Summary

الكمي لشعيري أكتين (F-الأكتين) نقاط وفي الجرذ العصبونات القشرية

Published: February 10, 2016
doi:

Summary

Filamentous actin (F-actin) plays an important role in spinogenesis, synaptic plasticity, and synaptic stability. Quantification of F-actin puncta is therefore a useful tool to study the integrity of synaptic structures. This protocol describes the procedures of quantifying F-actin puncta labeled with Phalloidin in low-density primary cortical neuronal cultures.

Abstract

الخيطية بروتين الأكتين (F-الأكتين) يلعب دورا رئيسيا في spinogenesis، اللدونة متشابك، والاستقرار متشابك. تغييرات في الهياكل الغنية شجيري-F الأكتين تشير التعديلات في سلامة متشابك والاتصال. نحن هنا نقدم بروتوكول مفصل لزراعة الفئران الأساسي العصبونات القشرية، تلطيخ Phalloidin للنقاط وF-أكتين، وتقنيات القياس الكمي لاحقة. أولا، وفصل القشرة الأمامية من أجنة الفئران E18 في زراعة الخلايا منخفض الكثافة، ثم الخلايا العصبية المزروعة في المختبر ل12-14 يوما على الأقل. بعد العلاج التجريبية، هي ملطخة الخلايا العصبية القشرية مع AlexaFluor 488 Phalloidin (لتسمية نقاط وF-أكتين شجيري) والمرتبطة أنيبيب بروتين 2 (MAP2، للتحقق من صحة الخلايا العصبية وسلامة شجيري). وأخيرا، يتم استخدام برنامج خاص لتحليل وتحديد التشعبات العصبية تم اختيارها عشوائيا. F-الأكتين هياكل الغنية التي تم تحديدها في الدرجة الثانية الفروع الشجيرية (مدى طول 25-75 و# 181؛ م) مع المناعي MAP2 المستمر. فإن بروتوكول المعروضة هنا تكون وسيلة مفيدة لتحقيق تغييرات في هياكل المشبك الجذعية لاحقة لعلاجات تجريبية.

Introduction

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تطوير طريقة يمكن الاعتماد عليها لقياس (تقدير) من سلامة متشابك من شبكة الجذعية العصبية. نحن هنا وصف الكمي من نقاط وF-أكتين في الخلايا العصبية مثقف الفئران الأساسي باستخدام مزيج من تلطيخ Phalloidin وكشف immunocytochemical (ICC) من التشعبات مع تحليل لاحقة باستخدام (NIS-عناصر) البرمجيات المتخصصة.

phallotoxins المسمى يكون تقارب مماثلة لخيوط الكبيرة والصغيرة (F-الأكتين) ولكن لا ربط أحادى الأكتين كروية (G-الأكتين)، خلافا لبعض الأجسام المضادة الأكتين 1. غير محددة ملزمة من Phalloidin لا يكاد يذكر، وبالتالي توفير الحد الأدنى من الخلفية أثناء التصوير الخلوي. Phalloidin هو أصغر بكثير من الأجسام المضادة التي من شأنها عادة أن تستخدم لتسمية البروتينات الخلوية للفحص المجهري الفلورسنت، والذي يسمح لوضع العلامات أكثر كثافة بكثير من F-الأكتين من قبل Phalloidin. وهكذا، صورا تفصيلية للتوطين F-الأكتين في الخلايا العصبية يمكن أن يكونالحصول عليها من خلال استخدام Phalloidin المسمى.

Phalloidin (F-الأكتين) تلطيخ من التشعبات العصبية يولد "النقاط الساخنة" منفصلة أو مشرق "نقاط و"، التي تمثل مجموعة متنوعة من هياكل الجذعية، بما في ذلك العمود الفقري ناضجة، نقاط الاشتباك العصبي غير شائك 2 والعمود الفقري غير ناضجة. وتشمل العمود الفقري غير ناضجة أرجل كاذبة خيطية رفيعة وبعض أشكال التصحيح التشكل، وربما تمثل بدء spinogenesis 3. العمود الفقري غير ناضجة وبقع غير شائك تفتقر PSD95 4. التغيرات في إنتاج الرصاص F-الأكتين لتغييرات لاحقة في العمود الفقري فحسب، بل أيضا الهياكل شجيري إضافية، مما يجعل Phalloidin أداة هامة لتحقيق سلامة synaptodendritic 5-7. بشكل عام، عدد Phalloidin إيجابية (F-الأكتين) نقاط وتعكس التوازن بين نقاط الاشتباك العصبي نشطة (مثير والمثبطة)، وديناميات الأكتين والاستقرار المشبك 8.

على الرغم من أنه من المهم دراسة ر محددةypes من نقاط الاشتباك العصبي (أي العمود الفقري مثير)، عندما يكون الهدف من العلاج هو معروف فإنه من الضروري تقدير أولا سلامة العامة من مجموعة متنوعة من هياكل الجذعية. منذ F-الأكتين عنصرا رئيسيا في العمود الفقري شجيري وغيرها من الهياكل، بما في ذلك نقاط الاشتباك العصبي المثبطة، عدد غيرت من نقاط وF-أكتين قد تشير إلى وجود synaptopathy. ويمكن بعد ذلك مزيد من التحقيق في هذا synaptopathy لإجراء تعديلات أكثر تحديدا. لدينا طريقة القياس الكمي للكشف عن عدة متشابك أنواع / الهياكل غلة تقدير عام للتغييرات متشابك شجيري (الزيادة والنقصان) في أعقاب العديد من العلاجات التجريبية.

