正確に特定および蛍光抗体法を用いた海馬スライスにおけるシナプスの分析のためのプロトコルは、この資料に記載されています。
方法論記事
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正確に特定および蛍光抗体法を用いた海馬スライスにおけるシナプスの分析のためのプロトコルは、この資料に記載されています。
脳内のシナプスは強度と神経伝達の広がりを決定するニューロン間の特殊結合です。シナプスの数が開発と神経細胞の成熟の間に堅く調整されます。重要なは、シナプス数で赤字は認知機能障害につながることができます。したがって、シナプス結合の数の評価は、神経生物学の不可欠な部分です。ただし、シナプスは、そのまま脳に小さくてコンパクトな絶対数の評価は難しいです。このプロトコルでは、簡単に識別し、蛍光顕微鏡を用いた海馬スライス標本齧歯動物のシナプスを評価する方法について説明します。海馬スライスにおける前及びシナプス後のタンパク質の共局在を分析することによって高品質の共焦点顕微鏡画像におけるシナプスを評価する 3 つの手順が含まれています。また、分析の実行し、興奮性および抑制性のシナプスから代表的な例を与える方法について説明します。このプロトコルは、シナプスの分析のための強固な基盤を提供し、構造と脳の機能を調査している任意の調査に適用することができます。
人間の脳は、約 10 の14のシナプスで構成されます。シナプス結合の数が開発と中枢神経系 (CNS) の成熟の間に堅く調整されます。シナプス結合の数の変調、開発全体を通してシナプス形成と機能的神経ネットワークを形成するために刈り込み。学習と記憶は、シナプス結合の数と強さでシナプス増強とうつ病の1として知られているプロセスの規則によってサポートされます。重要なは、成熟したシナプスの安定化は、神経ネットワーク接続を維持するために不可欠です。さらに、シナプス密度で赤字はアルツハイマー病 (AD)2等に神経変性の初期の段階で報告されています。したがって、正確に識別し、シナプス結合の数を評価する能力は、脳生理学と病理学の評価に不可欠です。
極端な密度とシナプスのコンパクトな性質はそのまま脳の領域の正確な数を推定するために挑戦、です。中枢神経系における化学シナプスは、近い同格、シナプス裂3で区切られた 2 つのニューロンから成っています。シナプス前ターミナル、またはシナプスブートン、軸索から出現し、神経伝達物質シナプスの特異性を定義するを含む蓄積された小胞で構成されています-すなわち、グルタミン酸、γ-アミノ酪酸 (GABA) の興奮と抑制性シナプス、それぞれ。小胞の膜を含む小胞トランスポーター各神経伝達物質に固有: グルタミン酸や GABA の小胞の GABA トランスポーター (vgat ノックアウト)、小胞グルタミン酸トランスポーター (vGlut)。後シナプス受容体、接着分子足場タンパク質など、複数のタンパク質から成る高密度構造であります。興奮性のシナプスのシナプス密度 95 蛋白質 (PSD-95) は、最も豊富な足場蛋白質4、興奮性の N-methyl-D-aspartate(NMDA-) および α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic 酸 (AMPA) 受容体を調節することgephyrin アンカー抑制性シナプス ターミナル5抑制性受容体に対し、機能します。全体的にみて、前およびシナプス後細胞のコンパートメントに蛋白質の特異性は、分化とシナプスのサブタイプの同定支援します。
シナプス結合の数の評価は、さまざまなテクニックを実行できます。最も一般的なは、高倍率と分解能でコンパクトでそのまま脳領域におけるシナプスの分析を可能にする電子顕微鏡 (EM) を使用です。この手法は非常に高価、複雑な前処理を必要とし、非常に時間がかかります。その他のテクニックは、配列トモグラフィ6解析を実行する特殊な高価な機器を必要とするという点で、主要な不利な点を持っているの使用を含みます。さらに、特定のシナプス マーカー値を表現する形質転換線、シナプス数7の評価に有用な新しい行の生成は制限し、高価なをすることができます、望ましくないオフのターゲット蛋白質の過剰発現があります。表現型。
