DetectSynは、治療または疾患状態にわたる相対シナプス(シナプス前およびシナプス後関与)数の変化を測定する、偏りのない迅速な蛍光アッセイです。この技術は、培養ニューロンおよび固定組織の両方において使用することができる近接ライゲーション技術を利用する。
方法論記事
DetectSynは、治療または疾患状態にわたる相対シナプス(シナプス前およびシナプス後関与)数の変化を測定する、偏りのない迅速な蛍光アッセイです。この技術は、培養ニューロンおよび固定組織の両方において使用することができる近接ライゲーション技術を利用する。
シナプスはニューロン間のコミュニケーションの部位です。神経回路の強さはシナプス密度に関係しており、シナプスの破壊は大うつ病性障害(MDD)やアルツハイマー病などの疾患状態の特徴です。シナプス数を調べるための伝統的な技術には、蛍光マーカー(例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP))の遺伝子発現、ニューロンを満たす色素(例えば、カルボシアニン色素、DiI)、および脊椎マーカーの免疫蛍光検出(例えば、シナプス後密度95(PSD95))が含まれる。これらのプロキシ技術の主な注意点は、シナプス後の変化のみを識別することです。しかし、シナプスはシナプス前終末とシナプス後脊椎との間の接続である。シナプスの形成/除去を測定するためのゴールドスタンダードには、時間のかかる電子顕微鏡またはアレイ断層撮影技術が必要です。これらの技術には、専門的なトレーニングと高価な機器が必要です。さらに、限られた数のニューロンしか評価できず、脳領域全体に対する変化を表すために使用される。DetectSynは、疾患状態または薬物活性に起因するシナプス形成または消失の変化を識別する迅速な蛍光技術である。DetectSynは、迅速な近接ライゲーションアッセイを利用して、並置されたシナプス前部およびシナプス後部タンパク質と標準的な蛍光顕微鏡法を検出します。得られた穿刺の蛍光検出により、実験の迅速かつ公平な分析が可能になります。DetectSynは、限られた数の蛍光ニューロンよりも広い領域を分析できるため、電子顕微鏡よりも代表的な結果を提供します。さらに、DetectSynは 、インビトロ 培養ニューロンおよび固定組織スライスに対して機能します。最後に、この技術から収集されたデータを分析するための方法が提供される。全体として、DetectSynは、治療または疾患状態にわたるシナプス密度の相対的な変化を検出するための手順を提供し、従来の技術よりもアクセスしやすい。
シナプスは、ニューロン間のコミュニケーションの基本単位である1。同じ領域内のニューロン間の多くのシナプスは、行動を媒介する回路を生じる2。シナプスは、神経伝達物質または神経ペプチドを放出する1つのニューロンからのシナプス前末端からなり、別のニューロンのシナプス後受容体に情報を中継する。シナプス前部シグナルの総和は、シナプス後ニューロンが活動電位を発火させ、メッセージを他のニューロンに伝播するかどうかを決定する。
シナプス病理学、シナプスの分解は、アルツハイマー病および大うつ病性障害のような神経体積の減少によって特徴付けられる疾患および障害において生じ、もはや最適に実行しない回路をもたらす3,4,5。シナプス密度の回復は、これらの障害に対する潜在的な治療法の有効性の根底にある可能性が高い。例えば、シナプスの増加が急速な抗うつ薬の行動効果の根底にあることが最近実証されました6。可能なシナプス病理学的治療を迅速にスクリーニングするために、研究者はシナプス数の変化を迅速に特定する技術を必要とする。
現在の方法論は、時間と費用がかかるか(電子顕微鏡、アレイ断層撮影)、またはシナプス前部の関与(脊椎分析、免疫蛍光/共局在化)を組み込まずにシナプス後の変化のみを調べる。DiIのような色素やGFPのような蛍光タンパク質は、ニューロンを視覚化し、シナプス後棘を特徴付けるのに役立ちます。しかし、脊椎解析では、研究者が定義した比率を使用して形態を決定し、再現性を低下させる可能性があります7。さらに、異なる脊椎クラスが機能的シナプスとどのように関連しているかは、まだ明らかにされていない8。脊椎形成は一過性であり得、シナプス後可塑性を反映する可能性があるが、これらの脊椎はシナプス前ニューロン9を有するシナプスに安定する前に排除され得る。
共局在化は、シナプス前およびシナプス後タンパク質を免疫染色することができるため、脊椎分析よりもシナプスのより良いプロキシを提供する。しかしながら、シナプスタンパク質は、タンパク質が並置され、一貫して重なり合わない可能性があるため、低い共局在値をもたらす可能性がある。したがって、タンパク質は完全に重ね合わされていないため、共局在化技術は、この欠落した情報のためにシナプス形成の変化を正確に測定できない可能性がある。最後に、電子顕微鏡(EM)とアレイ断層撮影法の両方がシナプスの高解像度画像を提供しますが、時間がかかります。EMはさらに特殊な装置を必要とし、研究者は任意の実験のために少量の組織に制限されている。アレイ断層撮影法は、超薄切片上の多くのタンパク質を優雅にスクリーニングする能力を提供し、EM10と組み合わせることができるが、この技術はあまりにも労働集約的であり、シナプス形成の変化を迅速にスキャンする必要がある実験の範囲を超えている可能性がある。
