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Article de méthode

Mesure du calcium total dans les neurones par sonde électronique X-ray microanalyse

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DOI :

10.3791/50807

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20 novembre 2013

 , 

Dans cet article

Résumé

Ce document décrit l'application de la microscopie électronique cryoanalytical à la mesure quantitative de la teneur en calcium total et la répartition à la résolution subcellulaire dans des échantillons biologiques physiologiquement définies.

Résumé

Dans cet article, les outils, les techniques et les instruments appropriés pour des mesures quantitatives de contenu élémentaire intracellulaire en utilisant la technique dite de la microsonde électronique (EPMA) sont décrits. Calcium intramitochondrial est une attention particulière en raison du rôle essentiel que la surcharge calcique mitochondriale joue dans les maladies neurodégénératives. La méthode est basée sur l'analyse des rayons X générés dans un microscope électronique (EM), par l'interaction d'un faisceau d'électrons avec l'échantillon. Afin de maintenir la distribution d'éléments native diffusibles dans les échantillons en microscopie électronique, EPMA nécessite "cryofixation" du tissu suivie de la préparation de coupes cryogéniques ultraminces. La congélation rapide des cellules en culture ou des cultures de tranches organotypiques est effectuée par congélation plonger dans de l'éthane liquide ou un gel par le claquement contre un bloc de métal froid, respectivement. Cryocoupes nominalement 80 nm d'épaisseur sont coupées à sec avec un couteau de diamant à ca. -16076, C, monté sur carbone / grilles de cuivre pioloform revêtu, et cryotransferred dans un cryo-EM en utilisant un support de cryospecimen spécialisé. Après inspection visuelle et la cartographie de l'emplacement à une température ≤ 160 ° C et une faible dose d'électrons, cryosections congelés-hydraté sont lyophilisés à -100 ° C pendant ~ 30 min. les images au niveau des organites de cryosections séchées sont enregistrées, également à faible dose, au moyen d'une caméra CCD à balayage lent et les régions sous-cellulaires d'intérêt sélectionné pour analyse. les rayons X émis par ROI par une sonde fixe, concentré, à haute intensité électrons sont collectés par un X-ray à dispersion d'énergie (EDX) spectromètre, traitée par l'électronique associée, et présenté comme un spectre de rayons X, qui est un terrain de l'intensité des rayons X vs énergie. Logiciel supplémentaire facilite: 1) l'identification des composants élémentaires par leur énergie et leur empreinte digitale de pointe «caractéristiques», et 2) l'analyse quantitative par extraction de zones de pic / fond. Ce document se termine par deux exemples qui illustrent typiqueApplications EPMA, celui dans lequel l'analyse du calcium mitochondrial fourni des informations essentielles sur les mécanismes de blessures excitotoxic et un autre qui a révélé la base de la résistance à l'ischémie.

Introduction

Les ions calcium sont sans doute entité de signalisation cellulaire le plus important et polyvalent en biologie, en jouant un rôle essentiel dans les processus normaux aussi divers que la transmission synaptique et l'expression des gènes. D'autre part, le calcium est également important dans la mort cellulaire. En particulier, la déréglementation de calcium est un facteur clé dans les lésions neuronales dans l'AVC, la maladie de Parkinson, la maladie d'Alzheimer et autres maladies neurodégénératives 3,5. Ainsi, il est important de comprendre quantitativement comment le calcium est distribué dans les cellules, et comment cela change suivant ....

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Protocole

L'approche décrite ici a été développé en utilisant des instruments, des outils et des logiciels. Parce que les laboratoires ne seront pas utiliser le même dispositif expérimental de la démarche est généralisée, si possible.

Une. La congélation rapide

La méthode d'analyse d'être décrite est tout à fait dépendante de méthodes cryogéniques pour: 1) la "cryofixation" des cellules ou des tissus d'une manière qui préserve quantitativement la distribution des composants des tissus diffusibles et éléments chimiques comme ils l'étaient dans des cellules vivantes à l'instant de congélation et 2) l....

