Endocitose da vesícula sináptica é detectada pela microscopia de luz de pHluorin fundido com proteínas de vesículas sinápticas e por microscopia eletrônica de absorção da vesícula.
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Artigo de método
Endocitose da vesícula sináptica é detectada pela microscopia de luz de pHluorin fundido com proteínas de vesículas sinápticas e por microscopia eletrônica de absorção da vesícula.
Durante a endocitose, fundidas vesículas sinápticas são recuperadas em terminais nervosos, permitindo a reciclagem de vesículas e, portanto, a manutenção da transmissão sináptica durante o disparo repetitivo do nervo. Endocitose prejudicada em condições patológicas leva a diminuições em funções sinápticas de força e cérebro. Aqui, descrevemos os métodos utilizados para medir a endocitose da vesícula sináptica na sinapse hippocampal mamífera na cultura neuronal. Temos monitorado endocitose de proteínas de vesícula sináptica pela fusão de uma proteína de membrana vesicular sináptica, incluindo Sinaptofisina e VAMP2/synaptobrevin da, o lado lumenal vesicular, com pHluorin, uma proteína fluorescente verde sensíveis ao pH que aumenta sua intensidade de fluorescência como o pH aumenta. Durante a exocitose, pH do lúmen vesicular aumenta, Considerando que durante o lúmen vesicular endocitose pH é re-acidificado. Assim, um aumento da intensidade de fluorescência pHluorin indica fusão, enquanto uma diminuição indica endocitose da proteína rotulados vesícula sináptica. Além de usar o pHluorin método de imagem para gravar endocitose, temos monitorado endocitose da membrana vesicular por microscopia de elétron (EM) medições de absorção de Horseradish peroxidase (HRP) por vesículas. Finalmente, temos monitorado a formação dos poços de membrana terminal do nervo em vários momentos após a despolarização induzida por potássio alto. O tempo de curso de formação de poço de captação e membrana HRP indica o tempo de curso de endocitose.
Os neurotransmissores são armazenados em vesículas sinápticas e liberados por exocitose. A membrana da vesícula sináptica e a proteína são então internalizadas por endocitose e reutilizadas na próxima rodada de exocitose. Endocitose das vesículas sinápticas é importante para a manutenção de piscinas de vesícula sináptica e remove salientes vesículas de membrana plasmática. O pHluorin sensíveis ao pH proteína verde fluorescente, que é saciada em circunstâncias ácidas e dequenched em pH neutro, tem sido usado para medir tempo de endocitose cursos em vivem células1,2,3. A proteína de pHluorin normalmente é unida ao lado lumenal das proteínas de vesículas sinápticas, tais como Sinaptofisina ou VAMP2/synaptobrevin da. No resto, pHluorin é extinguido no lúmen 5.5 pH das vesículas sinápticas. Fusão de vesículas para a membrana plasmática apresenta o lúmen vesicular à solução extracelular onde o pH é ~ 7.3, resultando em um aumento na fluorescência do pHluorin. Após a exocitose, decompõe-se o aumento da fluorescência, devido a endocitose das proteínas de vesículas sinápticas seguido por re-acidificação de vesículas dentro dessas vesículas recuperadas. Embora a decadência reflete tanto a endocitose e a re-acidificação vesicular, principalmente reflete endocitose, porque re-acidificação é mais rápido que endocitose na maioria das condições1,4. A constante de tempo de re-acidificação é 3-4 s ou menos5,6, que é geralmente mais rápido que o 10 s ou mais necessários para vesículas endocitose4,5. Se experimentos são necessários para distinguir a endocitose de re-acidificação, ácidos resfriamento experimentos usando a solução de (MES) ácido 4-Morpholineethanesulfonic (25 mM) com um pH de 5,5 podem ser usados para determinar se as proteínas de vesículas sinápticas são recuperadas da membrana plasmática através de endocitose1,3,4. Assim, o aumento de intensidade de fluorescência pHluorin reflete um equilíbrio de exo e endocitose, e a diminuição após a estimulação do nervo especificamente reflete endocitose.
