L’article décrit l’optimisation des paramètres d’acquisition de la microscopie à fluorescence pour visualiser le transport axonal de cargaisons endogènes marquées à une résolution de neurone unique chez un nématode vivant.
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Article de méthode
L’article décrit l’optimisation des paramètres d’acquisition de la microscopie à fluorescence pour visualiser le transport axonal de cargaisons endogènes marquées à une résolution de neurone unique chez un nématode vivant.
Le transport axonal est une condition préalable à la livraison des protéines axonales depuis leur site de synthèse dans le corps cellulaire neuronal jusqu’à leur destination dans l’axone. Par conséquent, la perte du transport axonal altère la croissance et la fonction neuronales. L’étude du transport axonal permet donc d’améliorer notre compréhension de la biologie des cellules neuronales. Avec les récentes améliorations de l’édition du génome CRISPR Cas9, le marquage endogène des cargaisons axonales est devenu accessible, permettant d’aller au-delà de la visualisation du transport basée sur l’expression ectopique. Cependant, le marquage endogène se fait souvent au détriment d’une faible intensité de signal et nécessite des stratégies d’optimisation pour obtenir des données robustes. Ici, nous décrivons un protocole pour optimiser la visualisation du transport axonal en discutant des paramètres d’acquisition et une approche de blanchiment pour améliorer le signal de la cargaison endogène marquée sur un fond cytoplasmique diffus. Nous appliquons notre protocole pour optimiser la visualisation des précurseurs de vésicules synaptiques (SVP) marqués par RAB-3 marqué par protéine fluorescente verte (GFP) afin de mettre en évidence comment l’ajustement fin des paramètres d’acquisition peut améliorer l’analyse de la cargaison axonale marquée de manière endogène chez Caenorhabditis elegans (C. elegans).
Tout au long de la vie, les neurones dépendent du transport axonal pour transporter les protéines, les lipides et d’autres molécules du corps cellulaire à leur destination finale dans l’axone. Par conséquent, l’altération du transport axonal est associée à une perte de la fonction neuronale et est souvent impliquée dans la pathologie des troubles neurodégénératifs 1,2. Par conséquent, la compréhension des mécanismes sous-jacents au transport axonal est d’un grand intérêt.
Plusieurs décennies de recherche sur le transport axonal ont révélé de nombreuses informations importantes sur la machinerie moléculaire qui médie ce transport, leur composition ainsi que les mécanismes de régulation. Le transport axonal à longue distance se produit sur le cytosquelette des microtubules, qui se compose de polymères de microtubules partiellement chevauchants qui sont généralement orientés avec leur extrémité positive dans les axones3. Par conséquent, le transport antérograde est médié par des protéines motrices qui se déplacent jusqu’à l’extrémité positive des microtubules, les kinésines, tandis que le transport rétrograde dépend du moteur de dynéine dirigé vers l’extrémité négative. Bien que de nombreux aspects du transport aient été révélés, pour de nombreuses protéines axonales, on ne sait toujours pas comment elles sont chargées dans la machinerie de transport, comment les colis de transport individuels sont organisés et comment ce transport est régulé3.
Le transport axonal a d’abord été étudié dans des expériences de radio-marquage, dans lesquelles des acides aminés radiomarqués ont été injectés dans le compartiment somatique, où ils ont été incorporés dans des protéines endogènes naissantes et ont pu être suivis au fil du temps dans le compartiment axonal par autoradiographie4. Bien que les expériences de radiomarquage aient permis d’étudier le transport axonal de protéines endogènes in vivo, elles ne permettent pas de suivre directement le comportement de la cargaison individuelle pour obtenir des informations mécanistes4. Cette limitation a été surmontée grâce à l’utilisation de la microscopie à fluorescence. Cependant, le transport axonal n’est souvent pas visualisé sur des protéines endogènes, mais plutôt par l’expression d’une copie marquée par fluorescence. En particulier pour les protéines faiblement exprimées, la surexpression fournit des intensités de signal plus élevées qui rendent possible la visualisation, de préférence avec une résolution de neurone unique. De plus, l’expression ectopique de la protéine marquée fluorescente contourne le besoin et les défis de l’édition du génome. Inversement, il a été avancé que le comportement de la cargaison exprimée de manière ectopique peut différer du comportement de la cargaison endogène5.
Les améliorations récentes de l’édition du génome ont rendu les stratégies de marquage endogène plus accessibles. Par conséquent, une intensité de signal plus faible est devenue la principale limitation à l’étude du transport axonal d’une cargaison par expression ectopique au lieu du marquage endogène. Des considérations minutieuses dans la stratégie de marquage endogène associées à une optimisation des conditions d’acquisition peuvent surmonter ce défi.
