光学顕微鏡技術と生化学的アッセイを組み合わせることで、ネトリン依存性軸索分岐におけるSNARE媒介性エキソサイトーシスの関与を解明します。この技術の組み合わせにより、軸索の分岐と細胞形状の変化を制御する分子メカニズムの同定が可能になります。
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光学顕微鏡技術と生化学的アッセイを組み合わせることで、ネトリン依存性軸索分岐におけるSNARE媒介性エキソサイトーシスの関与を解明します。この技術の組み合わせにより、軸索の分岐と細胞形状の変化を制御する分子メカニズムの同定が可能になります。
神経発達中、成長する軸索は軸索枝を精緻化することにより、複数のシナプスパートナーに広がります。軸索の分岐は、ネトリン-1のような細胞外誘導の手がかりによって促進され、軸索原形質膜の表面積が劇的に増加します。ネトリン-1依存性軸索の分岐には、原形質膜の膨張の時間的および空間的制御が含まれている可能性が高く、その成分はエキソサイトーシス小胞融合を通じて供給されます。これらの融合事象は、VAMP2(小胞関連膜タンパク質2)などのv-SNAREと、原形質膜t-SNAREであるシンタキシン-1およびSNAP25(シナプトソーム関連タンパク質25)を含むSNARE複合体の形成に先行します。本明細書で詳述されているのは、軸索分岐におけるSNARE媒介性エキソサイトーシスの役割を調べるために使用される多面的なアプローチである。この組み合わせたアプローチの強みは、個々のニューロンにおける単一の小胞融合イベントのダイナミクスから、培養ニューロン集団におけるSNARE複合体の形成や軸索の分岐まで、さまざまな空間的および時間的分解能でデータを取得できることです。このプロトコルは、pH感受性GFP(VAMP2-pHlourin)でタグ付けされたVAMP2を発現する皮質ニューロンの内因性SNARE複合体および全反射蛍光(TIRF)顕微鏡法のアッセイレベルに対する確立された生化学的アプローチを利用して、個々のニューロンのエキソサイト活性におけるネトリン-1依存性の変化を特定します。ネトリン-1依存的な分岐のタイミングを解明するために、単一ニューロンの時間単位にわたるタイムラプス微分干渉コントラスト(DIC)顕微鏡法が利用されます。固定細胞免疫蛍光法と、SNARE機構を切断し、エキソサイトーシスをブロックするボツリヌス神経毒との組み合わせは、ネトリン-1依存性軸索分岐がSNAREを介したエキソサイトーシス活性を必要とすることを示しています。
最近の推定では、人間の脳には1011のニューロンと1014のシナプス結合が含まれていることが示唆されており、生体内での軸索分岐の重要性が強調されています。ネトリン-1などの細胞外軸索誘導手がかりは、軸索を適切なシナプスパートナーに導き、軸索の分岐を刺激し、それによってシナプス容量を増加させます2-5。ネトリン-1依存性軸索分枝化には、かなりの原形質膜拡張6が関与し、SNARE複合体依存性エキソサイトーシス小胞融合7を介した追加の膜成分の送達が必要であると仮定しました。
ネトリン-1依存性軸索分岐におけるSNARE媒介性エキソサイトーシスの役割の調査は、いくつかの要因によって複雑化しています。まず、皮質ニューロンの不均一性は、有意な影響を特定するために必要なサンプルサイズを増加させ、イメージングのようなシングルセル技術を複雑にします。第二に、生化学的手法は集団レベルで発生する変化の観察を可能にしますが、軸索分岐の時間枠で軸索への原形質膜の拡大を局在化するために必要な時間的および空間的解像度を欠いています。最後に、軸索の枝は数時間で形成されますが、軸索の伸展に寄与する細胞の変化は数分以内に始まり、数秒のオーダーで発生する可能性があるため、実験的検討の時間的範囲が広がります。
私たちは、これらの多様な時間的および空間的なスケールのエキソサイトーシスと軸索分岐に対処するためのマルチテクニックアプローチを概説し、したがって基本的な細胞メカニズムの理解を深めます。これらのアプローチを利用することで、軸索分岐におけるSNARE媒介性エキソサイトーシスの重要な役割を裏付ける証拠が得られます。
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研究倫理の声明 :本明細書に詳述動物に関わる全ての実験は、動物管理上および実験動物の管理と使用のためのNIHの基準にルールやUNC委員会の規制の対象となっています。
1.準備と解離皮質ニューロンのメッキ
2. SNARE複合体形成アッセイ
注:SDS耐性SNARE複合体を処理し、元々以下に詳述する変更を加えて10に記載のように分析しました。ここで使用されるものに検証代替抗体について、材料のセクションを参照してください。
TIRF顕微鏡を介した3イメージングエキソサイトーシスのイベント
注:このプロトコルは、温度、湿度、CO 2を維持するための環境室を含む特殊な顕微鏡装置、落射蛍光照明を装備した倒立TIRF顕微鏡、高倍率/高開口数(NA)TIRF対物、自動化されたXYZステージを必要とし、敏感な電荷結合素子(CCD)検出器。このプロトコルは、100×1.49NA TIRF目的ソリッドステート491 nmのレーザー、電子増倍CCD(EM-CCD)を搭載した完全自動化倒立顕微鏡を使用しています。すべての装置は、撮像及びレーザ制御ソフトウェアにより制御されます。開始前にENVIR上の撮影プロトコルのパワーonmental室、ステージ、ランプ、コンピュータ、およびカメラ。
