RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ja
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
我々は、長時間にわたって蛍光顕微鏡を介して神経細胞を生体内でミトコンドリアのイメージングを可能にするプロトコルを記述する。長期間にわたるイメージングは、我々の研究室で設計し、構築されたミトコンドリア標的蛍光蛋白質と安価なステージトップインキュベーターの使用のレンチウイルスを介した発現を介して実行されます。
ミトコンドリア輸送と神経機能の関係を理解するために、それは1-3拡張された期間のためのライブ培養神経細胞におけるミトコンドリアの挙動を観察することが重要です。これは生きている細胞の細胞骨格成分、細胞小器官、および他の構造を標識することができるとの重要な染料と蛍光タンパク質を使用することで可能になりましたし、動的な蛍光顕微鏡を介して可視化した。例えば、胚性ニワトリ交感神経ニューロンにおいて、ミトコンドリアの動きは生体染色色素のローダミン123 4を用いて特徴付けられた。別の研究で、ミトコンドリアはミトコンドリア標的EYFP 5のトランスフェクションにより、ラットの前脳の神経細胞で可視化した。しかし、一次分以上のニューロン、時間、または数日間の撮影は、多くの問題を提示。何よりもこれらの間にある:1)そのような温度、湿度、および長時間の撮像セッション中に、pHなどの培養条件の維持、画像解析時に信号強度の取得画像の品質と正確な測定の両方を確保するため2)強い、安定した蛍光シグナル;および3)退色最小限に抑え、光毒性を避けるために、画像取得時の露光時間を制限する。
ここでは、観察、可視化、および高時間分解能で、最適な生命維持の条件下で培養海馬神経細胞におけるミトコンドリアの動きの分析を可能にするプロトコルを記述する。我々は、良好な温度調節と雰囲気ガスの流れを提供する手頃なステージトップインキュベーターを建設し、また安定したpHと浸透圧を確保し、メディアの蒸発の程度を制限している。このインキュベータは、一定の湿度レベルを提供する標準組織培養インキュベーター、5〜10%のCO 2 /空気の雰囲気に、入口、出口ホースを経由して、接続されている。この設計は、必ずしも多くの時間あるいは数日にわたって細胞の生存を保証していないはるかに高価な顕微鏡のインキュベーターに代わるコスト効率を提供しています。ミトコンドリア可視化するために、我々は、ミトコンドリアを対象としている赤色蛍光蛋白質をコードするレンチウイルスで細胞を感染させる。これは安定キセノン光源の使用と併せて、私たちは画像取得時の露光時間を制限することを可能にし、すべてが光退色と光毒性排除する、強力かつ持続的な信号を、保証します。ステージトップインキュベーターの上部にある2つの注入ポートは、意図した神経伝達物質や他の試薬の急性投与は、ミトコンドリアの動きを調節することができます。オルガネラを標的と赤色蛍光タンパク質と私たちのステージトップインキュベーター、従来の倒立蛍光顕微鏡、CCDカメラ、およびキセノン光源の組み合わせの和、レンチウイルスを介した表現で私たちがでミトコンドリア輸送のタイムラプス画像を取得することができます従来の重要な染料と既製の生命維持システムを導入する研究の可能性よりも長い期間にわたって生きているニューロン。
1。ラボ構築されたステージトップインキュベーターの説明
2)環境大気中の水分含有量を維持する湿度制御、すなわち、、3)培養液中の適切なpHの維持1)周囲温度の制御および調節:拡張された期間のための顕微鏡のステージ上で生細胞を維持するには、次の3つの主要な課題を提供しています。これらの"生命維持"の問題は、培養ニューロン、温度やpHの変化に特に敏感な細胞の長期観測を伴う実験のための非常に重要です。以下、我々が設計し、拡張された期間にわたってニューロンのライブイメージングのために構築されたステージトップインキュベーターシンプルラボ構築について説明します。このインキュベータは10%CO 2 / 90%空気の安定した加熱(37℃)、加湿雰囲気を提供する標準的な組織培養インキュベーター(サーモサイエンティフィック、アッシュビル、ノースカロライナ州)、に、閉回路を経由して、接続されている。
2。プライマリ海馬培養の準備
