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Artigo de método

Isolamento de CA1 Nucleares frações enriquecidas de fatias do hipocampo para o Estudo de dependentes de Atividade Nuclear Importação de Mensageiro Proteínas Synapto nucleares

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DOI:

10.3791/51310

10 de agosto de 2014

Neste artigo

Resumo

Nós fornecer um protocolo detalhado para a indução de potenciação de longo prazo na região CA1 do hipocampo e o subsequente isolamento de fracções enriquecidas nucleares da área tetanized da fatia. Esta abordagem pode ser utilizada para determinar a actividade da importação nuclear de proteína dependente em modelos celulares de aprendizagem e memória.

Resumo

Estudar expressão atividade da proteína dependente, translocação subcelular, ou fosforilação é essencial para compreender os mecanismos celulares subjacentes à plasticidade sináptica. A potenciação de longa duração (LTP) e depressão a longo prazo (LTD) induzida em fatias de hipocampo agudas são amplamente aceites como modelos celulares de aprendizagem e memória. Existem inúmeros estudos que utilizam abordagens de imagiologia celular ou imunohistoquímica ao vivo para visualizar a atividade dinâmica de proteínas dependentes. No entanto, estes métodos dependem da adequação de anticorpos para imunocitoquímica ou superexpressão de proteínas marcadas com fluorescência em neurônios individuais. Immunoblotting de proteínas é um método alternativo que oferece confirmação independente dos resultados. O primeiro factor limitativo na preparação de fracções subcelulares de fatias de hipocampo tetanized individuais é a baixa quantidade de material. Em segundo lugar, o procedimento de tratamento é fundamental, porque manipulações muito curtos e menores de lumprir fatias pode induzir a ativação de algumas cascatas de sinalização. Aqui, descrevemos um processo de produção optimizado, a fim de obter uma quantidade suficiente de uma fracção enriquecida nuclear de pureza suficiente da região CA1 do hipocampo agudas fatias de cérebro de rato. Como um exemplo representativo, mostra-se que a ERK1 / 2 forma fosforilada da proteína mensageira synapto nuclear Jacob activamente transloca para o núcleo mediante indução da LTP e pode ser detectada numa fracção enriquecida nuclear de neurónios CA1.

Introdução

Synaptic N-metil-D-aspartato-receptores (NMDAR) desempenham um papel crucial na plasticidade sináptica e a sobrevivência das células de sinalização enquanto a activação de NMDAR extrasynaptic pode provocar neurodegeneração e morte celular. Essas mudanças dependem de expressão rigidamente controlado gene dependente / atividade regulamentada e, portanto, requerem uma comunicação constante entre sinapses ativadas ou dendritos e do núcleo 7. O MAP-quinases ERK1 / 2 são efectores a jusante de sinalização de NMDAR sinápticas e são envolvidos na expressão de genes induzidos por NMDAR-activação, enquanto que a sinalização através de NMDAR extrasynaptic não tem ou tem um efeito inibidor sobre a ERK1 / 2 atividade 8,11.

Há um número de proteínas que têm sido mostrados para transporte entre dendritos distais e do núcleo. Muitas destas proteínas conter um sinal de localização nuclear e são activamente transportados ao longo de microtúbulos em uma maneira dependente da dineína e-importin 6,9 para o núcleo. Interestingly, alguns destes mensageiros trânsito apenas para o núcleo, em resposta a estímulos específicos sinápticos. Por exemplo, o transporte retrógrado de elemento de resposta cíclica AMP ligação às proteínas 2 (CREB2) é induzida por LTD química, mas não LTP 12. Localizada estimulação sináptica dependente de NMDAR impulsiona coactivador de transcrição regulada de CREB (CRTC1) para o núcleo, um processo de translocação, que está envolvida na plasticidade do hipocampo a longo prazo 4. Foi demonstrado recentemente que o mensageiro proteína Jacob transloca para o núcleo após tanto, a activação sináptica e extrasynaptic NMDAR e regula CREB gene dependente de transcrição 5. A origem sináptica ou extrasynaptic do sinal é codificado em uma modificação pós-tradução de Jacob. Actividade sináptica induz ERK1 / 2 dependente da fosforilação de serina-Jacob numa cruciais na posição 180 (pJacobS 180), que é um requisito necessário para a subsequente translocação para o núcleo, em cultura primária do hipocampo. Além disso, in neurônios CA1 de fatias de hipocampo agudas pJacobS 180 transloca para o núcleo após Schaffer garantia LTP mas não LTD 1,10. PS180 Jacob leva a um aumento da expressão de genes relacionados com a plasticidade e a expressão do gene realimenta a função sináptica. Em nítido contraste, Jacob que transloca para o núcleo após a ativação NMDAR extrasynaptic não é fosforilada na Ser180 e pode estar associada a diferentes complexos proteína no núcleo causando 'CREB desligado' e uma retração de contatos sinápticos 10.

