sont immédiatement disponibles pour la fusion tandis RP SV sont libérés seulement pendant 1,2 stimulation intense. Il est important d'avoir un dosage fiable que les rapports différentiels de la reconstitution de ces piscines SV afin de comprendre 1) comment le trafic de SV après avoir différents modes d'endocytose (comme dépendante de la clathrine endocytose et l'activité endocytose dépendante de vrac) et 2) les mécanismes contrôle de la mobilisation à la fois du PRR et RP en réponse à différents stimuli.
Colorants FM sont systématiquement emploiented pour quantitativement le rapport chiffre d'affaires SV dans les terminaisons nerveuses centrales 3-8. Ils ont une queue hydrophobe qui permet d'hydrocarbures partitionnement réversible dans la bicouche lipidique, et un groupe de tête hydrophile qui bloque le passage à travers les membranes. Les colorants ont peu de fluorescence en solution aqueuse, mais leur rendement quantique augmente considérablement lorsque partitionné en membrane 9. Ainsi colorants FM sont idéales pour le suivi des sondes fluorescentes activement le recyclage SV. Le protocole standard pour l'utilisation de la FM colorant est comme suit. D'abord, ils sont appliqués aux neurones et sont repris au cours d'endocytose (figure 1). Après non internalisés colorant est lavé de la membrane plasmique, recyclés redistribuer SV au sein du pool de recyclage. Ces SV sont ensuite épuisés en utilisant des stimuli déchargement (figure 1). Depuis FM étiquetage des colorants SVS est quantiques 10, la chute de la fluorescence obtenue est proportionnelle à la quantité de vésicules libéré. Ainsi, le recyclage et la fusion de SV générés par le prrondes evious d'endocytose peuvent être quantifiés de manière fiable.
Ici, nous présentons un protocole qui a été modifié afin d'obtenir deux éléments d'information supplémentaires. Premièrement, le déchargement des stimuli séquentiels sont utilisés pour le déchargement de façon différentielle le RRP et le RP, afin de permettre la quantification de la reconstitution de certaines piscines SV. Deuxièmement, chaque terminaison nerveuse subit le protocole à deux reprises. Ainsi, la réponse du terminal même nerf au S1 peut être comparée à la présence d'une substance d'essai à la phase S2 (figure 2), fournissant un contrôle interne. Ceci est important, puisque l'étendue du recyclage SV travers les terminaisons nerveuses différentes est très variable 11.
Tout adhérent cultures neuronales primaires peuvent être utilisés pour ce protocole, mais la densité de placage, des solutions et des conditions de stimulation sont optimisés pour les neurones granulaires du cervelet (CGN) 12,13.
1. Préparation du cervelet Neuron granules
2. Installation expérimentale
3. Préparation des échantillons
4. Phase S1
5. Phase de récupération (voir Figure 2)
6. Phase S2
7. Analyse des données
8. Les résultats représentatifs:
Une expérience de contrôle, où CGN subi deux séries d'étapes de chargement et déchargement identiques est représenté dans la figure 5. Au moment de commencer une série d'expériences, il est essentiel que le contrôle d'une expérience comme celle-ci est effectuée chaque jour afin de confirmer que S1 et S2 sont comparables avant différentes conditions expérimentales durant S2.
Dans cet exemple, du SCT ont été chargés avec 10 uM FM1-43 en utilisant une stimulation de 80 Hz 10 s (figure 5a). La figure 5b montre les terminaisons nerveuses FM1-43-chargés représenté par fluorescence lacrymaux. ROIs ont été définis plus de 90 terminaisons nerveuses comme le montre la figure 5c. Le même ensemble de ROIs a été utilisé à la fois pour S1 et S2. Pendant deux décharge, le RRP a été déchargé avec un 30 Hz (2 s) de stimulation suivis de RP déchargement avec 3 40Hz séquentielle (10 s) des stimuli (figure 5a). La chute de fluorescence lors de chaque stimulus peut être clairement observé et quantifié (figure 5d-e). À l'examen, la fluorescence gouttes correspondant à la PRR, RP et la piscine de recyclage total étaient comparables dans les deux S1 et S2. En outre, 20% de matériaux recyclés SV résidé dans le RRP, alors que 80% résidaient dans les RP à la fois dans S1 et S2.
