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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Mikrogliazellen sind die residenten Immunzellen des zentralen Nervensystems (ZNS) mit hoher Kapazität, in ihren extrazellulären Umgebung phagozytieren oder verschlingen Material. Hier ist eine breit anwendbare, zuverlässige und hoch quantitativen Assay für die Visualisierung und Messung Mikroglia-vermittelte Phagozytose von synaptischen Komponenten beschrieben.
Phagozytose ist ein Prozess, in dem eine Zelle verschlingt Material (gesamte Zelle, Zellteile, Schutt, etc.) in der extrazellulären Umgebung umgibt und dieses Material anschließend verdaut, allgemein durch lysosomalen Abbau. Mikrogliazellen sind die residenten Immunzellen des zentralen Nervensystems (ZNS), deren phagozytierenden Funktion in einem breiten Bereich von Bedingungen, die an neurodegenerativen Erkrankungen (z. B. beta-Amyloid-Clearance bei Alzheimer-Krankheit), um die Entwicklung von gesunden Gehirn (zB synaptischen beschrieben Beschneiden) 1-6. Das folgende Protokoll ist ein Einwirkung Assay entwickelt, zu visualisieren und zu quantifizieren Mikroglia-vermittelten Phagozytose von präsynaptischen Eingänge in den Entwicklungs Maus retinogeniculate System 7. Während dieser Assay wurde verwendet, um Mikroglia-Funktion in diesem Zusammenhang zu bewerten, kann ein ähnlicher Ansatz verwendet werden, um andere Phagozyten im Gehirn (beispielsweise Astrozyten) und dem Rest des Körpers zu beurteilen(Z. B. peripheren Makrophagen) sowie andere Kontexte, in denen die synaptische Umbau auftritt (z. B. Hirnverletzung / Krankheit).
Synaptischen Schaltungen umzu während der gesamten Lebensdauer des Tieres. In der sich entwickelnden Gehirn, Synapsen im Überschuss und muss synaptischen Beschneidung, die die selektive Entfernung einer Teilmenge von Synapsen und die Erhaltung und Stärkung dieser Synapsen, die 8-10 bleiben beinhaltet zu unterziehen. Dieser Vorgang ist notwendig, um die genaue Verbindungscharakteristik des adulten Nervensystems zu erreichen. Beim Erwachsenen kann Synapsen auch Kunststoff sein, insbesondere im Zusammenhang mit Lernen und Gedächtnis. Die strukturellen Korrelate dieser Plastizität sind gedacht, um das Hinzufügen und / oder Beseitigung von dendritischen Dornen und präsynaptischen Boutons 11-13 enthalten. Zusätzlich zu diesen Rollen in der gesunden Nervensystems, wird synaptischen Umbau auch im Nervensystem Krankheit / Verletzung 12,14,15 beteiligt. Zum Beispiel, nach Rückenmarksverletzungen, abgetrennten Axone müssen anschließend umzugestalten und bilden neue Synapsen, um die funktionelle Erholung von 16 bis 19 zu erreichen.
nt "> Schwellen als ein wichtiger Aspekt der synaptischen Plastizität ist der Prozess der Phagozytose oder Einwirkung von Synapsen für die Entfernung 3,5,20 bestimmt. Wir haben kürzlich gezeigt, dieses Phänomen im Rahmen der synaptischen Rebschnitt in der gesunden, postnatalen Gehirn der Maus 7. Insbesondere Mikroglia, die ansässige ZNS Immunzellen und Fresszellen, wurde gezeigt, präsynaptischen Eingänge während einer Spitzenzeit und in einem Bereich von Entwicklungs synaptischen Rebschnitt, der postnatalen dorsalen seitlichen Kniehöcker (dCGL) des Thalamus zu verschlingen. genetische oder pharmakologische Blockade dieser Einwirkung führte zu anhaltenden Defizite in der synaptischen Verbindungen.In diesem Protokoll beschreiben wir eine zuverlässige und hoch quantitative Assay Phagozyten-vermittelte Phagozytose von präsynaptischen Eingänge messen. Für die Zwecke dieses Artikels wird dieser Test im Rahmen der Entwicklungs retinogeniculate System, das Netzhautganglienzellen beinhalten (RGCs), die sich in der Netzhaut angebracht werden, dassprojizieren präsynaptische Eingänge des dCGL (Fig. 1A). Um zu beginnen, wird ein lysosomalen Degradation beständigen anterograde Markierungsstrategie beschrieben, die verwendet wird, um RGC-spezifischen präsynaptischen Eingänge im dCGL (Fig. 1) 7,21 visualisieren. Nach dieser Beschreibung wird eine detaillierte Methode zur Bildgebung und quantitativen Messung Einwirkung mittels konfokaler Mikroskopie in Kombination mit der 3-dimensionalen (3D) Volumen-Rendering Oberfläche gegeben werden. Diese Methodik basiert auf fixierten Gewebepräparation kann aber auch zur Verwendung bei Echtzeit-Bildgebung Studien angepasst werden. Wichtig ist, während der Test wurde im Rahmen des gesunden, postnatale retinogeniculate Systems validiert worden sind, könnte man die gleichen Verfahren anzuwenden, um andere Phagozyten-Neuron-Interaktionen im Gehirn und während Krankheit sowie Phagozytenfunktion in anderen Organsystemen zu beurteilen.
