The neuromuscular junction (NMJ) is altered in a variety of conditions that can sometimes culminate in synaptic failure. This report describes fluorescence microscope-based methods to quantify such structural changes.
الوصل العصبي العضلي (NMJ) هو كبير، والتتابع الكوليني المشبك من خلالها الخلايا العصبية الحركية الثدييات تتحكم تقلص العضلات الطوعية. التغييرات الهيكلية في NMJ يمكن أن يؤدي إلى فشل العصبي، مما يؤدي إلى ضعف، وضمور وحتى الموت من الألياف العضلية. حققت العديد من الدراسات كيف تعديلات وراثية أو أمراض يمكن أن يغير هيكل NMJ الماوس. لسوء الحظ، يمكن أن يكون من الصعب مقارنة النتائج مباشرة من هذه الدراسات لأنها غالبا ما تستخدم معايير مختلفة وأساليب التحليلية. وصفت ثلاثة بروتوكولات هنا. أول يستخدم أقصى الإسقاط كثافة الصور مبائر لقياس مجال أستيل مستقبلات (الاستشاري لحقوق الإنسان) الغنية المجالات الغشاء بعد المشبكي في endplate ومنطقة متشابك حويصلة تلطيخ في المغطي الأعصاب الطرفية قبل المشبكي. بروتوكول الثاني يقارن كثافة نسبية للالمناعية للبروتينات متشابك في الغشاء بعد المشبكي. العلاقات العامة الثالثةotocol يستخدم نقل الإسفار الرنين الطاقة (الحنق) للكشف عن تغيرات في التعبئة من مركز عمان بعد المشبكي في endplate. وقد تم تطوير البروتوكولات وصقلها خلال سلسلة من الدراسات. وتناقش العوامل التي تؤثر على جودة واتساق النتائج ويتم توفير البيانات المعيارية للل NMJs في صحية الفئران الشباب البالغين.
الوصل العصبي العضلي (NMJ) هو المشبك تتابع الأهمية بمكان أن يتوسط التواصل بين الجهاز العصبي والعضلات والهيكل العظمي. هو مطلوب منها لجميع الحركات الإرادية. منذ فترة طويلة تستخدم مضان المجهر لدراسة آثار الجينات المحورة على الماوس NMJ 1-3 أو لمقارنة آثار السن، والنظام الغذائي وممارسة الرياضة والمرض على لل NMJs القوارض 4-11. لقد علمتنا هذه الدراسات لنا الكثير عن علم وظائف الأعضاء والفيزيولوجيا المرضية من NMJ، ولكن ذكرت المعلمات المتنوعة (على سبيل المثال، منطقة الاستشاري لحقوق الإنسان، منطقة endplate، وطول محيط، مؤشرات تجزئة) غالبا ما تجعل من الصعب مقارنة النتائج التي توصلت إليها هذه الدراسات. وهناك توقعات متزايدة للباحثين ما قبل السريرية لتكون قادرة على إثبات استنساخ، لا سيما في الدراسات مع نماذج القوارض من المرض 12. تم تنقيح البروتوكولات المذكورة هنا من خلال سلسلة من الدراسات التي حققت الفصل التنموي، الفسيولوجية والمرضية في جسم المريضفي نفس الفئة إلى NMJ. وتتطلب مثل هذه الدراسات قياس مجال التخصصات متشابك في endplate الماوس السيارات والكثافة النسبية من التعبئة والتغليف من البروتينات متشابك ضمن التخصصات بعد المشبكي 13-15.
وتتجلى فائدة هذه الأساليب التي كتبها الدراسات الحديثة في نموذج الفأر المضادة للالمسك الوهن العضلي الوبيل. حقن يومية من مفتش من الوهن العضلي مكافحة المسك إيجابية الوهن تسبب المرضى إلى فئران بالغة لهم أن يصبحوا ضعيفة في حدود 2 أسابيع 16. وكشفت الصور الأقصى الإسقاط مبائر من أقسام العضلات التي وصفت نقرا مزدوجا لsynaptophysin (في النهايات العصبية) ومركز عمان بعد المشبكي في الانخفاض التدريجي في مجال الاستشاري لحقوق الإنسان تلطيخ كما تغير الابتدائي. كان الأهم معدل الانخفاض كافية لشرح انخفاضات مماثلة في السعة من إمكانات متشابك، فشل انتقال متشابك وضعف العضلات 17،18. نوعيا تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة من قبل مجموعات بحثية أخرى10،19. ومنذ ذلك الحين تم استخدام طرق القياس NMJ نفسها لتقييم تأثير ثلاثة عقاقير لعلاج مضاد للالمسك الوهن العضلي الوبيل في هذا النموذج الماوس 20،21.
الشيخوخة المستقرة يمكن أن يؤدي إلى فقدان الاتصالات العصبية والعضلية. وقد كشفت البروتوكولات الموصوفة هنا تراجع المرتبط بالعمر في مجال الأعصاب الطرفية synaptophysin في endplates السيارات مع تقدم الفئران في سن الشيخوخة. كشفت الأساليب نفسها التي يمكن أن يمنع ممارسة الطوعية إلى حد كبير في الحد من العصبية قبل المشبكي منطقة محطة 22، بما يتفق مع الأعمال السابقة من قبل مجموعات أخرى 4. فقدان اتصالات العصبية والعضلية يحدث أيضا في نموذج SOD1G93A الماوس من التصلب الجانبي الضموري 9،23.