4.微分干渉コントラスト(DIC)軸索分岐のタイムラプス顕微鏡
注:DICイメージングへの一般的なアプローチのための完全なプロトコルとデモは12利用可能です。このプロトコルは、DICを利用しながら、他の透過光顕微鏡法は、(例:位相コントラスト)を同じ目的のために使用することができます。
5.毒素操作および固定細胞の免疫蛍光
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神経細胞の集団におけるSDS耐性SNARE複合体の量を測定するためにインビトロ生化学的手法に活用。 図1は、SNAP-25、syntaxin1AとVAMP2についてプローブSDS耐性SNARE複合体アッセイの完了後、得られたウエスタンブロットを示しています。
基底細胞膜にTIRF顕微鏡法は、単一のセル内の個々のエキソサイトーシス融合事象の高解像度の画像を提供する。 図2Aは、VAMP2-phluorin媒介エキソサイトーシスイベントを識別するための画像解析手法を示します。小胞の融合が起こるように挿入図は、単一のエキソサイトーシスイベントを示し、VAMP2-phluorinは、原形質膜中に拡散するように。 図2Bは、皮質ニューロンの時間(秒)に発生したエキソサイトーシスイベントの例を示しています。ズームインセットはソー...
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軸索の分岐は基本的な神経発達プロセスであり、哺乳類の神経系の広大な神経接続を支えています。局所的な原形質膜拡張に関与するメカニズムを理解することは、正常な神経発達と病理学的神経発達の両方を理解するために不可欠です。集団レベルと単一細胞レベルの両方の方法論を組み込んだ多面的なアプローチを使用すると、集団レベルの分析を損なうことなく再現性が向上し、空間的および時間的分解能が向上します。単一細胞レベルでは、固定細胞アプローチと生細胞アプローチの両方を利用してネトリン依存性軸索分岐を調べることで、複数の実験にわたって大きなサンプルサイズを収集できること、DICイメージングによる時間分解能、TIRF顕微鏡を使用したエキソサイトーシス融合の時空間分解能という3倍の利点が得られます。
SDS耐性SNARE複合体アッセイは、培養中の皮質ニューロンの不均一性を説明するSNARE活性の測定を可能にします。SNARE複合体は非常に安定しています。一方、他のほとんどのタンパク質複合体は、SDSの添加によって解離します。SNARE複合体はSDS耐性がありますが、耐熱性はありません。この特性により、SNAR...
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著者らは開示するものは何もない。
RO1-GM108970(SLG)とF31-NS087837(CW):この作品は、国立衛生研究所によってサポートされていました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 6ウェル組織培養処理プレート | オリンパスプラスチック | 25-105 | |
| ガラスカバースリップ | フィッシャーサイエンティフィック | 12-545-81 | 12CIR-1.5; 硝酸を24時間処理し、脱イオン水で2回すすぎ、使用前に乾燥させる必要があります。1 mg/mLのポリ-d-リジンでコーティングし、細胞をプレーティングする前にすすぐ必要があります。 |
| Amaxaヌクレオフェクション溶液 | ロンザ | VPG-1001 | 100 ml/トランスフェクション |
| アマクサヌクレオフェクター/エレクトロポレーター | ロンザ | プログラム O-005 | |
| 35 mm ガラス底 ライブセルイメージングディッシュ | マテックコーポレーション | p356-1.5-14-C | 1mg/ml ポリ-d-リジンでコーティングし、細胞をめっきする前にすすぐ必要があります |
| オリンパス IX81-ZDC2 倒立顕微鏡 | オリンパス | ||
| ラムダ LS キセノンランプ | サッターインスツルメンツ カンパニー | ||
| 環境ステージ トップインキュベーター | 東海ヒット | ||
| 100x 1.49 NA TIRF 対物レンズ | オリンパス | ||
| アンドール iXon EM-CCD | アンドール | ||
| オデッセイ リコー 赤外線イメージングシステム | LI-COR | オデッセイ CL-X | スキャニングブロットに使用 |
| 画像スタジオソフトウェアスイート | LI-COR | Odyssey Infraredシステムでのスキャンに使用されます。 | |
| オリンパス | モレキュラー デバイス、LLC | バージョン7.7.6.0 | DICタイムラプスの全てのイメージングと解析に使用されるソフトウェア |
| CELL TIRF制御ソフトウェア | リンパス | TIRFイメージング用レーザー制御に使用されるソフトウェア | |
