このプロトコルは、ウシ副腎クロマフィン細胞における3つの融合モードを検出するための共焦点イメージング技術を記述する。これらの融合モードには、1)融合孔の開閉を伴う近接融着(キスアンドランとも呼ばれる)、2)融合孔の開口および開放された細孔の維持を伴うステイ融合、および3)融合小胞収縮を伴う収縮融合が含まれる。
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方法論記事
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このプロトコルは、ウシ副腎クロマフィン細胞における3つの融合モードを検出するための共焦点イメージング技術を記述する。これらの融合モードには、1)融合孔の開閉を伴う近接融着(キスアンドランとも呼ばれる)、2)融合孔の開口および開放された細孔の維持を伴うステイ融合、および3)融合小胞収縮を伴う収縮融合が含まれる。
動的融合細孔開閉は、エキソサイトーシスおよびエンドサイトーシスを媒介し、それらの動態を決定する。ここでは、共焦点顕微鏡をパッチクランプ記録と組み合わせて使用して、初代培養ウシ副腎クロマフィン細胞における3つの融合モードを検出する方法を詳細に実証する。3つの融合モードには、1)融合孔の開閉を伴う密閉核(キスアンドランとも呼ばれる)、2)融合孔の開口と開いた細孔の維持を含むステイ融合、3)核融合によって生成されたΩ形プロファイルの収縮を伴う蠕動融着が含まれる原形膜で完全に融合する。
これらの融合モードを検出するために、原形質膜を標識し、原形質膜の細胞質ゾル対向小葉においてホスファチジルイノシトール-4,5-ビスリン酸(PtdIns(4,5)P2)に結合するホスホリパーゼC δ(PH-mNG)のPHドメインと結合するmNeonGreenを過剰発現させた。小胞に蛍光偽神経伝達物質FFN511をロードして、小胞内容物放出を検出した。Atto 655を融合孔閉鎖を検出するために浴液に含ませた。これら3つの蛍光プローブを生クロマフィン細胞で1フレームあたり約20〜90ミリ秒で同時に画像化し、融合孔開口、内容物放出、融合細孔閉鎖、および融合小胞サイズ変化を検出した。分析方法は、これらの蛍光測定から3つの融合モードを区別するために説明されています。ここで説明する方法は、原則として、クロマフィン細胞以外の多くの分泌細胞に適用することができる。
膜融合は、シナプス伝達、血糖恒常性、免疫応答、およびウイルス侵入を含む多くの生物学的機能を媒介する1,2,3。原形質膜での小胞融合を伴うエキソサイトーシスは、神経伝達物質およびホルモンを放出し、ニューロンネットワーク活動などの多くの重要な機能を達成する。融合は、小胞内容物を放出するために細孔を開き、その後、細孔が融合小胞を取り出すために閉じ得る、これはキスアンドラン1,4と呼ばれる。不可逆的および可逆的な融合孔開口の両方は、単一小胞融合の融合細孔コンダクタンス記録と組み合わせた細胞付着容量記録で測定することができる。
これはしばしば、融合小胞の平坦化までの融合の拡張を伴う完全崩壊融合、および融合孔の開閉を伴うキスアンドランを反映していると解釈され、それぞれ5、6、7、8、9、10、11、12、13.クロマフィン細胞における最近の共焦点および誘導放出枯渇(STED)イメージング研究は、融合孔の開閉(キスアンドラン、クローズフュージョンとも呼ばれる)、ステーフュージョンと呼ばれる、長期間にわたって開いた細孔でΩ形状を維持する融合ポア開口部、および原形質膜と完全に融合するまでの融合小胞の収縮、原形質膜と融合小胞を融合させるための完全崩壊融合を置き換える4、 8,14,15,16,17。
ニューロンにおいて、融合細孔の開閉は、融合孔よりも大きい小胞に予め装填された量子ドットの放出を示す画像化および神経終末の放出面における融合細孔コンダクタンス測定5、18、19によって検出されている。副腎クロマフィン細胞は、外細胞症およびエンドサイトーシスの研究のためのモデルとして広く使用されている20,21。クロマフィン細胞は大きな緻密なコア小胞を含むが、シナプスは小さなシナプス小胞を含むが、クロマフィン細胞およびシナプスにおけるエキソサイトーシスおよびエンドサイトーシスタンパク質は、10、11、12、20、21、22、23と非常に類似している。
