ここでは、マウスアストロサイトにおけるオルガネラの細胞内輸送と血漿膜タンパク質の取引を可視化するインビトロライブイメージング法について述べる。このプロトコルはまた、貨物輸送の旅程と運動学を決定するための画像分析方法論を提示する。
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方法論記事
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ここでは、マウスアストロサイトにおけるオルガネラの細胞内輸送と血漿膜タンパク質の取引を可視化するインビトロライブイメージング法について述べる。このプロトコルはまた、貨物輸送の旅程と運動学を決定するための画像分析方法論を提示する。
アストロサイトは、成人の脳の中で最も豊富な細胞型の一つです, 彼らは機能の多重性で重要な役割を果たしています.脳恒常性の中心的なプレーヤーとして、アストロサイトは重要な代謝産物と緩衝細胞外水、イオン、グルタミン酸をニューロンに供給します。「三分詞」シナプスの不可欠なコンポーネントは、アストロサイトもシナプスの形成、剪定、メンテナンス、および変調において重要です。これらの高度にインタラクティブな機能を可能にするために、アストロサイトは、細胞を含む多数の特殊な膜タンパク質を介して、他のグリア細胞、ニューロン、脳血管系、および細胞外環境と通信します。接着分子、アクアポリン、イオンチャネル、神経伝達物質トランスポーター、ギャップ接合分子。この動的フラックスをサポートするために、星状細胞は、ニューロンと同様に、緊密に調整され、効率的な細胞内輸送に依存しています。細胞内人身売買が広範囲に減少しているニューロンとは異なり、アストロサイトにおける微小管ベースの輸送はあまり研究されていない。それにもかかわらず、細胞膜タンパク質および細胞内オルガネラ輸送の外細胞および内嚢胞性人身売買は、アストロサイトの正常な生物学を調整し、これらのプロセスはしばしば病気または傷害に反応して影響を受ける。ここでは、高品質のマウスアストロサイトを培養し、目的の星状タンパク質および小器官を蛍光的に標識し、タイムラプス共焦点顕微鏡を用いて細胞内輸送ダイナミクスを記録するための簡単なプロトコルを提示する。また、利用可能な画像解析ソフトウェア(ImageJ/FIJI)プラグインを使用して、取得したムービーから関連するトランスポートパラメータを抽出および定量化する方法についても説明します。
アストロサイトは、成人中枢神経系で最も豊富な細胞であり、そこではユニークな発達および恒容性機能1を実行する。アストロサイトは、シナプス形成を促進する神経伝達物質受容体、トランスポーター、および細胞接着分子を含む三分詞シナプスの一部として、前および後の末端との直接接触を通じてシナプスの発達を調節するとニューロン-星状細胞通信2.さらに、アストロサイトはシナプス伝達を積極的に制御し、シナプス裂から興奮性神経伝達物質を迅速に除去し、神経伝達物質をリサイクルし、シナプス剪定に参加することにより、神経興奮毒性を防ぎます3,4,5,6.これらの非常にインタラクティブな機能を可能にするために、アストロサイトは、他のグリア細胞と、細胞接着分子、アクアポリン、イオンチャネルを含む特殊な膜タンパク質を介してニューロンと、自分自身の間で通信します。神経伝達物質トランスポーター、およびギャップ接接点分子。アストロサイトは、細胞内および細胞外環境の変動に応じて、これらのタンパク質の表面レベルを積極的に変化させる7.さらに、ミトコンドリア、脂質液滴、分解およびリサイクルオルガネラのレベルと分布の変化は、エネルギー供給、代謝物の利用可能性、および星状細胞機能に不可欠な細胞クリアリングプロセスを調節し、生存。
アストロサイトにおける膜タンパク質およびオルガネラの人身売買および位置の動的変化は、貨物運動性を促進する運動タンパク質およびアダプターの協調機能によって促進される8、9。同様に、膜タンパク質の表面レベルは、内部化およびリサイクルイベント10を通じて変調される。これらの貨物は、アクチン、微小管、およびおそらく中間フィラメントトラック8の複雑なネットワークを介して輸送されます。成長する微小管プラス末端に蓄積する末結合タンパク質1(EB1)の免疫蛍光染色に基づく研究は、微小管の鎖束が末端から放射し、そのプラス端を向いて拡張することを示唆している。周辺11.しかし、生細胞イメージングを用いて微小管やその他の細胞骨格素子の組織と極性を総合的に調べると、まだ不足している。オルガネラや膜タンパク質のダイナミクスの基礎となるメカニズムの多くは、ニューロンやその他の細胞型で広く研究されているが、アストロサイトの貨物運動性はあまりよく理解されていない。アストロサイトにおけるタンパク質およびオルガネラ分布の変化に関する我々の現在の知識のほとんどは、貨物ダイナミクス7の正確な空間的および時間的検査を妨げる固定製剤の従来の抗体ベースの標識に基づいている。 12.
