Wszystkie eksperymenty z udziałem myszy zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) na Uniwersytecie Yale (protokół 2021-11117) i przeprowadzone w placówce akredytowanej przez Association for the Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International (AAALAC). Opieka nad zwierzętami i ich zakwaterowanie były zgodne z Guide for the Care and Use of Laboratory Animals33 i zapewniało je Yale Animal Resource Center (YARC). Zwierzęta utrzymywano w 12-godzinnym cyklu światła/ciemności z dostępem ad libitum do pożywienia i wody. Do poniższego protokołu wymagane jest od pięciu do ośmiu myszy lub od dwóch do czterech szczurów na genotyp lub warunek. Mniejsza liczba szczurów jest konieczna ze względu na większą objętość ich mózgów. Podobnie wiek zwierząt doświadczalnych może wpływać na wydajność frakcji; w przypadku zwierząt w wieku poniżej 2 miesięcy może być wymagana większa liczba myszy. W przeciwnym razie opisane procedury mają zastosowanie do obu gatunków gryzoni oraz zdrowych dorosłych zwierząt w każdym wieku. Reprezentatywne dane przedstawione w niniejszym badaniu uzyskano z myszy typu dzikiego (C57BL/6J) (wiek = 2 miesiące; cztery samce i cztery samice na powtórzenie), pochodzących z komercyjnego źródła (patrz Tabela materiałów).
1. Przygotowanie eksperymentalne
UWAGA: Wykonanie tego protokołu przez jednego badacza zajmuje ok. 11 h. Zdecydowanie zaleca się, aby w dniu poprzedzającym realizację protokołu, jeśli jest to możliwe, przygotować stanowisko pracy (Rycina 1), sporządzić bufory (Tabela 1), schłodzić wirówki i wirniki do 4 °C oraz zebrać i oznakować niezbędne materiały i sprzęt (patrz Tabela materiałów).

Rycina 1: Organizacja stanowiska pracy. Przed przeprowadzeniem sekcji mózgu (A) szklane homogenizatory Dounce'a oraz (B) wszystkie bufory zostały schłodzone w lodzie. (C) Roztwory stokowe inhibitorów proteaz rozmrożono w lodzie. Przygotowano drugi pojemnik z kruszonym lodem na probówki do wirówki, naczynie Dewar z ciekłym azotem (nie pokazano) oraz (D) pojemnik z suchym lodem do krótkotrwałego przechowywania próbek gwałtownie zamrożonych w ciekłym azocie. (E) Probówki do mikrocentryfugi zostały wcześniej oznakowane dla wszystkich próbek, ponieważ podczas tej procedury pobrano cztery aliquoty każdej próbki frakcji subkomórkowej na genotyp lub warunek (wskazówka pozwalająca zaoszczędzić czas: należy dokładnie oznakować wszystkie probówki dzień przed wykonaniem eksperymentu). (F) Odpowiedni pojemnik na odpady biologiczne, (G) 70% etanol, (H) narzędzia chirurgiczne oraz (I) chłonny podkład na powierzchnię roboczą. Wymagane probówki do wirówki i materiały jednorazowe odstawiono w miejsce umożliwiające szybki dostęp podczas realizacji protokołu (nie pokazano). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
- Przygotować stanowisko do operacji i zgromadzić nożyczki oraz pincety niezbędne do wycięcia mózgu (patrz Tabela materiałów). Wcześniej oznakować probówki do mikrocentryfugi o pojemności 1.5 mL do biopsji ogonów myszy oraz po cztery probówki na każdą pobraną frakcję, zgodnie z opisem na Rysunku 2.
- Przygotować dwa pojemniki z mokrym lodem, jeden pojemnik z suchym lodem oraz laboratoryjny naczyniowy termos z ciekłym azotem.
- Rozmrozić na lodzie roztwory stokowe fenylometylosulfonylofluorku (PMSF), pepstatyny A, aprotininy i leupeptyny (patrz Tabela materiałów). Przygotować niezbędne bufory (Tabela 1).
UWAGA: Roztwory sacharozy można przygotować wcześniej i przechowywać w temperaturze 4 °C. Jednakże inhibitory proteaz (rozmrożone stoki i tabletki) muszą być dodawane na świeżo do wszystkich buforów na początku eksperymentu ze względu na niestabilność tych odczynników w roztworach wodnych. Ponadto wszystkie bufory muszą być przygotowane w szklanych naczyniach i z użyciem wody wolnej od detergentów, aby umożliwić pozyskanie nienaruszonych synaptosomów.
- Schłodzić wszystkie bufory oraz szklane homogenizatory Dounce'a (patrz Tabela materiałów) na lodzie. Ustawić wirówki na 4 °C i schłodzić rotory do 4 °C.
