RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Мы описываем протокол для визуализации экзоцитоз инсулина в нетронутыми островами с помощью pHluorin, рН чувствительных Зеленый флуоресцирующий белок. Изолированные островки заражены аденовирус кодирования pHluorin, в сочетании с везикул грузов нейропептида Y. Это позволяет для обнаружения инсулина гранул фьюжн событий confocal микроскопии.
Секреции инсулина играет центральную роль в гомеостаз глюкозы при нормальных физиологических условиях, а также болезни. Нынешние подходы для изучения инсулина гранул экзоцитоз, либо использовать электрофизиологии или микроскопия, в сочетании с выражением флуоресцентные репортеры. Однако большинство из этих методов были оптимизированы для клоновых клеточных линий или требовать отделения панкреатических островков. В отличие от этого метод, представленные здесь позволяет для визуализации реального времени экзоцитоз гранул инсулина в нетронутыми панкреатических островков. В этом протоколе мы сначала описать вирусной инфекции изолированы панкреатических островков с аденовирус, который кодирует рН чувствительных Зеленый флуоресцентный белок (КГВ), pHluorin, в сочетании с нейропептида Y (NPY). Во-вторых мы описываем, конфокальная изображений из островков пять дней после вирусной инфекции и как контролировать гранул секреция инсулина. Кратко зараженных островков размещаются на coverslip на тепловизионные камеры и образы под вертикальное сканирование лазерного конфокального микроскопа при будучи постоянно увлажненную с внеклеточного раствор, содержащий различные стимулы. Конфокальный изображения, охватывающих 50 мкм островок приобретаются как покадровой записи с помощью быстро резонансный сканер. Синтез инсулина гранул с плазматической мембраны может следовать со временем. Эта процедура также позволяет для тестирования аккумулятора раздражителей в одном эксперименте, совместим с мыши и человеческих островках и могут быть объединены с различные красители для функциональных изображений (например, мембранный потенциал или цитозольной кальция красители).
Инсулин вырабатывается бета-клетки поджелудочной островок и это ключевым регулятором метаболизма глюкозы1. Смерть или дисфункции бета-клеток нарушает гомеостаз глюкозы и приводит к диабета2. Инсулин, Упакованные в плотной ядра гранул, которые выпускаются в Ca2 +-3зависимым образом. Разъяснение, как регулируется экзоцитоз гранул инсулина необходимо полностью понять, что определяет секреции инсулина и открывает новые возможности для определения новых терапевтических целей для лечения диабета.
Инсулин экзоцитоз широко изучен, с помощью электрофизиологических подходы, такие как измерения емкости мембраны и микроскопических подходов в сочетании с флуоресцентных молекул. Измерения емкости мембраны имеют хорошие временное разрешение и позволяют одну ячейку записи. Однако изменения в емкость отражают чистое изменение поверхности клетки и не захватывать события отдельных фьюжн или отличить инсулина гранул фьюжн от других инсулиннезависимым секреторные пузырьки3. Микроскопический подходы, такие как два фотона или полного внутреннего отражения микроскопии флуоресцирования (TIRF) в сочетании с флуоресцентных зондов и везикул грузов белков, предоставляют дополнительные подробности. Эти методы захвата одного-exocytotic событий, а также этапов до и после exocytotic и может быть использован для изучения exocytotic моделей в популяциях клеток3.
Флуоресцентный Репортеры могут быть трех типов: 1) внеклеточная, 2) цитоплазмы или 3) пузырчатка. 1) внеклеточной журналисты являются полярные Трейсеры (например, декстраны, sulforhodamine B (SRB), Люцифер жёлтый, pyranine), которые могут быть введены через внеклеточных среды4. Использование полярного Трейсеры позволяет для расследования фьюжн поры в популяции клеток и захватывает различные межклеточных структур, таких как кровеносные сосуды. Однако они не сообщают о везикул грузов поведение. 2) цитоплазматической журналисты являются флуоресцентных зондов, в сочетании с связанный мембранами перст-белки, которые сталкиваются с цитоплазмой и участвуют в док и экзоцитоз. Примеры включают членов растворимых N- ethylmaleimide-чувствительных фактор вложений белка рецептора (SNARE) семьи, которые были успешно использованы в неврологии для изучения нейромедиатора релиз5. Такие белки имеют несколько партнеров привязки и не инсулин блок конкретных. 3) пузырчатка журналисты являются флуоресцентных зондов, сливается с везикулярного грузов белки, которые позволяют для расследования конкретных грузов везикул поведения. Белки инсулин блок конкретных грузов включают в себя инсулин и с пептида, полипептид амилоида островка, NPY среди прочих6,7. NPY присутствует только в инсулине, содержащие гранул и совместно выпустили с инсулина, что делает его отличным партнером для флуоресцентных репортер8.