ここでは、高純度の一次マウス星状細胞培養におけるライブイメージング用膜タンパク質および小器官に標識する方法について説明する。このプロトコルを使用して、ギャップ接合タンパク質コネキシン43(Cx43-GFP)および興奮性アミノ酸を含むトランスフェクト星状細胞における緑色蛍光タンパク質(GFP)タグ付き膜タンパク質の動的局在を追跡する例を提供します。トランスポーター1(EAAT1-GFP)。また、蛍光酸性プローブを用いて酸性小器官を可視化し、生きた星状細胞におけるその人身売買のダイナミクスに従うことも説明する。最後に、タイムラプスデータを分析して、個々の貨物の輸送パラメータを抽出して評価する方法を示します。
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すべての動物の手順は、チャペルヒル動物ケアと使用委員会(IACUC)でノースカロライナ大学の承認を得て行われました。
1. 一次マウス星細胞の脳解剖と培養
注:以下のプロトコルは、マッカーシーとデベリス13、14、15によって開発された元の手順に従って、公開された方法から適応されました。マッカーシー/デベリス(MD)アストロサイトの混合細胞培養は、生後2−4(P2−P4)マウス皮質から調製され、抗有化因子で処理し、最終的に濃縮された星細胞培養物を得るために精製される。いずれかの性別のマウスの子犬からの4つの皮質は、1つのT75組織培養フラスコ培養を生成するのに十分である。
2. アストロサイト培養の精製と維持
注:無菌濾過(0.22 μmフィルター膜)アストロサイトメディアを37°Cに温めたアストロサイト培地を使用して、層流フード内の無菌条件下ですべてのメディア変更を行います。
3. 蛍光タグ付きプラスミドのトランスフェクション
4. 蛍光プローブを用した後期エンドソーム/リソソームの標識
注:一部の貨物は、貨物特異的タンパク質に対して親和性の高い蛍光色素を使用して標識することができます。次の例は、蛍光酸性プローブを使用した後期エンドソーム/リソソームの標識を可能にする。
5. タイムラプスイメージングシステムを用いた画像集録
注:タイムラプスライブイメージングは、高速カメラ、明確な焦点、インキュベーションチャンバー、および高い数値絞り(例えば、Plan-Apochromat 1.4NA)を備えた40倍の油目的を備えた蛍光顕微鏡を使用して行う必要があります。タイムラプスイメージングには、さまざまな集録ソフトウェアが用意されています。顕微鏡検査システムと取得ソフトウェアの選択は、特定の研究の目標に対する可用性と適合性に基づいて行う必要があります。一般的なガイドラインを以下に示します。
6. 画像解析
注:画像解析は、ImageJ/Fiji16用のKymoToolBoxプラグインを使用して行いました。詳細なステップバイステップの書かれた指示は、オンライン17で利用可能です。次の省略された手順は、キモグラフを作成し、パーティクル トランスポート パラメータを抽出するのに十分である必要があります。
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上記で概説した一次マウスMDアストロサイトを確立するためのプロトコルは、再現性の高い高品質の培養物を生み出す必要があります。培養物は当初、アストロサイト、線維芽細胞、およびミクログリアおよびオリゴデンドロサイトを含む他のグリア細胞の混合物を含むが(図1Bi,Biv;赤い矢頭)、DIV5-DIV7間の混合培養物へのAraCの添加は最小化するこれらの汚染物質細胞の増殖。AraC処理と揺れベースの精製戦略を組み合わせることで、精製工程のみを含む従来のプロトコル(図1Bv;青)よりもアストロサイト培養の純度を豊かにします(図1Bv;青)。矢印)13.アラCまたは未処理で処理された精製星細胞培養物の期待形態および組成物(GFAPおよび4'、6-ジアミディーノ-2−フェニリンドール[DAPI]染色)を図1
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ここでは、高純度一次マウス皮質MDアストロサイトにおけるタイムラプスビデオ顕微鏡を用いて、蛍光タグ付きオルガネラおよび目的の膜タンパク質を発現、視覚化、追跡する実験的アプローチについて説明する。また、粒子ダイナミクスを測定する方法論についても概説する。一次星状細胞におけるタンパク質および小器官ダイナミクスの直接可視化は、インビトロでこれらの細胞における細胞内輸送の調節を研究するための強力なツールを提供する。
上記のマウスMDアストロサイト培養を確立するための方法論は、他の公開プロトコル13、14、15からのステップを組み合わせたものであり、より単純な方法と高純度と品質の両方をもたらす文化。AraC15処理と振盪ベースの精製13、14の組み合わせは、98%(GFAP+細胞総細胞の比率によって評価される)と高い純度を有する星状細胞培...
