Opisano metodę przygotowania translacyjnie aktywnych, nienaruszonych synaptoneurosomów (SNs) z kory mózgu myszy. Metoda ta wykorzystuje nieciągły gradient gęstości Percoll-sukroza, co umożliwia szybkie przygotowanie aktywnych SNs.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisano metodę przygotowania translacyjnie aktywnych, nienaruszonych synaptoneurosomów (SNs) z kory mózgu myszy. Metoda ta wykorzystuje nieciągły gradient gęstości Percoll-sukroza, co umożliwia szybkie przygotowanie aktywnych SNs.
Synaptonurosomu (SNs) otrzymuje się w wyniku homogenizacji i frakcjonowania kory mózgu myszy. Są to uszczelnione pęcherzyki lub odizolowane zakończenia, które oddzielają się od zakończeń aksonów podczas homogenizacji tkanki korowej. SNs zachowują cechy presynaptyczne i postsynaptyczne, co czyni je użytecznymi w badaniu przekaźnictwa synaptycznego. Zachowują one mechanizmy molekularne wykorzystywane w sygnalizacji neuronalnej oraz są zdolne do pobierania, magazynowania i uwalniania neurotransmiterów.
Produkcja i izolacja aktywnych SN mogą być problematyczne przy użyciu takich mediów jak Ficoll, który może być cytotoksyczny i wymagać przedłużonego wirowania ze względu na wysoką gęstość, a także przy zastosowaniu metod filtracji i wirowania, które mogą prowadzić do niskiej aktywności z powodu uszkodzeń mechanicznych SN. Jednak zastosowanie nieciągłych gradientów gęstości Percoll-sacharoza do izolacji SN stanowi szybką metodę pozwalającą na uzyskanie dobrej wydajności translacyjnie aktywnych SN. Metoda gradientu Percoll-sacharoza jest szybka i łagodna, ponieważ wykorzystuje warunki izotoniczne, wymaga mniejszej liczby krótszych cykli wirowania i pozwala uniknąć etapów wirowania prowadzących do sedymentacji SN i ich uszkodzenia mechanicznego.
1. Przygotowania1-4

