Ce protocole montre comment utiliser la microscopie à super résolution pour étudier la co-localisation des protéines dans les cultures neuronales primaires.
Method Article
Ce protocole montre comment utiliser la microscopie à super résolution pour étudier la co-localisation des protéines dans les cultures neuronales primaires.
Les synapses sont les éléments fonctionnels des neurones et leurs défauts ou pertes sont à la base de plusieurs troubles neurodégénératifs et neurologiques. Les études d’imagerie sont largement utilisées pour étudier leur fonction et leur plasticité dans des conditions physiologiques et pathologiques. En raison de leur taille et de leur structure, les études de localisation des protéines nécessitent des techniques d’imagerie à haute résolution. Dans ce protocole, nous décrivons une procédure d’étude dans les neurones primaires la co-localisation des protéines cibles avec des marqueurs synaptiques à un niveau de super-résolution utilisant la microscopie d’illumination structurée (SIM). SIM est une technique d’éclairage à motifs qui double la résolution spatiale de la microscopie à large champ, atteignant un détail d’environ 100 nm. Le protocole indique les contrôles et les paramètres requis pour des études de co-localisation robustes et une vue d’ensemble des méthodes statistiques pour analyser correctement les données d’imagerie.
La compréhension et la vue de la synapse a énormément changé depuis sa première description par Foster et Sherrington en 18971. Depuis lors, notre connaissance de la communication neuronale et les processus moléculaires derrière elle a augmenté de façon exponentielle2. Il est devenu clair que les synapses peuvent être considérées comme un système à deux compartiments : un compartiment pré-synaptique contenant des vésicules pour la libération de neurotransmetteurs et un compartiment post-synaptique avec des récepteurs3. Cette vision simpliste, au cours des vingt dernières années, s’est transformée en un réseau complexe de protéines nécessaires pour transduire la liaison des émetteurs en signalisation4.
Les gains dans la compréhension sont en partie dus aux techniques de super-résolution qui ont surmonté la limite de diffraction de la microscopie légère conventionnelle pour convenir à la dimension des synapses mieux5,6,7,8,9,10. En raison de la limite de diffraction, un microscope optique ne peut pas atteindre une résolution supérieure à 200 nm par la suite11,12. Pour contourner cette limite, des techniques de superrésolution ont été créées, en utilisant différentes approches et en atteignant différentes résolutions limites de sous-diffraction : SIM, STED (Stimated Emission Ecution Exceed Microscopy), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) et STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy)13,14. SIM double la résolution spatiale des systèmes de microscopie à large champ à base de laser en insérant une grille de diffraction dans le chemin de faisceaud’excitation 15. La grille mobile diffracts les faisceaux laser pour créer un modèle d’éclairage connu, généralement rayures. Ce motif de lumière volontairement structuré est superposé à la distribution spatiale inconnue du colorant fluorescent (de l’échantillon). Les franges d’interférence formées par les deux modèles codent pour des détails fins autrement indiscernables avec la microscopie normale de large champ. L’image finale super-résolue est obtenue en combinant et décodage avec des méthodes mathématiques plusieurs images brutes du même échantillon obtenus par les traductions et les rotations de la grille de diffraction. La résolution des images super-résolues atteint 100 nm dans le côté et 500 nm dans les directions axiales pour 2D-SIM15 ou 100 nm dans le latéral et 250 nm dans les directions axiales pour 3D-SIM16.
La nouvelle compréhension de la synapse est encore plus importante à la lumière des nombreux troubles neurologiques où le dysfonctionnement synaptique joue un rôle majeur dans l’apparition et la progression17,18. La maladie d’Alzheimer, le syndrome de Down, la maladie de Parkinson, les maladies à prions, l’épilepsie, les troubles du spectre autistique et le syndrome fragile de X, entre autres, ont été liés à des anomalies dans la composition synaptique, la morphologie et la fonction19,20,21,22.
Récemment, à l’aide d’un ensemble d’anticorps spécifiques à sumo, nous avons utilisé sim pour montrer la co-localisation dans les neurones hippocampaux primaires des protéines SUMO avec les marqueurs pré- et post-synaptiques synaptophysine et PSD95 au niveau de super-résolution23. Cela nous a permis de confirmer les preuves biochimiques et confocales de microscopie de la localisation sumo dans les neurones.
Ici, nous décrivons un protocole pour étudier la localisation des protéines dans les neurones primaires hippocampaux de souris. En même temps, ce protocole peut être adapté à différents types de cultures neuronales primaires.
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1. Cultures primaires
2. Coloration d’immunofluorescence
3. Contrôle de la spécificité des anticorps
REMARQUE : Utilisez deux stratégies pour assurer la spécificité des anticorps. La première stratégie consiste à utiliser au moins deux anticorps différents ciblant le même substrat. La deuxième stratégie est la neutralisation des anticorps par incubation avec la cible protéique purifiée ou l’épitope utilisé pour élever l’anticorps.
4. Étalonnage du microscope
REMARQUE : Nous utilisons régulièrement un système de microscope à super résolution N-SIM fabriqué par Nikon pour les études de super-résolution. Cependant, plusieurs autres entreprises offrent également des microscopes super-résolution dans leurs catalogues. Bien que des indications spécifiques pour le système N-SIM de Nikon soient décrites, les instructions qui suivent peuvent être généralisées à d’autres systèmes. Avant l’acquisition d’images SIM, le système nécessite un étalonnage approprié avec des perles fluorescentes de taille de sous-résolution spécifiques. Un exemple est les microsphères TetraSpeck. Ces perles sont tachées de différents colorants fluorescents pour permettre l’étalonnage de différents lasers avec un seul échantillon.
