Tutaj opisaliśmy protokół ilościowego badania montażu i struktury początkowych segmentów aksonów (AIS) neuronów hipokampa, które nie mają wstępnie zmontowanego AIS z powodu braku gigantycznej ankyryny-G.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisaliśmy protokół ilościowego badania montażu i struktury początkowych segmentów aksonów (AIS) neuronów hipokampa, które nie mają wstępnie zmontowanego AIS z powodu braku gigantycznej ankyryny-G.
Początkowe segmenty aksonów neuronalnych (AIS) są miejscami inicjacji potencjałów czynnościowych i były intensywnie badane pod kątem ich struktury molekularnej, składania i plastyczności zależnej od aktywności. Gigantyczna ankyryna-G, główny organizator AIS, bezpośrednio wiąże się z kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem (VSVG) i potasowymi (KCNQ2/3) obejmującymi błonę, a także neurofaszyną 186 kDa, cząsteczką adhezyjną komórek L1CAM. Gigantyczna ankyryna-G wiąże się również i rekrutuje cytoplazmatyczne cząsteczki AIS, w tym beta-4-spektrynę i białka wiążące mikrotubule, EB1 / EB3 i Ndel1. Gigantyczna ankyryna-G jest wystarczająca, aby uratować tworzenie AIS w neuronach z niedoborem ankyryny-G. Ankyrin-G zawiera również mniejszą izoformę o masie 190 kDa zlokalizowaną w kolcach dendrytycznych zamiast AIS, która nie jest w stanie skierować się do AIS ani uratować AIS w neuronach z niedoborem ankyryny-G. Tutaj opisaliśmy protokół wykorzystujący hodowane neurony hipokampa od myszy ANK3-E22 / 23-flox, które po transfekcji Cre-BFP wykazują utratę całej izoformy ankyryny-G i upośledzają tworzenie AIS. Połączyliśmy zmodyfikowany system kohodowli komórek glejowych i neuronów Bankera, opracowaliśmy metodę transfekcji neuronów zerowych ankyryny-G plazmidem ankyryny-G-GFP o masie 480 kDa, który jest wystarczający do uratowania tworzenia AIS. Ponadto stosujemy metodę kwantyfikacji, opracowaną przez Salzera i współpracowników, aby poradzić sobie ze zmiennością odległości AIS od ciał komórek neuronalnych, która występuje w kulturach neuronów hipokampa. Protokół ten umożliwia badania ilościowe montażu de novo i dynamicznego zachowania AIS.
Początkowy segment aksonu znajduje się na proksymalnym akkonie u większości neuronów kręgowców. Funkcjonalnie AIS jest miejscem, w którym inicjowane są potencjały czynnościowe ze względu na dużą gęstość kanałów sodowych bramkowanych napięciem w tym regionie. AIS niektórych neuronów pobudzających są również celem interneuronów hamujących poprzez tworzenie synaps GABAergicznych1,2,3. Dlatego AIS jest krytycznym miejscem do integracji sygnalizacji komórkowej i modulowania pobudliwości neuronów. AIS ma zwykle długość 20-60 μm i znajduje się w odległości nie większej niż 20 μm od ciała komórki. Długość i położenie AIS różnią się w neuronach w różnych regionach mózgu, a także w różnych stadiach rozwoju tego samego neuronu4,5. Zgromadzone dowody sugerują, że skład i pozycja AIS są dynamiczne w reagowaniu na zmianę aktywności neuronalnej4,5,6,7.
480 kDa ankyrin-G jest głównym organizatorem AIS. 480 kDa ankyrin-G jest białkiem adaptorowym związanym z błoną, które bezpośrednio wiąże się z kanałami sodowymi bramkowanymi napięciem, a także z innymi głównymi białkami AIS, w tym beta4-spektryną, kanałami KCNQ2/3, które modulują aktywność kanału sodowego8,9, oraz 186 kDa neurofascin, L1CAM, który kieruje synapsy GABA-ergiczne do klasy AIS2, 10. 480 kDa ankyrin-G ma kanoniczne domeny ankyryny znajdujące się w krótkiej izoformie ankyryny 190 kDa (powtórzenia ANK, domena wiążąca spektrynę, domena regulatorowa), ale wyróżnia się gigantycznym eksonem, który występuje tylko u kręgowców i jest specyficznie wyrażany w neuronach (Rysunek 1A)11,12. Domena specyficzna dla neuronu ankyryny-G (NSD) o sile 480 kDa jest wymagana do tworzenia AIS12. Ankyryna-G o mocy 190 kDa nie promuje składania AIS ani nie kieruje AIS w neuronach ankyrin-G-null12. Jednak 190 kDa ankyrin-G jest skoncentrowane w AIS zawierającym 480 kDa ankyrin-G12. Ta zdolność ankyryny-G o masie 190 kDa do celowania w wstępnie zmontowany AIS neuronów typu dzikiego była źródłem zamieszania w literaturze i spowolniła zrozumienie krytycznych wyspecjalizowanych funkcji ankyryny-G o masie 480 kDa w montażu AIS. Dlatego tak ważne jest zbadanie montażu AIS w neuronach ankyrynowo-G-zerowych, które nie mają wstępnie zmontowanego AIS.