これらの制限のため、簡略化のため、多くの研究者は合計シナプス蛋白質のレベルを調べることによってシナプス結合の数を評価します。ただし、シナプス蛋白質の劣化はありませんが前またはシナプスの同格の散布でシナプス構造の改造結果として、蛋白質の相当な変更の前にシナプス損失を観察できます。さらに、広告、シナプス蛋白質レベルが減少次シナプス変性または神経細胞死8,9です。合計レベルの定量化は、この区別を有効にしません。従って、脳のシナプス結合の数を評価するための信頼性の高い、アクセス、および正確なメソッドを開発する必要があります。
この記事では徹底的に識別し、シナプスを蛍光顕微鏡を用いて海馬齧歯動物脳スライスの数を決定する方法をについて説明します。シナプスは、点状の分布に表示される前およびシナプス後細胞のマーカーの共存によって定義されます。脳における Wnt シグナル伝達の研究を通して本手法の有効性を示す.Wnts は、分泌された蛋白質の形成、除去、およびシナプスのメンテナンスが重要です。Wnt シグナルのカスケード、Dickkopf-1 (Dkk1) の分泌の拮抗薬の生体内で誘導は10海馬の抑制性シナプスを維持しながら興奮性シナプス損失につながります。同定と海馬スライス標本 Dkk1 を表現する大人のマウスからの興奮性および抑制性のシナプスの数を説明をし、他の種類/培養の準備のためにこの手法の伝達性。
総本店動物 (科学的なプロシージャ) の行為 1986 の対象すべてのマウスおよびラットを用いた実験は承認されたスケジュール 1 の手順を使用して実施します。表 1 人工髄液 (アプライド) レシピを見つけることができます
。1 急性海馬スライス標本
2。シナプス マーカーの蛍光
注: 表 2 で使用されるすべてのバッファーのレシピを見つけることができます
。3。共焦点画像の取得と解析
図 1: 画像解析を用いたシナプス涙点の解析ソフトウェア 輝度しきい値プロトコル カスタマイズの (A) のスクリーン ショット。与えられる例は、PSD-95、選択した点が定義されたサイズである > 0.1 μ m 3 と < 0.8 μ m 3 最小化された重複するオブジェクト。示されているイメージは、簡単に可視化シナプス涙点と正確なパラメーター選択を有効にする 1 つの共焦点平面に注意してください。(B) 解析 (最適化されたプロトコルの選択後) のソフトウェアからの出力のスクリーン ショット。ボリュームに基づいて生シナプス涙点測定の例です。これらの値は、表計算ソフトにエクスポートされます。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
図 2: シナプス涙点のスライスとパラメーターの設定の品質チェックします。(A) 代表的な共焦点画像 (40 × 対物) 関心領域の: CA1 地層結腸寄生虫 (sr) そして海馬スライスの地層オリエンス (そう) を識別 MAP2 の汚損によって。スケール バー = 2 μ m。 (B) 共焦点画像 (目的および追加 1.3 X x 60 集録ソフトウェアの倍率) 結腸 CA1 地層寄生虫、興奮性マーカー-vGlut1 (緑) と psd ファイル 95 (赤) の-海馬スライスから。クリア前と後シナプスの涙点の識別に注意してください。0.8 μ m 3 よりも大きい点は、定量化 (白い矢印) から除外されます。スケール バー = 2 μ m (C) 共焦点画像 (目的および追加 1.3 X x 60 集録ソフトウェアの倍率) の CA1 地層結腸の寄生虫興奮性マーカー-vGlut1 (緑) と、-クライオスタット カット全体の脳から海馬セクションからPFA で固定。大きな穴や不規則な周辺固定支持の vGlut1 染色の存在に注意してください。スケール バー = 2 μ m. この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
AD などの神経変性疾患の初期段階で発生するシナプス損失とパーキンソン病2,11,12。ただし、これらの赤字の分子機構のままかり。Wnt シグナル伝達の不備は広告13,14,15,16,17に関連付けられています。Wnts は分泌された糖蛋白質であり、シナプス形成とシナプス伝達18,19,20,21の変調に不可欠な役割を果たします。最近では、成熟した神経系10,22シナプス メンテナンスの主調整装置として Wnts を識別します。我々 は遺伝子改変マウスの海馬におけるシナプスでの wnt シグナルの影響を正確に勉強するには、シナプス結合の数の変化を評価する脳スライス標本と共焦点顕微鏡を利用しました。構造はよく健康的なスライスがわかりました (図 2 a) を保持します。また、おそらく集約されたタンパク質 (図 2 b) を表す大きなステンド グラス オブジェクトの除外と、シナプスの涙点の選択は慎重に定義。この基準は、同じ厳密な解析パラメーターで、すべての画像に適用されました。