A maioria dos estudos publicados sobre a importação nuclear de synapto-nuclear mensageiro proteína ter sido feito em culturas primárias de neurônios dissociados. Por isso, seria interessante ver se esses resultados podem ser reproduzidos em fisiologicamente mais relevante condições usando fatias de hipocampo onde a conectividade e função neuronal são muito mais bem preservado. Aqui apresentamos um protocolo otimizado para avaliação LTP-dependent translocação nuclear de mensageiros proteicos por imunotransferência. Este método também é adequado para a análise da actividade de fosforilação de proteínas dependentes de uma fracção nuclear em bruto. Especificamente, o protocolo atual envolve a preparação de fatias aguda CA1 do hipocampo, indução e gravação de LTP. Em seguida, a região CA1 é microscopicamente dissecados para isolar a região estimulada. Nós combinamos e modificou o protocolo para o isolamento nuclear fornecido pela CellLytic nuclear Extraction Kit com alterações introduzidas pela Zhao e seus colegas 17. O procedimento optimizado inclui a lise das regiões CA1 dissecados em tampão hipotónico permitindo inchaço celular e a libertação de núcleos. A lise celular e morfologia de núcleos pode ser determinado por exame microscópico. Enriquecimento nuclear é conseguida por um passo de centrifugação curta. Immunoblotting análise com anticorpos contra NeuN e NSE2, marcadores específicos de fracções nucleares ou citosólicas, indica que esta abordagem pode ser usada como um rápidoe protocolo reprodutível para isolar essas frações subcelulares e estudar modificações pós-tradução muito instáveis, como a fosforilação de proteínas. Além disso, este método é vantajoso para pequenas amostras de tecido derivadas de regiões CA1 dissecados de fatias do hipocampo e pode ser usado em combinação com imuno-histoquímica de fatias do hipocampo.

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Protocolo

1 Preparação de Agudo fatias do hipocampo de ratos adultos Cérebro

  1. Anestesiar ratos com isoflurano. ATENÇÃO: Execute o procedimento usando um exsicador fechado, não inalar o isoflurano. Certifique-se de que o animal está completamente anestesiado.
  2. Decapitar os ratos, isolar rapidamente o cérebro, e mergulhá-lo num precarbonated (95% de O2 / 5% 2 mistura de gás de CO) gelada solução de Gey (composição em mM: 130 de NaCl, 4,9 de KCl, 1,5 de CaCl 2 2H 2 O , 0,3 MgSO 4 2H 2 O, 11 de MgCl2 · 6H 2 O, 0,23 KH 2 PO 4, 0,8 de Na 2 HPO 4 · 7H 2 O, 5 de glucose-H2O, 25 HEPES, 22 de NaHCO3, pH 7,32) durante 30 min 1,2,10,16.
  3. Remover o cerebelo e parte do córtex entorrinal. Separe os hemisférios corticais com um corte médio-sagital, em seguida, coloque cada hemisfério para baixo em sua superfície medial. A partir de então fazerum corte de 50-70 ° (50-70 ° transversal) ao longo da superfície dorsal de cada hemisfério 13,14.
  4. Cole cada hemisfério com a superfície recém-cortada na plataforma de corte do sistema de corte. A plataforma deve ser coberto por solução precarbogenated de Gey gelada.
  5. Cortar 350um 50-70 ° fatias transversais de anterior para posterior lateral usando um vibratome ajustado para minimizar a oscilação do eixo z. A formação do hipocampo, córtex entorrinal e subicular, bem como os córtices que estão localizados no hipocampo dorsolateral fará parte das fatias utilizados para experiências 13,14.
  6. Transferir as fatias de hipocampo de uma forma de U e submerso tipo incubadora e incubar durante pelo menos 2 horas a 32 ° C com carbogenated fluido cerebroespinal artificial (ACSF contendo em mM: 110 de NaCl, 2,5 de KCl, 2,5 de CaCl2 2H 2 O, 1,5 MgSO 4 2H 2 O, 1,24 KH 2 PO 4, 10 Glicose · H 2S, 27,4 NaHCO3, pH 7,3) 1,2,10,16.