pHluorin imagem pode ser usada não apenas para medir o tempo de curso de endocitose, mas também o tamanho da vesícula sináptica piscinas7,8, e9de lançamento a probabilidade de lançamento evocado e espontânea. Muitos fatores e proteínas envolvidas na regulação da endocitose, tais como cálcio, solúvel NSF-acessório da proteína do receptor (SNARE) proteínas, neurotrófico derivado do cérebro factor(BDNF) e calcineurina foram identificadas usando pHluorin de imagens1 , 2 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. Além disso, a liberação do neurotransmissor pode ser detectada nos neurônios não apenas primários, mas em células de neuroblastoma com TIRFM17. Recentemente, pHTomato, dsRed, mOrange e variantes de pHluorin foram desenvolvidos para o monitoramento de gravações simultâneas de vários fatores em uma única sinapse18,19. Por exemplo, pHTomato tem sido fundido com Sinaptofisina e usado com um indicador de cálcio geneticamente codificado (GCaMP5K) para monitorar fusão de vesícula pré-sináptica e Ca2 + influxo no compartimento pós-sináptica20. Portanto, pHluorin ligado a proteínas sinápticas fornece um método útil para analisar a relação entre endocitose e exocitose.
É outro método comumente usado para estudar a endocitose, devido a alta resolução espacial que mostra as alterações ultra-estruturais durante a endocitose. Duas áreas gerais são a capacidade de visualizar as alterações patológicas dentro de células neuronais21 e faixa de proteínas de vesícula22. Em particular, a observação da absorção da vesícula sináptica, curvatura de membrana revestida por Clatrina na zona de periactive, e CDDP estruturas são possíveis com EM3,23,24,25 ,26,,27,28. Enquanto EM envolve artefatos potenciais, tais como malformações induzidas pelo fixador, que pode afetar a endocitose e análise de dados é de trabalho intensivo, que a resolução prevê uma oportunidade atraente para visualizar a estrutura celular. Potenciais problemas de fixador e a limitação em resolução temporal EM podem ser superados por alta pressão, congelamento, fornecendo um método rápido e não-químicas de estabilizar as delicadas estruturas presentes durante a endocitose27.
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Nota: O seguinte protocolo descreve os métodos de imagem pHluorin e métodos EM neurônios hippocampal culta. pHluorin monitores vesícula sináptica proteína absorção em células vivas e EM detecta a absorção da vesícula sináptica e as alterações ultra-estruturais.
cuidados com animais e procedimento seguiu as diretrizes do NIH e foram aprovados pelo Comitê de uso e cuidados do Animal NIH.
1. pHluorin Imaging
2. Microscopia eletrônica de
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Usando o método de transportadora de lipídios, SpH foi expressa em neurônios hippocampal, permitindo a identificação de boutons (Figura 1a). Estimulação elétrica das células induzidas por exocitose e um correspondente aumento na intensidade de fluorescência. O aumento na fluorescência (ΔF) foi interrompido por encerrar o estímulo (Figura 1b). O aumento da fluorescência foi seguido por uma diminuição lenta, devido a endocitose. No...
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Aqui demonstramos dois métodos para monitorar a endocitose da vesícula sináptica. O primeiro método, temos monitorado pHluorin fundiu-se com uma proteína de vesícula sináptica nos neurônios transfectadas e posteriormente eletricamente estimulado. Em segundo lugar, usamos EM imagem latente de captação HRP como induzida por KCl. Usamos diferentes estímulos por duas razões. Primeiro, aplicação elevada de potássio induz a despolarização dos neurônios todos na cultura. Isso facilita o exame EM, dado que a nossa metodologia EM...
