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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
우리는 설치류와 인간 과목의 뇌 조직에서 전 생체 생물학적 샘플에서 actin 필라멘트의 정량화를위한 간단하고 시간 효율적이고 높은 처리량 형광 분광 기반 분석법을보고합니다.
세포 골격의 주요 구성 요소인 액틴은 신경 구조와 기능의 유지 에 중요한 역할을 합니다. 생리학적 상태에서 액틴은 모황 구형(G-actin) 및 중합된 필라멘트(F-actin)의 두 가지 형태의 평형에서 발생합니다. 시냅스 단자에서 액틴 세포골격은 중요한 시냅스 기능의 기초를 형성합니다. 더욱이, 액틴 중합 상태의 동적 변화(구형 및 필라멘트 형태의 액틴 간의 상호 변환)는 시냅스 구조 및 기능의 가소성 관련 변화에 밀접하게 연관되어 있다. 우리는 여기에 전 생체 조건에서 actin의 중합 상태를 평가하기 위해 변형 된 형광 기반 방법론을보고합니다. 이 분석법은 형광라벨이 부착된 플라로이드인을 사용하며, 이는 특히 액틴 필라멘트(F-actin)에 결합하여 중합화된 필라멘트 액틴을 직접 측정합니다. 원칙의 증거로, 우리는 설치류와 사후 인간 뇌 조직 균질화분석의 적합성에 대한 증거를 제공합니다. 라트룬큘린 A(액틴 필라멘트를 비합한 약물)를 사용하여, 우리는 F-액틴 수준에서 변경을 모니터링하는 분석의 유용성을 확인합니다. 또한, 우리는 높은 세포외 K+를가진 탈극화에 의한 자극시 증가된 액틴 중합화를 확인하는 고립된 시냅스 말단의 생화학적 분획으로 분석법을 확장한다.
Cytoskeletal 단백질 액틴은 구조적 지지, 세포 수송, 세포 운동성 및 분열을 포함한 다중 세포 기능에 관여합니다. 액틴은 단일황 구형 액틴(G-actin) 및 중합필액트액틴(F-actin)의 두 가지 형태로 평형에서 발생한다. actin의 중합 상태의 급속한 변화 (G-와 F-형태 간의 상호 변환)는 신속한 필라멘트 조립 및 분해를 초래하고 세포 생리학에서 의 규제 역할을 기초로합니다. 액틴은 뉴런 사이토켈레탈 구조의 주요 성분을 형성하고 광범위한 뉴런 기능1,2에영향을 미친다. 참고로, 액틴 세포골격은 시냅스 단자의 구조 플랫폼의 필수적인 부분을 형성한다. 이와 같이, 시냅스 형태발생 및 생리학의 주요 결정자이며 시냅스3,4,5의크기, 수 및 형태에 대한 제어에 근본적인 역할을 한다. 특히, 동적 액틴 중합-중합제는 기억 및 학습 과정의 근간이 되는 시냅스 가소성과 관련된 시냅스 리모델링의 핵심 결정자이다. 실제로, 두 사전 시냅스(예:신경 전달물질 방출6,7,8,9,10)및 포스트냅스 기능(가소성 관련 동적 리모델링11,12,13,14)액틴 사이토스켈레톤의 중합 상태의 동적 변화에 비판적으로 의존한다.
생리학적 조건하에서, F-actin 수준은 번역 후 변형4,15,16뿐만 아니라 액틴결합 단백질(ABP)4,17을포함하는 다중 모달 통로를 통해 동적으로 엄격하게 조절된다. ABP는 여러 수준(예: 중합재 의 활성화 또는 억제, 필라멘트 분기 유도, 작은 조각으로 필라멘트의 단절, 중합을 촉진하고, 비합화로부터 보호)에서 액틴 역학에 영향을 미칠 수 있으며, 다양한 외세포 신호18,19,20에민감한 엄격한 변조 제어 하에 차례로 발생한다. 여러 수준에서 이러한 규제 검사는 시냅스 세포 골격에서 actin 역학의 엄격한 규제를 지시, 미세 조정 사전 튜닝 사전 및 기초 및 활동 유도 상태에서 신경 생리학의 포스트 냅스 측면.