ここでは、ウシ副腎クロマフィン細胞における電気生理学と組み合わせた共焦点イメージング法を用いてこれら3つの融合モードを測定する方法について説明する(図1)。この方法は、エキソサイトーシスを検出するために小胞に蛍光偽神経伝達物質(FFN511)をロードすることを含む。Atto 655(A655)を浴液に添加して融合生成したΩ形プロファイルを充填し、原形質膜8、15、24でPtdIns(4,5)P2に結合するホスホリパーゼC δ(PH)のPHドメインで原形質膜を標識する。融合細孔ダイナミクスは、異なる蛍光強度の変化によって検出することができる。クロマフィン細胞について記載されているが、ここで説明するこの方法の原理は、クロマフィン細胞をはるかに超えた多くの分泌細胞に広く適用することができる。
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注:動物の使用手順はNIHのガイドラインに従い、NIH動物愛護および使用委員会によって承認されました。
1. ウシクロマフィン細胞培養
2. エレクトロポレーションによるトランスフェクション
3. パッチクランプ記録と共焦点イメージングの準備
メモ:このプロトコルは、レーザー走査型共焦点顕微鏡と電圧クランプ記録付きパッチクランプアンプ、静電容量記録用のロックインアンプで実行されました。固定Z面でのXY平面共焦点イメージング(XY/Z固定 スキャン)を用いて、3つの蛍光シグナルすべてを同時に撮像した。Z面は、原形質膜がカバースリップに接着している細胞底部に集束した。
4. パッチクランプ記録と共焦点イメージング
5. パッチクランプデータ解析
6. 共焦点イメージングデータ解析
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図1および図2に示される実験手順に従って、ウシ副腎由来のクロマフィン細胞をPH−mNGでトランスフェクトし、原形質膜を標識した。A655を浴液に添加して、融合孔閉鎖を検出した。蛍光偽神経伝達物質FFN511を放出の検出のために小胞に装填した。次に、FFN511、PH-mNG、およびA655のXY面共焦点タイムラプスイメージングを、細胞底部(細胞膜上方のZ焦点面〜100〜200nm)で20〜90msごとに行った。-80~+10mVの1秒脱分極の全細胞パッチクランプ記録および適用を、外細胞症およびエンドサイトーシスを呼び起こすために行った(図3A-C)。この脱分極は、内向きのカルシウム電流、エキソサイトーシスを示す容量ジャンプ、およびエンドサイトーシスを示すジャンプ後の容量減衰を誘導した(図3D、E)。<...
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共焦点顕微鏡画像化法は、ウシ副腎クロマフィン細胞4,24における融合孔および伝達物質放出のダイナミクス、ならびに3つの融合モード、近接融合、ステイ融合、および収縮融合を検出するために記載されている4,24。細胞を脱分極させ、それによってエキソ細胞症およびエンドサイトーシスを呼び起こす電気生理学的方法が記載されている。体系的な共焦点画像処理は、核融合および核分裂事象の細孔挙動の異なるモードに関する情報を提供する。
全細胞構成と同じセルにおけるカルシウム電流および静電容量変化の同時モニタリングは、エキソサイトーシスおよびエンドサイトーシスに関する追加情報を提供し、任意の時点での全セルレベルでの細孔開閉の比率を示唆する。これらの方法は、原則として、初代培養物中または〜200〜1,600nm15の小胞を含む細胞株中の他の興奮性細胞および非電気的に興奮性細胞に適用可能である。クロマフィン細胞に加えて、ここで記載した方法は、ラット...