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著者は何も開示していない。
DNLは、シモンズ学者としてチャペルヒル(UNC)医学部のノースカロライナ大学によってサポートされました。TWR は UNC PREP グラント R25 GM089569 によってサポートされました。UNC神経科学センター顕微鏡コア施設を用いる研究は、NIH-NINDS神経科学センター支援助成金P30 NS045892及びNIH-NICHD知的発達障害研究センター支援助成金U54の助成を受け、一部支援を受けた。HD079124
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2.5% トリプシン (10倍) | Gibco | 15090-046 | |
| 卓上遠心分離機 | Thermo Scientific | 75-203-637 | Sorvall ST8 遠心分離機 |
| 細胞培養グレード Water | Gen Clone | 25-511 | |
| 細胞培養顕微鏡 | Zeiss | WSN-AXIOVERT A1 | Vert.A1 倒立スコープ、蛍光機能を備えた |
| 倒立組織培養顕微鏡シトシンアラビノシド | シグマ | C1768-100MG( | AraC) 凍結乾燥粉末を滅菌細胞培養グレードの水に溶解して10mMのストックを作り、分注して長期保存のために凍結 |
| DAPI | シグマ | D9542-5MG | 凍結乾燥粉末を最大濃度20mg/mlまで脱イオン水に溶解し、必要に応じて加熱または超音波処理します。300 nMで対比染色に使用してください。 |
| 解剖顕微鏡 | Zeiss | Stemi 305 | |
| 解剖ハサミ | F.S.T | 14558-09 | |
| ダルベッコの改変イーグル ミディアム | ジェンクローン | 25-500 | |
| ウシ胎児血清 | ジェミニ | 100-106 | 熱不活性化 |
| フィジー (フィジーはただのイメージです J) | NIH | バージョン 1.52i | |
| ファインチップピンセット | F.S.T | 11254-20 | Style #5 |
| Fluorescence light source | Excelitas | 012-63000 | X-Cite 120Q |
| GFAP antibody | Cell Signaling | 3670S | GFAP (GA5) mouse monoclonal antibody |
| Glass Bottom Dishes | Mattek corporation | P35G-1.5-14-C | 35 mm ディッシュ |No. 1.5 カバースリップ |ガラス径 14 mm |コーティングされていない |
| グレーフ鉗子 | F.S.T | 11054-10 | 湾曲した先端を持つグレーフアイリス鉗子 |
| 酸性コンパートメント(後期エンドソームおよびリソソーム)を染色する緑色蛍光染料 | ライフテクノロジー | L7526 | LysoTracker グリーン DND 26.DMSOSに1mMストック溶液にあらかじめ溶解しています。選択した増殖培地またはバッファーの最終使用濃度まで希釈します。 |
| Hank's Balanced Salt Solution (10x) | Gibco | 14065-056 | マグネシウムおよびカルシウムフリー |
| イメージングメディア | Life Technologies | A14291DJ | ライブセルイメージングソリューション |
| 倒立共焦点顕微鏡 | Zeiss | LSM 780 | |
| KymoToolBox | https://github.com/fabricecordelieres/IJ_KymoToolBox | ||
| Lipofection Enhancer Reagent | ライフテクノロジー | 11514015 | プラス試薬 |
| リポフェクション試薬 | ライフテクノロジー | ズ 15338100 | リポフェクタミン LTX 試薬 |
| オービタル振とうインキュベーター | ニューブランズウィックサイエンティフィック | 8261-30-1008 | イノーバ 4230 、温度と速度を制御できるオービタル振とうインキュベーター |
| ペニシリン/ストレポマイシン溶液 (100x) | Gen Clone | 25-512 | |
| リン酸緩衝生理食塩水 (10x) | Gen Clone | 25-507x | |
| Poly-D-Lysine Hydrobromide | Sigma | P7405 | 、pH 8.5 のトリス緩衝液に 1mg/mL で溶解します。長期保存のために凍結してください。凍結と解凍のサイクルを避ける |
| 血清培地の減少 | Gibco | 31985-062 | OPTI-MEM |
| 組織培養フラスコ | オリンパス プラスチック | 25-209 | 75 cm^2. 100% 角度付きネックアクセス、0.22um 疎水性ベントフィルターキャップ |
| 組織培養インキュベーター | Thermo Scientific | 51030285 | HERAcell VIOS 160i、温度、湿度、CO2制御 |
| を備えた組織培養インキュベーターTris-Base | Sigma | T1503 | 8.402 g を 1 リットルに溶解し、4.829 g の Tris HCl を水に溶かして 0.1 M Tris バッファーを作製し、pH 8.5 |
| Tris-HCl | Sigma | T3253 | 4.829 g を 1 リットルに溶解し、8.402 g の Tris Base で 0.1 M Tris バッファー、pH 8.5 |
| トリプシン EDTA (0.25%)、フェノールレッド | Gibco | 25200072 | |
| Vacuum-Driven Filter Systems | Olympus Plastics | 25-227 | を作製500 ml、PESメンブレン、0.22 µm |
| Vannasハサミストレート | ロボズ | RS-5620 |
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