Mätning nära plasmamembran och Global Intracellulär Dynamics Kalcium i Astrocyter
Summary
Vi beskriver hur man mäter nära membranet och globala intracellulär dynamik kalcium i odlade astrocyter med total inre reflektion och epifluorescence mikroskopi.
Abstract
Hjärnan innehåller gliaceller. Astrocyter, en typ av stödjeceller celler, har länge varit kända för att ge en passiv stödjande roll till nervceller. Tyder dock allt tydligare att astrocyterna också aktivt kan delta i hjärnans funktion med hjälp av funktionella interaktioner med nervceller. Men många grundläggande aspekter av astrocyternas biologi är fortfarande kontroversiella, otydliga och / eller experimentellt outforskat. En viktig fråga är dynamiken i intracellulära kalcium transienter i astrocyter. Detta är relevant eftersom kalcium är väl etablerad som en viktig andra budbärare och eftersom det har föreslagits att astrocyternas kalcium höjder kan plötsligt frisätter sändare från astrocyter. Dock har det inte funnits någon detaljerad eller tillfredsställande beskrivning av nära plasmamembranet kalcium signalering i astrocyter. Total inre reflektion fluorescens (TIRF) mikroskopi är ett kraftfullt verktyg för att analysera fysiologiskt relevanta signalering händelser inom ca 100 nm i plasmamembranet av levande celler. Här använder vi TIRF mikroskopi och beskriver hur bildskärmen nära plasmamembranet och globala intracellulär dynamik kalcium nästan samtidigt. De ytterligare förfining och systematisk tillämpning av denna metod har potential att informera om de exakta detaljerna i astrocyternas kalcium signalering. En detaljerad förståelse av astrocyternas kalcium dynamik kan ge en grund för att förstå om, hur, när och varför astrocyter och nervceller genomgår kalcium-beroende funktionella interaktioner.
Protocol
Discussion
Det är väl etablerat att astrocyter visa intracellulär kalcium höjder. Dessa uppträda spontant, kan utlösas av nervaktivitet eller genom tillämpning av agonister för att aktivera receptorer på astrocyternas ytan 11. En viktig och kontroversiell fråga är om astrocyternas intracellulär kalcium förhöjningar kan utlösa frisättning av signalmolekyler som aktiverar receptorer på nervceller 11, 12. Detta är kontroversiellt eftersom det har belägg för och emot denna uppfattning, vilket betonas i de översyn…
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av Uehara Memorial Foundation i Japan (till ES) samt Whitehall Foundation, National Institute of neurologiska sjukdomar och stroke samt en Stein-Oppenheimer Endowment Award (till BSK).
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| VWR® Micro Cover Slips, Round, No. 1 | Tool | VWR | 48380-068 | |
| Poly-D-lysine hydrobromide | Reagent | Sigma | P0899 | |
| Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane | Reagent | Sigma | L2020 | |
| Earle’s Balanced Salt Solution (EBSS) (1X), liquid | Reagent | Invitrogen | 14155-063 | |
| Minimum Essential Medium (MEM) (1X), liquid Contains Earle’s salts, but no L-glutamine or phenol red | Reagent | Invitrogen | 51200-038 | |
| Penicillin-Streptomycin liquid | Reagent | Invitrogen | 15140-122 | |
| Sodium pyruvate solution | Reagent | Sigma | S8636 | |
| HEPES solution 1 M | Reagent | Sigma | H0887 | |
| N-2 Supplement (100X), liquid | Reagent | Invitrogen | 17502-048 | |
| Horse Serum, Heat-Inactivated | Reagent | Invitrogen | 26050-088 | |
| PAPAIN-022 | Reagent | Worthington | LK003178 | |
| Neurobasal™ Medium (1X) Liquid without Phenol Red | Reagent | Invitrogen | 12348-017 | |