Tutaj prezentujemy metodę badania montażu i struktury AIS przy użyciu hodowanych neuronów hipokampa myszy ANK3-E22/23-flox, która eliminuje wszystkie izoformy ankyryny-G13 (Rysunek 1B). Poprzez transfekcję neuronów za pomocą konstruktu Cre-BFP przed złożeniem AIS, wygenerowaliśmy neurony z niedoborem ankyryny-G, całkowicie pozbawione AIS (Rysunek 1B, Rysunek 2). Montaż AIS jest w pełni uratowany po kotransfekcji plazmidu ankyryny-G-GFP o masie 480 kDa z plazmidem Cre-BFP. Ta metoda umożliwia badanie zespołu AIS w niezmontowanym środowisku AIS. Zmodyfikowaliśmy również system kohodowli gleju i neuronów od Gary'ego Bankera bez użycia antybiotyków, wcześniej zaprojektowany dla neuronów embrionalnych dnia 18, do zastosowania w neuronach myszy po urodzeniu i dostosowaliśmy metodę kwantyfikacji AIS do uśredniania pomiarów AIS z wielu neuronów, aby znormalizować zmienność AIS14,15.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ta metoda hodowli neuronów hipokampa od postnatalnych myszy 0-day ANK3-E22/23f/f jest zaadaptowana z systemu kokultury gleju/neuronów Gary'ego Bankera. Dlatego bardzo ważne jest, aby wykonać wszystkie kroki po sekcji w czystym okapie przy użyciu wysterylizowanych narzędzi. Ten protokół trwa do 1 miesiąca. Przepływ pracy jest wyświetlany w Rysunek 3. Protokół jest zgodny z wytycznymi Uniwersytetu Duke'a dotyczącymi zwierząt.
1. Przygotowanie szkiełek nakrywkowych i talerzy neuronalnych
2. Przygotowanie potraw z karmienia komórek glejowych (2 tygodnie przed dniem hodowli)
3. Kultura neuronów hipokampa
UWAGA: Wszystkie kroki są wykonywane w temperaturze pokojowej.
4. Zakłócenie AIS przez nokaut Ankyrin-G na wcześniejszym etapie rozwoju neuronu
5. Kwantyfikacja początkowego segmentu aksonu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pełny zestaw eksperymentów powinien obejmować transfekcję samą Cre-BFP jako kontrolę negatywną, kotransfekcję Cre-BFP oraz ankyryny-G 480 kDa jako kontrolę pozytywną oraz warunek bez transfekcji jako kontrolę techniczną. W kontroli z samą Cre-BFP w transfekowanych neuronach brakuje akumulacji markerów AIS, w tym ankyryny-G (ankG), beta4-spektryny (β4), neurofaszyny (Nf) i napięciowo zależnych kanałów sodowych (VSVG) (Rysunek 4A)16. W przeciwieństwie do nich, neurony k...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Montaż AIS organizowany jest przez 480 kDa ankyrin-G. Jednak ankyryna-G ma krótsze izoformy, które mogą być ukierunkowane na AIS neuronów typu dzikiego, co może prowadzić do trudności w interpretacji analiz struktura-funkcja składania AIS. Poniżej przedstawiamy metodę wykorzystującą neurony myszy ANK3-E22/23-flox, która pozwala na badanie składania się de novo AIS. Poprzez transfekcję Cre-BFP w 3 div eliminujemy wszystkie endogenne izoformy ankyryny-G. Moglibyśmy również współtransfekować 480 kDa ankyry...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy dr Gary'emu Bankerowi za sugestię dotyczącą protokołu hodowli neuronów. Praca ta jest wspierana przez Howard Hughes Medical Institute, grant z NIH oraz profesurę ufundowaną przez George'a Bartha Gellera (V.B.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 10xHBSS | Thermo Fisher Scientific | 14065-056 | |
| 18mm szkło osłonowe (1.5D) | Fisher Scientific | 12-545-84-1D | |
| 190kDa ankyryna-G-GFP | Addgene | #31059 | |
| 2,5% Tripsin bez czerwieni fenolowej | Thermo Fisher Scientific | 14065-056 | |
| 480kDa ankyrin-G-GFP | lab made | Dostarcz na żądanie | |
| ANK3-E22/23f/f myszy | JAX | Numer katalogowy: 029797 | B6.129-ANK3TM2.1Bnt/J; |
| Suplement bez surowicy B27 | Thermo Fisher Scientific | A3582801 | |
| Kwas borowy | Sigma-Aldrich | B6768 | |
| Sitko komórkowe z siatką 70 mm | BD Biosciences | 352350 | |
| Ceramiczny stojak do barwienia szkiełek nakrywkowych | Thomas Scientific | 8542E40 | |
| Cre-BFP | Addgene | #128174 | |
| D-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | |
| DMEM | Thermo Fisher Scientific | 11995073 | |
| suplement GlutaMAX-I | Thermo Fisher Scientific | A1286001 | |
| Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher Scientific | 11668030 | |
| MEM z Earle'em s sole i L-glutamina | Thermo Fisher Scientific | 11095-080 | |
| Neurobasal Medium | Thermo Fisher Scientific | 21103-049 | |
| Kwas azotowy 70% | Sigma-Aldrich | 225711 | |
| Opti-MEM I Zredukowana surowica Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985062 | |
| Paraformaldehyd | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Penicylina-streptomycyna | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Chlorowodorek poli-L-lizyny | Sigma-Aldrich | 26124-78-7 | |
| Wodorotlenek potasu | Sigma-Aldrich | 1310-58-3 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.