このプロトコルは、ニューロンの微小形態学的変化とミトコンドリアシトクロムcの遷移を免疫透過電子顕微鏡によって研究する方法を説明しています。
方法論記事
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このプロトコルは、ニューロンの微小形態学的変化とミトコンドリアシトクロムcの遷移を免疫透過電子顕微鏡によって研究する方法を説明しています。
微細構造におけるタンパク質の位置の変化は、多くの場合、病理学的細胞小器官のレベルで正確な調節メカニズムを示します。この細胞小器官タンパク質移動の位置を正確に捉える方法は、病気の診断と治療にとってプラスの意義と価値があります。ミトコンドリアは、壊死とアポトーシスの内因性経路において中心的な役割を果たします。通常の状態では、シトクロムc(Cyt c)はミトコンドリアの内膜と外膜の間、および核内にのみ存在します。細胞がアポトーシスを起こすと、ミトコンドリア内膜透過性が変化し、Cyt cがミトコンドリアから細胞質に放出されます。この研究では、脳虚血再灌流障害のラットモデルが確立され、アポトーシスを受けるニューロンの微小形態学的変化が免疫透過電子顕微鏡によって示されました。さらに、脳虚血再灌流障害後のミトコンドリアマトリックスから細胞質へのCyt c転移を免疫金標識するビジョンをより正確に示しています。このプロトコルで提示された免疫透過電子顕微鏡技術は、顕微鏡レベルでの任意のタンパク質位置遷移の実証に適しています。
2021 年の世界的な疾病負担調査によると、脳卒中は死因の第3 位であり、障害調整生存年の第4 位の原因でした。新たに1,190万件の脳卒中イベントがあり、そのうち虚血性脳卒中が65.3%(780万件)を占めました1。神経細胞死は、壊死やアポトーシスなどの脳虚血後に起こります。その後、最も深刻な影響を受けた脳組織は壊死性細胞死を起こします。虚血性半影または梗塞周囲ゾーンのニューロンは、数時間または数日後にアポトーシスを起こすことがあります2.生体エネルギー機能と代謝機能に加えて、ミトコンドリアはアポトーシスの内因性経路においても中心的な役割を果たします3,4,5,6。
Cyt Cは、核遺伝子によってコードされるタンパク質です。通常の条件下では、Cyt Cはミトコンドリアの内膜と外膜の間、および核内にのみ存在します。その放出によって媒介されるアポトーシス経路は、Bcl-2ファミリーメンバーの調節制御に関連しています。アポトーシスによって刺激された後、Bax/Bakオリゴマーが形成され、ミトコンドリアの外膜細孔に挿入され、その結果、ミトコンドリアの浸透圧が変化し、膜貫通電位が失われます。Cyt Cはミトコンドリアから細胞質に放出され、そこでアポトーシス1の活性化因子に結合してアポトーシス複合体を形成し、プロカスパーゼ-9を活性化します。次に、カスパーゼ-3とカスパーゼ-7が活性化され、カスパーゼカスケードが開始され、細胞アポトーシスが誘導されます7。
透過型電子顕微鏡 (TEM) は、アポトーシスのさまざまな段階での細胞構造の変化を明確に観察できます。電子顕微鏡による形態学的観察は、アポトーシスを決定するための信頼できる方法です8。ただし、超微細構造におけるCyt Cの変化は観察できません。超微細構造中の特定のタンパク質を検出するには、フローサイトメトリー、酵素結合免疫吸着アッセイ、酵素結合免疫吸着アッセイ、分光光度法、ウェスタンブロッティングなど、いくつかの技術があります。しかし、微細構造におけるタンパク質の位置変化を正確に捉えることはできません。金コロイドはさまざまなサイズの粒子を持ち、金コロイドの電子密度は高いです。Immunogoldテクノロジーは、免疫電子顕微鏡のシングルラベルまたはマルチラベルの局在化研究に特に適しています。コロイド状金は、その固有の淡い赤から濃い赤色のため、光学顕微鏡下での観察にも適しています。特定のタンパク質がイムノゴールド標識されている場合、位置の変化は、細胞内分解能9でTEMによって視覚化できます。
このプロトコルは、免疫透過電子顕微鏡(IEM)によるミトコンドリアCyt Cの遷移を強調することを説明しています。この方法の全体的な目標は、IEMを使用して、虚血誘発性アポトーシス中のCyt Cの細胞内転座を視覚化することです。IEMの理論的根拠は、Cyt Cを金コロイドで標識し、TEM9を使用して細胞内分解能でその局在変化を視覚化することです。IEMは、タンパク質の動的変化を空間レベルで観察することができ、生理学的および病理学的活動を説明するための強力な手段を提供します10。
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この動物プログラムは、SLAS の倫理委員会によって承認されています (IACUC 発行番号: SYST-2024-018)。ここでは、6匹の病原体のない雄SDラット(200〜220 g)を独立した換気ケージで飼育し、実験室環境を22〜25°C、相対湿度45%〜65%に維持しました。すべてのラットは、期間中、無料の水と食事で1週間適応摂食を受けました。
1. 中大脳動脈閉塞症(MCAO)モデルの確立
2. 中大脳動脈の血流の回復
3. ニューロスコアの評価
4. 脳組織の採取
5. 偽の操作
6. 極薄切片の準備とイメージング
7. 免疫金標識
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ニューロスコア評価は、ロンガスコアスケールによると、MCAOグループのラットは少なくとも左に旋回して現れたMCAOの成功を確認しました(ニューロスコア2)。偽手術群のラットは、明らかな神経機能障害を示さなかった(ニューロスコア0)。手術当日の死亡は観察されませんでした。動物のニューロスコアを 表1に示します。
MCAOグループのIEM分析により、ミトコンドリアの部分的な構造破壊を伴う、核が縮小し、細胞質電子密度が上昇したニューロンが明らかになりました。重要なことに、免疫金標識されたCyt cは顕著な再分布を示しました:偽グループの優勢なミトコンドリア局在と比較して、MCAOサンプルは、豊富な細胞質ゾルおよび核標識とともにミトコンドリア金粒子の有意な減少を示しました。ミトコンドリアから細胞質および核へのCyt cのこの空間的シフトは、ミトコンドリア外膜透過処理を直接視覚化し、脳虚血再灌流障害後の内因性アポトーシス経路の活性化を確認します。これらの超微細構造変化とCyt c転座との相関関係は、細胞内レベルでのアポトーシス開始の決定的な証拠を提供します。...