신경 생리학에서 actin의 중요한 역할을 감안할 때, 여러 연구가 신경 변성, 심리질환뿐만 아니라 신경 발달 질환3,21,23,24,25,26, 27을포함한 광범위한 신경 질환에 연결된 중요한 병원성 이벤트로서 actin 역학의 변경에 대한 증거를 제공한 것은 놀라운 일이 아니다. 그러나, 중요한 격차는 특히 시냅스 세포골격에서 actin 역학의 이해에 남아 있는 신경 생리학 및 병리 생리학에 있는 actin의 중요한 역할을 가리키는 연구 데이터의 부에도 불구하고, 그러나, 중요한 간격은 아직도 actin 역학의 이해에 남아 있습니다. 더 많은 연구 연구는 신경 actin및 병리학 적인 조건 하에서 그것의 변경의 더 나은 이해가 필요 합니다. 이러한 맥락에서 초점의 한 가지 주요 영역은 액틴 중합 상태의 평가입니다. 서양 블로팅 기반 상용 키트가 있습니다 (생체 분석 생화학 키트의 G-Actin / F-Actin; 사이토스켈레톤 SKU BK03728,29)및 F-액틴 레벨6의평가를 위한 홈메이드 아세서. 그러나, 이들은 F-actin와 G-actin의 생화학적 격리를 필요로 하고 그들의 후속 정량화는 면역 blotting 프로토콜에 근거하기 때문에, 그(것)들은 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 본 명세서에서는 F-actin의 기저 수준과 조립 분해의 동적 변화를 평가하는 데 사용할 수 있는 수정으로 이전 연구30에서 조정된 형광 분광계 분석법을 보고합니다. 특히, 우리는 현재 96 웰 플레이트 포맷에 1mL 큐벳에 적합한 샘플을 필요로하는 원래 프로토콜을 효율적으로 수정했습니다. 따라서 수정된 프로토콜은 분석에 필요한 조직/샘플 양을 크게 감소시켰습니다. 또한, 우리는 프로토콜이 뇌 조직 균질화뿐만 아니라 고립 된 시냅스 말단 (시냅토좀 및 시냅토신경좀)과 같은 세포 외 분획에도 적합하다는 증거를 제공합니다. 마지막으로, 분석은 새로 해부 된 설치류 뇌 조직과 장기 저장된 사후 인간 뇌 샘플에 사용할 수 있습니다. 참고, 분석 신경 컨텍스트에서 제시 하는 동안, 그것은 적절 하 게 그들과 관련 된 다른 세포 유형 및 생리 과정에 확장 될 수 있습니다.
모든 실험 절차는 오타고 대학의 윤리위원회의 규정에 따라 실험실 동물의 치료 및 사용에 관한 규정에 따라 수행되었습니다 (윤리 프로토콜 번호. AUP95/18 및 AUP80/17) 및 뉴질랜드 의회. 인간의 뇌 조직은 바르셀로나, 스페인에 있는 병원 Clínic-IDIBAPS BioBank의 신경 조직 은행에서 취득되었습니다. 모든 조직 수집 프로토콜은 병원 Clínic의 윤리위원회에 의해 승인되었다, 바르셀로나, 통보 된 동의는 가족에서 얻은.
1. 버퍼 및 시약 준비
2. 뇌 조직 균질화
3. 고립 된 신경 단말의 준비
4. KCl 매개 분리된 시냅스 단자의 탈극성
5. 시료의 고정 및 팔로이진 염색
6. 불소 분석 및 광 산란
7. 데이터 분석
F-액틴 레벨 평가를 위한 분석의 선형성
먼저, 알렉사 플루어(647)의 형광의 선형 증가를 위한 표준 곡선을 확인하였으며 각 실험세트(도 1)에대해 반복되었다. 분석의 선형 범위를 조사하기 위해 설치류(그림 2A 및 2B)와 사후 인간 과목(그림3A 및 3B)으로부터다양한 양의 뇌 균질화가 처리되었다. 상기 분석체는 라벨이 부착된 판로이드의 양에 의해 평가된 단백질의 50-200 μg 범위에서 선형으로 나타났다. 540 nm에서 광 산란은 샘플의 상이한 양을 확인하는 데 사용되었다(도 2C 및 도 3C).