| フィジー(画像J) | NIH | ImageJ Version 1.49t | |
| 60x Plan Apochromat 1.4 NA対物レンズ | オリンパス | ||
| 40x 1.4 NA プラン アポクロマート対物 | オリンパス | ||
| ニューロバサル培地 | GIBCO | 21103-049 | 無血清およびトリプシン消光培地の両方のためのベース溶液 |
| サプリメント B27 | GIBCO | 17504-044 | 500 ml/50 ml 無血清培地およびトリプシンクエンチング培地 |
| L-グルタミン | 35050-061 | 1 ml/50 ml 無血清培地 | |
| ウシ血清アルブミン | バイオベーシックインボルテーテッド | 9048-46-8 | 10%溶液、1x PBS含有、ブロッキングカバースリップ用、TBS-T含有5%溶液、ニトロセルロース膜のブロッキング用。 |
| 10x トリプシン | Sigma | 59427C | |
| HEPES | CELLGRO | 25-060-Cl | |
| ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水 (DPBS)+ Ca + Mg | Corning | 21-030-cm | |
| ウシ胎児血清 | Corning/CELLGRO | 35-010-CV | |
| Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Corning/CELLGRO | 20-021-CV | |
| NaCl | フィッシャー科学 | BP358-10 | |
| EGTA | フィッシャー科学 | CAS67-42-5 | |
| MgCl2 | >フィッシャー科学 | BP214-500 | |
| TRIS HCl | Sigma | T5941-500 | |
| TRIS base | フィッシャー科学 | BP152-5 | |
| N-没食子酸プロピル | MP Biomedicals 102747 | ||
| グリセロール測光グレード | Acros Organics | 18469-5000 | |
| グリセロール(非光学グレード) | フィッシャー科学 | CAS56-81-5 | |
| B-メルカプトエトナール | フィッシャー科学 | BP176-100 | |
| SDS | フィッシャー科学 | BP166-500 | |
| 蒸留水 | GIBCO | 152340-147 | |
| Poly-D-Lysine | Sigma | p-7886 | 水に 1 mg/mL |
| ボツリヌス菌 A 毒素 BoNTA | リスト 生物学研究所 | 128-A | |
| ウサギ ポリクローナル抗ヒト VAMP2 | 細胞シグナル伝達 | 11829 | |
| マウス モノクローナル抗ラット Syntaxin1A | Santa Cruz Biotechnology | sc-12736 | |
| ヤギのポリクローナル反人間SNAP-25 | サンタクルス | バイオテクノロジーsc-7538 | |
| マウスモノクローナル抗ヒト&β;III-チューブリン | コーヴァンス | MMS-435P | |
| Alexa Fluor 568 および Alexa Fluor 488 ファロイジン、または Alexa Fluor 647 | Invitrogen | ||
| LI-COR IR-色素二次抗体 | LI-COR | P/N 925-32212,P/N 925-68023, P/N 926-68022 | 800 ロバ アンチマウス, 680 ロバ アンチ ウサギ, 680 ロバ アンチ ヤギ |
| 0.2 μm孔径ニトロセルロース膜 | Biorad | 9004-70-0 | |
| Tween-20 | Fisher scientific | BP337-500 | |
| メタノール | Fisher 科学 | S25426A | |
| ブロムフェノールブルー | シグマ | B5525-5G | |
| ショ糖 | Fisher 科学 | S6-212 | |
| パラホルムアルデヒド | フィッシャー 科学 | O-4042-500 | |
| Triton-X100 | フィッシャー科学 | BP151-500 | |
| TEMED | フィッシャー科学 | BP150-20 | |
| 40% ビスアクリルミド | フィッシャー科学 | BP1408-1 | |
| 名前 | 企業名 | カタログ番号 | strongコメント |
| >Alternative Validated Antibodies | |||
| Mouse Monoclonal Anti-Syntaxin HPC-1 clone | Sigma Aldrich | S0664 | |
| マウスモノクローナルシナプトレビン2(VAMP2) | シナプスシステム | 104-211 | |
| モノクローナルSNAP25 | シナプスシステム | 111-011 |
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