Les nématodes constituent un excellent modèle de recherche pour étudier le transport axonal in vivo en raison de leur transparence et de leur facilité dans les manipulations génétiques. Dans ce protocole, nous décrivons une stratégie de recherche pour visualiser le transport axonal de protéines endogènes avec une résolution de neurone unique chez Caenorhabditis elegans vivant. Nous visualisons le transport axonal des précurseurs des vésicules synaptiques en utilisant une souche générée par le Jorgensen Lab6, dans laquelle la RAB GTPase associée à la vésicule, RAB3, est marquée de manière endogène avec GFP, dans le motoneurone DA9. En demandant comment de petites adaptations de différents paramètres d’acquisition et de photoblanchiment peuvent améliorer la visualisation d’événements de transport individuels, le protocole fournit des idées sur la façon d’optimiser les conditions d’imagerie.
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Pour un protocole détaillé sur la façon de maintenir et de préparer les nématodes pour l’imagerie de cellules vivantes, reportez-vous aux travaux de S.Niwa 7.
1. Génération de souches de vers
En plus de générer des souches de nématodes, le Caenorhabditis Genetics Center (CGC)8 contient une collection croissante de souches de nématodes avec des protéines endogènes marquées par fluorescence qui peuvent être obtenues directement à partir de leur page Web.
2. Manipulation des vers et préparation pour l’imagerie
3. Microscopie à cellules vivantes
REMARQUE : Les valeurs exactes des paramètres d’acquisition peuvent différer d’un microscope à l’autre. Cependant, les tendances pour chaque paramètre d’acquisition doivent être indépendantes du microscope utilisé. Un microscope confocal à disque rotatif équipé d’une ligne laser distincte pour le blanchiment a été utilisé dans ce protocole (voir le tableau des matériaux pour plus de détails sur le microscope). La fluorescence verte a été excitée par un laser de 488 nm et l’émission a été filtrée par un filtre d’émission ET525/36. Le blanchiment a été effectué à l’aide d’une ligne laser de 488 nm.
4. Analyse des données de transport axonal
REMARQUE : Utilisez ImageJ/Fiji19 pour les étapes d’analyse d’image suivantes. Fidji est capable de lire les données à l’aide de tous les logiciels de microscopie courants.
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Vue d’ensemble du système modèle et de la procédure de mesure
Pour visualiser le transport axonal des précurseurs des vésicules synaptiques, nous avons tracé de manière endogène la GFP marquée RAB-3. Ici, nous utilisons une souche6 de GFP ::Flip-on ::RAB-3 récemment générée, dans laquelle l’expression de la recombinase Flippase sous un promoteur spécifique de la cellule (glr-4p) marque RAB-3 endogène dans le motoneurone DA9. DA9 est un motoneurone bipolaire, dont le co...
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Limites de la méthode et méthodes alternatives
Dans ce protocole, nous avons optimisé les paramètres d’acquisition pour visualiser le transport axonal de RAB-3 marqué endogènement, qui est associé à des précurseurs de vésicules synaptiques. Pour visualiser RAB-3, nous avons utilisé une souche6 de FLIP-on ::GFP ::RAB-3 récemment publiée et exprimé la recombinase Flippase sous un promoteur spécifique de la cellule (glr-4p)25
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Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrentiel ou financier qui aurait pu sembler influencer les travaux rapportés dans cet article.
Les auteurs tiennent à remercier les laboratoires Yogev et Hammarlund pour l’assistance technique, les commentaires et les discussions. Nous tenons à remercier tout particulièrement Grace Swaim pour ses conseils en imagerie de cellules vivantes et Grace et Brian Swaim pour avoir initialement établi l’analyse manuelle par kymographe en laboratoire. OG est soutenu par une bourse Walter-Benjamin financée par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) -Projet# 465611822. SY est financé par la subvention R35-GM131744 des NIH.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| Plaques de recouvrement (22 mm x 22 mm, No1) ; Verre de protection Gold Seal | Thomas Scientific | 6672A14 | |
| Levamisole | ChemCruz | sc-205730 | |
| Microscope : Microscope inversé Nikon Ti2, Yokogawa CSU-W1 SoRa Scanhead, Appareil photo Hamatsu Orca-Fusion BT sCMOS, Objectif à immersion dans l’huile Nikon CFI Plan Apo lambda 60x 1.4 NA, Scanner de photostimulation Nikon à 488 nm avec un filtre d’émission ET525/36 | Microscope | ||
| ; NIS-elements AR | Nikon | pour le Nikon Ti2 ; | |
| Lames de microscopie simples prénettoyées | Thermo Scientific | 420-004T | |
| Nematode strain | Identifier | Source | |
| rab-3(ox699[GFP ::flip-on ::rab-3]) (II) ; shyIs43(glr-4p ::FLP-NLSx2 ; odr-1p ::RFP) (II) | Park et al. (DOI : 10.1016/j.cub.2023.07.052) | MTS1161 ; | Sera déposé à la CGC (https://cgc.umn.edu/) |
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