라트룬큘린, 액틴 폴리머리징 제는 라벨이 부착된 남근의 결합을 감소시킵니다.
라트룬큘린 A는 액틴 필라멘트를 비합하고 F-액틴36,37,38,39의수준을 감소시키는 것으로 알려져있다. 설치류 또는 인간의 뇌 조직에서 균질화는 액틴 필라멘트를 부정하기 위해 37 °C에서 1 시간 동안 2 μM 라트런큘린 A로 배양되었다. 각각의 처리되지 않은 대조군 세트는 37°C에서 1시간의 동일한 지속 시간 동안 DMSO로 배양되었다. 분석법은 제어 샘플에서 95.7 ± 6.6(평균 ± SEM)에서 72.0 ± 3.2(평균 ± SEM) μU에서 설치류 뇌균질에서 A-처리 샘플의 농도를 강력하게 측정하였다(그림4A). 유사한 감소(83.7 ± 3.9에서 66.9 ± 4.2 μU)는 인간 뇌 조직으로부터 균질화될 때 라트런큘린 A치료(도 4B)를받게 될 때도 관찰되었다. 주목할 만한, 총 액틴 수준, 면역 blotting에 의해 평가된 바와 같이,쥐(보충도 1A-B)와 인간(보충도1C-D)뇌 균질화 모두에서 라트런큘린 A로 치료에 따라 변경되지 않았다.
격리된 시냅스 단자의 탈극성은액틴 중합및 필라멘트 형성을 자극합니다.
전생체분열단의 전생체탈극은 액틴중합6,30,40의신속한 자극을 초래하는 것으로 나타났으며, 본명 보고분석의 추가 확인으로 사용되었다. 시냅스 말기에서 농축된 생화학적 분획은 두 가지 다른 방식으로 제조되었다; 그라데이션 계 초원심분리방법은 "시냅토좀"41,42,43,44 및 순차여기반 프로토콜을 획득하여 "시냅토신경"43,45,46을획득한다. 후자의 수율이 높기 때문에, 우리는 조직 양이 종종 제한되는 인간 사후 뇌 조직에 사용했습니다. 다른 한편으로는, 우리는 우리의 쥐 두뇌 조직 실험에 대 한 시 냅 스 조각의 농축의 높은 정도 시 냅 토솜을 사용 하 여 선호41.
시냅토좀 또는 시냅토신경좀의 탈극화 및 액틴 중합의 자극은 세포외 K+에서 50mMM로 짧은(30초) 증가에 의해 달성되었다. KCl 노출은 각각의 모의 자극 대조군(도5A; 보충도 2A참조)에 비해 설치류 뇌 시냅토좀에서 거의 40% 증가된 프할로이드인 결합을 초래하였다. 더 작은 (약 20%) 그러나 일관된 증가는 또한 KCl으로 취급된 인간 시냅토신경성에서 관찰되었다(도 5B;또한 보충 도 2A참조). 이 실험은 고립된 시냅스 말기를 포함하여 뇌 조직 샘플에서 F-actin 수준에 있는 변경을 결정하는 우리의 분석의 견고성을 검증합니다.