| B-27 Serum-Free Supplement (50X), liquid | Reagent | Invitrogen | 17504-044 | |
| L-Glutamine-200 mM (100X), liquid | Reagent | Invitrogen | 25030-149 | |
| Cell Strainers | Tool | BD Biosciences | 352350 | |
| BD Falcon Multiwell Flat-Bottom Plates with Lids, Sterile | Tool | BD Biosciences | 353046 | |
| NaCl | Reagent | Sigma | S7653 | |
| KCl | Reagent | Sigma | P3911 | |
| CaCl2 hexahydrate | Reagent | Sigma | 21108 | |
| MgCl2 hexahydrate | Reagent | Sigma | M2670 | |
| HEPES free acid | Reagent | Sigma | H3375 | |
| D-(+)-glucose | Reagent | Sigma | G7528 | |
| Fluo-4, AM 1 mM solution in DMSO | Reagent | Invitrogen | F-14217 | |
| Pluronic® F-127 20% solution in DMSO | Reagent | Invitrogen | P-3000MP | |
| Immersion Oil TYPE DF | Microscope | Cargille | 16242 | |
| Open chamber for 25 mm round coverslips, 100 μl volume | Tool | WARNER Instruments | 64-0362 (RC-21BDW) | |
| P-2 platform for Series 20 chambers, non-heater | Tool | WARNER Instruments | 64-0278 (P-2) | |
| FluoSpheres carboxylate-modified microspheres, 0.1 μm, yellow-green fluorescent (505/515) 2% solids | Reagent | Invitrogen | F8803 |
References
- Richler, E., Chaumont, S., Shigetomi, E., Sagasti, A., Khakh, B. S. An approach to image activation of transmitter-gated P2X receptors in vitro and in vivo. Nature Methods. 5, 87-93 (2008).
- Granseth, B., Odermatt, B., Royle, S. J., Lagnado, L. Clathrin-mediated endocytosis is the dominant mechanism of vesicle retrieval at hippocampal synapses. Neuron. 51, 773-786 (2006).
- Nunez, J. Primary culture of hippocampal neurons from P0 newborn rats. J Vis Exp. 19, (2008).
- Steyer, J. A., Almers, W. A real-time view of life within 100 nm of the plasma membrane. Nat Rev Mol Cell Biol. 2, 268-275 (2001).
- Jaiswal, J. K., Fix, M., Takano, T., Nedergaard, M., Simon, S. M. Resolving vesicle fusion from lysis to monitor calcium-triggered lysosomal exocytosis in astrocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 14151-14156 (2007).
- Araque, A., Carmignoto, G., Haydon, P. G. Dynamic signalling between astrocytes and neurons. Annu Rev Physiol. 63, 795-813 (2001).
- Haydon, P. G. GLIA: listening and talking to the synapse. Nat Rev Neurosci. 2, 185-193 (2001).
- Bowser, D. N., Khakh, B. S. ATP excites interneurons and astrocytes to increase synaptic inhibition in neuronal networks. J Neurosci. 24, 8606-8620 (2004).
- Bowser, D. N., Khakh, B. S. Two forms of astrocyte single vesicle exocytosis imaged with total internal reflection fluorescence microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 4212-4217 (2007).
- Bowser, D. N., Khakh, B. S. Vesicular ATP is the predominant cause of intercellular calcium waves in astrocytes. J Gen Physiol. 129, 485-491 (2007).
- Agulhon, C. What is the role of astrocyte calcium in neurophysiology. Neuron. 59, 932-946 (2008).
- Barres, B. A. The mystery and magic of glia: a perspective on their roles in health and disease. Neuron. 60, 430-440 (2008).
- Lee, S. Y., Haydon, P. G. Astrocytic glutamate targets NMDA receptors. J Physiol. 581, 887-888 (2007).
- Shigetomi, E., Bowser, D. N., Sofroniew, M. V., Khakh, B. S. Two forms of astrocyte calcium excitability have distinct effects on NMDA receptor-mediated slow inward currents in pyramidal neurons. J Neurosci. 28, 6659-6663 (2008).
- Cahoy, J. D. A transcriptome database for astrocytes, neurons, and oligodendrocytes: a new resource for understanding brain development and function. J Neurosci. 28, 264-278 (2008).