2. posicionamento dos eletrodos, Base de gravação, e indução de LTP

  1. Transferir a fatia de hipocampo de uma câmara de registo tipo submerso montado sob um microscópio. Perfundir (6-7 ml / min) com ACSF carbogenated durante pelo menos 30 min a 32 ° C.
  2. Prepare microeletrodos capilares de vidro cheios de ACSF (resistência de ponta é de 3-5 mohms).
  3. Coloque um microeléctrodos de vidro cheios com ACSF nas fibras Schaffer-CA1 colaterais para a estimulação e na radiatum CA1 estrato fEPSP gravação 1,2,10 (Figura 2). A distância entre os eléctrodos deve ser de cerca de 300 um.
  4. Potenciais campo excitatórios pós-sinápticos (fEPSPs) evocar por estimulação das fibras Schaffer-colaterais com impulsos de corrente bifásica rectangulares (200 ms / polaridade) em uma gama de 3-4 V.
  5. Realizar o teste máximo de estimulação através da medição do INPrelação ut-saída e definir a força de estimulação, como 40% dos valores máximos fEPSP-inclinação obtidos e mantê-la constante durante todo o experimento.
  6. Comece a gravação da linha de base durante pelo menos 15 minutos após o teste de estimulação máxima. Medem-se as respostas a estímulos testar cada minuto durante todo o experimento. Realize gravações iniciais com estimulação de baixa freqüência.
  7. Gravar a linha de base durante pelo menos 30 min.
  8. Para indução Late-LTP aplicar de alta freqüência de 100 Hz tetanização que consiste em três trens de estímulo 1 seg a 100 Hz com um intervalo de 5 min intertrain. Para aumentar o campo de estimulação dentro região CA1 5 uM bicuculina pode ser lavada em 2 min antes de tetanização e deve ser lavada imediatamente após a última tetanização.

3 Coleção de fatias após a indução da LTP e snap Congelamento

  1. Parar LTP gravação 2 min ou 30 min depois de três trens de estimulação tetânica induzindo Late-LTP.
  2. Retirar os eléctrodos e rapidamente transferir a fatia em uma plataforma metálica precold colocada em gelo seco. Repita o procedimento para uma fatia de controle mantidos em incubadora em forma de U. CUIDADO: Use luvas ao trabalhar com gelo seco.
  3. Recolhe cada fatia num tubo de 1,5 ml e armazenar a -80 ° C.

4 Isolamento de fracções nucleares enriquecidos a partir da região CA1 do hipocampo

  1. Tome 1,5 ml Eppendorf tubos com as fatias congeladas entre -80 ° C e mantê-los no gelo.
  2. Adicionar 0,5 ml de tampão contendo a protease fresca fria TBS (PI) e inibidores de fosfatase (PS), para dentro do tubo. Incubar por 2-3 min e transferir para um microscópio estereoscópico. CUIDADO: Use luvas de proteção e um jaleco, enquanto trabalhava com PI e PS.
  3. Dissecar região pyramidale CA1 do hipocampo estrato usando duas agulhas. Use uma agulha para a realização da fatia, ao microscópio estereoscópico ea segunda agulha para cortar a área de CA1.
  4. Recolher o CA dissecadaUma região de 5 fatias (para cada grupo) para um novo tubo de 1,5 ml contendo 50 ul de tampão de lise (1x tampão de lise hipotónico contendo em mM: 10 HEPES, 1,5 de MgCl2, 10 KCl, pH 7,9, com IP e PS). Note-se que esta quantidade de material vai ser suficiente para executar 2-3 immunoblots.
  5. Homogeneizar o tecido coletado por pipetagem up cuidadoso e para baixo. Usar uma pipeta de 200 uL. Incubar o ligado em gelo durante 5-7 minutos para permitir que as células inchar.
  6. Tome 2 mL do lisado, cair sobre uma lâmina de microscópio, e visualizar o inchaço das células em um microscópio de campo claro. Com inchaço adequada das células dos núcleos aparecem como rodada estruturas intactas.
  7. Recolha 20 ul de amostra para um novo tubo de 1,5 mL como "fracção de homogenato. Adicionar 8 mL de tampão de desnaturação da amostra 4x SDS.
  8. Centrifugar os lisados ​​restantes em 11.000 rpm durante 1 min.
  9. Recolher cuidadosamente o sobrenadante a partir do topo ('fracção citosólica'), transfer para um novo tubo e adicionar 20 ul de tampão de amostra 4x.
  10. Ressuspender o sedimento em 60 mL de tampão hipotónico e adicionar 20 ul de tampão de amostra 4x. Esta fracção é referido como uma "fracção enriquecida nuclear".
  11. Homogeneizado, citosólica, e fracções enriquecidas nucleares podem ser armazenadas a -20 ° C ou -80 ° C para posterior immunoblotting.

