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ミツバチの脳の異なる領域におけるホスホリパーゼ C (PLC) 薬理学的薬剤の抑制効果をテストするためこれらの地域で PLC 活性を測定する生化学的アッセイを提案する.この試金は PLC 活動組織の中でだけでなく、さまざまな動作を示すミツバチの間での比較に役に立つかもしれません。
ミツバチは、複雑な行動や学習、メモリ、および分業化などの高次脳機能を評価するためのモデル生物です。きのこ体 (MB) は、複雑なミツバチの行動の神経基盤をことを提案する高次脳センターです。以前の研究では、MBs と他の頭脳領域に発現する蛋白質および遺伝子を特定が各地域の蛋白質の活動はまだよくわかっていません。頭脳のこれらの蛋白質の機能を明らかにする薬理学的解析が可能なアプローチでは、薬理学的操作が実際にこれらの脳部位でのタンパク質の活性を変更を確認するの先決です。
我々 は以前ホスホリパーゼ C (PLC) 他の頭脳領域よりも MBs の遺伝子の高発現を識別され、薬理学的ミツバチ動作における PLC の関与を評価しました。その研究では、我々 は生化学的 2 薬理学的薬剤をテストし、彼らが MBs と他の頭脳領域における PLC 活性を減少したことを確認します。ミツバチ脳ホモジネートの PLC 活性を検出する方法の詳細な説明を紹介します。このアッセイ系で異なる脳の領域から派生した乳剤の合成蛍光基質と反応していると PLC 活動から生じる蛍光の定量化し脳部位間で比較しました。また同じシステムを使用して PLC 動作の特定の薬の抑制効果の評価について述べる。このシステムは、他の内因性蛍光化合物および/またはアッセイ コンポーネント及び組織の吸光度によって影響を受ける可能性がありますは、このシステムを使用して PLC 活性の測定は従来の試金を使用してより安全で簡単、標識基板が必要です。簡単な手順と操作 PLC 活性脳と異なる社会的課題に関わるミツバチの他の組織を調べることができます。
ヨーロッパのミツバチ (セイヨウミツバチl.) は社会性昆虫と女性の蜂カースト依存再現と年齢依存した分業を表示します。たとえば、'workers' と呼ばれる蜂の生殖不能のカーストでは、若い個人フィード成鳥古い飼料花の蜜と花粉ハイブ1外中。学習・記憶能力は、ミツバチの生活の中で非常に重要なので、採餌する必要があります食料源と巣の間行ったり来たり繰り返し行い、その後ダンスを通じてその nestmates を良い食料源の場所コミュニケーション1。以前の研究は、MB、昆虫、高次脳中枢がミツバチ2,3,4の学習・記憶能力に関与していることを示した。ミツバチ5,6,7,8,9,10 の様々 な脳領域における特異的発現遺伝子やタンパク質を識別されています。、11、彼らが脳の各領域のユニークな機能に関連が示唆されました。薬理学的抑制や興味の蛋白質の活性化ミツバチ行動12,13,14で蛋白質の機能を明らかにするためよく使用される方法ですが、すべてが医薬品かどうか知られているそれはないです。ミツバチの脳の異なる領域に機能への影響があります。このような薬物の機能の検証を強化する行動薬理学の研究の結論。
ここでは、我々 は PLC マウス認知15,16,17,18に関与する酵素の一つに焦点を当てます。PLC は、イノシトール三リン酸 1,4,5-(IP3) とジアシルグリセ ロール (DAG)19,20,21にホスファチジルイノシトール 4, 5-ビスリン酸 (PIP2) を分解によるカルシウム シグナル伝達をトリガーします。IP3 IP3受容体の小胞体 (ER)、小胞体からのカルシウム イオンの放出につながるが開きます。リリースされたカルシウムは、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼ II (CaMKII) カルモジュリンとプロテインキナーゼ C (PKC) DAG の存在下でアクティブにします。両方の蛋白質キナーゼ学習とメモリ22,23, PLC の関与がこのプロセスに一貫して関与しています。Plc は、PLCβ、PLCγ、PLCε、20代の構造に基づいてなどのサブタイプに分類されます。各 PLC サブタイプが20の別のコンテキストでは、アクティブ化され、さまざまな組織にそれらのサブタイプ遺伝子発現します。我々 は以前ミツバチ MBs が残りの脳領域24より高いレベルで PLCβ と PLCε のサブタイプをコードする遺伝子を表現し、2 つパン PLC 阻害剤 (edelfosine とネオマイシン硫酸 [ネオマイシン]) が PLC 活性を減少させることを実証異なる脳の領域と、確かに、ミツバチの24の学習・記憶能力に影響します。
伝統的にを使用して標識 PIP225、適切な訓練、機材、および設備を必要とする PLC の酵素活性を測定しました。合成蛍光基板 PLC の近年、確立された26, PLC 標準研究室の活動を評価するために簡単です。ここでは、蛍光基板を用いたミツバチの異なる脳の領域で PLC アクティビティを検出し、その後これらの組織で PLC edelfosine とネオマイシンの抑制効果をテストするための詳しいプロトコルを提案する.プロトコルは、基本的な操作のみを必要とするため他の組織における PLC 活動または社会の異なるタスクに割り当てられているミツバチの脳領域の研究に適用があります。