大人の中で分泌される Wnt 拮抗 Dkk1 の発現を誘導するトランスジェニック モデル システムを用いてテトラサイクリン下マウス (iDkk1) 制御 (材料の表を参照してください)10,22。私たちは大人の海馬における Wnt シグナルの封鎖が ca1 地層結腸寄生虫 (図 3) 具体的には興奮性シナプス損失を引き起こすことを示した。図 3 aは、興奮前およびシナプス後細胞のマーカーの代表的な共焦点画像を示しています (vGlut1 と PSD-95、それぞれ) Dkk1 それぞれのコントロールと同様に、2 週間の iDkk1 マウスの海馬スライス標本から得られます。ソフトウェア Volocity を使用してこれらのイメージを分析し、iDkk1 マウスの海馬の ca1 における vGlut1 と PSD-95-ラベル付き涙点の共局在によって量を示される、興奮性のシナプスの数を大幅に削減を実証、2 週間 Dkk1 の誘導 (図 3 b、* p < 0.05;クラスカル-ウォリス検定;遺伝子ごと 6 マウス)。CA1 地層結腸寄生虫、1,000 μ m3あたり興奮性シナプス涙点数は制御マウス 500 から 300 iDkk1 マウスに減った。対照的に、誘導の Dkk1 式は図 4 a・ Bに示すように (によって識別される前およびシナプス後細胞マーカー vgat ノックアウトと gephyrin、間の共局在それぞれ) と抑制性シナプスの数は影響しなかった (p > 0.05;クラスカル-ウォリス検定;遺伝子ごと 3 マウス)。
重要なは、スライスやこれらの堅牢な結果を生成するために必要な動物の適切な数を推定する統計的検出力分析を行った。R を使用すると、我々 は約 35 スライス 1 つの条件が必要である計算 (3 画像 x 3 スライス x 6 動物 = 36) 大きな効果のサイズを検出する (f = 0.4) 80% 自信を持って (電源 = 0.8) ブロッキングおよびレプリケーションを持つ一方通行 ANOVA でに記載されているステップ 3.2.6。

図 3: iDkk1 マウス海馬スライスにおける興奮性シナプスの損失。(A) 代表的な共焦点画像、CA1 地層結腸寄生虫を興奮性シナプス、vGlut1 と psd ファイル 95 (白い矢印) の間の共局在によって識別されます。下のパネルは、強調表示された四角形の高倍率を表します。スケール バー = 2 μ m (B)材料の表に記載されているソフトウェアを使用してコントロールと iDkk1 の間の興奮性シナプスの割合の定量化を行った (* p < 0.05;。クラスカル-ウォリス検定;遺伝子ごと 6 マウス)。データが表される ± SEM. です。この図は、参照10から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: iDkk1 マウス海馬スライスにおける抑制性シナプスを変更します。(A) vgat ノックアウトと gephyrin (白い矢印) の間の共局在によって識別される抑制性シナプスの CA1 地層結腸寄生虫の代表的な共焦点画像。下のパネルは、強調表示された四角形の高倍率を表します。スケール バー = 2 μ m (B) ソフトウェア Volocity を用いて定量化の制御や iDkk1 マウス、間抑制性シナプスの割合 (p > 0.05;。クラスカル-ウォリス検定;遺伝子ごと 3 マウス)。データが表される ± SEM. です。この図は、参照10から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
| 高糖性アプライド コンポーネント | 濃度 | ノート |
| 塩化ナトリウム | 75 mM | |
| NaHCO3 | 25 mM | |
| KCl | 2.5 mM | |
| NaH2PO4、2 H2O | 1.25 mM | |
| キヌレン酸 | 1.25 mM | |
| ピルビン酸 | 2 mM | |
| EDTA | 0.1 mM | |
| CaCl2 | 1 mM | ソリューションの酸素化の後に追加します。 |