Diagramme schématique figure 1 d'une expérience typique FM. A) l'endocytose SV est déclenchée dans la présence de colorants FM (représenté en vert). Le colorant est absorbé par la membrane invagination (seule ou en vrac endosomes SV). B) non internalisés colorant sur la membrane plasmique est emporté par perfusion. C) Sur demande d'un stimulus de déchargement, étiquetés SV qui sont devenus disponibles pour le fusible communiqué avec la membrane plasmique qui entraîne une perte de fluorescence. D) Le changement de fluorescence (AF) qui est proportionnelle à la quantité d'libérés étiquetés SVS peut alors être quantifiée.
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Figure 2 Schémas des éventuels protocoles expérimentaux. Ordinogramme A) d'une expérience de contrôle où les cellules subissent deux tours de FM colorant de chargement et de déchargement (S1 et S2). Les cellules peuvent être chargées en utilisant une gamme de différents stimuli. Étapes de déchargement sont identiques dans le RRP est déchargée à 30 Hz pendant 2 s suivis de RP déchargement utilisant 3 fois 40 Hz pendant 10 s. RRP et réserver la piscine stimuli déchargement étaient séparés par 40 secondes, tous les autres stimuli de 30 sec. Les cellules sont laissées à récupérer pendant 20 minutes entre S1 et S2. Les diagrammes de modifications possibles pour tester l'effet d'une substance soit sur B) endocytose ou C) exocytose sont également représentées. Médicament d'essai correspondantes peuvent être perfusés dans la chambre pendant les périodes indiquées.
Figure 3 Screenshots de l'analyse des données dans Image J. Screenshots sont montréspour une luminosité) et de réglage du contraste, B) de verrouillage de trame, c) la sélection ROIs, et D) valeurs d'intensité d'extraction en utilisant l'image J.
Figure 4 Screenshots de l'analyse des données dans Microsoft Excel. Captures d'écran sont indiqués pour un) d'importer des données brutes provenant Image J (1 ère colonne = numéro de châssis, les colonnes restantes = données à partir des terminaisons nerveuses individuelles) b) Ajustement des valeurs de référence S1 (image 10) pour une valeur arbitraire (200) au début du premier stimulus, C) l'ajustement des valeurs de référence S2 à l'image 55 en utilisant un protocole identique à S1 et D) de mesure de gouttes de fluorescence à l'aide de Microsoft Excel. Notez que la trace moyenne montré dans D est utilisé pour définir des points de temps avant et après chaque chute. La taille des gouttes de fluorescence pour chaque ROI doit être déterminée à partir de valeurs sur la feuille de calcul indiqué dans C.
Figure 5. Expérience de contrôle représentant. Ordinogramme A) d'une expérience de contrôle où CGN ont été chargés avec 10 uM FM1-43 à l'aide de 80 Hz (10 s) de stimulation. Les phases S1 et S2 sont identiques. RRP et réserver la piscine stimuli déchargement étaient séparés par 40 secondes, tous les autres stimuli de 30 sec. B) Une image montrant les terminaisons nerveuses chargées par FM1-43. C) La même image que B montrant 90 ROIs numérotées sélectionnés pour analyse. D) Les images d'une région représentée par un rectangle rouge en B à des moments choisis. = Basal avant la stimulation; 30 Hz = 30 Hz après stimulation 2 s, 40 Hz = 1,2,3 après chaque stimulation 40 Hz 10 s. Ces images sont présentées dans le pseudo d'illustrer les changements de fluorescence (barre de spectre affiché sur la droite). E) Moyenne ± SEM traces obtenues à partir de 90 terminaisons nerveuses représenté dans les stimuli C. individuels sont représentés par des barres horizontales. Barres d'échelle = 10 um.