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著者らは、開示する利益相反はありません。
我々は、この作業を支援してくれたNINDS壁内研究プログラム(ZIA NS003009-13およびZIA NS003105-08)に感謝する。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アデノシン5'-三リン酸マグネシウム塩 | Sigma | A9187-500MG | 内部溶液調製用ATP |
| Atto 655 | ATTO-TEC GmbH | AD 655-21 | Atto 染料 ラベルバス溶液 |
| 一次ニューロン用塩基性ヌクレオフェクター | ロンザ | VSPI-1003 | エレクトロポレーション トランスフェクション緩衝液 キット |
| ボロシリケート キャピラリーガラスピペット | ワーナー器具 | 64-0795 | フィラメント付き標準壁 OD=2.0 mm ID=1.16 mm 長さ=7.5 cm |
| ウシ血清アルブミン | Σ | A2153-50G | 腺消化用試薬 |
| 塩化カルシウム 2 M | 品質 生物学的 | 351-130-721 | 入浴剤調製用試薬 |
| セルストレーナー、100 & マイクロ;m | Falcon | 352360 | クロマフィン細胞懸濁液濾過材料 |
| 水酸化セシウム溶液 | Sigma | 232041 | 内部溶液およびCs-グルタミン酸/Cs-EGTAストックバッファーを調製するための試薬 |
| コラゲナーゼP | Sigma | 11213873001 | 腺消化酵素 |
| カバースリップ | Neuvitro | GG-14-Laminin | GG-14-Laminin, 14 mm dia.#1 thick 60 pieces Lamininコーティングされたドイツのカバースリップ |
| D-(+)-グルコース | シグマ | G8270-1KG | ロックを準備するための試薬溶液と浴液 |
| DMEM | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 培 | 地調製用11885092試薬 |
| EGTA | Sigma | 324626-25GM | 入浴液用Cs-EGTAストックバッファー調製試薬 |
| エレクトロポレーションおよびヌクレオフェクター | アマクサバイオシステム | ヌクレオフェクターII | 細胞内プラスミド |
| ウシ胎児血清 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10082147 | 培地調製用試薬 |
| FFN511 | Abcam | ab120331 | 小胞を標識するための蛍光偽神経伝達物質 |
| グアノシン 5'-三リン酸ナトリウム塩水和物 | Sigma | G8877-250MG | GTP 内部溶液調製用 |
| HEPES | Sigma | H3375-500G | Locke' を調製するための試薬 |
| Igor Pro | WaveMetrics | Igor pro | パッチクランプ解析およびイメージングデータ表示用ソフトウェア |
| Leica Application Suite X ソフトウェア | Leica | LAS X ソフトウェア | イメージングデータ収集および解析用共焦点ソフトウェア |
| Leica TCS SP5 共焦点レーザー走査型顕微鏡 | Leica | Leica TCS SP5 | イメージングデータ収集 |
| 用共焦点顕微鏡L-グルタミン酸 | シグマ | 49449-100G | 入浴液用Cs-グルタミン酸ストックバッファーを調製するための試薬 |
| ロックインアンプ | Heka | ロックイン | 静電容量記録用ソフトウェア |
| 塩化マグネシウム 1 M | 品質 生物学的 | 351-033-721EA | 内液および入浴液を調製するための試薬 |
| メタライズド血球計算計 ハウザー ブライトライン | ハウサーサイエンティフィック | 3120 | ウンティング |
| チャンバーMicroforge | Narishige | MF-830 | ガオームシールの形成と安定性を高めるポーランドのピペット |
| Millex-GPシリンジフィルターユニット、0.22 & マイクロ;m | ミリポア | SLGPR33RB | 腺洗浄・消化用材料 |
| mNG(mNeonGreen) | 対立遺伝子 バイオテクノロジー | ABP-FP-MNEONSB | PH-M用テンプレートNeonGreen構造 |
| ナイロンメッシュフィルタースクリーン 100ミクロン | EIKOフィルタリング co | 03-100/32 | 髄質懸濁液をろ過するための材料 |
| パッチクランプ EPC-10 | Heka | EPC-10 | パッチクランプデータ用アンプコレクション |
| PH-EGFP | Addgene | Plasmid #51407 | Backbone for PH-mNeonGreen construction |
| ピペットプーラー | Sutter Instrument | P-97 | パッチクランプ記録用ピペットを作る |
| 塩化カリウム | Sigma | P5404-500G | ロック調製用試薬溶液と浴液 |
| パルスソフトウェア | パッチクランプデータ収集用 | Heka | パルス |
| 録音室 | ワーナーインスツルメンツ | 64-1943/QR-40LP | カバースリップチャンバー、生細胞にパッチクランプピペットを塗布 |
| 塩化ナトリウム | シグマ | S7653-1KG | ロックを調製するための試薬溶液、浴液、内部溶液水 |
| 酸化ナトリウム | シグマ | S5881-500G | ロックを調製するための試薬sの解決 |
| ナトリウムのリン酸二塩基性 | シグマ | S0876-500G | の錠前を準備するための試薬sの解決 |
| の隣酸塩のmonobasic | シグマ | S8282-500G | の錠を準備するための試薬s溶液 |
| 攪拌ホットプレート | バーンステッド/サーモリン | タイプ10100 | ワックスによるピペットコーティング用ヒーター |
| シリンジ、30mL | ベクトン・ディキンソン302832 | 腺洗浄・消化用材料 | |
| 塩化テトラエチルアンモニウム | シグマ | T2265-100G | 入浴液調製用TEA |
| トリプシン阻害剤 | シグマ | T9253-5G | 腺消化用試薬 |
| タイプF 液浸液 | ライカ | 195371-10-9 | ライカ共焦点埋込油 |
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