タンパク質合成は、細胞にとって重要な生物学的プロセスです。脳では、適応的な変化のために必要とされる。無傷の脳におけるタンパク質合成率の測定には、慎重な方法論的考慮が必要である。ここでは、生体内における脳タンパク質合成の局所速度を決定するためのL-[1-14 C]-ロイシン定量的自動放射線法を紹介する。
方法論記事
タンパク質合成は、細胞にとって重要な生物学的プロセスです。脳では、適応的な変化のために必要とされる。無傷の脳におけるタンパク質合成率の測定には、慎重な方法論的考慮が必要である。ここでは、生体内における脳タンパク質合成の局所速度を決定するためのL-[1-14 C]-ロイシン定量的自動放射線法を紹介する。
タンパク質合成は、神経機能の発達と維持に必要であり、神経系の適応変化に関与しています。また、神経系におけるタンパク質合成の調節不全は、いくつかの発達障害においてコア表現型でありうって考えられている。動物モデルにおける脳タンパク質合成率の正確な測定は、これらの障害を理解するために重要である。我々が開発した方法は、目覚め、動物の振る舞いの研究に適用するように設計されました。これは定量的な自動放射線法なので、同時に脳のすべての領域で速度を得ることができます。この方法は、トレーサーアミノ酸、L-[1-14 C]-ロイシン、および脳内のL-ロイシンの挙動の運動モデルの使用に基づいている。無関係な標識代謝産物に結びつないため、トレーサーとしてL[1-14 C]-ロイシンを選びました。これは、タンパク質に組み込まれるか、または急速に代謝され、脳内の標識されていないCO2の大きなプールで希釈される14CO 2を得る。この方法およびモデルはまた、タンパク質合成のための組織前駆体プールへの組織タンパク質照症に由来する標識されていないロイシンの寄与を可能にする。この方法は、細胞および神経層におけるタンパク質合成速度、ならびに視床下部および頭蓋神経核を決定する空間分解能を有する。信頼性が高く再現可能な定量データを取得するには、手続き上の詳細に従うことが重要です。ここでは、生体内におけるタンパク質合成の局所速度を決定するための定量的自動放射線L-[1-14 C]-ロイシン法の詳細な手順を示す。
タンパク質合成は、神経系1における長期適応変化に必要な重要な生物学的プロセスである。タンパク質合成を阻害することは、無脊椎動物と脊椎動物の両方における長期記憶貯蔵をブロックする2.タンパク質合成は、長期増強(LTP)および長期うつ病(LTD)3、開発時のニューロン生存、およびニューロンおよびその一般的な維持のために、いくつかの形態の後期段階の維持に不可欠である。シナプス接続5.脳タンパク質合成率の測定は、適応的変化だけでなく、神経発達障害や学習と記憶に関連する障害を研究するための重要なツールである可能性があります。
我々は、脳組織6のex vivoまたはインビトロ製剤の速度を推定する他の技術よりも固有の利点を提供する覚醒動物における生体内の脳タンパク質合成の速度を定量する方法を開発した。何よりも、目を覚ました動物の無傷の脳での測定への適用性です。これは、シナプス構造と機能を備えた測定を可能にし、死後の影響を気にすることなく、重要な考慮事項です。さらに、我々が採用する定量的な自動放射線アプローチは、高度な空間ローカリゼーションを達成する。14Cのエネルギーは、細胞レベルまたは細胞レベルでトレーサーを局在化できないほどですが、視床下部核などの細胞層や小脳領域の速度を測定することができ、約25μmの分解能7を持つ。
放射線トレーサーによる生体内測定の1つの課題は、測定された放射性標識が未反応標識前駆体または他の無関係標識代謝産物6ではなく、関心のある反応の産物であることを確実にすることである。トレーサーアミノ酸としてL-[1-14 C]-ロイシンを選んだのは、タンパク質に組み込まれるか、14CO2に急速に代謝され、高い割合から生じる脳内の標識されていないCO2の大きなプールで希釈されるからである。 エネルギー代謝8.さらに、タンパク質に組み込まれなかった任意の14Cは、主に自由[14C]-ロイシンとして存在し、60分の実験期間にわたって、組織6からほぼ完全にクリアされる。タンパク質は、ホルマリンで組織に固定され、その後、自己放射器の前に任意の自由[14C]-ロイシンを除去するために水ですすいでください。
もう一つの重要な考慮事項は、組織プロテオリシスに由来する標識のないアミノ酸による前駆体アミノ酸プールの特定活性の希釈の問題である。成体ラットおよびマウスにおいて、脳内のタンパク質合成のための前駆体ロイシンプールの約40%がタンパク質分解6に由来するアミノ酸に由来することを示した。これは、脳タンパク質合成(rCPS)の局所率の計算に含まれなければならず、この関係が変化する可能性のある研究で確認されなければならない。理論上の基礎と方法の仮定は、他の場所で詳細に提示されている6.本稿では,この方法論の応用の手続き上の問題点に焦点を当てる.