| MgCl2 | 4 mM | ソリューションの酸素化の後に追加します。 |
| D-グルコース | 25 mM | |
| ショ糖 | 100 mM | |
| 水中商工会議所アプライド コンポーネント | ||
| 塩化ナトリウム | 125 mM | |
| NaHCO3 | 25 mM | |
| KCl | 2.5 mM | |
| NaH2PO4、2 H2O | 1.25 mM | |
| CaCl2 | 1 mM | ソリューションの酸素化の後に追加します。 |
| MgCl2 |
表 1: アプライド成分。
| バッファーのブロック構造 | 濃度 | ノート |
| ロバ血清 | 10% | |
| トリトン X | 0.50% | |
| PBS | 1 x | |
| 10 x PBS | pH 7.4 に | |
| 塩化ナトリウム | 1.37 M | |
| KCl | 27 mM | |
| NaH2PO4 | 100 mM | |
| KH2PO4 | 18 mM | |
| 4 %pfa/4% スクロース | pH 7.4 に | |
| PBS | 1 x | 10 倍を希釈します。 |
| PFA | 1.33 M | |
| ショ糖 | 117 mM |
表 2: バッファーが免疫蛍光染色に使用されます。
神経科学の分野には、シナプス結合の数の正確な評価が欠かせません。ここでは、モデル システムとしての海馬スライスの地層結腸寄生虫 ca1 のシナプス密度を評価する方法を示します。既存のメソッドに関して意義は単一セクション10によって Wnt 欠乏海馬と我々 もシナプス結合の数を評価の効果に関する私たちの最近の研究の記事で示されます。シナプス損失の大きさが単一セクション EM と脳スライス間で類似メソッドがここで10を説明。したがって、この発見は、精度と技術の信頼性を示します。
重要なは、単一セクション EM の免疫シナプス、ここに示された制限は、特定の脳領域の絶対的なシナプス結合の数を正確に推定できないことです。確かに、総容積の変化がシナプスの数に影響を与えると、グローバルの形態学的変化を識別するために重要です。別の制限は、特定の抗体はシナプス接続の極端な密度のために部分的にそのまま脳の領域を染色でより少なく効率的ということです。高品質 vGlut1 と gephyrin PFA (図 2) で全体の脳の即時の固定に比べて、1 時間の最大のこのスライスの準備とその後の PFA 固定を使用して染色を経験しました。後者は、組織の穴と、周辺固定支持シナプス染色につながった。それにもかかわらず、vGlut1 抗体の浸透はまだ両方の方法 (数十ミクロンの数) に制限されます。我々 はこの制限を克服しなかったも増加抗体培養が、提供抗体浸透イメージ深さの合計より大きい、最終的な結果に影響はないはず。さらに、特別な注意は、染色されるようにも全体にわたって取得すべき。
本研究で我々 は興奮性抑制性シナプスから区別するためにいました。その結果、我々 vGlut1/PSD-95 と選んだ vgat ノックアウト/gephyrin、それぞれ、これらの蛋白質は成体マウス海馬で高発現している、各シナプス サブタイプ4,5に固有。他の興奮性および抑制性シナプス マーカー値が受容体 NMDA 及び AMPA 受容体を含む各シナプスで濃縮など各それぞれシナプスを識別するために使用されている興奮性と抑制性シナプスの GABAA 受容体。22線条体におけるドーパミン作動性シナプスの示すように、特定の抗体が提供されたことを確保する我々 のプロトコルとは、他の神経伝達物質や neuromodulators も識別できます。さらに、120 μ m の各スライスの厚みを減らすは部分的には扁桃体などの小さな脳構造の研究のために不可欠である急性スライスで得られた試料の少量を克服できます。
プロトコルの将来のアプリケーションは、異なる脳領域と障害の研究で実装できます。たとえば、線条体 (パーキンソン病に関連する脳の領域)、vGlut2/PSD-95 または vGlut1/PSD-95 の組み合わせに使える皮質や視床からの求心性神経の興奮性のシナプスを区別それぞれ22。