Слияние различных флуоресцентных белков NPY ранее использовалась для изучения различных аспектов экзоцитоз в нейроэндокринные клетки, например требование о конкретных Синаптотагмин изоформы9,10 и как время курс релиза зависит на Цитоскелет актина и миозина II11,12. В этом исследовании, мы выбрали pHluorin как флуоресцентные репортер, который является изменение GFP, это не флуоресцентные в кислой рН внутри плотные ядра гранул но становится ярко люминесцентные под воздействием нейтральный внеклеточного pH13. Зрелые инсулина гранулы имеют кислый рН ниже 5.5. Как только Блок предохранителей с плазматической мембраны и открывается, его груз подвергается нейтральных внеклеточного pH 7,4, позволяя использовать pHluorin рН чувствительных белки как репортер7,14.
Учитывая деликатный характер pHluorin рН и селективного выражение NPY в гранулы инсулина конструкция фьюжн NPY-pHluorin может использоваться для изучить различные свойства инсулина гранул экзоцитоз. Вирусных доставки фьюжн конструкция обеспечивает высокий трансфекции эффективность и работает на основной бета-клеток и клеточных линий, а также на изолированных островков. Этот метод также может использоваться в качестве ориентира для изучения экзоцитоз в любой другой тип клеток с NPY-содержащих везикулы. Он может также сочетаться с любой трансгенные мыши модель для изучения последствий определенных условий (нокдаунов, гиперэкспрессия и т.д.) на экзоцитоз. Эта техника ранее не использовался для описания пространственных и временных моделей гранул секреции инсулина в бета клеточных популяций в человеческих островках15.
Комитет по этике животных из университета Майами одобрил все эксперименты.
1. вирусные инфекции нетронутыми изолированных человека или мыши панкреатических островков
2. Конфокальный изображений из инфицированных островки
Примечание: обратитесь к Таблице материалов для материалов и оборудования, необходимых для конфокальная томография.
ПодготовкаВесь процесс техника показано на рисунке 1. Кратко мыши или человека островков можно инфицированных аденовирус кодирования NPY-pHluorin и образы, после нескольких дней в культуре, под конфокального микроскопа. Как гранулы сливаются с плазматической мембраны и открытым, увеличение флуоресценции наблюдается и может быть квантифицировано (рис. 1). Чтобы определить, если NPY pHluorin действительно является подходящим инструментом для мониторинга инсулина гранул динамика, зараженных островков были immunostained с антителами против GFP и различных островок гормоны инсулин, соматостатина или глюкагон. Большинство клеток, выражая NPY-pHluorin (GFP положительным) были бета-клетки, как они выразили также инсулина (~ 90%; Рисунок 2A, 2B). Только несколько глюкагона позитивных альфа-клетки или Дельта соматостатина положительных клеток были помечены GFP (рис. 2B). Важно отметить, что в инфицированных клетках, сплавливание NPY colocalized с инсулином (коэффициент корреляции Пирсона 0,61 ± 0.04 GFP и инсулина против 0,21 ± 0,05 GFP и глюкагон и 0.07 ± 0,01 GFP и соматостатина).
Мы показали, что pHluorin является эффективным рН датчик, как увеличение внутриклеточный pH с 50 мм NH4Cl привело к > 500% увеличение внутриклеточных флюоресценция (Рисунок 3А, 3Б, 1 видео). С увеличением рН внутри зерна после сплавливания с плазматической мембраны и открытия пор фьюжн, гранулы, содержащие NPY pHluorin становятся видимыми на условиях, которые стимулируют инсулина экзоцитоз например деполяризации мембраны с KCl (Рисунок 4, видео 2).