すべての作業はどちらBSL2層流フードでまたは層流ベンチで行われます。主海馬ニューロンは、標準的な手順6-7に従って、E18ラットの胚から分離され、一次皮質アストロサイトによって条件付けされた無血清培地で増殖させる。グリア細胞は、公開メソッドを7にしたがって調製されています。ならし培地は低グルコース(1.76 ug / mlと)プロリンを添加したDMEM、、アスパラギン(0.83 ug / mlと)、ビタミンB12(0.34 ug / mlと)、グルコース(20mMの)、脂質が豊富なBSA(0.5 mg / mlの構成されています)とB27 80から10までの2%。彼らは神経細胞の遺伝子の転写を妨げる可能性がない抗生物質を培地に添加されていません。
3。赤色蛍光タンパク質をコードする組換えレンチウイルスの調製
組換えレンチウイルスを生成するための施設へのアクセスを持っていない研究者については、商業エンティティなどのシステムバイオサイエンス(マウンテンビュー、カリフォルニア州)によってカスタム生産はオプションです。
ミトコンドリアを標的と赤色蛍光タンパク質の遺伝子は(MitoTurboRFP。Axxora LLC、サンディエゴ、カリフォルニア州)サイトメガロウイルス主要前初期遺伝子のプロモーター11からエンハンサーの転写制御下で自己不活性化組換えネコ免疫不全ウイルスに挿入されます。組換えレンチウイルスは、一過性293T細胞をトランスフェクトすることにより生産されています。
4。培養神経細胞の感染
海馬神経細胞の培養は、単にフローサイトメトリーのデータに基づいて、すべてのニューロンの50%まで感染すると推定ウイルスの量を添加することによりin vitroで 14日間で感染している。いいえポリブレンは使用されません。培養物は、蛍光タンパク質の発現をチェックする前に3日間維持されます。信号が弱すぎる場合は、その文化は、数日後に組織培養インキュベーターと再テストに返されます。
5。クローズドサーキットの生活支援システムの一般的なメンテナンス
6。 GBMとステージトップインキュベータ内の配置に膜の蓋の適用
7。画像収集
利用可能なイメージングソフトウェアプラットフォームの大半は顕微鏡および関連ハードウェアの広い範囲にわたって同等の機能を持っていることに注意してください。画像取得と解析ソフトウェアは、さまざまなプラットフォームは、MetaMorphやライカアプリケーションスイート、ニコンのNIS - Elementsシリーズ、そしてカールツァイス"AxioVisionのような顕微鏡の特定のmakeのために設計されたプログラム、を含む、利用可能です。このプロトコルでは、我々はSlidebook 5(インテリジェントイメージングイノベーション、デンバー、CO)を用いて行う画像の収集と分析の手順について説明します。しかし、このプロトコルで説明する各操作の構成手順は、容易に他のさまざまなプログラムの使用に適応させることができる。
倒立蛍光顕微鏡、フィルタの構成、CCDカメラ、キセノン光源、およびイメージングソフトウェアの説明:
海馬ニューロンのミトコンドリア輸送の動的イメージングのため、我々はクッククックSensicam EQ CCDカメラ(を搭載11-522-068電動ステージ(ライカマイクロシステムズCMS社、ヴェッツラー、ドイツ)ライカDMI - 6000B倒立型蛍光顕微鏡とモデルを使用してください(株)、デトロイト、ミシガン州)、サターラムダ10月2日フィルターホイールとコントローラ(サター器械公司、ノヴァト、カリフォルニア州)、とサターDG - 4 300Wキセノン光源。セダトクワッドビームスプリッタモデル86100bsはライカDMシリーズのフィルターキューブに装着、クロマテクノロジー; MitoTurboレッド蛍光タンパク質で標識されたミトコンドリアを可視化するために、我々は、DG - 4光の励起と600nmのフィルタのソース(ピーク555nmのフィルタを組み合わせて使用(株)は、排出のために、それぞれ、顕微鏡とフィルターホイールで滝、VT)と617nmのベローズ。
画像収集と分析のために、我々はSlidebook 5デジタル顕微鏡イメージングソフトウェアパッケージを使用してください。これにより、画像取得だけでなく、画像処理および解析モジュールの様々な中に顕微鏡、ステージ、フィルターホイール、カメラ、そして光源の完全自動制御を可能にする包括的なパッケージです。
以下、我々はSlidebook 5を用いて蛍光標識されたニューロンのミトコンドリアの移動の時間経過の画像を取得するための特定、段階を追って説明しています。