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Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecemos o Dr. Yong-Ling Zhu por prevê construção Sinaptofisina-pHluorin2x e Dr. James E. Rothman fornecendo VAMP2-phluorin. Agradecemos o Dr. Susan Cheng e Virginia Crocker da facilidade de microscopia eletrônica de NINDS pelo apoio técnico e ajuda. Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Disorders Neurological e curso Intramural Research Program nos EUA e uma bolsa da KRIBB iniciativa programa de pesquisa (Korean biomédica cientista Fellowship Program), Instituto de pesquisa da Coreia do Biociências e biotecnologia, República da Coreia.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Lipofectamina LTX com Plus | Thermo Fisher | 15338-100 | Transfecção de DNA plasmidial incluindo sinaptofisina ou VAMP2-pHluorin |
| meio neurobasal | Thermo Fisher | 21103-049 | Meio de crescimento para neurônio, Aqueça até 37° C antes do uso |
| B27 | Thermo Fisher | 17504-044 | Gradiente para diferenciação neuronal |
| Glutamax | Thermo Fisher | 35050-061 | Gradiente para cultura neuronal |
| lamínula revestida com poli-D-lisina | Neuvitro | GG-25-pdl | Substrato para crescimento neuronal e imagem de pHluorina |
| Tripsina XI do pâncreas bovino | Sigma | T1005 | Neuronal tecidos hipocampais digeridos por cultura |
| Desoxirribonuclease I do pâncreas bovino | Sigma | D5025 | suspensão de células viscosas |
| inibição | A-M modelo | 2100 | Aplicar estimulação elétrica |
| Banho com fenda com estimulação de campo | Warner Instruments | RC-21BRFS | |
| de isolamento de estímulo de estimulação elétricaWarner Instruments | SIU102 | Aplique | |
| lubrificante | Dow corning | 111 | pHluorin imaging-seal com lamínula e câmara de imagem, evite vazamento da câmara |
| AP5 | Tocris | 3693 | Gradiente para solução salina normal, antagonista seletivo do receptor NMDA, inibe a atividade pós-sináptica que tem potencial para atividade recorrente |
| CNQX | Tocris | 190 | Gradiente para solução salina normal, antagonista competitivo do receptor AMPA/cainato, inibe a atividade pós-sináptica que tem potencial para atividade recorrente |
| Iluminador | Nikon | C-HGFI | Fonte de luz de iodetos metálicos para câmera pHluorin |
| EMCCD | Andor | iXon3 | imagens de pHluorin, detecção de intensidade de fluorescência pHluorin |
| Microscopia invertida | Nikon | Ti-E | Imagiologia para sinaptofisina ou células transfectadas com pHluorina VAMP2 |
| NIS-Elements AR | Nikon | NIS-Elements Software de pesquisa avançada | para aquisição e análise de imagens |
| Igor Pro | WaveMetrics | Igor pro | Software para análise de imagens e apresentação de dados |
| câmara de imagem | Warner Instruments | RC21B | pHluorin imaging, aplicar estimulação de campo em células vivas |
| poli-l-lisina | Sigma | P4832 | Microscopia eletrônica, substrato para crescimento neuronal, aplicar em placa multipoços por 1 h à temperatura ambiente e depois lavar com água esterilizada 3 vezes |
| Peroxidase de rábano (HRP) | Sigma | P6782 | Microscopia eletrônica, marcação de vesículas sinápticas endocitadas catalisando DAB na presença de peróxido de hidrogênio, concentração final é de 5 mg / mL em solução salina normal, fazer fresco antes do uso |
| Cacodilato | de NaMicroscopia eletrônica Sciences | 12300 | Microscopia eletrônica, tampão para fixadores e lavagem, concentração final é 0,1 N |
| 3,3′-Diaminobenzidina(DAB) | Sigma | D8001 | Microscopia eletrônica, marcação de vesículas sinápticas endocitadas, substrato para HRP, concentração final é de 0,5 mg/mL em DDW e filtrada, fazer fresco antes |
| do uso Solução de peróxido de hidrogênio | Sigma | H1009 | Microscopia eletrônica, marcação de vesículas sinápticas endocitadas induzindo a reação HRP-DAB, a concentração final é de 0,3% em DDW, faça fresco antes |
| de usar glutaraldeído | Microscopia Eletrônica Ciências | 16365 | Microscopia eletrônica, fixadores, concentração final é de 4% em tampão Na-cacodilato, faça fresco antes de usar, agite bem antes de usar |
| TEM | JEOL | 200CX | Microscopia eletrônica, imagem de vesículas endocitadas e alterações ultraestruturais |
| Câmera digital CCD | AMT | XR-100 | Microscopia eletrônica, captura de imagens |
| Citrato de chumbo | Leica microssistemas | 16707235 | Microscopia eletrônica, coloração de grade |
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