- Dodać 14 mL Buforu A (Tabela 1) do homogenizatora Dounce'a znajdującego się na lodzie.
Tabela 1: Skład buforów do frakcjonowania subkomórkowego. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Rysunek 2: Przegląd protokołu frakcjonowania subkomórkowego. Schemat podsumowujący etapy frakcjonowania subkomórkowego oraz zebrane próbki. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
2. Wycięcie mózgu myszy

Rycina 3: Anatomia kraniofacjalna. (A) Widok grzbietowy czaszki myszy z zaznaczonymi istotnymi strukturami czaszkowymi. (B) Lewy widok boczny czaszki i mózgu myszy z zaznaczonymi istotnymi strukturami czaszkowymi oraz kierunkami anatomicznymi. Linie przerywane reprezentują miejsca, w których należy wykonać nacięcia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
- Głęboko znieczuli każdą mysz 100% isofluranem w komorze anestezjologicznej umieszczonej w dygestorium lub komorze z laminarnym przepływem powietrza, stosując metodę otwartą (kapanie)34. Uśmierć każdą mysz poprzez zwichnięcie kręgów szyjnych, a następnie niezwłocznie przeprowadź dekapitację. Podczas uboju i sekcji naprzemiennie wybieraj osobniki o różnych genotypach lub z różnych grup eksperymentalnych12. Po eutanazji pobierz biopsję ogona, wycinając 2 mm dystalnej końcówki ogona za pomocą drobnych nożyczek. Przechowuj tkankę do genotypowania.
- Spryskaj odciętą głowę 70% etanolem, aby zapobiec przywieraniu sierści do tkanek i narzędzi chirurgicznych podczas sekcji.
- Wsuń drobne nożyczki pod skórę w miejscu nacięcia dekapitacyjnego do głębokości okołoczepowej i wykonaj nacięcie w linii pośrodkowej sagietanie aż do szwu międzynozowego (Rysunek 3A), aby odsunąć skórę głowy od czaszki.
- Pracując od okolicy potylicznej w stronę każdej z części skroniowych, przytnij powięź i mięśnie, aby odsłonić zewnętrzną powierzchnię czaszki poza każdym otworem słuchowym zewnętrznym (Rysunek 3B).
- Unieruchom skórę głowy i przednią część czaszki niedominującą ręką. Drugą ręką wsuń drobne nożyczki na 2 mm do strony ogonowej otworu wielkiego, w miejscu, gdzie widoczne jest wyjście rdzenia kręgowego. Wykonaj nacięcie w linii środkowej, aż nożyczki dotrą do wewnętrznej powierzchni kości ciemieniowej (Rysunek 3; linie przerywane).
UWAGA: Podczas początkowego nacięcia nożyczki muszą być równoległe do rdzenia kręgowego, a nacisk należy kierować w stronę wewnętrznej powierzchni czaszki, aby zapobiec uszkodzeniu pnia mózgu i móżdżku.
- Zmień kąt nachylenia nożyczek tak, aby ostrza biegły równolegle do powierzchni grzbietowej czaszki. Kontynuuj prowadzenie nacięcia pośrodkowego sagietanie w kierunku rostralnym przez kości ciemieniowe i czołowe, posługując się szwami sagietlanymi i międzyczołowymi jako prowadnicą. Stosuj stały nacisk ku górze, aby uniknąć uszkodzenia kory. Zakończ nacięcie tuż za szwem międzynozowym (Rysunek 3A).
- Wykonaj małe nacięcie prostopadłe (~3 mm) do kości nosowej, rostralnie od szwu międzynozowego, ustawiając nożyczki prostopadle do czaszki z każdym ostrzem umieszczonym przy szwie nosowo-przedszczękowym i wykonując jedno równe cięcie (Rysunek 3; linie przerywane).
UWAGA: Krok ten ułatwi odsunięcie czaszki i będzie krytyczny dla pobrania opuszki węchowej, jeśli obszar ten jest przedmiotem zainteresowania.
- Unieruchamiając przednią część czaszki, użyj jednej strony pęsety z rowkowaniem, aby delikatnie unieść czaszkę od mózgu, a następnie przesunąć ją bocznie i brzusznie. Powtórz czynność wzdłuż linii środkowej w razie potrzeby, a następnie dla drugiej półkuli, aż cała powierzchnia mózgu zostanie odsłoniła.
- Za pomocą pęsety zakrzywionej lub drobnej szpatułki delikatnie unieś przednią stronę mózgu. Przetnij nerwy wzrokowe i czaszkowe, aby zakończyć usuwanie mózgu z czaszki.
- Dla każdej grupy warunkowej zbierz od pięciu do ośmiu mózgów myszy do schłodzonego szklanego homogenizatora Dounce zawierającego 14 mL Buforu A (Tabela 1).
