Article de méthode

L'utilisation d'un α-bungarotoxine Reliure Tag du site à étudier récepteur GABA A membrane localisation et le trafic

DOI :

10.3791/51365

⸱

28 mars 2014

 ,  , 
1Pharmacology & Chemical Biology Department, University of Pittsburgh School of Medicine

Dans cet article

Résumé

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Ici, nous démontrons l'utilisation de colorant fluorescent Alexa couplé à α-bungarotoxine à mesurer récepteur GABA A de localisation à la surface et l'endocytose dans les neurones de l'hippocampe. Grâce à l'utilisation de constructions portant une étiquette extracellulaire qui se lie à court α-bungarotoxine, l'analyse de la membrane plasmique protéine endocytose trafic peut être atteint.

Résumé

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Il est de plus en plus évident que les récepteurs de neurotransmetteurs, dont les récepteurs ionotropiques GABAA (GABAAR), exposition traite très dynamique et la mobilité de la surface de la cellule 1-7. Pour étudier la localisation des récepteurs de surface cellulaire et l'endocytose, la technique décrite ici combine l'utilisation d'α-bungarotoxine fluorescent avec des cellules exprimant des constructions contenant une α-bungarotoxine (Bgt) du site de liaison (BBS). Le BBS (WRYYESSLEPYPD) est basé sur la sous-unité α du récepteur nicotinique de l'acétylcholine de muscle, qui se lie avec une grande affinité Bgt 8,9. Incorporation du site BBS permet la localisation de surface et des mesures de l'insertion ou du retrait du récepteur avec application de la fluorescence exogène Bgt, comme décrit précédemment dans le cheminement de GABAA et GABAB récepteurs métabotropiques 2,10. En plus du site de BBS, on a inséré une GFP sensible au pH (pHGFP 11) entre les acides aminés 4 et 5 de la sous-unité mature par GABAAR m-typestratégies de biologie et de clonage PCR olecular (voir la figure 1) 12. Le BBS est en 3 'de la GFP reporter sensible au pH, séparés par une alanine / acide proline lieur 13-amino. Pour le trafic études décrites dans cette publication qui sont basées sur des échantillons fixés, le pHGFP sert un journaliste du total marqué GABAAR niveaux de sous-unité protéique, permettant la normalisation de la Bgt marqué population de récepteur à récepteur population totale. Cela minimise cellule à Bgt coloration variabilité du signal résultant de supérieur ou inférieur expression de base des sous-unités GABAAR marqués. En outre, l'étiquette pHGFP permet une identification facile des cellules de construction exprimant des expériences en direct ou fixes imagerie.

Introduction

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L'utilisation de la fluorescence couplé α-bungarotoxine à étudier la localisation du récepteur et la dynamique a été lancée dans des études sur le récepteur nicotinique de l'acétylcholine 13-15, cible endogène de la toxine. Par la suite, l'incorporation du peptide minimal Bgt liaison (BBS) a été utilisée pour étudier la traite des canaux ioniques excitateurs et inhibiteurs ligand-dépendants et G récepteurs couplés aux protéines 2,10,16-21. Cette technique basée sur la BBS offre des avantages à d'autres approches utilisées pour les études de trafic tels que les méthodes de biotinylation de surface, marquage de l'anticorps de cellules vivantes avec des anticorps à des épitopes extracellulaires, et la récupération de fluorescence après photoblanchiment (FRAP). Au cours de la surface cellulaire biotinylation amines libres sont modifiés de manière covalente, avec le potentiel d'affecter l'activité cellulaire. Études basées anticorps ont souvent été entravés par le regroupement ou le plafonnement de l'antigène de surface, ce qui peut modifier les événements de la traite. En raison de l'étape de blanchiment pour FRAP ses études, une préoccupation importante est endommager la structure cellulaire sous-jacent. Un avantage supplémentaire est que l'étiquette BBS constructions peuvent aussi être utilisées pour des méthodes biochimiques avec le trafic de récepteur couplé à la biotine bungarotoxine à ânes. Cette technique est facilement applicable à des lignées cellulaires et des cellules primaires. Pour une utilisation dans des cellules qui expriment l'acétylcholine nicotinique (nAChR) des récepteurs, l'antagoniste tubocurarine nAChR doit être utilisé dans le protocole comme indiqué. Exécution d'une simple surface étiquetage Bgt (équivalent au point de temps T = 0 pour le protocole d'endocytose) sur les cellules non transfectées en l'absence de tubocurarine fournira la preuve de nAChR endogène.