1. Anterograde Markierung von RGC Präsynaptische Eingänge
Hinweis: Alle Experimente, die die Verwendung von Tieren wurden in Übereinstimmung mit allen NIH-Richtlinien überprüft und durch die institutionelle Pflege der Tiere und die Verwendung Ausschuss (IACUC) überwacht.
2. Bereiten Sie für Tissue Imaging
Dieses Gewebe Vorbereitung Protokoll wird für Reporter Mäusen, in denen die Fresszellen mit fluoreszierenden Markern (zB CX3CR1-EGFP für Mikroglia) gekennzeichnet sind, verwendet. Wenn ein Reporter Leitung nicht verfügbar ist, kann der Forscher Gewebeschnitte Immunfärbung (siehe Diskussion).
3. Tissue Imaging
Alle Bilder werden auf einer drehenden Scheibe konfokalen Mikroskop (Ultra Vox Kreiselscheibenapplikators Konfokalmikroskop mit Diodenlaser (405 nm, 445 nm, 488 nm, 514 nm, 561 nm und 640 nm) ausgestattet ist) erworben. Bilder können auch auf jedem Mikroskop mit der Fähigkeit, hohe Auflösung z-Stapel zu erwerben (z. B. konfokalen Laserrastermikroskop, Epifluoreszenz-Mikroskop, gefolgt durch Entfaltung, etc.) erworben werden. Rahmengröße ist in der Regel 1000 x 1000 Pixel.
4. Bereiten Sie Bilder für Quantifizierung (ImageJ)
5. Bereiten Bild für Quantifizierungin Imaris
6. 3 Dimensional (3D) Oberflächendarstellung des Phagozyten
7. 3D-Oberflächen-Rendering Engulfed Werkstoff
8. Berechnen Sie die Gesamtlautstärke des Field of View
9. Berechnen Sie die Anzahl der phagozytierten Werkstoff
Kürzlich haben wir diesen Test Einwirkung zu visualisieren und zu quantifizieren Mikroglia-vermittelten Phagozytose von präsynaptischen Eingänge in den Entwicklungs retinogeniculate System (Abbildung 1) 7. RGCs von CX3CR1-EGFP heterozygote Mäuse wurden anterograd mit CTB-594 und CTB-647 zurückgeführt in die linke und rechte Auge. Nach dieser Verfolgung wurden EGFP-positiven Mikroglia im dCGL abgebildet. Diese Bilder wurden anschließend zur Volumenmessung Oberfläche gerendert.
Mit dieser Technik haben wir festgestellt, daß während einer Spitzenzeit der Entwicklungs synaptischen Umbau im dCGL (P5), präsynaptische Eingänge durch Mikroglia (6) verschlungen. So wenig wie nach 4 Tagen, wenn eine große Menge von Umbau ist fast vollständig (P9), gibt es eine dramatische Reduktion in der Menge von Eingängen verschlungen. Zusätzlich werden Einwirkung und Beschneiden in Mäusen in Proteinen der klassischen Komplementkaskade gehör defizienten gestört(6) sowie folgende Manipulation neuronale Aktivität (Daten nicht gezeigt) 7.