3. Przygotowanie synaptosomów
UWAGA: Schematy tej procedury przedstawiono na Rysunku 4.

Rycina 4: Przygotowanie synaptosomów. Schemat kroku 3, generowania synaptosomów (P2'). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
- Homogenizować mózgi za pomocą szklanego homogenizatora Dounce, wykonując 12 cykli góra-dół przy 500 rpm (łącznie). Podczas każdego ruchu w dół należy zrobić krótką pauzę, aby zapewnić dokładną homogenizację tkanki. Homogenizację przeprowadzać najlepiej w łaźni lodowej, aby uniknąć nagrzania i denaturacji białek. Pobrać aliquoty 5 µL do oznaczenia stężenia białka metodą kwasu bicinchoninowego (BCA, patrz Tabela materiałów). Pobrać aliquoty 100 µL lizatu całego mózgu do analizy western blot (WB). W tym oraz we wszystkich kolejnych próbkach (Rysunek 2) pobrać dwa aliquoty do BCA i dwa aliquoty do WB. Wszystkie zebrane aliquoty zamrozić błyskawicznie w ciekłym azocie i przechowywać w temperaturze −80 °C.
- Wirować całkowity homogenizat mózgu w probówce wirówkowej o okrągłym dnie (14 mL) (patrz Tabela materiałów) przy 800 x g przez 10 min w temperaturze 4 °C, aby uzyskać nadsącz (S1). Przenieść S1 do nowej probówki wirówkowej, pozostawiając osad (P1), który zawiera nieuszkodzone komórki i jądra. Unikać pipetowania puszystego, białego, luźnego osadu powierzchniowego. Pobrać 2 x 5 µL S1 do BCA oraz 2 x 100 µL S1 do WB.
- Wirować S1 przy 9 000 x g przez 15 min w temperaturze 4 °C, aby uzyskać nadsącz synaptosomalny (S2) i surowy osad synaptosomów (P2). Pobrać 2 x 10 µL S2 do BCA oraz 2 x 500 µL S2 do WB. Po pobraniu aliquotów odrzucić nadsącz i przejść do następnego kroku z osadem.
- Resuspender P2 w 3 mL lodowatego Buforu A z inhibitorami proteaz i wirować przy 9 000 x g przez 15 min w temperaturze 4 °C, aby uzyskać nadsącz (S2') i przemyte synaptosomy (P2'). Odrzucić nadsącz i zachować osad.
- Resuspender P2' w 3 mL Buforu A. Unikać resuspensji ciemnoczerwonej części na dnie osadu, która zawiera głównie mitochondria. Pobrać 2 x 20 µL P2' do BCA oraz 2 x 100 µL P2' do WB.
UWAGA: Można to osiągnąć poprzez delikatne mieszanie pipetą krawędzi i powierzchni osadu w celu resuspensji białych przemytych synaptosomów, kierując końcówkę pipety z dala od czerwonego centrum osadu.
4. Liza hipotoniczna
UWAGA: Schematy tej procedury przedstawiono na Rysunku 5.

Rycina 5Liza hipotoniczna. Schemat kroku 4, lizy hipotonicznej synaptosomów w celu otrzymania nadsączu z lizy (LS1) i frakcji błon synaptosomalnych (LP1). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji.
- Aby przeprowadzić lizę hipotoniczną przemytych synaptosomów, do resuspenderowanej frakcji P2' (~27 mL) dodać 9 objętości schłodzonego Buforu B (Tabela 1). Homogenizować synaptosomy w szklanym homogenizatorze Dounce'a (trzykrotne ruchy góra-dół przy 500 obr./min).
- Przenieść próbki do zakręcanych stożkowych probówek wirówkowych o pojemności 50 mL. Inkubować je na rotatorze do probówek w chłodni w temperaturze 4 °C przez 15 min.
- Wirować lizowaną frakcję P2' z prędkością 25 000 x g przez 20 min w temperaturze 4 °C, aby otrzymać supernatant lizy (LS1) oraz osad z lizy zawierający błony synaptosomalne (LP1). Odobrać 2 x 50 µL LS1 do analizy BCA oraz 2 x 400 µL LS1 do analizy WB. Przenieść LS1 do zakręcanej probówki wirówkowej przeznaczonej do ultrawirowania (patrz Tabela materiałów).
5. Izolacja pęcherzyków synaptycznych
UWAGA: Schematy tej procedury przedstawiono na Rysunku 6.