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急性虚血性脳卒中における再灌流療法の主な目的は、虚血領域への血液灌流を回復することです。現在、静脈内血栓溶解療法、血管内治療、抗血栓療法を通じてこの目標を達成できます。しかし、血液灌流の回復は虚血再灌流障害を引き起こし、神経細胞の壊死とアポトーシスを悪化させ、神経障害を引き起こします。虚血再灌流中に、ミトコンドリア電子伝達系からの電子の異常な漏出により、大量のミトコンドリア活性酸素種が生成され、ミトコンドリア膜が損傷し、Cyt cとミトコンドリアDNAが放出されます13。研究により、Bax チャネル阻害剤とインスリンが細胞生存シグナル伝達を活性化し、Cyt c のアポトーシス放出を防ぎ、神経保護効果と抗アポトーシス効果を発揮できることが実証されています14,15。
免疫組織化学により、細胞コンパートメントや組織内の特定の生化学的成分を視覚化し、局在化す...
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著者らは開示するものは何もない。
この研究は、四川省漢方薬管理局の漢方薬に関する特別科学研究プロジェクト(2021MS414)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.9% 生理食塩水 | 科倫製薬有限公司 | H20083400 | |
| 200 | Zhongjingkeyi Technology Co.、Ltd. | BZ10262a | |
| 220-230g MCAO モノフィラメント | 北京シノンテック株式会社 | A4-243250 | |
| 無水エタノール | 成都 ケロン 化学 株式会社 | 2023101201 | |
| セトン | 成都 ケロン 化学 株式会社 | 2023120501 | |
| 動物麻酔システム | Rayward Life Technology Co., Ltd. | R500 | |
| 動物用温度維持剤 | レイワードライフテクノロジー株式会社 | 69020 | |
| ベーキングテーブル | セン Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd. | CT-946 | |
| せん断 | ファインサイエンスツール | 16102-11 | |
| 膜包埋金型 | Zhongjingkeyi Technology Co.、Ltd. | GP130-B | |
| 遠心分離機 | SCILOGEX | D3024R | |
| 従来の明視野光学顕微鏡 | Zeiss (ドイツ) | Primo Star | |
| 湾曲眼科用鉗子 (10 cm) | Shanghai Medical Equipment Co., Ltd. | 211001 | |
| ダイヤモンドナイフ | 珪藻土 (スイス) | DU4530 | |
| 解剖鉗子 | ワード ライフ テクノロジー株式会社 | F12018-10 | |
| 鉗子 | レイワードライフテクノロジー株式会社 | F12010-10 | |
| 電気ブラスト乾燥オーブン | Shanghai YiHENG Scientific Instrument Co., Ltd. | DHG-9030A | |
| 電気シェーバー | 義烏科美電化製品有限公司 | KM-PG5002 | |
| 液 | 科学者バイオテクノロジー株式会社 | SC0001 | |
| 南 | 通メビッドライフサイエンス株式会社 | 220518001 | |
| 金共役ヤギ抗ウサギlgG | Sangon Biotech (Shanghai) Co.,Ltd. | D111094 | |
| 血鉗子(12.5cm) | Anqisheng Biotechnology Co., Ltd. | PL068 | |
| 血鉗子(14cm) | Anqiisheng Biotechnology Co.、Ltd. | PL002 | |
| イソフルラン | レイワード ライフ テクノロジー株式会社 | 2024071201 | |
| LR White Resin | Tianjin Tainuo Science and Technology Co., Ltd. | AGR1281A | |
| クエン酸鉛SPI | (米国) | GA10701 | |
| ニードルホルダー | 佳智医療技術株式会社 | 10044036898028 | |
| 四酸化オスミウム | TED PELLA (US) | 4008-220501 | |
| PBS | Servicebio | G4202 | |
| シトクロム c に対するウサギポリクローナル抗体; | アフィニティバイオサイエンス株式会社 | AF0146 | |
| ラッツ北京 | 華福康バイオテクノロジー株式会社 | 110322241102187881 | |
| SPI-Pon 812 包埋樹脂キット | SPI(US) | GS02660 | |
| 実体顕微鏡 | サニーオプティカルテクノロジー株式会社 | Soptop SZMN | |
| ストレートヘッドハサミ (10 cm) | Anqisheng Biotechnology Co., Ltd. | PL063 | |
| レート眼科用鉗子(10cm) | Shanghai Medical Equipment Co., Ltd. | 211001 | |
| 外科用ハサミ | レイワードライフテクノロジー株式会社 | S14001-10 | |
| 透過型電子顕微鏡 | 日立製作所 | HT7800 | |
| トラミクロトーム | カ(ドイツ) | UC7 | |
| 酸ウラン | SPI(米国) | GS02624 |
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