Protocol

تم استعراض جميع البروتوكولات الحيوانية والموافقة عليها من قبل لجنة رعاية الحيوان واستخدام في جامعة ولاية كارولينا الجنوبية (رقم ضمان: A3049-01). 1. منخفضة الكثافة الجنينية العصبية الثقافة <li style=";text-align:right;direct…

Representative Results

في الأساليب الحالية، ونحن أول الفئران ثقافة العصبونات القشرية في منخفض الكثافة في أطباق الزجاج السفلي 35 مم، والذي يسمح لنا لتحديد التشعبات من الخلايا العصبية الفردية. في الشكل 1، وعلى النقيض تدخل الفرق (DIC) صور تظهر تغيرات شكلية في تطوير ال?…

Discussion

في هذا البروتوكول، وصفنا زراعة الفئران الخلايا العصبية القشرية في منخفض الكثافة في أطباق الزجاج السفلي 35 مم والتي تسمح لنا لتحديد التشعبات من الخلايا العصبية الفردية. التالي، ونحن نستخدم Phalloidin وتلطيخ MAP2 للكشف عن تغيرات الجذعية. ثم، استخدمنا برنامج خاص لقياس التغير?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was funded by NIH grants DA013137, DA031604, and HD043680. Partial support was provided by a NIH T32 training grant in Biomedical-Behavioral science.

Materials

35 mm Glass Bottom Dishes No. 1.5 coverglass MatTek Corporation P35G-1.5-20-C
DMEM/F12 medium Life Technologies 10565-018
Trypsin-EDTA Life Technologies 15400-054
Poly-L-Lysine Sigma P9155
Boric acid Sigma B0252
Borax Sigma B9876
GlutaMax Life Technologies 35050-061 100X
Glucose VWR 101174Y
HBSS Sigma H4641 10X
Neurobasal medium Life Technologies 21103-049
B-27 supplement Life Technologies 17504-044 50X
Antibiotic-Antimycotic solution Cellgro 30004CI 100X
Sodium Bicarbonate Life Technologies 25080
Vannas Scissors World Precision Instruments 500086
Iris Scissors World Precision Instruments 500216
Iris Forceps World Precision Instruments 15914
Dumont #7 Forceps World Precision Instruments 14097
Dumont #5 Forceps World Precision Instruments 14095
ProLong Gold Life Technologies P36930
Paraformaldehyde  Sigma P6148
Cover glass VWR 631-0137
AlexaFluor 488 Phalloidin Life Technologies A12379
Normal horse serum Life Technologies 26050-070
Chicken polyclonal anti-MAP2 abcam Ab92434
Alexa Red 594-conjugated goat anti-chicken IgG Life Technologies A11042
NucBlue Live cell stain ReadyProbes Reagent Hoescht 33342 Life Technologies R37605
NIS-Elements software package Nikon Instruments
Nikon Eclipse TE2000-E inverted fluorescent computer-controlled microscope  Nikon Instruments
0.2 μm Nalgene nylon membrane filter Fishersci 151-4020

References

  1. Heller, E. A., et al. The biochemical anatomy of cortical inhibitory synapses. PLoS One. 7, e39572 (2012).
  2. Craig, A. M., Blackstone, C. D., Huganir, R. L., Banker, G. Selective clustering of glutamate and gamma-aminobutyric acid receptors opposite terminals releasing the corresponding neurotransmitters. Proc Natl Acad Sci USA. 91, 12373-12377 (1994).
  3. Johnson, O. L., Ouimet, C. C. A regulatory role for actin in dendritic spine proliferation. Brain Res. 1113, 1-9 (2006).
  4. Rao, A., Craig, A. M. Signaling between the actin cytoskeleton and the postsynaptic density of dendritic spines. Hippocampus. 10 (5), 527-541 (2000).
  5. Matus, A., Ackermann, M., Pehling, G., Byers, H. R., Fujiwara, K. High actin concentrations in brain dendritic spines and postsynaptic densities. Proc Natl Acad Sci USA. 79, 7590-7594 (1982).
  6. Allison, D. W., Gelfand, V. I., Spector, I., Craig, A. M. Role of actin in anchoring postsynaptic receptors in cultured hippocampal neurons: differential attachment of NMDA versus AMPA receptors. J Neurosci. 18, 2423-2436 (1998).
  7. Sekino, Y., Kojima, N., Shirao, T. Role of actin cytoskeleton in dendritic spine morphogenesis. Neurochem Int. 51, 92-104 (2007).
  8. Zhang, W., Benson, D. L. Stages of synapse development defined by dependence on F-actin. J Neurosci. 21 (14), 5169-5181 (2001).
  9. Bertrand, S. J., Aksenova, M. V., Mactutus, C. F., Booze, R. M. HIV-1 Tat protein variants: Critical role for the cysteine region in synaptodendritic injury. Exp Neurol. 248, 228-235 (2013).
  10. Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Aksenova, M. V., Espensen-Sturges, T. D., Booze, R. M. Synaptodendritic recovery following HIV Tat exposure: neurorestoration by phytoestrogens. J Neurochem. 128 (1), 140-151 (2014).
  11. Lau, P. M., Zucker, R. S., Bentley, D. Induction of filopodia by direct local elevation of intracellular calcium ion concentration. J Cell Biol. 145, 1265-1275 (1999).

Play Video

Cite This Article
Li, H., Aksenova, M., Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Booze, R. Quantification of Filamentous Actin (F-actin) Puncta in Rat Cortical Neurons. J. Vis. Exp. (108), e53697, doi:10.3791/53697 (2016).

View Video