Rysunek 6: Izolacja pęcherzyków synaptycznych i izolacja błony plazmatycznej synapsy. (A) Schemat kroku 5, izolacji frakcji cytozolu synaptycznego (LS2) i pęcherzyków synaptycznych (LP2), oraz (B) kroku 6, uzyskania frakcji mieliny (MF), błony plazmatycznej synapsy (SPM) i mitochondriów (Mito.) po ultrawirowaniu gradientów sacharozy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
- Odwirować LS1 w rotorze ultrawirówki o stałym kącie (patrz Tabela materiałów) przy 100,000 x g przez 60 min w temperaturze 4 °C, aby uzyskać supernatant cytozolu synaptycznego (LS2) oraz osad pęcherzyków synaptycznych (LP2). LP2 będzie mały, przezroczysty i silnie przylegający do ścianki probówki wirówkowej.
- Resuspender LP2 w 500 µL Buforu A. Używając igły 23 G i strzykawki 1 mL, poddać LP2 ścinaniu poprzez delikatną tryturację. Odprowadzić 2 x 10 µL LP2 do analizy BCA oraz 2 x 250 µL LP2 do analizy WB.
- Przenieść LS2 (~30 mL) do jednostek filtracyjnych do wirowania z progiem odcięcia 10 kDa (patrz Tabela materiałów).
UWAGA: Jeśli przedmiotem zainteresowania są białka mniejsze niż 10 kDa, dostępne są jednostki filtracyjne z progiem odcięcia 4 kDa, co jednak wydłuży czas wirowania.
- Skoncentrować LS2 do objętości około 0,5 mL poprzez wirowanie przy 5000 x g do 1 h w temperaturze 4 °C. Odprowadzić 2 x 10 µL skoncentrowanego LS2 do analizy BCA oraz 2 x 250 µL skoncentrowanego LS2 do analizy WB. Po rozpoczęciu wirowania przejść bezpośrednio do kroku 6.1.
6. Izolacja błony plazmatycznej synaps
- Resuspend LP1 (krok 4.3) w 1 mL Buforu B (Tabela 1). Odmień 2 x 10 µL LP1 do analizy BCA oraz 2 x 50 µL LP1 do WB. Doprowadź pozostałą część LP1 do objętości końcowej 7,5 mL i końcowego stężenia sacharozy 1,1 M za pomocą Buforu B i Buforu C (Tabela 1).
- Przenieś 7,5 mL resuspendowanego LP1 do probówki do ultrawirowania o pojemności 14 mL (patrz Tabela materiałów). Ostrożnie nałóż na LP1 3,75 mL Buforu D (Tabela 1), a następnie nałóż 1,25 mL Buforu A (lub większą objętość, aby wypełnić probówkę tuż poniżej krawędzi). Unikaj pipetowania po ściankach probówki, co mogłoby zaburzyć granice gradientu sacharozy. Po nałożeniu każdej frakcji sacharozy zaznacz górną granicę roztworu pisakiem. Zrównoważ probówki do ultrawirowania wagowo, a nie objętościowo, dodając Bufor A kroplami, aż do uzyskania dokładności 10 mg. Wirować przy 48 000 x g przez 2,5 h w temperaturze 4 °C w rotorze z koszyczkami kątowo-ruchomymi (patrz Tabela materiałów).
- Wykonaj zdjęcia nienaruszonych gradientów po ultrawirowaniu, aby udokumentować wyraźność poszczególnych granic sacharozy oraz powodzenie frakcjonowania.
- Ostrożnie usuń wierzchnią warstwę sacharozy 320 mM (Bufor A). Pobierz frakcję mieliny (MF) z granicy sacharozy 320 mM/855 mM w objętości 800 µL. Pobierz frakcję błony plazmatycznej synaptycznej (SPM) z granicy sacharozy 855 mM/1,1 M w objętości 1 000 µL. Każdą frakcję pobieraj pipetą od ścianki probówki ruchem okrężnym, aby zapewnić całkowite zebranie frakcji. Ostrożnie odessaj pozostałą sacharozę i odzyskaj osad mitochondrialny (Mito.), resuspendując go w 200 µL Buforu B. Odmień 2 x 100 µL MF do BCA oraz 2 x 10 µL Mito. do BCA; pozostałą część próbek MF i Mito. podziel na pół do WB.
- Rozcieńcz frakcję SPM dwiema objętościami Buforu B (~2 mL), a następnie wiruj w rotorze stałokątnym w probówce wirówkowej 3,5 mL (patrz Tabela materiałów) przy 25 000 x g przez 20 min w temperaturze 4 °C. Odlej nadsącz i resuspenduj osad SPM w Buforze A do objętości końcowej 250 µL. Odmień 2 x 5 µL SPM do BCA i podziel pozostały SPM na pół do WB.
- Wykonaj test BCA, aby określić stężenie białka w każdej próbce, uwzględniając zmienną objętość alikwotów.
UWAGA: Do analizy WB sugerowane robocze stężenie białka dla wszystkich frakcji subkomórkowych wynosi 2 µg/µL (lub najwyższe możliwe do uzyskania dla LS1 i MF).