Colorants FM sont largement utilisées pour étudier la fonction terminaisons nerveuses dans de nombreuses préparations neuronales. Ils ont été principalement employés pour surveiller l'étendue de la SV soit endocytose, le chiffre d'affaires SV ou la cinétique d'exocytose 6. Le protocole décrit étend ces études afin d'examiner le différentiel de déchargement des piscines SV spécifiques. Cela fournit des informations supplémentaires concernant la reconstitution des piscines SV et aussi leur degré de mobilisation.
Colorants FM peut être utilisé pour l'étiquette de multiples séries de recyclage de SV au sein des terminaux même nerf. Nous avons exploité cette propriété et conçu des protocoles dans lesquels le chiffre d'affaires SV dans chaque terminal peut être contrôlé à deux reprises dans les bornes même nerf. Ceci fournit un contrôle précis interne, ce qui est essentiel en raison de la nature hétérogène du recyclage SV dans les terminaisons nerveuses parallèles 11. Via l'utilisation de la phase S1 comme un contrôle interne, le remplissage du PRR, RP et le totalPiscine SV dans la présence de drogues peut être fiable et directement comparés.
En plus de fournir des informations sur la taille absolue du recyclage, des piscines RRP et RP, dans des conditions de stimulation différents, ce protocole peut également fournir des données pour les suivants - 1) Le cloisonnement des SV entre le RRP et RP en fonction de la piscine de recyclage pour S1 et S2, 2) la taille relative des piscines S2 (RRP et RP) en fonction de la piscine de recyclage total S1 et 3) la taille relative de n'importe quelle piscine SV définie dans S2 en fonction de la piscine même en S1. Ce protocole particulier ne sera pas de fournir des informations sur la cinétique de déchargement cependant, puisque le temps d'acquisition est trop lent (pour les mesures cinétiques temps d'acquisition doit être aussi rapide que possible et au déchargement automatiquement synchronisées dans la capture d'image).
Nos 30 Hz 2 stimuli s évoque une mesure identique de RRP déchargement au saccharose hypertonique 8. Comme la taille du RRPest définie par le saccharose hypertonique de déchargement 15, nous pouvons affirmer que ce protocole décharge tous les VS RRP, en accord avec les études dans les neurones hippocampiques 16. Le pool de réserve est presque complètement épuisée par trois trains de 400 stimuli (40 Hz 10 s chacun) puisque cette stimulation décharge une quantité identique de teinture à un paradigme (2 stimuli avec 50 mM de KCl) qui épuise 95% de tous les colorants SV-étiquetés 8,17. La quantification précise de la taille à la fois du PRR et de la Réserve piscine est également dépendante de l'acquisition de l'information au sein de la gamme dynamique linéaire de la caméra CCD.
Ce protocole simple peut également être modifiée davantage. La force de stimuli de chargement peut également être modifiée afin de déterminer comment l'activité neuronale et des modes d'endocytose différentes affectent réapprovisionnement piscine SV. Par ailleurs, plus de deux cycles de chargement et le déchargement peut également être effectuée si nécessaire. Ce protocole peut aussi être utilisé dans les cellules transfectées avec surexpression ouvecteurs shRNA. En raison de la faible efficacité de transfection de cultures primaires de neurones, protéines exprimées doivent être étiquetés avec des protéines fluorescentes. Il est essentiel que ces balises fluorescentes ne pas interférer avec le signal FM colorant (ou protéines utilisent cyan rouge, par exemple). Dans ce cas, les terminaisons nerveuses des cellules transfectées et non transfectées dans le même champ de vision peuvent aussi être comparés en tant que contrôle supplémentaire 8. Dans les expériences d'une telle comparaison de l'étendue de chargement entre les charges S1 et S2 est de peu de valeur, puisque la perturbation est présente pendant les deux charges. Le partitionnement d'un colorant entre les pools de SV peut encore être visualisés Mais 8.