DetectSynは、デュオリンク近接ライゲーションアッセイの特定のアプリケーションです。PLAアッセイは、タンパク質間相互作用の一般的な検出を可能にします。DetectSynは、タグ付きのシナプス前およびシナプス後タンパク質によって放出される蛍光シグナルを互いに40nm以内に増幅することによって、シナプス後部のプロキシブリッジ測定を行います。シナプスタンパク質がシナプス間隙内と同様に40nm以内にある場合、DNAプローブを含む二次抗体は環状DNAにハイブリダイズする。このハイブリダイズした環状DNAは蛍光プローブを発現し、次いでこれを増幅し、標準的な蛍光顕微鏡技術で検出する( 図1参照)。重要なことに、EMやアレイ断層撮影法とは異なり、この技術は特別な装置を必要とせず、標準的な免疫組織化学とほぼ同じ時間がかかります。したがって、この技術のアクセシビリティにより、研究集約型機関以外の研究者はシナプト病理学研究に参加することができます。さらに、この技術は、単一の実験内で複数の脳領域におけるシナプス密度の変化を調べることができ、疾患または治療によるシナプス変化のより全体的な表現を提供する。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
動物からの細胞および組織の単離は、国立衛生研究所の実験動物の世話と使用のためのガイドに従い、ウェイクフォレストの施設動物ケアおよび使用委員会によって承認されました
注:このプロトコルは、特定の実験パラダイムおよび要件に従って既に処理および固定されたサンプルで使用されます。実証目的のために、迅速な抗うつ薬治療によるシナプス形成が、このシナプス検出技術6を強調するために使用される。以前にカバースリップで培養し、処理し、4%パラホルムアルデヒド(PFA)で固定し、1xリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に保存したニューロンは、インビトロ手順を強調するために使用される。処置したマウスから以前にスライスされた海馬組織(厚さ25μm)を、氷冷PBSおよび4%PFAで経心的に灌流し、次いで凍結保護剤に保存して、スライス手順を強調するために使用される。ニューロンを培養する方法、またはげっ歯類を経心的に灌流する方法の詳細については、11,12を参照してください。この手順をグラフィカルに表すには、図 1 を参照してください。

図1:DetectSynアッセイのグラフ表示。 細胞膜を透過処理した後、シナプシン1およびPSD95に対する一次抗体は、これらのシナプスタンパク質に結合する。次いで、オリゴヌクレオチドタグを有する二次抗体が一次抗体に結合する。シナプス1とPSD95がシナプスのように40nm以内にある場合、オリゴヌクレオチドは相互作用し、蛍光タグが増幅される。この蛍光シグナルは、標準的な顕微鏡検査によって画像化され、分析され得る。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
1. サンプルをすすぐ
2. サンプルのブロックと透過
3. 一次抗体でサンプルをインキュベートする
4. サンプルを洗浄し、二次抗体でインキュベートする
5. ライゲーション
6. 増幅
7. 取り付け
8. 共焦点顕微鏡でデジタル画像を取得する
9. 分析
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
Heaney et al.6から改変されたデータは、シナプス形成の増加が予想される実験を実証するために提示されている(メカニズムの詳細およびより詳細な議論については、6を参照されたい)。以前に、迅速な抗うつ薬が有効であるためには、阻害性代謝受容体GABAB(γ-アミノ酪酸サブタイプB)の活性化が必要であることが実証された13。さらに、以前のデータは、迅速な抗うつ薬がシナプス後マーカーを増加させることを示した14;したがって、DetectSynは、迅速な抗うつ薬がシナプス数を増加させるという仮説を検証するために使用された。
培養ニューロンにおいて、4つの条件が試験される。まず、 図2Aのトップパネルにおいて、培養ニューロンを、実験対照と同じ条件下でビヒクルで処理した。ただし、PSD95一次抗体は、DetectSynアッセイの技術的対照を...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
DetectSynは、近接ライゲーションアッセイを使用して互いに40nm以内のタンパク質を検出する迅速なアッセイであり、シナプス形成の検出を可能にする。この技術は、シナプス形成の代理測定としてのみ役立つ現在の蛍光アッセイを改善する。DetectSynは、互いの40nm以内、すなわちシナプス間隙内に局在するシナプスタンパク質の定量可能な変化を検出する。さらに、DetectSynは、シナプスを測定するように設計され、古典的にゴールドスタンダード技術として指定されている電子顕微鏡やアレイ断層撮影などの技術よりも費用対効果が高く、所要時間もかかりません。
DetectSynは高度にカスタマイズ可能な技術です。任意のシナプス対は、タンパク質対が互いに40nm以内に存在する限り、特定のタイプのシナプスの形成を同定するために使用することができる。このエキサイティングな技術には多くの用途がありますが、最適なブロッキングおよび一次インキュベーション条件を含む抗体を検証し、免疫蛍光などの他の方法を使用してその結果をサポートし続ける必要があります。抗体結合の競合を減らすためにDetectSynを利用し...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者らは利益相反を報告していない。