그림 1. 알렉사 플루어 647 팔로이드의 형광을 위한 표준 곡선. 라벨이 부착된 팜로이드인의 상이한 양(25-500 μU)의 형광 방출의 선형성은 645nm의 발산및 670nm(R2 = 0.9942)의 방출에서 형광 분광법에 의해 확인되었다. 데이터는 평균 ± SEM(n=3)으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2. 전세포에 결합하는 프할로이딘의 선형성은 쥐 뇌 조직에서 균질화됩니다. (A)상이한 양의 균질화(50-300 μg 단백질)에 대한 판로이드의 결합을 평가하였다. (B)결합은 50-200 μg 단백질(R2 = 0.9602)의 범위에서 선형적이었다. (C)540 nm에서 산란하는 샘플의 상이한 양을 확인하는 데 사용되었다(R2 = 0.8319). 데이터는 평균 ± SEM(n=4)으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3. 전세포에 결합하는 Phalloidin은 사후 인간 뇌 조직에서 균질화합니다. (A)판로이드의 양이 균질화(50-300 μg 단백질)의 범위에서 유지되는 것을 평가하였다. (B)Phalloidin 결합은 50-200 μg 단백질 (R2 = 0.8832)의 범위에서 선형으로 나타났다. (C)540 nm에서 산란하는 것은 샘플의 다양한 양을 확인하였다(R2 = 0.9730). 데이터는 평균 ± SEM(n=4)으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4. F 액틴 수준에 라트런큘린 A의 효과. 액틴 폴리머리징제 라트룬쿨린 A(2 μM)를 가진 뇌균질성 치료, 37°C에서 1h)는 설치류(p = 0.0034; 쌍2꼬리 학생의 t-test)(A)및 사후 인간조직(p= 0.001) -t-)에서 라벨이 붙은 팔로이드의 유지에 의해 평가된 바와 같이 각각의 모의 처리 대조료 샘플에 비해 액틴 필라멘트의 양이 현저한 감소로 나타났다. 데이터는 평균 ± SEM(n=6 쌍)으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5. 분리된 시냅스 단자에서 F-액틴 양에 대한 KCl 매개 탈극화의 효과. (A)37°C에서 30mM KCl을 가진 쥐 뇌로부터 시냅토좀을 배양하여 판로이딘 결합의 증가를 초래하였다(p = 0.0014; 쌍이 두 꼬리학생의 t-test). (B)더 작은 증가는 또한 사후 인간 뇌 조직에서 시냅토신경소말 분획에서 관찰되었다 (p = 0.014; 쌍 두 꼬리 학생의 t-test). 데이터는 평균 ± SEM(n=6 쌍)으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도 1. 총 액틴 레벨에 라트런큘린 A의 효과. 뇌 균질화는 라틀컬린 A (2 μM, 37 °C에서 1 h) 또는 DMSO (37 ° C에서 1 시간)의 동일한 부피로 배양되었다. 시료당 10μg 단백질(라트런쿨린 A 처리 및 DMSO 모의 처리 대조군)은 고정 전에 수집하였다. 총 액틴 수준은 면역 blotting에 의해 평가되었다. 대표적인 얼룩은쥐(A)와인간(C)뇌균질에 대해 도시된다. Latrunculin A는 두 쥐(B; p = 0.40; 쌍 두 꼬리 학생의 t-test)와 인간(D; p = 0.42; 쌍 두 꼬리 학생의 t-test) 뇌 균질화의 총 액틴 수준을 변경하지 않았다. 데이터는 SEM(n=3 쌍)± 평균으로 표시됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도 2. 쥐 시 냅 토 솜과 인간의 시 냅 토 신경에 F-actin 수준에 KCl 매개 탈극성의 효과. (A)50 mM KCl (37 °C에서 30 s)을 가진 쥐 뇌에서 시냅토좀의 인큐베이션은 액틴 중합화를 자극하고 판로이신 결합의 결과로 증가 (p = 0.0019; 쌍 두 꼬리 학생의 t-test). (B)판로이드 보유의 증가는 또한 각각의 자극되지 않은 대조군 (p = 0.015; 쌍 두 꼬리 학생의 t-test)에 비해 KCl에 의해 탈극화 인간 시냅토 신경 소말 분획에서 관찰되었다. 데이터는 평균 ± SEM(n=6 쌍)으로 표시됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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우리는 설치류와 인간 과목의 뇌 조직에서 전 생체 생물학적 샘플에서 actin 필라멘트의 정량화를위한 간단하고 시간 효율적이고 높은 처리량 형광 분광 기반 분석법을보고합니다.