Одиночные секреторной события в бета-клеток в пределах нетронутыми островков могут быть визуализированы с конфокальный покадровой изображений NPY-pHluorin инфицированных островков. Эти события происходят в ответ на деполяризации мембраны прямого с KCl или несколько других физиологических раздражителей (рис. 4 и рис. 7, см. ниже). В базальной внеклеточного глюкозы (3 мм) наблюдается мало секреторную активность. Однако гранулированных синтеза с плазматической мембраны запускается в ответ на стимуляцию с высоким глюкозы (16 мм) (Рисунок 5A, 3 видео). Размещая ROIs с разных размеров и в различных областях кинетики реакции секреторных гранул можно сравнить с в отдельные ячейки или группы ячеек в непосредственной близости (кластеров) (Рисунок 5B). Этот тип анализа позволили определить, что: 1) отдельных секреторной события являются очень синхронизированы и выделяется в течение нескольких секунд от средний клеток ответ, и 2) бета-клеток в непосредственной близости от формируют функциональные кластеры синхронизированной активности.
Секреции инсулина в организме происходит в пульсирующего манере. Стимулирование NPY-pHluorin инфицированных островков с повышенными глюкозы для длительных периодов (15-20 мин) породило несколько импульсов (или очередей) секреции (рис. 6, видео 4). Во время каждого импульса отдельные гранулы предохранитель с плазматической мембраны в синхронизированном моды, как показано выше (Рисунок 5). Всплесков секреторной активности может быть видно каждые 3-4 мин.
Преходящее увеличение флуоресценции в NPY-pHluorin, содержащие гранул наблюдалась также в ответ на purinergic агонист АТФ (10 мкм) или мускариновых агонист ацетилхолина (ACh, 10 мкм) (рис. 7), оба из которых известны стимуляторы секреции инсулина в человеческих островках. Как и ожидалось, деполяризации мембраны с KCl (30 мм) также вызвало инсулина гранул экзоцитоз (рис. 5). Несколько раздражителей может применяться же островок подготовку как островки моются хорошо между раздражителей. Убедитесь в том изменить порядок применения, когда повторение эксперимента.

Рисунок 1. Разработана схема, иллюстрирующая Assay. Аденовирусы, который кодирует рН чувствительных GFP (pHluorin), в сочетании с NPY выпускались и используется для заражения мыши или человека панкреатических островков. Четыре-шесть дней после инфицирования, островки были размещены на coverslip и образы под вертикальное сканирование лазерного конфокального микроскопа. Конструкция NPY pHluorin выражается в гранулы инсулина в бета-клеток. Его флуоресценции закаленных в кислой рН зрелых инсулина гранул, но становится яркой на слияние гранул с плазматической мембраны и подверженности нейтральных внеклеточного pH 7,4.

