By tagging the extracellular domains of membrane receptors with superecliptic pHluorin, and by imaging these fusion receptors in cultured mouse neurons, we can directly visualize individual vesicular insertion events of the receptors to the plasma membrane. This technique will be instrumental in elucidating the molecular mechanisms governing receptor insertion to the plasma membrane.
En bättre förståelse av de mekanismer som styr receptor handel mellan plasmamembranet (PM) och intracellulära utrymmen kräver en experimentell metod med utmärkta rumsliga och tidsmässiga resolutioner. Dessutom måste en sådan strategi har också förmågan att särskilja receptorer lokaliserade på PM från dem i intracellulära utrymmen. Viktigast detektering receptorer i en enda vesikel kräver enastående detekteringskänslighet, eftersom varje vesikel uppbär endast ett litet antal receptorer. Standardmetoder för granskning receptor narkotikahandel omfattar ytan biotinylering följt av biokemisk detektion, som saknar både nödvändiga rumsliga och tidsmässiga resolutioner samt fluorescensmikroskopi granskning av immunolabeled ytreceptorer, vilket kräver kemisk fixering av celler och saknar därför tillräckligt tidsupplösning 1-6. För att övervinna dessa begränsningar har vi och andra utvecklat och anställt en ny strategi som möjliggör visualisering av dynamiska införandet av receptorer i PM med utmärkta geografiska och tidsmässiga resolutioner 7-17. Den metod innefattar märkning av en pH-känslig GFP, den superecliptic pHluorin 18, till den N-terminala extracellulära domänen av receptorema. Superecliptic pHluorin har den unika egenskapen att vara fluorescerande vid neutralt pH och icke-fluorescerande vid surt pH (pH <6,0). Därför, de märkta receptorerna är icke-fluorescerande när inom den sura lumen intracellulära människohandel vesiklar eller endosomala fack, och de blir lätt visualiseras endast när de exponeras för den extracellulära neutrala pH-miljö, på den yttre ytan av PM. Vår strategi ger därför vi skilja receptorer PM yta från de inom intracellulära människohandel blåsor. För att uppnå tillräcklig rumsliga och tidsmässiga resolutioner samt känslighet som krävs för att studera dynamiska handel med receptorer, anställd vi total inre speglarjon fluorescensmikroskopi (TIRFM), som gjorde det möjligt för oss att uppnå optimal rumsliga upplösningen i optisk avbildning (~ 170 nm), till den temporala upplösningen av video-rate mikroskopi (30 bilder / sek), och känsligheten upptäcka fluorescens av en enda GFP molekyl. Genom avbildning pHluorin-märkta receptorer enligt TIRFM, kunde vi direkt visualisera enskilda händelser receptor insättning i PM i odlade nervceller. Denna avbildningsteknik kan potentiellt tillämpas på alla membranprotein med en extracellulär domän som kunde märkas med superecliptic pHluorin, och kommer att tillåta dissekering av de viktigaste detaljerade mekanismer som styr införandet av olika membranproteiner (receptorer, jonkanaler, transportörer, etc) till PM.
For unknown reasons, mouse neurons are always more difficult to culture than rat neurons. In our experience, a mixed culture of neurons and glia works well for primary cultured mouse neurons. However, such a mixed culture is not suitable for TIRF imaging experiments, as in this type of culture neurons and their processes tend to grow on top of glia cells, situating the neuronal somata and dendritic processes beyond the reach of TIRF microscopy. Therefore, a lower-density neuronal culture with few glia on the covers…
The authors have nothing to disclose.
This work is supported by startup funds from The Jackson Laboratory.
Name of Reagent | Company | Catalogue Number | Comments |
purified bovine collagen solution (Purecol) | Advanced Biomatrix | 5005-B | |
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | GIBCO | 14185-045 | |
penicillin-streptomycin (Pen Strep) | GIBCO | 15140-122 | |
sodium pyruvate | GIBCO | 11360-070 | |
DMEM High Glucose | GIBCO | 10313-021 | |
fetal bovine serum (FBS) | |||
GlutaMAX | GIBCO | 35050-061 | |
papain | Worthington Biochemical Corp. | LS003126 | |
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas (DNase I) | SIGMA | DN25-10MG | |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | GIBCO | 14190-144 | |
0.05% trypsin | GIBCO | 25300-054 | |
poly-l-lysine hydrobromide | SIGMA | P2636-1G | |
boric acid | Fisher-Scientific | BP 168-500 | |
Neurobasal Medium | GIBCO | 21103-049 | |
B-27 Serum-Free Supplement | GIBCO | 17504-044 | |
heat inactive horse serum | GIBCO | 26050-070 | |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668 019 | |
HEPES | Fisher-Scientific | BP310-500 | |
Culture Insert | Millipore | PICM03050 |