この方法は、地上リス9、羊10、ケサスサル11、ラット12、13、14、15、16におけるrCPSの決定のために用いられた,17歳,18歳,19歳,20歳,21、結節性硬化症複合体22のマウスモデル、脆弱X症候群23、24、25、26、脆弱X変異マウス27、およびフェニルケトン尿症28のマウスモデル。本原稿では、生体内自動放射線L-[1-14 C]-ロイシン法を用いてrCPSを測定する手順を提示する。覚醒コントロールマウスの脳領域にrCPSを提示する.また、翻訳の阻害剤であるアニソマイシンの生体内投与では、脳内のタンパク質合成を廃止することを実証する。
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注:すべての動物の手順は、国立精神保健動物ケアおよび使用委員会によって承認され、動物のケアと使用に関する国立衛生ガイドラインに従って行われました。
プロトコルの概要を図 1に示します。
1. 大腿静脈および動脈にカテーテルを外科的に移植し、トレーサーの投与および時測定された動脈血液サンプルのコレクションをそれぞれ用する。トレーサーの投与前に少なくとも22時間の手術を完了する。手術は完了するために約1時間を必要とします。
2. L-[1-14C]ロイシン溶液を注射用に、16%(w/v)5-スルホサリチル酸(SSA)の二水和液を調製し、血漿サンプルを脱タンパク化します。SSA溶液には、酸溶性血漿画分におけるトレーサー濃度のアミノ酸分析および分析のための内部基準として、0.04 mMノルロイシンおよび1μCi/mL[H3]ロイシンも含まれる。SSAを4°Cで2ヶ月まで保管してください。
3. L-[1-14C]ロイシンを静脈内投与し、動脈血サンプルを採取する。
4. 血漿サンプル中のロイシンおよびL-[1-14 C]ロイシンの濃度を分析する。
5. 定量的な自動撮影を行う。
6. 画像を分析します。
注:CCDカメラと照明付きの蛍光灯ボックスと組み合わせた画像解析用の市販プログラムをお勧めします。照らされたフィルムの相対的な光学密度はCCDカメラによって検出される。
7. rCPS の計算。次の式を使用して、各 ROI の rCPS を計算します。

ここでP*(T)は、ROIにおける14Cの加重平均組織濃度であり、Cp(t)およびC*p(t)は、時に標識されていない標識および標識されたロイシンの動脈血漿濃度であり、t、Tは動物が死亡した時点である( 約60分)とλは、血漿から来る組織前駆体プール中のロイシンの割合である。λの評価は、別の実験6で行う。λはWT、Fmr1ノックアウト、Tsc +/-、およびPKUマウス6、22、25、28で評価されている。 実験が、タンパク質合成、分解、またはロイシンの代謝の速度に影響を与える可能性のある遺伝的または薬理学的変化を伴う場合、λは新しい条件下で評価されるべきである。
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ここでは、タンパク質合成阻害剤のrCPSに対する以前の投与の効果を実証する代表的な実験を示す。正常生理中のアニソマイシンを、rCPS判定開始前に成人C57/BL6雄野生型マウス皮下(100mg/kg)30分に投与した。アニソマイシン治療の効果は、車両処理対照動物と比較して、rCPSがアニソマイシン処理マウスでほとんど検出不可能であることを示している(図4)。これらのデータは、インビボ自動放射線L-[1-14 C]-ロイシン法が脳内のタンパク質合成率を測定するという検証を表す。
脳の4つのレベルにおけるL-[1-14 C]-ロイシン自動ラジオグラムの図を提示し、方法の分解能を実証する(図5)。図示は、嗅球(図5A及びB)、
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実験動物における生体内における脳タンパク質合成(rCPS)の局所的率の測定方法を提示する.この方法は、既存の方法に対してかなりの利点があります:1.測定は、目覚めの振る舞い動物で行われるので、それらは機能する脳の進行中のプロセスを反映します。2.測定は、同時に脳のすべての領域とサブ領域でrCPSを決定する能力を与える定量的な自動無線撮影によって行われます。3. この方法の運動モデルは、組織タンパク質分解に由来する標識されていないアミノ酸のリサイクルの可能性と、タンパク質合成用前駆体プールへの影響を考慮に入れる6.
この方法の主な制限は、時間と要求が高いことです。より単純で高いスループット方法を採用することは魅力的ですが、取得したデータの制限を認識する必要があります。
無傷のマウスでrCPSを測定する複雑さのために、正常な生理的状態の維持、十分な血液サンプルの収集、および干渉条件の回避に問題が発生する可能性があります。静脈および動脈カテーテルの外科的注入は挑戦的である。他の外科的処...