5. Immunoblotting semiquantitativa de proteínas nucleares Synapto

  1. Descongelar as amostras e ferve-las durante 5 min a 95 ° C.
  2. Tirar 5 ul de cada fracção e determinar a concentração de proteína pelo teste de amido preto ou o teste de BCA.
  3. Carga igual quantidade de amostras de proteína a partir de homogeneizado, fracções enriquecidas citoplasmáticos e nucleares em SDS-PAGE. As amostras de controle e fatias LTP deve ser colocado no mesmo gel para comparação direta.
  4. Executar um procedimento de western-blot padrão (transferência molhado é recomendado).
  5. Sondar as membranas com tque o anticorpo de escolha. Posteriormente as mesmas manchas (ou mesmas amostras são executados em paralelo) pode ser sondado com uma citoplasmática marcador - enolase2 neurônio específico (NSE2) e marcador nuclear - NeuN e um anticorpo actina como controle de carga.

Análise de Dados 6.

  1. A eficiência de indução da LTP pode ser analisada pelo software Clampfit. A inclinação média de gravações de base foi comparado com as pistas após tetanização usando two-way ANOVA, p <0,05 foi considerado significativamente diferente. Os valores de declive fEPSP foram representados em diagramas como a média ± SEM
  2. Para a quantificação de immunoblots, digitalizar o filme de auto-radiografia e analisar a densidade integrada de bandas de proteínas por ImageJ ou bandas de fluorescência com um sistema de Licor. Valores de bandas imunorreactivas deve ser normalizada para o controle de carregamento e absorvente. Para a comparação dos grupos controle e LTP um nonparametrical Mann-Whitney U-teste pode ser usado.
Nome do buffer Reagente Concentração (mM) Valor Comentários / Descrição
Solução de Gey (pH: 7,3 ~ 7,4) NaCl 130 7,6 g filtração estéril
1000 ml KCl 4.9 0,37 g
CaCl 2 2H 2 O 1.5 0,22 g
MgSO 4 2H 2 O 0,3 0,0739 g
MgCl2 · 6H 2 O 11 2,24 g
KH 2 PO 4 0,23 0,0313 g
Na 2 HPO 4 · 7H 2 O 0,8 0,2145 g
Glicose · H2O 5 0,9909 g
HEPES 25 5,96 g
NaHCO3 22 1,85 g
ACSF (pH: 7,3 ~ 7,4) NaCl 110 6,428 g filtração estéril
1000 ml KCl 2,5 0,1865 g
CaCl 2 2H 2 O 2,5 0,368 g
MgSO 4 2H 2 O 1.5 0.370 g
KH 2 PO 4 1,24 0,169 g
Glicose · H2O 10 1,9817 g
NaHCO3 27.4 2,3 g
1x tampão hipotónico (pH: 7.9) HEPES 10 0,23 g
100 ml MgCl2 · 6H 2 O 1.5 0,0304 g
KCl 10 0,07455 g

Tabela 1 Os tampões.