Abbildung 1. Strategie zur Mikroglia-vermittelten Phagozytose von RGC präsynaptischen Eingänge 7 zu beurteilen. A) Schematische Darstellung der anterograde Tracing-Strategie. Linke und rechte Auge RGC Eingänge sind mit CTB-647 (blau) und CTB-594 (rot), bzw. verfolgt. Mikroglia-vermittelten (grün) Einwirkung der Eingänge wird anschließend ein Vertreter Vergrößerung Bild der postnatalen Tag 5 (P5) Maus dCGL niedrigen folgenden anterograde Tracing von links (blau) und rechts (rot) Augen Eingänge B bewertet.). Maßstabsbalken = 100 um. Ci) Ein Mikroglia (EGFP, grün) aus der Grenzregion von links (blau abgetastet) und rechts (rot) Augen Eingänge (Einschub in B). CII) CIII) Oberflächen Rendering von Mikroglia subtrahiert und verschlungen RGC-Eingänge. Grid Linie Schritten = 5 um. Di) Ein Vertreter Mikroglia (grün, EGFP) von P5 dCGL. RGC Eingänge sind mit CTB-594 (rot) gekennzeichnet und Lysosomen sind mit Anti-CD68 (blau) markiert. Dii) Alle CTB Fluoreszenz außerhalb der Mikroglia Volumen entfernt wurde enthüllt verschlungen RGC-Eingänge (rot) und Lysosomen (blau) in der Mikroglia . weiße Pfeile) Div-v) Die CD68 (div) und CTB (DV)-Kanäle allein;. (grün) Diii) Der RGC-Eingänge (rot) vollständig in CD68-positiven Lysosomen (blau lokalisiert. Maßstabsbalken = 10 um. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Allgemeine Navigationsfenster in der Software. A) Die Anzeige Einstellung Fenster. B) Der Pointer-Fenster. Wählen wird Auswahl von spezifischen Oberflächen zu ermöglichen. Navigieren ermöglicht die Drehung des Bildes in dem Sichtfeld. C) Es ist notwendig, in sein Surpass Modus für Wiedergabefläche der Lautstärke.

Abbildung 4. Oberflächenwiedergabe in der Software. A) Das Fenster erstellen. B) Glatteing-Fenster. Wählen Sie den Kanal an die Oberfläche aus dem Pull-Down-Menü (gelb markiert). C) Schwellen die Oberfläche der Fluoreszenzbild. Durch den roten Rahmen markiert ist der Schwellenwert, der für die Gesamt verschlungen verschlungen und nicht-Material aufgezeichnet werden soll. Diese Zahl wird später Schwelle angewandt werden und die Oberflächenmaterial verschlungen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

5. Beziehen Volumenmessungen in Software. A) Tabs, die folgenden Oberflächendarstellung angezeigt. Beachten Sie den Zauberstab, Bleistift, Trichter, und Graph Registerkarten, die im Text. B identifiziert werden) Die Maske verfügen, um verschlungen Material innerhalb der Phagozyten zu visualisieren. Beachten Sie den gewählten Kanal (yellow Kasten). C) Das Merkmal der Registerkarte Trichter / Filter erlaubt die Auswahl von allen Oberflächen im Bereich, indem das Histogramm den ganzen Weg auf der linken Seite, damit es gelb erscheint. Jeder Filter kann für diese. D) auf der Registerkarte Grafik gewählt werden, Lautstärke-Messungen erhalten und aufgezeichnet werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

6. Repräsentative Daten 7. A) Repräsentative oberflächen gerendert Mikroglia von P5 (Fluoreszenzbild in Fig. 1 gezeigt), P9 und P30 der Maus dCGL. Grössere Einsätze mit einer schwarzen gestrichelten Linie gekennzeichnet.Grid Linie Schritten = 5 um. B) Engulfment von RGC Eingänge wird deutlich während der Spitzen Rebschnitt im dCGL (P5) gegenüber älteren Altersgruppen (P9 und P30) erhöht. * P <0,001 durch Einweg-ANOVA, n = 3 Mäuse / Alter. C) Mikroglia von Mäusen in Komplement-Rezeptor 3-Mangel (KO, schwarzer Balken) verschlingen deutlich weniger RGC Eingänge im Vergleich zu WT-Wurf (weißer Balken). Alle Daten sind normalisiert auf WT Kontrollwerte. * P <0,04 mit dem Student-t-Test, n = 3 Mäuse / Genotyp. Alle Fehlerbalken stellen sem Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Mikrogliazellen sind die residenten Immunzellen des zentralen Nervensystems (ZNS) mit hoher Kapazität, in ihren extrazellulären Umgebung phagozytieren oder verschlingen Material. Hier ist eine breit anwendbare, zuverlässige und hoch quantitativen Assay für die Visualisierung und Messung Mikroglia-vermittelte Phagozytose von synaptischen Komponenten beschrieben.