この研究は、米国国立衛生研究所 NINDS R01 NS105005 (KRG) および NS105005-03S1 (KRG)、国防総省 USAMRMC W81XWH-14-1-0061 (KRG)、NIAAA R01AA016852、NIAAA T32AA007565 (CFH)、および FRAXA Research (CFH) および Alzheimer's Association, AARG-NTF-21-852843 (KRG), AARF-19-614794-RAPID (KRG) からの助成金によって支援されました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10x PBS | フィッシャーサイエンティフィック | BP39920 | PBSは自社製でも機能します。 |
| 24ウェルプレート | フィッシャーサイエンティフィック | FB012929 | 組織スライスの場合、滅菌済みのプレートは不要な場合があります。 |
| 50 mLコニカルチューブ | フィッシャーサイエンティフィック | 14-432-22 | |
| アルミホイル | フィッシャーサイエンティフィック | 15-078-290 | |
| チキン抗MAP2抗体 | アブカム | ab5392 | |
| クリアマニキュア | ッシャーサイエンティフィック | NC1849418 | その他のクリアマニキュアも機能します。 |
| コールドブロック | フィッシャーサイエンティフィック | 13131012 | |
| コンピュータワークステーション | HP | ||
| 共焦点または蛍光顕微鏡 | ニコン | A1R HD25 | |
| ロバ アンチチキン FITC | フィッシャーサイエンティフィ | SA1-72000 | |
| Duolinkロバ アンチマウスPLUS | シグマ | DUO92001 | |
| Duolinkロバ アンチウサギマイナス | Sigma | DUO92005 | |
| Duolink In Situ 検出試薬 遠赤色 | Sigma | DUO92013 | ライゲーションストック、増幅ストック、リガーゼ、ポリメラーゼが含まれています。 |
| DAPIシグマ | DUO82040 | Duolink In Situ封入剤 | |
| Duolink In Situ Wash Buffers, Fluorescence | Sigma | DUO82049 | Wash Buffer AおよびWash Buffer Bが含まれています。Wash Buffer BをdiH20で1%に希釈し、1% Wash Buffer Bを調製してください。 |
| 細い先端の絵筆 | フィッシャーサイエンティフィック | NC9691026 | セーブルの髪、サイズ00または000は、また、工芸品店で見つけることができます |
| フィッシャーブランドカバーメガネ:長方形フィ | ッシャーサイエンティフィック | 12545MP | カバーガラスは、すでにガラスカバースリップに培養ニューロンのために不要です。 |
| フィッシャーブランド スーパーフロスト プラス マイクロスコープ スライド | フィッシャー サイエンティフィック | 1255015 | ガラスのカバースリップにすでに付着している培養ニューロンの場合、スーパーフロスト スライドは不要な場合があります。 |
| 冷凍庫、-20°C;C | VWR | 76449-108 | |
| 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 | 125480 | |
| グリシン | ・フィッシャー・サイエンティフィ | BP381-1 | |
| 画像処理ソフト | (例:NIS Elements, ImageJ | ||
| インキュベーター | フィッシャー・サイエンティフィック | 15-015-2633 | |
| 大型シャーレ、100mm | フィッシャー・サイエンティフィック | ック FB0875712 | |
| 分子グレードの水 | フィッシャーサイエンティフィック | BP24701 | |
| マウス 抗シナプシン1抗体 | シナプスシステム | 106-011 | |
| 正常ロバ血清 | ジャクソン免疫研究 | 017-000-121 | |
| オービタルシェーカー | フィッシャーサイエンティフィック | 02-106-1013 | |
| パラフィルム | フィッシャーサイエンティフィック | 13-374-10 | |
| ピペットチップ | フィッシャーサイエンティフィ | 02-707-025 | |
| ピペット | フィッシャーサイエンティフィック | 14-388-100 | 作業量は3 & マイクロの範囲です。Lから500µL |
| プラスチックパスツールピペット | フィッシャー・サイエンティフィ | 02-708-006 | |
| 精密ピンセット/フォアセップ | ス フィッシャー・サイエンティフィック | 12-000-122 | |
| ウサギ抗PSD95抗体 | アブカム | ab18258 | 他の抗体ペアも最適化して機能する可能性があります。 |
| 冷蔵庫 | VWR | 76470-402 | |
| 小型シャーレ、60 mm | フィッシャー サイエンティフィ | FB0875713A | |
| タイマー | フィッシャー サイエンティフィ | 14-649-17 | |
| トゥイーン 20 | フィッシャー サイエンティフィ | BP337-100 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト
許可をリクエスト