5. Acquisition
6. Post-production : reconstruction d’images
REMARQUE : Les images acquises par 3D-SIM sont des images brutes qui doivent être traitées pour obtenir des images reconstruites super-résolues. Une reconstitution incorrecte d’images brutes peut mener à des artefacts qui affecteraient l’analyse des échantillons. Une grande attention devrait donc être accordée au choix dû des paramètres de reconstruction.
7. Co-localisation avec analyse de profil
REMARQUE : Dans un premier temps pour étudier la co-localisation entre les marqueurs synaptiques et une protéine d’intérêt, prenez une image super-résolue et analysez un seul locus pour déterminer le chevauchement du signal.
8. Quantification des coefficients de Pearson et Mander
REMARQUE : Si l’analyse de profil a suggéré une co-localisation de locus unique, une analyse plus générale de l’image entière peut être effectuée en calculant les coefficients de Pearson et de Mander29,30.
9. Analyse statistique
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Nous présentons ici le flux de travail standard pour étudier la co-localisation des protéines neuronales. Nous avons d’abord calibré le microscope et ensuite nous avons effectué l’analyse SIM des échantillons. Pour calibrer le système, nous avons utilisé des microsphères fluorescentes de 0,1 μm de diamètre. Lors de l’obtention d’images 3D-SIM super-résolues des perles, les données d’image sous-jacentes sont fourier-transformés pour les re-convertir en une représentation de fréquence spatiale. Dans la...
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L’élucidation de la structure et de la composition de la synapse est cruciale pour comprendre les processus physiologiques et pathologiques qui régulent la mémoire et la cognition. Alors que dans l’état normal, les synapses sont les éléments constitutifs de la mémoire, ils sont également à la base de troubles neurologiques complexes tels que la maladie d’Alzheimer32. Le protocole décrit ici sert à étudier la co-localisation des protéines neuronales avec une technique de microscopie super-résolutio...
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Les auteurs n’ont rien à révéler.
Les auteurs tiennent à remercier Edoardo Micotti pour la critique constructive du manuscrit. Cette étude a été soutenue par BrightFocus A2019296F, par Fondo di Beneficenza - Gruppo Intesa Sanpaolo (LC), par Fondazione Regionale per la Ricerca Biomedica (Care4NeuroRare CP_20/2018) (CN) et par le Sk’odowska-Curie Innovative Training Network (JK).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 0,4 % de Trypan blue solution ; | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | Chemical |
| 70 & micro ; Filtre M ; | Corning | 352350 | Equiment |
| Alexa | Thermo Fisher | Scientific-Anticorps | |
| SENP1 | Santa Cruz | sc-271360 | |
| Anticorps B27 Supplément | Life Technologies | 17504044 | Chimique |
| Albumine sérique bovine ; | Merck | 5470 | Produit chimique |
| CaCl2 | Merck Life Science | 21115 | Lamelles |
| chambre | Ibidi | 80826 | Equiment |
| DyLight | Thermo Fisher Scientific-Anticorps | ||
| FBS (Hyclone) | GIBCO | SH3007002 (CHA1111L) | Sérum |
| FluoSpheres microsphères modifiées au carboxylate, 0,1 &mu ; m, jaune&ndash ; vert fluorescent | Thermo Fisher Scientific | F8803 | Equiment |
| Glucose | Merck Life Science | G8769 | Chimique |
| Glutamax | GIBCO | 35050061 | Chimique |
| HEPES | Merck Life Science | H3537 | Chimique |
| L-Cystein ; | Merck Sciences de la Vie ; | C6852-25g | Chimique |
| MAP2 | Merck | AB15452 | |
| Anticorps MEM ; | Technologies de la vie | 21575022 | Medium |
| MgCl | Merck Life Science | M8266 | Chimique |
| NaOH | VWR International | 1 091 371 000 | Chimique |
| Neurobasal A | Life Technologies | 10888022 | |
| Medium N-SIM Super Resolution | Microscope Nikon-Instrument | ||
| Papain | Merck Life Science& nbsp ; | P-3125 | |
| Paraformaldéhyde chimique ; | Thermo Fisher Scientific | 28908 | Stylo chimique |
| /Strep 10x | Life Technologies | 15140122 | |
| Solution saline tamponnée au phosphate chimique ; | Gibco | 10010023 | Chemical |
| Poly-L lysine | Sigma | P2636 | Chemical |
| ProLong Diamond Glass Antifade Mountant | Thermo Fisher Scientific | P36970 | Chemical |
| PSD95 ; | NeuroMab | K28/43 | |
| Anticorps Verre de protection rond | Thermo | 12052712 | Equiment |
| SUMO1 | Abcam | ab32058 | Anticorps |
| Synaptophysine ; | Merck | S5768° ; | anticorps |
| Triton X-100 ; | Merck | T8787 | Inhibiteur chimique |
| de la trypsine ; | Merck Sciences de la Vie ; | T9003-500MG | Produit chimique |
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