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Resultados

Nós já anteriormente demonstrado que a proteína mensageira synapto nuclear Jacob acumula no núcleo após a indução da LTP, mas não LTD 1. Além disso, a translocação de Jacob após estimulação sináptica requer a activação de MAPK ERK1 / 2 e a fosforilação de Jacob em Ser180 (Figura 1). Fosforilada Jacob transloca para o núcleo de uma forma dependente da importin e o estado fosforilado pode ser conservada durante períodos de tempo prolongados, por associação com o filamento intermediário αinterne...

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Discussão

Os passos descritos no protocolo acima fornecer orientações como preparar hipocampo aguda fatias de ratos jovens ou adultos, induzir e registro LTP, dissecar rapidamente área estimulada de fatia, e preparar fração enriquecida nuclear para estudar a atividade dinâmica de proteínas dependentes. Esta abordagem resulta da combinação de vários métodos diferentes utilizados independentemente um do outro. Nós otimizamos um fluxo de trabalho e fornecer detalhes suficientes para o iniciante a criar as suas próprias experiências ...

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Este trabalho foi financiado pela DFG (SFB 779 TPB8, Kr1879/3-1 MRK), bolsa DIP (MRK), EU FP7 MC-ITN NPlast (MRK), Centro de Ciências Comportamentais do Cérebro (CBBS, Sahsen-Anhalt), (AK e SB), MM é um beneficiário da Bolsa de Longo Prazo da Organização Europeia de Biologia Molecular (EMBO) (EMBO ALTF 884-2011) e Marie-Curie IEF.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Equipment
CED 1401 AD/DA converterCambridge Electronics Design, UK
a href="http://www.iciba.com/stereomicroscope">StereomicroscopeLeica S4E, Alemanha
VibrotomeLeica VT1000S, Alemanha
Estimulador de pulso isoladoA-M Sistemas, EUAModelo 2100
CentrífugaThermo Scientific
Sistema SDS-PAGEBiorad
CoolerJulabo
Microscópio de campo brilhanteNikon Eclipse TS100
Incubadora de cultura de célulasThermo Electron Corporation
MicromanipuladorLuigs & Neumann, SM-5, Alemanha
Câmara de mancha e fornecedor de energia elétricaHoefer Scientific Instruments, San Francisco, CA
Câmara de gravação do tipo submersoem
forma de U feito sob medida e incubadora do tipo submerso Tesoura cirúrgica pequena feita sob medida
Bisturi
Espátula
de plástico Pasteur Prato
Seringa
de Bunsen
Reagents
NaClRothArt.-Nr.3957.1≥ 99,5%, p.a., ACS, ISO
KClRothArt.-Nr.6781.1≥ 99,5%, a.a., ACS, ISO
CaCl2· 2H2OMerck1.02382.0500pro análise
MgSO4· 2H2OMerck5886.05pro análise
MgCl2· 6H2OAplicaçãoCAS-NO: 7791-18-6; EC-NO: 2320946para biologia molecular
KH2< / sub>PO4< / sub>Merck12034.025para biologia molecular
Na2< / sub>HPO4< / sub>· 2H2OMerck1.06574.1000extra pure
Glucose· H2ORothArt.-Nr.6887.1para biologia molecular
HEPESRothArt.-Nr.9105.4PUFFERAN, ≥ 99,5%, a.a.
NaHCO3Merck1.06329.1000pro análise
Coquetel de inibidores de proteaseRoche
PhosphostopRoche
BicucullineTocris Bioscience
IsofluranoBaxter
Anticorpos
Anticorpos primáriosNúmero de catálogo daempresaEspécie
pJac-s180Biogenescoelho (diluído 1:100)
NeuNMiliporeMAB377camundongo (diluído 1:1.000)
NSECell SignalingD20H2coelho (diluído 1:1.000)
Beta-actinaSigmaA-5441camundongo (diluído 1:5.000)
Anticorpos secundáriosNúmero de catálogoda empresa
Espécie IgG HRP conjugadoDAKOcabra anti-rato (1:5,000)
IgG HRP conjugadoNEBcabra anti-coelho (1:5,000)
<finaPipeta de cultura de plástico 

Referências

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Reimpressões e permissões

Etiquetas

Fra o Nuclear EnriquecidaRegi o CA1Indu o de LTPAn lise por Western BlotProte na Sinapto nuclearDetec o de Jacob FosforiladoTamp o de Lise Hipot nicoDisseca o de TecidoTransloca o Proteica