1. ミツバチの捕獲
2. ミツバチ脳の解剖
3. 脳ホモジネートの準備
4. PLC 反応脳ホモジネート
5. PLC 活動から生じる蛍光性の検出
6. 阻止作用と薬理学的薬剤のテスト
7. 統計解析
脳ホモジネート中のタンパク質濃度:
ハチ蜂を使用して乳剤をご用意しました。オリジナル乳剤計算されるタンパク質の濃度は図 3のとおりです。元磨砕液のおおよそのタンパク質の濃度は以下のとおりです。: MBs で 1.5 mg/mL と他の頭脳領域で 2.3 mg/mL。我々 は、ロットごとの 2 つのミツバチを使用し、6 ロットを行った。
脳ホモジネート PLC 活性の検出:
パイロット実験における MBs により他の頭脳領域で高い蛍光を検出しました。したがって、我々 は他の頭脳領域の磨砕液を用いた実験を繰り返し、反応時間 (すなわち、30 分) および蛋白質量 (すなわち、1.3 μ g) を決定します。これらの条件下での反応の結果を図 4に示します。組織ホモジネートおよび蛍光基板の両方を含む反応混合物を展示 > 組織ホモジネートまたは PLC の活動があったことを示唆している蛍光基板を含む制御混合物よりも 4.2-fold の高い蛍光反応混合物を検出しました。相対的な蛍光は、MBs (図 4B) のより他の頭脳領域約 3.4-fold より高かった。
PLC 活性に関する薬理学的薬剤の抑制効果の解析:
PLC 活性に及ぼすパン PLC 阻害剤 edelfosine とネオマイシンを考察し、上記分析と同じの磨砕液を使用して 1.0 ミリ モル/L edelfosine または 0.55 ミリ モル/L ネオマイシンの存在下で反応を実行しました。Edelfosine の存在下で蛍光レベル約 6.0%、MBs と他の頭脳領域で 5.4% それぞれ減少、edelfosine (図 4C) なしのコントロールに比べています。ネオマイシン治療が 44%、20% 未処理の MBs と他の頭脳領域のそれぞれを制御する蛍光レベルを減少 (図 4D)。
図 1: ハチ ミツバチをキャプチャします。彼女のハイブに戻るハチを虫取り網で捕獲された、彼女は 50 mL のプラスチックの円錐管に限られていた。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 解剖手順の概略図。プロトコルに記載されているミツバチの脳の (A) 軸が表示されます。前胸部に頭から蜂は、側方から表示されます。(B - K)写真や解剖の手順のイラストが表示されます。詳細についてはメインのテキストを参照してください。ミツバチの頭だけが表示されます。気管の図は省略されます。MBs = きのこ体。スケール バーの対応 1 mm に.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: 蛋白質の集中脳組織ホモジネート。元のホモジュネートでタンパク質濃度の BCA 法による測定し、計算。標準偏差と平均濃度が表示されます。各ロットの 2 匹のハチを用い、6 ロットを行った。MBs = きのこ体。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4: 蛍光反応で検出します。(A) 各組織、蛍光の有無でこのパネル ショー蛍光基質です。反応は、蛋白質の 1.3 μ g を使用して 30 分間行った。蛍光は、マイクロ プレート リーダーで測定しました。サンプル井戸の値は、任意の単位 (オーストラリア) で空井戸によって修正されました。(B) このパネルは蛍光脳組織間の比較を示します。パネルAのデータが減算によって混合気コントロールの修正は、MBs で計算される蛍光による正規化 * P < 0.005, マン-ホイットニーの U 検定。CとDのパネルは、1.0 ミリ モル/L edelfosine の (C) と (D) 0.55 ミリ モル/L ネオマイシン存在下で相対的な蛍光を示します。パネルAおよびBで使用される同じ乳剤を行った。蛍光の値は、各組織の薬物治療なし制御実験の結果によって正規化されました。パネルCでコントロール反応のデータ パネルBと同じであります。パネルD、すべて乳剤は別の実験で再度分析しました。標準偏差平均蛍光値が表示されます。各ロットの 2 つの蜂を用い、6 ロットを行った。P < 0.05、ウィルコクソン符号付き順位和検定。ない Hg = 制御混在ホモジネート; が含まれていません。MBs = きのこ体。パネルB - D Suenamiらから変更されました。出版社の許可を得て24 。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
タンパク質の活性の生化学検査が深く重要な酵素の活動は基質と阻害剤などの様々 な分子に影響、一緒に変更できます、したがって、ので、脳内分子シグナリングを理解するため動物の行動 (例えば、学習およびメモリ)5。ミツバチの研究で酵素アデニル酸シクラーゼやリン酸化 CaMKII PKC サイクリック GMP 依存性プロテインキナーゼ サイクリック AMP 依存プロテインキナーゼ A などに基づくさまざまな脳領域に発現するのに報告されます。免疫組織化学5,10,29,30,31。脳地域の中での酵素活性の違いは、唯一の部分的に報告された6ただし、です。ここでは、PLC のアクティビティを検出し、MBs と他の頭脳領域の薬理学的薬剤の抑制効果を評価するための詳しいプロトコルについて述べる。