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Résultats

Les cellules du cerveau subissent généralement des blessures excitotoxic à la suite de la libération de neurotransmetteurs pathologique qui se produit dans des conditions ischémiques. EPMA était essentiel pour découvrir comment la capacité des mitochondries neuronales pour séquestrer des quantités massives de calcium sous-tend le mécanisme de la blessure. La micrographie électronique de la figure 3 illustre l'aspect des mitochondries dans les cryosections lyophilisées de neurones d'hippocampe en culture.......

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Discussion

La méthode analytique basée microscope à électron présenté ici permet la détection, l'identification et la quantification de plusieurs éléments d'intérêt biologique, notamment Na, K, P, Ca et surtout. Ces analyses peuvent être effectuées à subcellulaire, soit intra-organite, la résolution en raison de la capacité de localiser et d'identifier les structures d'intérêt dans les images de haute qualité de cryosections préparés à partir de spécimens congelés rapidement. Notez qu'aucune coloration.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs rapportent aucun conflit d'intérêt.

Remerciements

Nous tenons à remercier Mme Christine A. Winters pour une excellente assistance technique. Ce travail a été soutenu par le Programme de neurosciences de base du Programme de recherche intra-muros NINDS, NIH (Z01 NS002610).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
REAGENTS/MATERIALS
Thermanox lamelles en plastiqueThermo Fischer Scientific72280
Inserts de cultureBD Falcon353090Pour plaques à 6 puits
CryopinsLeica Microsystems16701952
Applicateurs en boisEM Sciences72300
Grilles EM pliantesTed Pella4GC100/100100 mesh
Feuille d’indiumAlfa Aesar139820,25 mm d’épaisseur
EQUIPMENT
Appareil de congélation plongeanteLeica MicrosystemsKF-80
Appareil de congélation SlamLifeCellCF-100
UltramicrotomeLeica MicrosystemsUC6
Cryofixation pour microtomeLeica MicrosystemsFC6
Outil de cryorognage diamantDiatomeCryotrim 45
Cryoknife diamantDiatomeCryo 35
Dispositif antistatiqueDiatomeHauf Ligne statique
Cryomicroscope électroniqueCarl Zeiss MicroscopieEM912 Omega
Porte-échantillon cryogénique EMGatanCT3500
Caméra CCD à balayage lent, 2k x 2kTroendle (TRS)Logiciel
d’acquisition d’imagesOlympus SISiTEM suite
Détecteur de rayons X EDOxford InstrumentsLinksystem Pentafet
Processeur d’impulsionsOxford InstrumentsXP-3
Fond de panier PCI carte4pi SystemsSpectral Engine II
Ordinateur de bureauAppleTout modèle
Logiciel d’analyse par rayons XNISTDTSA, DTSA II
TableurMicrosoftExcel
  1. Le CF100 n’est plus vendu dans le commerce, bien que l’appareil soit disponible dans de nombreux établissements universitaires, et des machines ou des pièces complètes peuvent être trouvées en ligne.
  2. Un tutoriel vidéo pour le support de cryotransfert CT3500 est disponible à l’adresse http://www.gatan.com/files/Movies/CT3500_Cryo_transfer_holder.mp4.
  3. Le SEII est obsolète ; le moteur spectral universel est un produit ultérieur, compatible avec les PC, avec des fonctionnalités comparables. 4pi a cessé sa fabrication et ses ventes, mais fournit toujours un support technique à la clientèle. Les systèmes usagés se trouvent souvent en ligne.
  4. La DTSA originale est désormais obsolète. Le NIST propose dans le domaine public un successeur mis à jour, DTSA II 12 (http://www.nist.gov/mml/mmsd/software.cfm)
rainuré compatible OS9

Références

  1. Aronova, M. A., Kim, Y. C., Pivovarova, N. B., Andrews, S. B., Leapman, R. D. Quantitative EFTEM mapping of near physiological calcium concentrations in biological specimens. Ultramicroscopy. 109, 201-212 (2009).
  2. Aronova, M. A., Leapman, R. D. Eleme....

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Réimpressions et autorisations

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