Une considération importante pour l'utilisation de cette technique est l'insertion appropriée du BBS de sorte qu'il est présent à un emplacement extracellulaire lorsque la protéine d'intérêt est délivré à la membrane plasmique. Par exemple, les domaines N-terminaux des sous-unités GABAAR résident dans la lumière au cours de la traite vésiculairesficking et devenir extracellulaire après l'insertion du récepteur dans la membrane plasmatique, ce qui permet le marquage spécifique de récepteurs de surface cellulaire et l'évaluation de leur retrait de la surface de la cellule par endocytose événements. Nous avons précédemment montré que l'addition de GFP, myc, ou BBS épitopes de ce domaine de sous-unités GABAAR est fonctionnellement silencieuse. Les contrôles standard doivent être effectuées afin de s'assurer que la protéine marquée est exprimée à des niveaux similaires à un produit d'assemblage non marqué, qu'il localisé de manière appropriée, et que cela n'affecte pas la fonction du récepteur. Cette caractérisation de constructions transfectées aidera également à dépannage surexpression préoccupations.

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Protocole

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Tous les protocoles décrits ci-dessous sont conformes à la IACUC et NI comités d'éthique de l'Université de Pittsburgh School of Medicine.

Une. Préparation des cultures de neurones de l'hippocampe en culture de tissus capot

Note: Utiliser une technique stérile et réactifs tout au long de protocole 1.

  1. Préparer le poly-D-lysine (0,1 mg / ml dans H 2 O) des lamelles de verre revêtu en tant que substrat pour la culture des neurones.
    1. Placez 4-5 lamelles rondes de verre à l'intérieur de chaque boîte de culture de tissu de 3,5 cm.
    2. Coin 70 ul de poly-D-lysine sur chaque lamelle couvre-objet de 12 mm. Remarque: pour l'imagerie en temps réel, un fond de verre de 3,5 cm boîte de culture de tissu peut être utilisé (repérer 200 pi poly-D-lysine sur incorporé 14 mm lamelle de verre).
    3. Laissez les plats préparés dans la culture de tissus capot O / N. Pour minimiser la poly-D-lysine évaporation et maintenir les surfaces stériles dans la hotte de culture de tissus, fermer la fenêtre à guillotine et éteignez ee soufflante O / N. Remarque: les lampes UV ne sont pas utilisés pendant l'incubation O / N.
    4. Le lendemain matin, laver la vaisselle 3x avec 2 ml de H 2 O.
    5. Après avoir retiré le dernier H 2 O lavage, ajouter 2 ml de milieu à chaque 3,5 cm plat et laissez plats dans l'incubateur jusqu'à ce que prêt à plaquer les neurones à l'étape 1.4.
  2. Neurones de l'hippocampe sont préparés à partir de jour embryonnaire 18-19 (E18-19) (rats modifiés de Goslin 22).
  3. Transfecter des neurones dissociés fraîchement le jour de mise en culture avec de 1 à 4 pg d'ADN de construction maxiprepped.
    Note: en général 3 pg d'ADN est transfecté dans 1-2000000 neurones, avec une viabilité de 50% et une efficacité de transfection de 60% ​​(par exemple, en commençant par les neurones: 2000000 ((2 x 10 6 x neurones 0,5) 0,6) prévoit environ 1 million de neurones;. 600000. qui sont transfectées 1 quantités différentes de construction d'ADN peuvent être transfectées lors de la résolution des problèmes potentiels desur-expression, suivi par une caractérisation appropriée de construction localisation et leur fonction.
  4. Plate neurones transfectées sur des poly-D-lysine lamelles enrobées à une densité finale d'approximativement 200 000 neurones par 3,5 cm plat. Remarque: pour un fond de verre plat, assiette 40,000-50,000 neurones sur la surface vitrée de 14 mm.
  5. Remplacez le support 4-24 heures après la préparation des cultures de neurones, puis permettent aux neurones de se développer dans l'incubateur jusqu'à 14-17 jours in vitro (DIV) ou stade désiré.