蛍光検出を妨げるいくつかの要因があります。まず、生化学的アッセイを実行するときの劣化は、タンパク質を保護するために重要です。ここで説明したプロトコル、簡単な解剖と脳の凍結が必要です。組織サンプルを冷凍するか、郭清の各サイクル後すぐに保存、それをお勧めします。磨砕液の凍結/解凍サイクルの最小化はまた蛋白質の劣化を防ぐために重要です。
タンパク質の分解だけでなく背景の蛍光性および反応混合物の吸光度が結果に影響このアッセイ系で蛍光信号が PLC 活性が検出されたため。たとえば、ネオマイシン水中の溶存蛍光検出に影響を与える黄色色があります。使用しましたが 0.55 ミリ モル/L ネオマイシン、1000-fold 原液、希釈濃度のさらなる最適化が要求されるかもしれない。また、他の組織による汚染も結果に影響可能性があります。視覚刺激を検出し、顔料が含まれている、網膜には、アッセイに干渉する可能性があります 1 つの組織型が装備されています。
現在のプロトコルと MBs24よりも他の頭脳領域高い PLC 活性を検出した.これは MBs が他の脳組織24よりも PLC の遺伝子のより高いレベルを表現することを明らかにした、定量の逆転写 PCR 解析の結果と一致していなかった。この矛盾 WH 15、浮遊基板26, と我々 は、膜と脳ホモジネートの細胞質画分にない区別しなかった事実である可能性があります。可能性が高い磨砕液の膜画分の量を PLCβ と PLCε 膜酵素32と内在性の PIP2基と対話することができますを考慮した、PLC と WH 15 の反応に影響を与えます。別の可能な説明は、こと PLC 濃度が高いこと、脳の他の地域よりも MBs のタンパク質の生産や品質劣化率の違いです。したがって、脳のbona fide PLC 活動を明らかにする必要がありますさらに追加実験により最近報告された新しい基板を用いた膜33に組み込むなど分析膜のゾル性細胞質の活動Plc 別に、Plc または PIP コンテンツの定量化や各脳組織の2 。
上記の点を考慮すると、消化管、筋肉、生殖器などここでは、評価はできませんさまざまな組織で PLC 活性を測定するここで説明した PLC アッセイ システムを拡張できます。また、ハチの脳と異なる社会的役割で PLC の活動の関与を評価する看護婦に蜂の PLC の活動を比較することが可能です。
専門 radiolabeled PIP2を使用して従来のアプローチが必要ですが標準的な実験装置で実行できるため、組織ホモジネートの PLC アクティビティを検出全体としては、ここで紹介するアッセイ システムは実現可能なオプション設備、訓練、放射性同位元素等の設備。それ以上の修正を使用してシステムの活用と、ミツバチの複雑な挙動の分子機構の理解を深めます。
著者が明らかに何もありません。
図 4B - 4 D Suenamiらから変更されました。24生物学オープンの権限を持つ。著者は、アクセス許可のパブリッシャーに感謝しています。この作品は、ショタ Suenami し亮宮崎人間のフロンティア科学プログラム (RGY0077/2016) によって支えられました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23227 | The reagent kit for measurement of protein concentration |
Pierce Bovine Serum Albumin Standard Ampules 2mg/mL | ThermoFisher Scientific | 23209 | The standard samples used in BCA assay |
Paraffin wax | GC | 13B1X00155000141 | Dental wax used as dissection stage |
Insect pin | Shiga | No. 0 | Stainless, solid head |
PLCglow | KXT Bio | KCH-0001 | A fluorogenic substrate of PLC |
384-well microplate | Corning | 4511 | Low-volume, round-bottom plate in black color |
Gemini EM microplate reader | Molecular Devices | ||
Edelfosine | Santa Cruz Biotechnology | sc-201021 | pan-PLC inhibitor |
Neomycin sulfate | Santa Cruz Biotechnology | sc-3573 | pan-PLC inhibitor |
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