动态微管成像方案 体内 使用荧光标记的末端结合蛋白对秀丽隐杆线虫后侧微管(PLM)神经元中动态微管进行标记、成像和分析的方法已得到描述。 秀丽隐杆线虫.
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动态微管成像方案 体内 使用荧光标记的末端结合蛋白对秀丽隐杆线虫后侧微管(PLM)神经元中动态微管进行标记、成像和分析的方法已得到描述。 秀丽隐杆线虫.
在神经元中,微管的取向是识别轴突和树突的关键指标:轴突的微管呈正端朝外,而树突的微管通常具有混合取向。本文描述了标记、成像和分析秀丽隐杆线虫(C. elegans)触觉神经元发育与再生过程中微管动态行为及生长的方法。利用基因编码的微管末端荧光报告系统,我们对轴突内的微管进行了成像。该方案可用于量化在轴突切断后启动轴突再生过程中微管行为的局部变化。本检测方法可适用于其他类型的神经元和不同遗传背景,以研究微管动态在多种细胞过程中的调控机制。
神经元具有复杂的结构,包含树突、胞体、轴突和突触等特化区室。神经元细胞骨架由微管、微丝和神经丝构成,其独特的组织形式在结构和功能上支持着神经元的不同区室1,2,3,4,5,6,7,8,9,10。多年来,微管的组织方式被确认为决定神经元极性和功能的关键因素。在神经元发育或再生过程中发生结构重塑时,微管的动力学行为和取向决定了各种神经元区室的身份特征、极性运输、生长及发育过程7。因此,必须在活体条件下评估微管的动力学行为和取向,以与神经元的重塑过程建立关联。
微管由α和β微管蛋白异源二聚体的原纤维组成,具有动态的正端和相对稳定的负端11,12. 加端复合物及相关末端结合蛋白的发现为评估微管组织提供了研究平台13末端结合蛋白(EBP)会瞬时结合到微管的生长正端,其结合动力学与微管原纤维的生长相关。14,15由于加端复合物与微管频繁地结合和解离,GFP标记的EBP的点扩散函数表现为一个 "彗星" 在延时电影中15,16. 自从在哺乳动物神经元中首次观察到这一现象以来16,已利用荧光蛋白标记的末端结合蛋白在不同模式系统和神经元类型中测定微管动力学17,18,19,20,21,22,23.
由于其简单的神经系统和透明的身体, 秀丽隐杆线虫 已被证明是研究发育和再生过程中神经元重塑的优良模型系统 体内. 本文描述了在触觉神经元发育与再生过程中标记、成像和分析微管动态及生长的方法 秀丽隐杆线虫 利用基因编码的 EBP-2::GFP,我们对 PLM 神经元中的微管进行了成像,从而能够确定该神经元两种不同神经突中微管的极性24该方法可观察并量化EBP彗星结构,以评估不同细胞环境中的微管动态。例如,可通过本方案检测轴突切断后启动轴突再生的微管行为局部变化。该检测方法可适用于多种细胞类型和遗传背景下,研究微管动态在各种细胞过程中的调控机制。
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1. 报告基因菌株:培养与保藏
注意:为了测量 PLM 神经元中微管的动力学和取向,我们使用了在触觉神经元特异性启动子 mec-4(juIs338 等位基因)驱动下表达 EBP-2::GFP 的线虫品系18,25,26。该品系采用标准的线虫培养与维持方法27。
2. 样品制备:用于成像EBP-2彗星的线虫固定
注意:为了实现对 PLM 神经元中 EBP 斑点的活体观察,我们将线虫置于琼脂糖垫上,以最大限度减少其活动性,同时不损害神经元的生理状态。在多种固定方法中,我们选择了 commercially readily available 的 0.1 µm 聚苯乙烯微球溶液。我们详细说明了专门用于 EBP-2::GFP 观察的制片步骤。
3. 成像设置与采集
注意:据观察,EBP 彗星在哺乳动物以及 C. elegans 的 PLM 神经元中的移动速度约为 0.22 µm/s16,18。为了根据奈奎斯特准则28对时间序列成像中的事件进行最佳采样,所需的空间和时间尺度分别为 0.09 µm 和 0.43 s。为防止光毒性或光漂白,我们采用了转盘式显微成像(Spinning Disk)采集方式。我们将在下方描述成像装置及采集参数设置。
4. 观察与分析
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作为一个代表性示例,我们描述了在PLM神经元的稳态轴突和再生轴突中对EBP彗星结构的活体观察。PLM神经元位于线虫尾部,具有一条向前延伸并形成突触的长轴突以及一条较短的向后突起。这些神经元紧邻表皮沿前后方向生长,负责介导线虫对轻触刺激的感觉。由于其结构简单,且易于进行成像和显微手术操作,PLM神经元已被广泛用于研究微管细胞骨架29、轴突运输30,31、再生能力19,32、神经元极性24,33,34、行为与衰老35,36,以及其他多种神经元过程。本研究利用在<...