2. Endocytose Assay

ATTENTION: Note sur α-bungarotoxine et déchets de tubocurarine et la manipulation:

  1. Manipulation de tous les neurotoxines peptidiques est recommandé dans les lignes directrices de biosécurité de niveau 2 (BL-2) protocoles de recherche. Tout l'équipement de protection individuelle approprié doit être porté. Poudres de toxine lyophilisés doivent être reconstitués selon les instructions du fabricant. Toxine déchets should être éliminés en conformité avec les directives de santé et sécurité de l'environnement de l'institution gouvernementale.
  2. Pour éliminer les agrégats peptidiques potentiels qui se sont formées au cours du stockage, des aliquotes α-bungarotoxine doivent être centrifugés brièvement avant utilisation, et le surnageant doivent être utilisées pour l'expérience.
  3. α-bungarotoxine (Bgt) les stocks sont remises en suspension à une concentration de 1 mg / ml dans H 2 O stérile et stocké dans des aliquotes de 10 ul à -20 ° C. Les stocks BGT fluorescence couplés sont utilisés à 3 pg / ml. Tubocurarine est utilisé à une concentration finale de 150 uM.
  1. Réglez paillasse bloc chauffant à 16 ° C dans une chambre froide avec de l'aluminium mince ou plaque d'acier inoxydable sur le dessus. Alternativement, si disponible, un haut dispositif de refroidissement / chauffage de banc peut être utilisé pour chaque étape nécessitant 16 ° C.
  2. Frais extracellulaire salines Hepes tamponné (HBS contenant en mm: 135 NaCl, KCl 4,7, 10 HEPES, 11 glucose, 1,2 MgCl 2 et 2,5CaCl2, pH 7,4) à 16 ° C dans un bain d'eau.
  3. Transfert des plats de neurones à la plaque d'aluminium à 16 ° C et laisser refroidir pendant 5 minutes.
  4. Retirez le support (garder milieux conditionnés et réserve dans l'incubateur pour l'étape 2.8, points de temps de dosage d'endocytose) et le remplacer par 1 ml de 16 ° C HBS + tubocurarine (150 M) pendant 2 min.
  5. Retirer HBS + tubocurarine à conteneur à déchets dûment et remplacer par 1 ml de 16 ° C HBS + tubocurarine (150 M) + α-bungarotoxine Alexa 594 [3 pg / ml], l'incubation à 16 ° C pendant 15 min.
  6. Retirer HBS + + tubocurarine α-bungarotoxine marquée à l'Alexa 594 conteneur de déchets et laver la vaisselle 3x avec 2 ml de 16 ° C HBS (les lavages peuvent être collectées par l'intermédiaire d'une aspiration dans une fiole à vide contenant 50 ml d'eau de Javel à 50%).
  7. Pour les expériences d'imagerie en direct de séries chronologiques suivantes endocytose récepteur à l'aide d'un fond de verre de 3,5 cm boîte de culture, effectuer les étapes 2.1 au 2.6, puis transférer plat à platine chauffante(Dispositif à effet Peltier) sur microscope, et commencer l'imagerie confocale avec un ou configuration FRBR de microscope.
  8. Transfert T = 0 point de temps lamelles dans un plat de RT paraformaldéhyde à 4% / 4% de saccharose pendant 20 min, en continuant avec d'autres lamelles à l'étape 2.9.
  9. Pour d'autres points dans le temps, remplacer HBS avec conditionnée équilibrée 37 ° C médias (réservé à l'étape 2.4) et revenir à l'incubateur pour l'endocytose à 37 ° C. Note: suggéré points supplémentaires de temps de T = 15, 30, et 60.
  10. Aux points de temps nécessaire, prendre des plats de l'incubateur, lavez rapidement deux fois avec 2 ml de RT DPBS (dPBS pas de calcium, magnésium), puis fixer à 4% de paraformaldéhyde / 4% de saccharose pendant 20 min.
  11. Après 20 min de fixation, retirez du paraformaldéhyde 4% / 4% de saccharose à perdre récipient et laver la vaisselle deux fois avec 2 ml RT DPBS.
  12. Incuber les lamelles à température ambiante pendant 10 min dans une solution de bloc d'immunofluorescence (solution de bloc = sérum de cheval à 5%, BSA à 0,5% dans du DPBS) contenant 0,2% de Triton X-100 à perméabilitéiser les neurones et permettre immunomarquage anti-GFP de la piscine et / ou à l'étiquetage d'autres protéines d'intérêt récepteur intracellulaire.
  13. Retirer bloc + 0,2% de Triton X-100 et incuber dans une solution de lamelles couvre-bloc d'immunofluorescence sans Triton X-100 pendant 20-30 min.
  14. Effectuer des incubations d'anticorps primaires de lamelles couvre-objet en bloc pendant plusieurs heures à la température ambiante ou O / N à 4 ° C. Remarque: l'incubation des lamelles avec les primaires à 4 ° CO / N produit régulièrement des résultats améliorés d'immunofluorescence.
  15. Laver 3 fois avec du DPBS lamelles couvre-objet (5 min à chaque étape de lavage).
  16. Incuber les lamelles couvre-objet avec des anticorps secondaires dans la solution de bloc pour une heure à température ambiante.
  17. Laver 3 fois avec du DPBS lamelles couvre-objet (5 min à chaque étape de lavage).
  18. Des lamelles de montage, la manutention chaque lamelle individuelle: supprimer l'excès de liquide de l'arrière de la lamelle avec un tissu de laboratoire, puis inversez lamelle sur 4 pi de milieu de montage sur une lame de verre.
  19. Permettre diapositives à sécher à la température ambiante couverts pendant 30 min puis stminerai à 4 ° C jusqu'au moment de réaliser la microscopie.
  20. Acquisition et l'analyse de l'expérience avec la microscopie confocale (aveugle à condition expérimentale) l'image. Huile 60X NA 1.49 objectif d'immersion avec les lasers suivants: gaz Argon 488 nm, 561 diode, diode 640.
    1. En utilisant les mêmes paramètres d'acquisition d'images, d'acquérir des images de la section de Z simples avec le corps des cellules neuronales et plusieurs processus dendritiques dans la discussion.
    2. Quantifier α-bungarotoxine Alexa signal de fluorescence GFP et immunocoloration 20 um de long 04.03 dendrites proximales par neurone, en utilisant le même seuil pour l'analyse de toutes les données d'endocytose.
    3. Analyser les données de 10 à 12 neurones pour chaque point de temps, répétant l'expérience avec plusieurs cultures de neurones indépendants.