Рисунок 2. NPY сплавливания построить выражается в гранулы инсулина. (A) конфокальный изображения нетронутыми человеческих островках инфицированных NPY-pHluorin, immunostained для GFP (зеленый) и инсулина (левая панель, красный), соматостатин (средний, красный) или глюкагон (справа, красный). Клеточных ядер отображаются синим цветом (DAPI помечены). Масштаб баров = 10 мкм. (B) количественной оценки доли GFP-положительных клеток, которые также содержат инсулин (СИН), соматостатин (Soma) или глюкагон (Glu). Показаны являются среднее ± SEMs, n = 5 островков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3. NPY-pHluorin является эффективной рН датчика. (A) максимальная проекции конфокальный изображений островок мыши, инфицированных NPY-pHluorin в внеклеточной раствор, содержащий 3 мм глюкозы до (Верхняя панель, 3 G) и в присутствии 50 мм NH4Cl (Нижняя панель). Шкалы бар = 100 µm. (B) трассировки, показывающая изменения в интенсивности (условные единицы) означает флуоресценции в целом островок, вызванных NH4Cl. пунктирная линия указывает NH4Cl приложения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 4. Гранулы, содержащие NPY pHluorin становятся видимыми после того, как они сливаются с плазматической мембраны и открытым. Человеческого isletsinfected с аденовирус NPY pHluorin были incubatЭд с плазматической мембраны красителя ди-8-ANEPP (красный). Островок стимуляции с KCl (30 мм) вызвало внезапное и переходных внешний вид флуоресцентные гранул на поверхности клеток (показано зеленым). Конфокальный изображения клеток внутри человека островок отображаются перед exocytotic ответ (t = 0), во время (t = 3-9 s) и после (t = 12 s). Контраст был скорректирован для удаления фона зеленый флуоресценции. Шкалы бар = 20 мкм. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5. Высокая глюкозы вызывает NPY pHluorin Fusion с плазматической мембраны. (A) максимальная проекция конфокальный изображений островок нетронутой человека, инфицированных NPY-pHluorin в базальной глюкозы (глюкозы в 3 G - 3 мм, левая панель) или высокой глюкозы (глюкозы 16 G - 16 мм, правая панель). Внеклеточные решения содержал лагерь, форсколин агентов и IBMX (подробную информацию см. в протокол). Шкалы бар = 10 мкм. (B) показаны изменения в интенсивности (условные единицы) означает флуоресценции в зелёном канале в ROIs следы размещены вокруг одного секреторной события (красный, гранула), клетки (зеленый) или кластеры клеток (синий). Высокая глюкозы был применен для 5 мин после ~ 2,5 мин в 3G. Флуоресценции значения были нормализованы к значению первоначального флуоресцирования (базовый уровень). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 6. Секреторный события создают дискретные импульсы секреции на высокие глюкоза. Следы показаны изменения в означают интенсивности флуоресценции (условные единицы) в ROI, расположенных вокруг различных ячейках островок нетронутой человеческой во время постоянной стимуляции с 16 мм глюкозы. Каждый цвет представляет отдельную ячейку. Всплеск секреторной активности может быть видно каждые 3-4 мин пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 7. NPY pHluorin Fusion с плазматической мембраны инициируется известных стимуляторов секреции инсулина. Следы показаны изменения интенсивности (условные единицы) означает флуоресценции в ROIs размещены вокруг отдельных секреторной события в ячейках нетронутым человеческие островков, индуцированных KCl (30 мм), АТФ (10 мкм), высокие глюкоза (16G, 16 мм) и ацетилхолин (Ach, 10 мкм). KCl и СПС были применены в базальной глюкозы (3 мм). Черные линии показывают среднее зерно и серые линии отражают SEM ценности. Зеленые следы показывают соответствующий ответ клетки. Горизонтальные время шкала (2 мин) применяется для всех графиков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Видео 1. NPY pHluorin аденовирус эффективно заразить островковых клеток и смысл рН изменения.
Островки мыши были инфицированы за 4 дня аденовирус кодирования NPY-pHluorin. Зараженных островков были размещены на coverslip и монтируется на тепловизионные камеры. Чтобы увеличить внутриклеточного рН, островки были увлажненную с 50 мм NH4Cl добавляется внеклеточного раствор, содержащий 3 мм глюкозы. Быстрое и сильное увеличение флуоресцирования можно увидеть на NH4Cl приложения. Шкалы бар = 100 µm. фильм скорость = 5 fps. Общая продолжительность фильма составляет 90 s. пожалуйста нажмите здесь для просмотра этого видео. (Правой кнопкой мыши для загрузки.)

Видео 2. Гранулы, содержащие NPY pHluorin становятся видимыми после того, как они сливаются с плазматической мембраны и открытым.
Человека островков, инфицированных NPY pHluorin аденовирус инкубировали с плазматической мембраны краситель ди-8-ANEPP. Островок стимуляции с KCl (30 мм) вызвало внезапное и переходных внешний вид флуоресцентные гранул на поверхности клеток. Показана максимальная проекции конфокальный самолетов. Контраст был скорректирован для удаления фона зеленый флуоресценции. Шкалы бар = 20 мкм. фильм скорость = 5 fps. Общая продолжительность фильма составляет 60 s. пожалуйста нажмите здесь для просмотра этого видео. (Правой кнопкой мыши для загрузки.)