2. Disekccja myszy 1
3. Przygotowanie homogenatu i nadnadczyn 1-4
4. Reprezentatywne wyniki:
Po homogenizacji kory mózgu myszy i rozdzieleniu jej na nieciągłych gradientach Percoll-sacharozy (Schemat 1), zaobserwowano 6 prążków lub frakcji (Rysunek 1). Wcześniej wykazano dla kory mózgowej szczura3,5, że składnikami prążków o wysokiej masie cząsteczkowej były fragmenty błon i mielina, a materiał w osadzie zawierał mitochondria lub organelle (Tabela 1). Interfejs 23%/15% (Prążek 5) zawierał wzbogacone SNs.
Prążek na interfejsie 23%/15%, zawierający nienaruszone SN, został usunięty i poddany badaniu za pomocą mikroskopii elektronowej (EM) zgodnie z wcześniej opisaną procedurą.2,6 EM wykazała obecność nienaruszonych pęcherzyków synaptycznych oraz zachowanie elementów presynaptycznych i postsynaptycznych (Rysunek 2). Izolacja przedziałów presynaptycznych i postsynaptycznych jest istotna dla badania sygnalizacji oraz syntezy białek, która zachodzi w obu tych przedziałach.7-13 Gradient Percoll-cukier pełni rolę wstępnego oczyszczania, dlatego w frakcji SN zaobserwowano niewielkie zanieczyszczenia komórkowe, jądrowe i organellowe, jednak ogólna separacja była dobra.
Analiza metodą Western blot wykazała, że frakcje Percoll zawierały oczekiwane markery białkowe, przy jednoczesnym wzroście czystości synaptycznej w prążku SN (Rysunek 3, Tabela 2). Markery synaptyczne i neuronalne zostały zachowane w wzbogaconym prążku SN (prążek 5), natomiast liczebność innych markerów uległa znacznemu zmniejszeniu. W szczególności obecność GFAP, markera astrocytów i komórek nowotworowych pochodzenia glejowego, oraz Lamin-B1, markera jądrowego, była pomijalna, podczas gdy markery strukturalne i synaptyczne zostały zachowane lub nasilone. Ponadto odnotowano obecność markerów organelli, takich jak mitochondria i aparat Golgiego, które odgrywają rolę w syntezie białek.
Typowe wydajności dla frakcji SN wynosiły 250-500 ng białka na μL, co określono za pomocą testu białkowego BCA. Aktywność SNs określono na podstawie ilości syntezy białek de novo, monitorowanej poprzez wbudowywanie [35S]-Met (Rycina 4).2 Bazowa aktywność translacyjna wzrosła 1,56-krotnie po stymulacji SNs za pomocą 50 μM glutaminianu/10 μM glicyny (Glu) lub 5,12-krotnie po aktywacji inhibitorem Pin1, juglonem. Znane jest, że inhibicja Pin1 prowadzi do zwiększenia syntezy białek.2 Aby potwierdzić, że wzrost wbudowywania [35S]-Met wynikał z syntezy białek de novo, dodano 40 μM anisomycyny, inhibitora syntezy białek, co spowodowało wyraźny spadek wbudowywania zarówno w obecności, jak i w przypadku braku Glu w porównaniu z poziomami bazowymi. Ponadto po dodaniu 2% Triton-X 100, który zaburza integralność SNs, translacja bazowa spadła o 75%.2 Dodatkowo, podczas badania frakcji (B4-B6), które wykazały największe wzbogacenie w markery synaptyczne, SNs lub frakcja 5 wykazały największą aktywność syntezy białek de novo (Rycina 5). Zatem nieciągłe gradienty Percoll-sukroza pozwalają na szybkie uzyskanie wysoce aktywnej i wzbogaconej frakcji SN, która może być wykorzystana do badania translacji białek.
Procedura z wykorzystaniem nieciągłego gradientu Percoll-cukier jest korzystniejsza od innych metod, ponieważ surowsze warunki powodują uszkodzenia mechaniczne. W porównaniu z metodą filtracyjną, w której oczyszczony homogenat kory przepuszczany jest przez serię filtrów o malejącej wielkości oczek,3,14-15 metoda z użyciem Percollu pozwala uzyskać więcej SN o większej aktywności. Jak pokazano na Rysunku 6, gdy aliquot SN przygotowanych metodą filtracyjną przepuszczono przez gradient Percoll-cukier, na granicy 15/23% stwierdzono znacznie mniej SN oraz większą ilość uszkodzonych membran. Podczas pomiaru syntezy białek de novo za pomocą wbudowywania S35-met, SN przygotowane metodą filtracyjną wykazały znacznie niższą aktywność (Rysunek 7). Aby zmaksymalizować aktywność translacyjną, wykorzystujemy myszy w wieku od P14 do P18. SN można przygotować z dorosłych myszy, jednak zaobserwowaliśmy znacząco zwiększoną aktywność translacyjną w przypadku SN przygotowanych z młodych myszy (Rysunek 8).

Tabela 1. Składniki frakcji z przerwanych gradientów Percoll po homogenizacji kory mózgu myszy.3,5

Tabela 2. Podsumowanie analizy Western blot składników prążków z nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza. Względne stężenia białek dla każdej z frakcji prążków wyizolowanych przy użyciu nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza określono metodą Western blot. Brak białka (-), 0≥0,2 (+), 0,2≥0,8 (++), lub >0,8 (+++) razy więcej białka niż w supernatancie (S, odwirowany homogenat kory), reprezentatywnie dla n=3.

Schemat 1: Schemat przygotowania SN z wykorzystaniem nieciągłego gradientu gęstości Percoll-sukroza. Korę mózgu myszy wycięto, poddano homogenizacji, a następnie wirowano z niską prędkością w celu usunięcia niehomogenizowanej tkanki, komórek oraz całych organelli, takich jak jądra i błony. Gradient nieciągły powinien posiadać wyraźnie zdefiniowane warstwy. Wstawka na zdjęciu pokazuje przykład warstw, które zostały zafarbowane na niebiesko wyłącznie w celach ilustracyjnych, aby umożliwić wizualizację tych warstw. Nadfiltr nakłada się na nieciągły gradient Percoll-sukroza i wiruje z umiarkowaną prędkością. Następnie z gradientu odzyskuje się pasmo SN, które jest gotowe do użycia.

Rycina 1. Frakcjonowanie homogenatu w nieciągłym gradiencie Percoll-sukroza. Kora mózgu myszy została zhomogenizowana i rozdzielona w nieciągłym gradiencie Percoll-sukroza, co doprowadziło do powstania 6 pasm lub frakcji. Oczyszczone, aktywne SNs (*) znajdowały się w paśmie 5.