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Résultats

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Caractérisation d'une construction BBS marqué comprend des contrôles importants, tels que la détermination de si la protéine exprimée assemble correctement (en particulier avec des récepteurs constitués de plusieurs sous-unités), des trafics à la surface de la cellule et se localise de façon appropriée. Synapses inhibitrices sont composées de GABA A grappes de surface des récepteurs qui sont colocalisées avec l'inhibiteur géphyrine de protéine d'échafaudage et sont apposés à des bornes inhibiteurs pré-synapt...

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Discussion

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Les techniques fixes et vivants basés BBS décrites ici peuvent être utilisés pour suivre récepteur ou autre membrane plasmique protéine traite des lignées de cellules, les neurones et d'autres cellules primaires. Cette méthode a été utilisée avec succès pour étudier l'insertion de membrane et la suppression des canaux ioniques et des GPCR ligand-dépendants et évaluer les changements dans le trafic en raison de la présence d'agonistes des récepteurs et des modulateurs. Aspects clés comprennent la localisation...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n'ont rien à révéler.

Remerciements

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Un soutien a été fourni par startup-fonds du Département de biologie et pharmacologie chimique à l'Université de Pittsburgh School of Medicine. Accusé de membres du laboratoire Jacob qui ont contribué à la présentation de la vidéo: Nicolas Graff.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Kit P3 Primary Cell 4D  ;LonzaV4XP-3024
&alpha ;-Bungarotoxin, Sondes moléculaires conjuguées Alexa Fluor 647B35450
&alpha ;-Bungarotoxine, Sondes moléculaires conjuguées Alexa Fluor 488B13422
&alpha ;-Bungarotoxin, Sondes moléculaires conjuguées Alexa Fluor 594Sondes moléculairesB13423
(+)-Chlorure de tubocurineTocris2820
Support de montage  ;DAKOcS703
DPBS sans calcium, magnésiumInvitrogen14190-136
Poly-D-lysine  ;SigmaP6407
Anticorps à la géphyrineSynaptic Systems147 0111:300
Anticorps VIAAT/VGATSystèmes synaptiques131 0021:1 000
anti GFPLife TechnologiesA64551:2 000
Boîte de culture tissulaire à fond de verreMatTek CorporationP35G-1.5-14-C - Mattek Dishes
Coverslips (verre de couverture rond)), épaisseur #1, 12 mmWarner Instruments640-0702

Références

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Mots-clés

Site de liaison de l alpha bungarotoxinelocalisation la surface du r cepteurendocytose du r cepteurmicroscopie confocalemarquage par immunofluorescenceneurones hippocampiquesrapporteur GFP sensible au pHalpha bungarotoxine fluorescenteessai de trafic des r cepteurs

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