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著者は、開示する利益相反を持っていません。
著者らは、マウスのジェノタイピングについてZengyan Xia、アミノ酸とフィルムの処理のためのトム・バーリン、rCPS実験の一部を行うためのメイ・チンを認めたい。本研究は、NIMH(ZIA MH00889)の内部研究プログラムの支援を受けました。RMSはまた、自閉症スピークポストドクターフェローシップ8679とFRAXAポストドクターフェローシップによってサポートされました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| マウス | ジャクソン研究所 | 003024 | Fmr1 knockout 繁殖ペア |
| アニソマイシン | トクリス バイオサイエンス | 1290 | |
| マイクロヘマトクリットチューブ | ドラモンドサイエンティフィック | 1-000-3200-H | キャピラリーチューブ |
| Critoseal キャピラリーチューブ シーラント | ライカマイクロシステムズ | 39215003 | シーラントパテ |
| ガラスバイアル血液 | サンプルの収集に使用される | Agilent5183-2089 | |
| します Digi-Med Blood Pressure Analyzer | Micro-Med Inc. | BPA-400 | 血圧計 |
| Bayer Breeze 2 血糖モニタリング システム | Bayer Breeze | 9570A | グルコース メーター |
| ガスタイト シリンジ | ハミルトン Co. | 1710 | ツベルクリンガラスシリンジ |
| HeatMaxHotHands-2ハンドウォー | マーHeatMax | モデルHH2 | 加温パッドヘ |
| パリンロックフラッシュソリューション | フレゼニウスカビUSA、LLC | 504505 | ヘパリン生理食塩水 |
| 透明な動物容器 | Instech | MTANK / W | 動物囲い |
| スプリングテ | ザーInstechPS62 | カテーテルチューブ/げっ歯類アタッチメント | |
| スイベル | Instech | 375/25 | スプリングテザーへのフック |
| スイベルアームとマウント | Instech | SMCLA | フックをスイベルと動物の囲いに |
| テザーボタン | Instech | VAB62BS/22 | スプリングテザーの底に取り付けます |
| ステンレス製チューブ | 自社製 | N/A | マウスを介してカテーテルを蛇行させるために使用されます |
| Matrx VIP 3000 | Matrx | 91305430 | イソフルラン気化器 |
| Isoflurane | Stoelting Co. | 50207 | イソフルラン/ハロタン吸着器 |
| クリッパーズ | オスターフィニッシャー | モデル 59 | |
| サージカルスキンフック | 自社製 (??) | N/A (??) | |
| 0.9%塩化ナトリウム生理食塩水 | APPファーマシューティカルズLLC | 918610 | |
| 鉗子 | ファインサイエンスツール | 11274-20 | |
| 外科用ハサミ | ファインサイエンスツール | 14058-11 | |
| マイクロハサミ | ファインサイエンスツール | 15000-00 | |
| UNIFYシルク外科用縫合糸AD | Surgical | #S-S618R13 | 6-0 USP,非吸収性 |
| PE-8ポリエチレンチューブ | SAIインフュージョンテクノロジー | ズ PE-8-25 | |
| シリンジ | ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー | 309659 | 1cc/mL |
| PE-10 ポリエチレンチューブ | クレイ・アダムス | 427400 | |
| MCID Analysis | Imaging Research Inc. | バージョン7.0 | 光学密度分析 |
| ゼラチンコーティングスライド(75x25mm) | FDニューロテクノロジー | ズPO101 | |
| オスタット | ライカ | CM1850 | |
| スーパーRX-N医療用X線フィルム | 富士 | 47410-19291 | |
| カセット(8x10インチ) | アマシャムファルマシアバイオテック | 11649 | |
| [1-14C]ロイシン | モラベック | MC404E | |
| マイクロ遠心チューブ | Sarstedt Aktiengesellschaft&Co. | 72.692.005 | 血液サンプルの除タンパクに使用 |
| ガラスパスツールピペット | ウィートン | 357335 | |
| グラスウール | Sigma-Aldrich | 18421 | |
| 窒素 | NIH サプライセンター | 6830009737285 | |
| シンチレーション液 | CytoScint | 882453 | |
| 液体シンチレーションカウンター | パッカード トライカーブ | 2250CA | |
| アミノ酸分析装置 | ピッカリングラボラトリーズ | ピナクルPCX | |
| HPLCユニット | アジレントテクノロジー | ズ 1260 インフィニティ | 1260 バイオイナートポンプ |
| 手術用顕微鏡 | ワイルドヘールブルッグ | M650 | |
| スルホサリチル酸 | シグマ-アルドリッチ | MKBS1634V | 5-スルホサリチル酸二水和物 |
| ノルロイシン | シグマ | N8513 | |
| 1.0 N HCl | Sigma-Aldrich | H9892 | |
| [H3]leucine | Moraevk | MC672 | |
| Falcon tube | Thermo Scientific | 339652 | 50 mL 円錐形遠心分離管 |
| ストップウォッチ | ホイヤー マイクロスプリット | モデル 1000 | 1/100 分 |
| 安楽死ソリューション | Vet One | H6438 | |
| ノーザンライト精密イルミネーター | イメージングリサーチ株式会社 | Model B95 | 蛍光灯 |
| Micro-NIKKOR 55mm f/2.8 | Nikon | 1442 | CDD カメラ |
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