Rysunek 2. Preparaty SN dają heterogenną mieszaninę synaps (SN), które zachowują elementy przedsynaptyczne i postsynaptyczne. Wykonano mikrofotografię elektronową preparatu SN otrzymanego z myszy C57BL/6 (wiek P13 do P21) zgodnie z wcześniejszym opisem, która pokazuje synapsy z zachowanymi elementami przedsynaptycznymi i postsynaptycznymi.2,6 Czerwone strzałki wskazują gęstości postsynaptyczne. Pasek skali wynosi 1 μm.

Rycina 3. Analizy Western blot preparatów SN wykazały, że markery synaptyczne i neuronalne zostały zachowane w oczyszczonych SN (frakcja 5), natomiast zawartość innych markerów była znacząco zredukowana. Immunobloty nadnadkładu (S, odwirowany homogenat kory) oraz frakcji 1-6 nieciągłego gradientu Percoll-sacharozy poddano analizie pod kątem obecności β-Actin (strukturalna, kontrola załadunku), GFAP (astrocytarny), GP73 (aparatu Golgiego), HSC70 (cytoplazmatyczny i jądrowy), Lamin-B1 (jądrowy), Prohibitin (mitochondrialny), PSD95 (gęstość postsynaptyczna), SNAP25 (synaptyczny), Synaptophysin (synaptyczny) oraz β3-Tubulin (specyficzny dla neuronów). Frakcje wizualizowano za pomocą obrazownika fosforowego Storm 860, wyniki reprezentatywne dla n=3.

Rysunek 4. SN są aktywne i wykazują syntezę białek de novo poprzez wbudowywanie [35S]-Met. SN poddano wstępnej równowadze w temperaturze 37°C przez 10 min. Następnie SN pozostały nieleczone lub zostały poddane wstępnej inkubacji przez 15 min z 40 μM anisomycyną lub 1 μM juglonem w 37°C, po czym dodano [35S]-Met, 20 μl Express Pro Label Mix S35 Easy Tag, z dodatkiem lub bez dodatku Glu w 37°C przez 30 min. Próbki przygotowano przy użyciu Pierce SDS-PAGE Sample Prep Kit, rozdzielono na 15% żelu poliakrylamidowym, wysuszono i poddano kwantyfikacji za pomocą fosforymageru Molecular Dynamics Storm 860; wyniki reprezentatywne dla n=3, ±SEM.

Rycina 5. Prążek 5 z nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza zawierał najwyższe poziomy syntezy białek de novo. Prążki 4, 5 i 6 oraz nadsącz (S, odwirowany homogenat kory) poddano wstępnej inkubacji w temperaturze 37°C przez 10 min. Następnie dodano [35S]-Met (Express Pro Label Mix S35 Easy Tag), z dodatkiem lub bez dodatku Glu, i inkubowano w 37°C przez 30 min. Próbki przygotowano przy użyciu Pierce SDS-PAGE Sample Prep Kit, rozdzielono na 15% żelu poliakrylamidowym, wysuszono i skwantyfikowano za pomocą fosforimageru Molecular Dynamics Storm 860; wyniki reprezentatywne dla n=3, ±SEM.

Rysunek 6. SN przygotowane metodą filtracji zawierają więcej uszkodzonych błon i mniej całych SN niż SN przygotowane metodą nieciągłego gradientu Percoll-sacharozy. SN przygotowano poprzez przepuszczenie homogenizatu kory przez serię filtrów o zmniejszającej się wielkości porów, zgodnie z wcześniejszym opisem.3,14-15 Alikwot SN przygotowanych metodą filtracji odwirowano nad nieciągłym gradientem Percoll-sacharozy i porównano z równoważną ilością materiału otrzymanego metodą nieciągłego gradientu Percoll-sacharozy.

Rycina 7. SN-y przygotowane metodą filtracyjną wykazują mniejszą aktywność syntezy białek de novo niż SN-y przygotowane metodą nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza. SN-y przygotowano poprzez przepuszczanie homogenizatu kory przez serię filtrów o malejącej wielkości porów zgodnie z opisem z poprzednich prac,3,14-15 oraz metodą nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza. SN-y z obu preparatów poddano wstępnej ekwilibracji w temperaturze 37°C przez 10 min. Następnie dodano [35S]-Met (Express Pro Label Mix S35 Easy Tag), z dodatkiem lub bez dodatku Glu, w temperaturze 37°C przez 30 min. Próbki przygotowano przy użyciu Pierce SDS-PAGE Sample Prep Kit, rozdzielono na żelu poliakrylamidowym 15%, wysuszono i skwantyfikowano za pomocą fosforymageru Molecular Dynamics Storm 860, wyniki reprezentatywne dla n=3, ±SEM.