وتظهر الدراسات المذكورة أعلاه أن مجموعة متنوعة من الظروف الصحية قد يؤدي إلى تخفيضات في مجال التخصصات إما قبل أو بعد متشابك في NMJ. هذا قد يؤدي إلى متعة متشابك ضعفction أو قد تبشر خسارة كاملة للاتصال العصبي العضلي. ووصف ثلاثة بروتوكولات الكميات التي تسمح للمنطقة وكثافة التخصصات متشابك. الغرض من البروتوكول الأول هو توفير قدر عملي وقابلة للتكرار للمناطق قبل والتخصصات ما بعد متشابك واتساقها في لل NMJs الثدييات، وذلك باستخدام المجهر مضان. يستخدم ثنائي الأبعاد القصوى الصور الإسقاط متحد البؤر وتحليل الصور مع المعاهد الوطنية للصحة يماغيج للكشف عن تغيرات في مجال synaptophysin تلطيخ (الحويصلات متشابك)، مركز عمان بعد المشبكي ومنطقة تداخل متشابك. هي الأمثل المعلمات مبائر التصوير (الربح وتعويض المستوى) لكل NMJ وذلك لتحقيق أقصى قدر من المعلومات البصرية تستخدم لتمييز مجال التخصص متشابك. يمكن فشل العصبي العضلي أيضا نتيجة من التغيرات في كثافة الاستشاري لحقوق الإنسان بعد المشبكي و / أو البروتينات متشابك الأخرى. ويمكن تطبيق البروتوكول الثاني للكشف عن تغيرات في الكثافة النسبية للبروتينات بعد المشبكي هذهكما المسك، rapsyn، dystroglycan، فسفرته SRC كيناز وفسفرته الاستشاري لحقوق الإنسان 18،21.
في الوهن العضلي الوبيل، كثافة انخفاض الاستشاري لحقوق الإنسان داخل الغشاء بعد المشبكي هي السبب المباشر لفشل متشابك وضعف العضلات. ويصف البروتوكول الثالث طريقة نقل الإسفار الرنين الطاقة (الحنق) لتقييم التغيرات في المناطق القريبة من مركز عمان المجاورة داخل الأغشية بعد المشبكي 14،15. هذه الطريقة بالكشف عن نقل الطاقة بين مركز عمان المجاورة المسمى مع فلوري-α-بنغاروتوكسين (BGT). الحنق يحدث فقط عندما يكون تحقيقات الفلورسنت المانحة ومتقبل أقل من 10 نانومتر إربا. هذا يمكن أن تكشف (دون المجهرية) التغيرات في ضيق من التعبئة الاستشاري لحقوق الإنسان التي قد تتصل مباشرة إلى السعة من إمكانات متشابك.
هذه البروتوكولات الثلاثة، والمكرر على مدى العقد الماضي، توفر تدابير تكميلية النزاهة NMJ بطريقة متسقة وقابلة للتكرار. استخدام بروتوكولات موحدة ليجب المعلمات ND تسهيل المقارنة بين تأثيرات الجينات والتدخلات البيئية على NMJ الثدييات.
وقد مكنت البروتوكولات الموصوفة هنا لنا لقياس بشكل موثوق وقياس التغيرات في خصائص NMJ عبر مجموعة من الشروط، بما في ذلك الشيخوخة والمرض الدول العادية. الطرق الموضحة للأون تواجه والصور NMJ تسمح للباحثين لمقارنة مجال التخصصات قبل وبعد المشبكي ومنطقة متشابك التداخل / المحاذ…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the National Health and Medical Research Council [570930]. Imaging was carried out at the Bosch Institute Advanced Microscopy Facility. Former members of the lab, whose work is cited, are thanked for their contributions to developing these methods.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Scanning confocal microscope | Leica | DM IRE2 with TCS SP2 system | Most scanning confocal microscopes should be suitable. |
Zeiss | LSM 510 Meta | ||
Leica | SPE-II | ||
Alexa555-a-bungarotoxin (red-BGT) | Life technologies | B35451 | Used for labelling AChRs |
Alexa647-α-bungarotoxin (far-red-BGT) | Life technologies | B35450 | Far red fluorescence: barely visible through the eyepiece |
rabbit anti-synaptophysin | Life technologies | 18-0130 | Different batches of primary antibody differ in effective working dilution |
FITC-anti-rapsyn mab1234 | Milipore | FCMAB134F | Monoclonal antibody conjugated to FITC |
FITC-donkey anti-rabbit IgG | Jackson | 711-095-152 | Polyclonal secondary antibodies can vary in quality according to source and batch |
Optimal Cutting Temperature compound (O.T.C.) | ProSciTech | IA018 | Cryostat embedding matrix for freezing muscles |
DABCO | Sigma | 10981 | Mounting medium that slows photobleaching of fluorophors |