Journalistes génétique appelée pHluorins peut également être employé pour surveiller l'exocytose et l'endocytose SV dans la culture neuronale primaire. Ces sondes utilisent un pH-sensibles protéine fluorescente verte à l'environnement pH de domaines luminale des protéines étiquetées comme les SV VAMP, synaptophysine et VGLUT1 18 . Lorsqu'il est utilisé conjointement avec des inhibiteurs de l'ATPase vésiculaire, pHluorins peut signaler la fois la cinétique et l'ampleur de la mobilisation piscine SV 19. L'approche à base de colorants FM-décrite ici a quelques avantages sur la technique pHluorin, d'abord, les colorants FM fournir des informations sur le mode d'endocytose SV réapprovisionne le RRP et les piscines réserve 8. Deuxièmement spécifiques piscines SV peuvent être étiquetés avec des colorants FM qui ont différentes propriétés spectrales 20 et enfin il n'est pas nécessaire pour la transfection. Colorants FM ne peut pas fournir des informations sur le trafic entre la SV de repos et de recyclage des piscines SV cependant (contrairement à pHluorins 19), puisque par définition SV doivent être chargées avec un colorant lors de l'endocytose pour être visibles. Ainsi, les deux colorants FM et pHluorins ont des forces et faiblesses et sont plus puissants lorsqu'ils sont utilisés dans des expériences indépendantes pour traiter la même question.
Des images de haute qualité sont essentielles à l'analyse valides et reproducibLe résultat. Alors que la dérive horizontale peuvent être facilement corrigées, des expériences où il ya une dérive dans l'axe Z ne peuvent pas être récupérés. Pour cette raison, il est important de recentrer les images avant de commencer le déchargement S1 et S2. Dans les cas où une dégradation significative fluorescente a eu lieu, des corrections carie peut être appliquée (généralement en soustrayant une trace précédemment enregistré de FM-chargé cellules en l'absence de stimulation). Cependant, il est suggéré que la correction n'est effectuée que la carie de la représentation graphique et de ne pas être utilisé pour une analyse quantitative.
Nous n'avons rien à révéler.
Ce travail a été soutenu par une subvention du Wellcome Trust (Ref: 084277).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom | Société | Catalogue no. | |
---|---|---|---|
AxioCam MRM Rev 3 Appareil photo numérique | Carl Zeiss | 4265099901000 | |
Axio Observer.A1 Microscope | Carl Zeiss | 4310040000000 | |
Des plaques de culture cellulaire (6 puits) | Greiner Bio-One | 657160 | |
Centrifugeuse (Universal 32R) | Hettich Zentrifugen | 1610 | |
Incubateur à CO 2 | Heraeus Instruments | 51014042 | |
Tubes Falcon (15/50 ml) | Greiner Bio-One | 188271/210261 | |
Fluar 20X / 0,75 / ∞ 0,17 Objectif | Carl Zeiss | 4401459901000 | |
Verre lamelles (Ø25mm) | VWR International | 631-1584 | |
Pipettes Pasteur en verre (230 nm) | Greiner Bio-One | 612-1799 | |
Hémocytomètre | VWR | 15170-170 | |
Imagerie de chambre | Warner | RC-21 BRFS | |
Hotte à flux laminaire | BIOHIT | VLF BHS 1200 | |
Chopper tissu McIlwain | Mickle Laboratory Engineering Co. Ltd | MTC / 2 | |
Lampe à mercure | Carl Zeiss | HBO 103 | |
MultiStim système électrique Stimulateur (100mV, 1ms Largeur Pluse) | Digitimer Ltd | D330 | |
Pompe à perfusion | Watson-Marlow | 313S | |
Pipettes sérologiques (10/05/25 ml) | Greiner Bio-One | 606180/607180/760180 | |