Rycina 8. Synaptosomy (SNs) z młodszych myszy (P14) wykazują większą aktywność translacyjną niż synaptosomy z myszy starszych (P85). SNs przygotowano z myszy w różnym wieku przy użyciu metody nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza, inkubowano w temperaturze 37°C przez 10 min w celu równowagi, poddano działaniu Glu lub nie w obecności [35S]-Met (Express Pro Label Mix S35 Easy Tag) przez 30 min, zamrożono błyskawicznie, a następnie oczyszczono za pomocą Pierce SDS-PAGE Sample Prep Kit. Następnie SNs rozdzielono w 12% żelu SDS-poliakrylamidowym, osuszono i obrazowano na fosforimagerze Molecular Dynamics Storm 860; wyniki reprezentatywne dla n=3, ±SEM. SNs z myszy P14 były co najmniej 3-krotnie bardziej aktywne niż SNs z myszy P85.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisane tutaj przygotowanie nieciągłego gradientu Percoll-sacharoza jest szybką i niezawodną metodą izolacji aktywnych SN, które mogą być wykorzystane w różnorodnych eksperymentach nad transmisją synaptyczną. Ta metoda gradientowa, oparta na procedurze opracowanej przez Dunkley i wsp.,3,4 jest procedurą subkomórkowego frakcjonowania mózgu, która izoluje pęcherzyki pochodzące z błon presynaptycznych i postsynaptycznych, które są ze sobą powiązane. Bez dalszej puryfikacji te SN są kompatybilne z wieloma technika...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.
Pragniemy podziękować B. K. August z Electron Microscope Facility na University of Wisconsin-Madison za wykonanie mikroskopii elektronowej. Praca ta była finansowana z grantów NIH R01-DA026067 oraz P30-HD03352 (przyznanych J.S.M.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Nazwa odczynnika | Firma | Numer katalogowy | Komentarze (opcjonalnie) |
| Zestaw do analizy białek Micro BCA Protein Assay Kit | Pierce | 23235 | |
| CaCl2 | Fisher | C79-500 | |
| Gaz CO2 | Airgas (UW-MDS) | CD 50 | |
| EDTA | RPI | E57020 | |
| EtOH | Fisher | A407SK-4 | |
| HCl | Fisher | A142-212 | |
| Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | |
| KH2PO4 | Fisher | P285-500 | |
| Zestaw do przygotowania próbek PierceSDS-PAGE Sample Prep Kit | Pierce | 89888 | |
| NaCl | RPI | S23020 | |
| NaHCO3 | Fisher | BP328-500 | |
| Na2PHO4 | Fisher | S381-500 | |
| Sacharoza | RPI | S24060 | |
| Tris w formie zasady | RPI | T60040 | |
| Tetrodotoksyna | Sigma | T5651 | |
| Mieszanina Express Pro Label Mix S35 Easy Tag | Perkin Elmer | NEG772 | |
| Sprzęt | Firma | Numer katalogowy | Komentarze (opcjonalnie) |
| Narzędzia do sekcji | |||
| Homogenizator Dounce'a, 7 mL (wyposażony w dwa szklane tłuczki oznaczone jako "A" oraz "B") | Wheaton | ||
| Pipeta P1000 Gilson Pipetman | Gilson | F123602 | |
| Wirówka Allegra 6KR | Beckman Coulter | 366830 | |
| Rotor GH 3.8, rotor z koszami wahadłowymi | Beckman Coulter | 360581 | |
| Wirówka Beckman J2-21 | Beckman | ||
| Probówki Beckman z nakrętkami | Beckman | 355672 | |
| Adaptery białe | Beckman | 342327 | |
| Adaptery niebieskie | Beckman | ||
| Rotor JA-17, rotor z kątem stałym | Beckman | 369691 | |
Tabela przeciwciał użytych do western blotów: | |||
| Nazwa przeciwciała | Firma | Numer katalogowy | Gatunek gospodarza |
| β-aktyna | Sigma | A5441 | mysz |
| GFAP | Santa Cruz | sc-65343 | mysz |
| GP73 | Santa Cruz | Sc-134509 | królik |
| HSC70 | Santa Cruz | sc-7298 | mysz |
| Laminβ | Santa Cruz | Sc-6261 | koza |
| Prohibityna | Santa Cruz | sc-28259 | królik |
| PSD95 | Millipore | MAB1596 | mysz |
| SNAP25 | AbCam | ab5666-100 | królik |
| Synaptofizyna | Millipore | MAB368 | mysz |
| β-3-tubulina | Santa Cruz | sc-80016 | mysz |
|
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.