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多年来,微管动力学一直是细胞骨架研究领域的关键关注点。微管经历成核和灾变,并伴随着持续的动态不稳定性过程44,45,46,47。这些信息大部分是通过体外实验获得的,例如通过光散射检测游离与聚合微管蛋白,以及利用荧光标记微管蛋白进行微管生长实验等48。尽管在较薄的细胞中可以实现对荧光和非荧光微管的活体观察,但在体内测量微管动力学仍具有挑战性。
利用这种转基因品系,也可对其他触觉神经元(如PVM、ALM和AVM)的微管取向进行评估。此处描述的成像和分析方法可适用于具有适当报告基因转基因的其他C. elegans神经元类型,但不同神经元之间彗星状信号动态的变异性是预期存在的49...
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作者声明无利益冲突。
我们感谢 Yishi Jin 和 Andrew Chisholm 对本研究的初始支持以及所提供的菌株。实验所用大肠杆菌菌株 OP50 由美国国立卫生研究院研究基础设施项目(P40 OD010440)资助的线虫遗传学中心(Caenorhabditis Genetics Center, CGC)商业购得。我们还感谢 Dharmendra Puri 在实验流程标准化方面所做的工作。本研究得到了印度生物技术部资助的国家脑研究中心核心经费、DBT/惠康信托印度联盟早期职业资助(项目编号:IA/E/18/1/504331,授予 S.D.)、惠康信托-DBT 印度联盟中期资助(项目编号:IA/I/13/1/500874,授予 A.G.-R)以及印度科学与工程研究委员会(SERB:CRG/2019/002194,授予 A.G.-R)资助项目的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| CZ18975 线虫品系 | Yishi Jin 实验室 | CZ18975 | 由 Anindya Ghosh-Roy 构建 |
| 琼脂糖 | Sigma | A9539 | 线虫封片 |
| 盖玻片(18 mm × 18 mm) | Zeiss | 474030-9010-000 | 线虫封片 |
| 带加热模块的干浴器 | Neolab | 线虫封片 | |
| 载玻片(35 mm × 25 mm) | Blue Star | 线虫封片 | |
| 聚苯乙烯微球溶液(4.55 × 10¹³ 粒子/mL,水相介质含极少量表面活性剂) | Polysciences Inc. | 00876 | 线虫封片 |
| 试管 | 线虫封片 | ||
| OP50 细菌品系 | 秀丽隐杆线虫遗传中心(CGC) | OP50 | 线虫操作 |
| 60 mm 培养皿 | Praveen Scientific | 20440 | 线虫操作 |
| 吸管/毛细管 | VWR | 53432-921 | 线虫操作 |
| 培养箱 | Panasonic | MIR554E | 线虫操作 |
| 铂金丝 | 线虫操作 | ||
| 带荧光附件的体视显微镜 | Leica | M165FC | 线虫操作 |
| 0.3% 氯化钠 | Sigma | 71376 | 线虫生长培养基 |
| 0.25% 蛋白胨 | T M Media | 1506 | 线虫生长培养基 |
| 10 mg/mL 胆固醇 | Sigma | C8667 | 线虫生长培养基 |
| 1 mM 氯化钙二水合物 | Sigma | 223506 | 线虫生长培养基 |
| 1 mM 硫酸镁七水合物 | Sigma | M2773 | 线虫生长培养基 |
| 2% 琼脂 | T M Media | 1202 | 线虫生长培养基 |
| 25 mM 磷酸二氢钾(一碱式) | Sigma | P9791 | 线虫生长培养基 |
| 0.1 M 磷酸二氢钾(一碱式) | Sigma | P9791 | 1× M9 缓冲液 |
| 0.04 M 氯化钠 | Sigma | 71376 | 1× M9 缓冲液 |
| 0.1 M 氯化铵 | Fisher Scientific | 21405 | 1× M9 缓冲液 |
| 0.2 M 磷酸氢二钠七水合物(二碱式) | Sigma | S9390 | 1× M9 缓冲液 |
| 玻璃瓶 | Borosil | 缓冲液储存 | |
| 488 nm 激光器 | Zeiss | 成像 | |
| 5× 物镜 | Zeiss | 成像 | |
| 63× 物镜 | Zeiss | 成像 | |
| 相机 | Photometrics | Evolve 512 Delta | 成像 |
| 转盘共聚焦系统计算机 | HP | Intel ® Xeon CPU E5-2623 3.00GHz | 成像 |
| 落射荧光显微镜 | Zeiss | Observer.Z1 | 成像 |
| 卤素灯 | Zeiss | 成像 | |
| 汞弧灯 | Zeiss | 成像 | |
| 转盘共聚焦单元 | Yokogawa | CSU-X1 | 成像 |
| ZEN2 软件 | Zeiss | 成像 | |
| Image J(Fiji 版本) | 图像分析与处理 | ||
| Adobe Creative Cloud | Adobe | 图像分析与处理 | |
| 图像分析计算机系统 | Dell | Intel ® Core ™ i7-9700 CPU 3.00GHz | 图像处理/展示 |
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