8。画像解析
9。代表的な結果
培養海馬神経細胞でミトコンドリアの動きを追跡し、分析することにより、我々は神経調節とミトコンドリアの人身売買との間のリンクを示している。具体的には、そのセロトニン(5 - HT)または5 - HT1A受容体アゴニスト、8 - OH - DPATを発見したドーパミン(DA)またはD2受容体アゴニスト、ブロモクリプチンは、阻害のに対し、ミトコンドリアの動き( 図2A - C)8 を 、刺激するミトコンドリアの動き( 図2D - G)9。

図1。閉回路のステージトップインキュベーターシステムの設計インキュベーターシステムの次のコンポーネントが示されています:耐熱デルリンプラスチックの筐体();ポリカーボネートプラスチック製のウィンドウの長方形の開口部(B)、インキュベーター(C)のアルミのベース、穴。ベース(D)のスチールポストを受け入れるまで、インキュベーター基地の中央に薄い凹型リップと35.1ミリメートルの直径の穴35ミリメートルGBMの料理(E)に対応するため、nalgeneホース(組織培養とステージトップインキュベーター間の接続は、水分のトラップ)( F、G、N)、組織培養インキュベーター(H)、水槽のポンプ(I)、気密ABSプラスチックのボックス(水槽ポンプ用ハウジング)(J)、2000ミリリットルの三角フラスコ(ステージ上の前にホースの振動抑制のためのマフラーインキュベーター)(K)、冷却ファン(L)用のプラスチック製筐体、35ミリメートルGBMのふた用プラスチックフレーム(M)、プラスチック製三方活栓の位置(O)。試薬の投与のためのポートの位置は、(II)で黄色の矢印で示されます。

図2。代表的な結果:ミトコンドリア輸送の規制A.。文化の典型的なラット海馬ニューロンの軸索。レンチウイルスでエンコードされた蛍光タンパク質で標識されたミトコンドリアは緑色で表示されます。リン酸化ニューロフィラメント抗体で免疫標識軸索は赤で表示されます。軸索の範囲は、黄色の矢印で示されます。画像は4つのオーバーラップした顕微鏡写真で構成されています。 5 - HTの投与後にミトコンドリアの動きの変化を示すタイムラプス画像のシリーズのB.例。画像は、倒立型蛍光顕微鏡を介して取得し、後でQuicktimeムービーに変換されたシーケンスとして格納されていました。画像の代表的なシーケンスは、異なる時点の前(左パネル)と8 - OH - DPAT、5 - HT1A受容体アゴニストの後(右パネル)管理におけるミトコンドリア個々を示しています。縦の赤い四角形は静止してミトコンドリア(左)と複数の時点にわたって振動ミトコンドリアを(右)が強調表示されます。振動のミトコンドリアは、(左パネル)を示した8 - OH - DPAT(右のパネルに、赤の縁取りの白い矢印)で処理した後に軸索の端末に向かっています。縦の黄色い線(右パネル)は、移動ミトコンドリアの開始位置を示します。時間間隔は、各フレームの右下隅に表示されます。倍率(63 ×)は、右側のパネルの右下隅に表示されています。 C、5 - HTの投与後にミトコンドリアの動きの変化を示すD.プロット。 5 - HTの(C)と後(D)投与前のミトコンドリアの動きの変化は、速度(X軸)対軸索に沿って個々のミトコンドリアの初期位置(Y軸)のプロットとして表示されます。速度と静止の割合(赤)、振動(青)、および方向性移動(グリーン)Mitochondriaは、それぞれ、プロットや円グラフ(プロット上の挿入図)で表現されます。漫画の軸索の強調表示された地域から各プロットのY軸に投影、赤い点線は、イメージを作成した軸索のセグメントのおおよその位置と範囲を示している。 E、DAの投与後にミトコンドリアの動きの変化を示すF.プロット。前のミトコンドリアの動きの変化(E)と(F)DAの投与は軸索(Y軸)に沿って速度のプロット(X軸)対個々のミトコンドリアの初期位置として表示される後。速度と静止の割合(赤)、振動(青)、および方向性移動(緑)ミトコンドリアはそれぞれ、プロットや円グラフ(プロット上の挿入図)で表現されます。漫画の軸索の強調表示された地域から各プロットのY軸に投影、赤い点線は、イメージを作成した軸索のセグメントのおおよその位置と範囲を示している。 G、前培養神経細胞でミトコンドリアの動きを示すH.代表kymographs(G)と後(H)D1R受容体アゴニスト、ブロモクリプチンの投与。ニューロンは、1時間前(G)とブロモクリプチンの一時間以下(H)管理のために画像化した。