結論としては、シナプスを定義する前およびシナプス後細胞のマーカーを用いた脳組織におけるシナプスの数を確認する信頼性の高い方法を示しています。重要なステップには、PFA、十分な取付中のアプリケーション、信頼性の高い抗体、適切なイメージの取得設定、および厳格なシナプス涙点検出の使用まで 1 時間の固定時間良い海馬スライスの準備が含まれます。最終的には、このメソッドは比較的短時間、共焦点顕微鏡にアクセスした所、簡単に再現できます。
著者が明らかに何もありません。
この作品は、MRC、EU FP7、ARUK、Wellcome の信頼、およびパーキンソン病イギリスによって支えられました。共焦点画像の彼女の貢献および原稿と方法論に対する彼らの建設的な意見のラボのメンバーさんヨハンナ Buchler に感謝したいと思いますも。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ビブラトーム | ライカ | VT1000S | |
| 一次抗体 | Millipore | AB5905 | vGlut1 (1:2000) |
| 一次抗体 | Thermo Scientific | MA1-046 | PSD-95 (1:500) |
| 一次抗体 | Synaptic Systems | 131 004 | vGAT (1:500) |
| 一次抗体 | Synaptic Systems | 147011 | Gephyrin (1:500) |
| 一次抗体 | Abcam | ab5392 | MAP2 (1:10000) |
| 二次抗体 | Jackson Laboratories | 706-545-148 | Donkey Anti-Guinea Pig Alexa Flour 488 (1:600) |
| Abcam | ab175470 | Donkey Anti-Rabbit Alexa Fluor 568 (1:600) | |
| 埋込培地 | SouthernBiotech | 00-4958-02 | Fluoromount-G |
| Confocal顕微鏡 | オリンパス | NA | FV1000 60×1.35の開口数(NA)オイル対物レンズを使用した共焦点顕微鏡。vGlut1 の場合は、出力が 14% のパーセンテージで 488 レーザーを使用します。PSD-95の場合は、559%のパーセンテージ出力の20レーザーを使用します。 |
| 分析ソフトウェア | PerkinElmer | NA | Volocity |
| Scalpel | Swann-Morton | 203 | No 11 |
| Super Glue | Loctite | 1446875 | |
| 95% O2, 5% CO2 | BOC | NA | シリンダー |
| 24ウェルプレート | Corning | 3524 | |
| ガラススライド | サーモ | 7107 | 08-1.0mm厚 |
| のペトリ皿 | コーニング | 430167 | |
| iDkk1マウス | N/A | N/A | マウスは、tetO Dkk1トランスジェニックマウスとCaMKII&α; rtTA2トランスジェニックマウスを交配することによって得られた。TetO Dkk1トランスジェニックマウスおよびCaMKIIαrtTA2はヘテロ接合状態で交配されました。両方のマウス系統はC57BL/6Jの背景で飼育されました。単一のトランスジェニックおよびWT同腹仔を対照として使用した。 |
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| 溶液用試薬: | |||
| NaCl | Sigma | V800372 | |
| KCl | Sigma | P9333 | |
| Na2HPO<サブ>4シ | グマ | 255793 KH | |
| 2PO4 | Σ | P9791 | |
| Ca2Cl | Σ | 223506 | |
| Mg2Cl | Σ M9272 | ||
| NaH2PO4 | Sigma | 71505 | |
| キヌレン酸 | Σ | K3375 | |
| NaHCO3 | Σ | S5761 | |
| ピルビン酸 | Σ | 107360 | |
| EDTA | Σ | E6758 | |
| D-グルコース | Σ | G5767 | |
| ショ糖 | Σ | S8501 | |
| Triton-X | Σ | T8787 | |
| ロバ セラム | ミリポア | S30-100ml | |
| PFA | Σ | P6148 |