Видео 3. Высокая глюкозы триггеры экзоцитоз гранулы, содержащие NPY-pHluorin.
Фьюжн содержащие гранул NPY pHluorin запускается в ответ на стимуляцию с высоким глюкозы (16 мм). В базальной внеклеточного глюкозы (3 мм) наблюдается мало секреторную активность. Однако после высоких глюкозы, инсулина гранулы временно появляются на плазматической мембране различных клеток в островок в синхронизированном моды. Высокая глюкозы была применена после ~ 2,5 мин в 3G (16G метка появляется). Показана максимальная проекции конфокальный самолетов. Шкалы бар = 20 мкм. фильм скорость = 10 fps. Общая продолжительность фильма составляет 7 минут пожалуйста, нажмите здесь для просмотра этого видео. (Правой кнопкой мыши для загрузки.)

Видео 4. Пролонгированной стимуляции с высоким глюкозы вызывает несколько очередей экзоцитоз.
Несколько импульсов секрецию островков, во время которых временно появляются гранулы рождает пролонгированной стимуляции с высоким глюкозы. Импульсы секреторную деятельность может рассматриваться каждые ~ 3-4 мин конфокальный плоскости человеческой островок показано. Псевдоцветном схема применялась для интенсивности флуоресценции. Шкалы бар = 20 мкм. фильм скорость = 30 fps. Общая продолжительность фильма составляет 20 мин пожалуйста, нажмите здесь для просмотра этого видео. (Правой кнопкой мыши для загрузки.)
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Мы описываем протокол для визуализации экзоцитоз инсулина в нетронутыми островами с помощью pHluorin, рН чувствительных Зеленый флуоресцирующий белок. Изолированные островки заражены аденовирус кодирования pHluorin, в сочетании с везикул грузов нейропептида Y. Это позволяет для обнаружения инсулина гранул фьюжн событий confocal микроскопии.
Авторы благодарят Марсия Boulina от DRI изображений ядра фонда за помощь с микроскопов. Эта работа была поддержана NIH грантов 1K01DK111757-01 (JA), F31668418 (мм), R01 DK111538, R33 ES025673 и R56 DK084321 (AC).
| Вертикальный лазерно-сканирующий конфокальный микроскоп | Leica Microsystems, Вецлар, Германия | TCS-SP5 | включает в себя LAS AF, программное обеспечение для получения изображений |
| Камера визуализации | Warner instruments | RC-26 | |
| Камера визуализации Warner | Instruments PH-1 | ||
| 22 x 40 стеклянные покровные стекла | Daiggerbrand | G15972H | |
| Vacuum силиконовая смазка | Sigma | Z273554-1EA | |
| Многоканальная система перфузии | Warner | instruments VC-8 | |
| Нагреватель одинарного встроенного раствора | Warner | instruments SH-27B | |
| Регулятор температуры | Warner instruments | TC-324C | |
| Перистальтический всасывающий насос | Аптека | P-1 | |
| 35 мм чашка Петри, обработанный без культуры | тканей VWR | 10861-586 | |
| CMRL Medium, без глутамина | ThermoFisher | 11530037 | |
| FBS, термоинактивированный | ThermoFisher | 16140071 | |
| L-глютамин 200 мМ | ThermoFisher | 25030081 | |
| 5 М раствор NaCl | Sigma | S5150 | |
| 3 М раствор KCl | Sigma | 60135 | |
| 1 М CaCl<суб>2 суб>раствор | Sigma | 21115 | |
| 1 М MgCl<суб>2 суб>раствор | Sigma | M1028 | |
| Бычья сыворотка Альбумин | Sigma | A2153 | |
| 1 М раствор HEPES | Sigma | H0887 | |
| Вакуумный фильтр | VWR | 431098 | |
| D-глюкоза | Sigma | G8270 | |
| Поли-D-лизина гидробромид | Sigma-aldrich | P6407 | |
| Di-8-ANNEP | ThermoFisher | D3167 | |
| 3-изобутил-1-метилксантин (IBMX) | Sigma | I5879 | |
| Forskolin | Sigma | F3917 |