Shutter contrôleur | Carl Zeiss | MAC5000 | |
Seringue (20 ml) | BD Plastipak | ST01-B002 | |
Filtres pour seringues (Minisart - 0,20 um) | Sartorius Stedim | 16532 | |
VC-6 Six contrôleur de vanne Manche | Warner | 64-0135 | |
YFP Filter ensemble (Set 46) | Carl Zeiss | 1196-681 |
Tableau 1. Equipements spécifiques et appareils utilisés
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
FM1-43 | BioScience Cambridge | BT70021 | 10 pM |
FM2-10 | BioScience Cambridge | BT70044 | 100 pM |
Poly-D-lysine | Sigma | P7886 | 15 pg / ml |
De la graisse silicone | Sigma | 85403 | - |
Tableau 2. Des réactifs spécifiques utilisés
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Albumine sérique bovine (BSA) | Sigma | A4503 | 0,3% |
D-glucose | Sigma | G5767 | 0,25% |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
D-PBS | Gibco | 21300 | 960 mg/100 ml |
-Faire des frais 100ml pour chaque préparation
-Filtre stérile avant utilisation
Tableau 3. Solution B pour la préparation de la CGN
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Solution B | - | - | 19 ml |
La trypsine (5 mg / ml stock, -20 ° C) | Sigma | T9201 | 1 ml |
Tableau 4. Solution T pour la préparation de la CGN
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Solution C | - | - | 3,2 ml |
Solution B | - | - | 16,8 ml |
Tableau 5. Solution W pour la préparation CGN
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Désoxyribonucléase (DNase, 500 U par 0,5 ml de bouillon, de -20 ° C) | Sigma | D5025 | 0,5 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 1,5 mM |
Solution B | - | - | 10 ml |
Inhibiteur de trypsine de soja (SBTI, 0,5 mg par 0,5 ml de bouillon, de -20 ° C) | Sigma | T9003 | 0,5 ml |
Tableau 6. Solution C pour la préparation CGN
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Albumine sérique bovine (BSA) | Sigma | A4503 | 4% |
Earle solution saline équilibrée (EBSS) | Gibco | 24010 | 10 ml |
MgSO 4 · 7H 2 O | Sigma | M2773 | 3 mM |
Tableau 7. Solution pour la préparation de la CGN EBSS
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
Cytosine β-D-arabinofuranoside (Ara-C) * | Sigma | C1768 | 10 pM |
Fœtale sérum bovin | Gibco | 10106 | 10% |
D-glucose | Sigma | G5767 | 30 mM |
L-glutamine | Sigma | G3126 | 2 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 25 mM |
Milieu essentiel minimal (MEM) | Gibco | 21090 | 500 ml |
La pénicilline (P) / streptomycine (S) | Gibco | 15140 | 100 U / ml (p), 100 pg / ml (S) |
* Ara-C doit être ajouté au milieu d'une DIV partir
Tableau 8. Milieux de culture pour la préparation CGN
Nom | Version | Société |
---|---|---|
AxioVision Rel. | 4.8 | Carl Zeiss |
ImageJ | 1.42q | National Institutes of Health |
Microsoft Excel | 2003 | Microsoft |
Tableau 9. Logiciels informatiques spécifiques utilisés
Nom | Société | Catalogue no. | Concentration |
---|---|---|---|
CaCl 2 · 2H 2 O | Sigma | C7902 | 1,3 mM |
Le glucose | Sigma | G5767 | 5 mM |
KCl | Sigma | P5405 | 3,5 mM |
KH 2 PO 4 | Sigma | P9791 | 0,4 mM |
MgCl 2 · 6H 2 O | Sigma | M0250 | 1,2 mM |
NaCl | Fluka | 71378 | 170 mM |
NaHCO 3 | Fluka | 71627 | 5 mM |
Na 2 SO 4 | Fournitures de laboratoire BDH | 10264 | 1,2 mM |
TES | Sigma | T1375 | 20 mM |
Tableau 10. Solution saline (pH 7,4)
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