이 작품은 뉴질랜드의 신경학회(1835-PG), 뉴질랜드 건강 연구 위원회(#16-597) 및 뉴질랜드 오타고 대학교 해부학부에 의해 지원되었습니다. 우리는 인간의 뇌 조직에 대한 HCB-IDIBAPS 바이오 뱅크 (스페인)의 신경 조직 은행에 빚지고 있습니다. 우리는 비디오의 녹음 및 편집에 그녀의 도움 에 대한 Jiaxian 장 감사합니다.
| 3.5 mL, 개방형 두꺼운 폴리카보네이트 튜브 | Beckman Coulter | 349622 | 그래디언트 원심분리용(시냅토솜 준비) |
| Alexa Fluor 647 Phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A22287 | F-actin 특정 리간드 |
| 항체 b-actin | Santa Cruz Biotechnology | sc-47778 | GAPDH에 대한 면역블로팅 항체에 의한 총 액틴 수준 평가 |
| Abcam | Ab181602 | 면역 블로팅에 의한 GAPDH 수준 평가 | |
| Bio-Rad 단백질 분석 염료 시약 농축액 | Bio-Rad | 5000006 | Bradford 기반 단백질 추정 |
| 염화칼슘 이수화물 (CaCl2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | C3306 | Krebs 완충액 성분 |
| cOmplete, Mini, EDTA-free 프로테아제 억제제 칵테일 | Sigma-Aldrich | 4693159001 | 샘플 준비 중 내인성 프로테아제 활성 억제용 |
| Corning 96-well Clear Flat Bottom 폴리스티렌 | Corning | 3596 | 광 산란 측정용 |
| D-(+)-포도 | 당Sigma-Aldrich | G8270 | Krebs 완충액 성분 |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D5879 | phalloidin 및 latrunculin 용 용매 형 |
| 광 평판 스캐너 (Odyssey 적외선 스캐너) | Li-Cor Biosciences | 면역 블롯의 면역 반응 신호 감지용 | |
| 글루타르알데히드 용액(물 중 25%) 등급 II | Sigma-Aldrich | G6257 | 고정제 |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | 샘플 준비용 완충 성분 및 Krebs 완충 성분 |
| Latrunculin A | Sigma-Aldrich | L5163 | 액틴 필라멘트의 해중합기 |
| 염화마그네슘 육수화물(MgCl2· 6H2O) | Sigma-Aldrich | M2670 | Krebs 버퍼 구성 요소 |
| Microplates | |||
| Mitex 멤브레인 필터 5mm | Millipore | LSWP01300 | synaptoneurosomes Nunc |
| F96 MicroWell Black Plate | Thermo Fisher Scientific | 237105 | 형광 측정용 |
| 나일론 네트 필터 100mm | Millipore | NY1H02500 | 시냅토뉴로솜 제제 |
| Phosphatase Inhibitor Cocktail IV | Abcam | ab201115 | 시료 준비 중 내인성 인산 |
| 칼륨(KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | Krebs 완충액 성분 및 시냅스 말단 탈분극 |
| 산칼륨 일염기성((KH2PO4 ) | Sigma-Aldrich | P9791 | Krebs 완충액 성분 |
| 소화붕소나트륨(NaBH4) | Sigma-Aldrich | 71320 | 투과화 완충액 성분 |
| 염화나트륨(NaCl) | LabServ(Thermo Fisher Scientific) | BSPSL944 | 크렙스 완충액 성분 |
| 탄산수소나트륨(NaHCO3) | LabServ(Thermo Fisher Scientific) | BSPSL900 | Krebs 완충 성분 |
| SpectraMax i3x | 분자 장치 | 형광 측정용 | |
| Sucrose | Fisher Chemical | S/8600/60 | 시료 준비를 위한 완충 성분 |
| Swimnex 필터 홀더 | Millipore | Sx0001300 | 시냅토뉴로솜 준비 |
| 조직 분쇄기 5mL Potter-Elvehjem | Duran Wheaton Kimble | 358034 | 조직 균질화를 위해 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | 투과 완충액 |
| Trizma 기초 | Sigma-Aldrich | T6066 | 표본 준비를 위한 완충기 성분 |