我々は、長時間にわたって蛍光顕微鏡を介して神経細胞を生体内でミトコンドリアのイメージングを可能にするプロトコルを記述する。長期間にわたるイメージングは、我々の研究室で設計し、構築されたミトコンドリア標的蛍光蛋白質と安価なステージトップインキュベーターの使用のレンチウイルスを介した発現を介して実行されます。
我々は、ステージ上インキュベーターの設計と製造の間に彼の技術的な専門知識と優れた技術を貢献するためにドナルドハットソンに感謝します。私たちは、彼女の優秀な技術支援のためにもAyda Dashtaeiに感謝しています。すべての作業は、神経科学研究財団によってサポートされていました。
| 数量 | 説明(と図1の位置) |
|---|---|
| 1 | 組織培養インキュベーター(H) |
| 1 | 耐熱性プラスチックの筐体(デルリンまたは同等の)() |
| 1 | 35ミリメートルGBMのふた用プラスチックフレーム(ペトリ皿に膜を貼るための)(M) |
| 1月2日 | リニアフィートクリアPFTE(テフロン)膜材料 |
| 4 | 真鍮のつまみねじ |
| 2 | 小さな10kOhmヒートシンク抵抗(ステージトップインキュベーターのエンクロージャ内部に発熱体として使用される) |
| 1 | 変圧器(抵抗に9Vの電流の供給) |
| 1 | テラリウムの温度調節器とプローブ(トランスを経由してヒートシンクの抵抗への電源の恒温調節) |
| 1 | 2000ミリリットルの三角フラスコ(ステージトップインキュベーターの前にホースの振動抑制用マフラー)(K) |
| 1 | 1 / 8"sorbothaneシート(ステージトップインキュベーターのベース用ガスケットの材料) |
| 1 | 気密ABS(または同等の)プラスチック製のボックス(水槽ポンプ用ハウジング)(J) |
| 1 | 水槽のポンプ(I) |
| 1 | 小さなコンピュータの冷却ファン |
| 1 | 冷却ファン用のプラスチック製筐体(L) |
| 1 | コンピュータの冷却ファン用9Vトランス |
| 20〜30フィート | Nalgeneまたはシリコーンのホース(組織培養とステージトップインキュベーター間の接続は、水分のトラップ)(F、G、N) |
| 2 | プラスチック製のストップコック(ステージトップインキュベーターの前と後の空気の流れを開いたり閉じたりする)(O) |
| 4 | とげのある真鍮のホースコネクタ(ステージトップインキュベーターと水槽のポンプのエンクロージャへの/からのホース接続用) |
| 2 | 真鍮クイックカプラー(ホース接続用まで/ステージトップインキュベーターから) |
| 2 | 真鍮クイックカプラー(ホース接続用まで/ステージトップインキュベーターから) |
表1。ステージトップインキュベーターの部品:
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 |
|---|---|---|
| ポリ- D -リジン | シグマアルドリッチ | P7280 - 5mgの |
| ラミニン | ロシュダイアグノスティックス | 11243217001 |
| 35ミリメートルのガラスボトムディッシュ | マテック | P35GC - 0 - 14 - C |
| DMEM | ライフテクノロジーズ | 10567 |
| B27 | ライフテクノロジーズ | 17504-044 |
| グルタミン | ライフテクノロジーズ | 35050 |
| 脂質が豊富なBSA | ライフテクノロジーズ | 11020-021 |
| L -アスパラギン | シグマアルドリッチ | P0380 - 100G |
| L -プロリン | シグマアルドリッチ | A8381 - 100G |
| ビタミンB - 12 | シグマアルドリッチ | V2876 - 100mgの |
| 5 - HT | シグマアルドリッチ | H9523 - 25mgを |
| 8 - OH - DPAT | シグマアルドリッチ | H8520 - 25mgを |
| ドーパミン | シグマアルドリッチ | H8502 - 5G |
| ブロモクリプチン | シグマアルドリッチ | B2134 - 25mgを |
| SKF38393 | シグマアルドリッチ | D047 - 100mgの |