, NRSA (F32-NS-066698; DPS); Arbeit wurde durch Zuschüsse aus der Smith Family Foundation (BS), Dana-Stiftung (BS), John Merck Scholars Program (BS), NINDS (BS RO1-NS-07100801) unterstützt wird, Nancy Lurie Marks Foundation (DPS), NIH (P30-HD-18655; MRDDRC Imaging Core).
| Wärmekissen | Vet Equip, Inc. | 965500 | |
| Warmwasserquelle für Wärmekissen | Kent Scientific | TP-700 | |
| Stereomikroskop | DSC Optical | Zeiss Opmi -6 Operationsmikroskop | |
| Gleitmikrotom mit Gefriertisch | Leica | SM2010 R | |
| Mikrotomklinge | Leica | 14021607100 | |
| Fluoreszierendes Präpariermikroskop | Nikon | SMZ800 mit Epi-Fluoreszenz-Aufsatz | |
| Konfokales Spinning-Disk-Mikroskop | Perkin Elmer | UltraView Vox Spinning-Disk Konfokal | |
| 10 & Mikro; l Hamilton gasdichte Spritzen | Hamilton | 80030 | Verwenden Sie für jede Farbe eine andere Spritze Farbstoff/Tracer |
| Hamilton Nadeln | Hamilton | 7803-05, Spezifikationen: stumpf, 1,5" | |
| Alexa-konjugiertes Choleratoxin Β Untereinheit (CTB) | Invitrogen | 488: C22841 | Rekonstitution in steriler Kochsalzlösung, 80 &; Mikro; L (488), 100 &Micro; L (594), 20 &Micro; l (647) |
| 594: C22842 | |||
| 647: C34778 | |||
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung ( PBS) | Sigma | P4417-50TAB | |
| Neomycin und Polymyxin B-Sulfate und Bacitracin Zink Augensalbe USP (antibiotische Salbe) | Bausch & Lomb | 24208-780-55 | |
| 30,5 G Nadel | Becton Dickinson | 305106 | |
| Federschere | Roboz | RS-5630 | |
| Applikator mit Wattespitze | Fisher | 23-400-125 | |
| Paraformaldeyde (PFA) | Elektronenmikroskopie Sciences | 15710 | Verdünnen Sie 16 % bis 4 % in PBS. Paraformaldehye ist giftig, verwenden Sie es in einem Abzug und tragen Sie persönliche Schutzausrüstung. |
| Sezierwerkzeuge – Schere, Pinzette, Spachtel | Kleine Schere: Fine Science Tools | Kleine Schere: 14370-22 | |
| Große Schere: Roboz | Große Schere: RS-6820 | ||
| #55 Pinzette: Fine Science Tools | #55 Pinzette: 11255-20 | ||
| Spatel: Ted Pella, Inc. | Spatel: 13504 | ||
| Saccharose | Sigma | S8501-5KG | Herstellung von 30% Saccharose in PBS (Gewicht/Vol.) |
| OCT Compound | VWR | 25608-930 | |
| Waage | USA Scientific | 2347-1426 | |
| 24-Well-Platten | BD Biosciences | 353047 | |
| Natriumphosphat monobasisch | Sigma | S6566-500G | 0,2 M Natriumphosphat monobasisch (PB-A) in ddH2O und 0,2 M Natriumphosphat zweibasisch (PB-B) in ddH2O herstellen. Um 0,1 M PB herzustellen, mischen Sie 19 ml PB-A und 81 ml PB-B, füllen Sie auf 200 ml mit ddH2O |
| Natriumphosphat zweibasisch | Sigma | S5136-500G | |
| Deckgläser, 22 x 50 mm, Nr. 1,5 | VWR | 48393 194 | |
| geladener Objektträger | VWR | 48311-703 | |
| Vectasheild | Vector Laboratories | H-1200 |