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
tr_TR
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Işık mikroskobu teknikleri, biyokimyasal tahlillerle birleştiğinde, netrin bağımlı akson dallanmasında SNARE aracılı ekzositozun katılımını aydınlatmaktadır. Bu tekniklerin kombinasyonu, akson dallanmasını ve hücre şekli değişikliğini kontrol eden moleküler mekanizmaların tanımlanmasına izin verir.
Nöral gelişim sırasında, büyüyen aksonlar, aksonal dalları detaylandırarak birden fazla sinaptik ortağa uzanır. Akson dallanması, netrin-1 gibi hücre dışı rehberlik ipuçları tarafından desteklenir ve aksonal plazma zarının yüzey alanında dramatik artışlara neden olur. Netrin-1'e bağımlı akson dallanması muhtemelen, bileşenleri ekzositik vezikül füzyonu yoluyla sağlanan plazma zarı genişlemesinin zamansal ve mekansal kontrolünü içerir. Bu füzyon olaylarından önce, VAMP2 (vezikülle ilişkili membran proteini 2) ve plazma membranı t-SNARE'ler, syntaxin-1 ve SNAP25 (sinaptozomal ilişkili protein 25) gibi bir v-SNARE içeren SNARE komplekslerinin oluşumu gelir. Burada ayrıntılı olarak açıklanan, akson dallanmasında SNARE aracılı ekzositozun rolünü incelemek için kullanılan çok yönlü bir yaklaşımdır. Kombine yaklaşımın gücü, tek tek nöronlardaki tek vezikül füzyon olaylarının dinamiklerinden kültürlenmiş nöron popülasyonlarında SNARE kompleksi oluşumuna ve akson dallanmasına kadar uzanan bir dizi uzamsal ve zamansal çözünürlükte veri toplamadır. Bu protokol, endojen SNARE komplekslerinin seviyelerini test etmek için yerleşik biyokimyasal yaklaşımlardan ve pH'a duyarlı bir GFP (VAMP2-pHlourin) ile etiketlenmiş VAMP2'yi eksprese eden kortikal nöronların Toplam İç Yansıma Floresan (TIRF) mikroskobundan yararlanır ve bireysel nöronlardaki ekzositik aktivitedeki netrin-1'e bağlı değişiklikleri tanımlamak için. Netrin-1'e bağlı dallanmanın zamanlamasını aydınlatmak için, tek nöronların saatler boyunca hızlandırılmış diferansiyel girişim kontrastı (DIC) mikroskobu kullanılır. SNARE mekanizmasını parçalayan ve ekzositozu bloke eden botulinum nörotoksinleri ile eşleştirilmiş sabit hücreli immünofloresan, netrin-1'e bağımlı akson dallanmasının SNARE aracılı ekzositik aktivite gerektirdiğini gösterir.
Son tahminler, insan beyninin 1014 sinaptik bağlantıya1 sahip 1011 nöron içerdiğini ve akson dallanmasının in vivo önemini vurguladığını gösteriyor. Netrin-1 gibi hücre dışı akson kılavuzlama ipuçları, aksonları uygun sinaptik partnerlere yönlendirir ve aksonal dallanmayı uyarır, böylece sinaptik kapasiteyi2-5 arttırır. Netrin-1'e bağımlı aksonal arborizasyon, SNARE kompleksine bağımlı ekzositik vezikül füzyonu7 yoluyla ek membran bileşenlerinin verilmesini gerektirdiğini varsaydığımız önemli plazma membran genişlemesini6 içerir.
Netrin-1 bağımlı akson dallanmasında SNARE aracılı ekzositozun rolünün araştırılması birkaç faktör tarafından karmaşıktır. İlk olarak, kortikal nöronların heterojenliği, görüntüleme gibi tek hücreli teknikleri karmaşıklaştıran önemli etkileri tanımlamak için gereken örneklem boyutunu arttırır. İkincisi, biyokimyasal teknikler popülasyon düzeyinde meydana gelen değişikliklerin gözlemlenmesine izin verse de, akson dallanmasının zaman çerçevesinde aksona plazma zarı genişlemesini lokalize etmek için gerekli zamansal ve mekansal çözünürlükten yoksundurlar. Son olarak, akson dalları saatler içinde oluşsa da, aksonal genişlemeye katkıda bulunan hücresel değişiklikler dakikalar içinde başlayabilir ve saniyeler içinde meydana gelebilir, böylece deneysel değerlendirme için zamansal kapsamı genişletebilir.
Ekzositoz ve akson dallanmasının bu çeşitli zamansal ve mekansal ölçeklerini ele alan ve böylece temel hücresel mekanizmalar hakkındaki anlayışımızı geliştiren çok teknikli bir yaklaşımın ana hatlarını çiziyoruz. Bu yaklaşımların kullanılması, akson dallanmasında SNARE aracılı ekzositoz için kritik bir rolü destekleyen kanıtlar sağlar.
Araştırma etiği Beyanı: Burada detaylı hayvanları da içeren tüm deneylerde kural ve Hayvan Bakım UNC Komitesi tarafından yapılan düzenlemelere ve bakım ve laboratuvar hayvanlarının kullanımı için NIH standartlarına tabidir.
1. Hazırlık ve Dissosiye Kortikal nöronlar Kaplama
2. Snare Kompleks Oluşumu Testi
Not: SDS-dirençli tuzak kompleksleri işlenir ve ilk aşağıda detaylı değişikliklerle 10 tarif edildiği gibi analiz edilmiştir. Burada kullanılan olanlar valide alternatif antikorları için, malzeme bölümüne bakın.
TIRF Mikroskopi 3. Görüntüleme ekzositik Etkinlikleri
Bu protokol, sıcaklık, nem ve CO2 bir epifluorescent aydınlatma, yüksek bir büyütme / yüksek sayısal açıklık (NA) TIRF amacı, otomatik bir XYZ aşaması ile donatılan bir ters TIRF mikroskop korumak için bir çevre odasının dahil olmak üzere özel mikroskopi ekipman gerektirir ve Not: hassas Charge Coupled Device (CCD) dedektörü. Bu protokol, 100X 1.49NA TIRF amacı yarıiletken 491 nm lazer ve bir elektron Çarpma CCD (EM CCD) ile donatılmış bir tam otomatik ters mikroskop kullanılır. Tüm ekipman görüntüleme ve lazer kontrol yazılımı tarafından kontrol edilir. Envir üzerine daha önce başından görüntüleme protokolü gücüonmental odası, sahne, lamba, bilgisayar ve kamera.
4. Diferansiyel Girişim Kontrast (DIC) Akson dallanma Timelapse Mikroskopi
Not: DIC görüntüleme genel bir yaklaşım için tam bir protokol ve gösteri 12 mevcuttur. Bu protokol, DIC kullanır, diğer gönderilen ışık mikroskobu yöntemleri (örneğin: faz kontrast) aynı amaçlar için kullanılabilir.
5. Toksin İşlemler ve Sabit Hücre Immunofluoresence
In vitro biyokimyasal teknikler kullanarak. Nöronların bir popülasyonda SDS-dirençli tuzak komplekslerinin miktarını tahlil Şekil 1 SNAP-25, syntaxin1A ve VAMP2 için incelenir SDS-dirençli tuzak kompleksi deneyinde elde edilen Western blot tamamlanmasının ardından göstermektedir.
Bazal hücre membranında TIRF mikroskopi tek hücre bireysel ekzositik füzyon olayları yüksek çözünürlüklü görüntüler sağlar. 2A VAMP2-pHluorin aracılı ekzositik olayları tanımlamak için görüntü analiz metodolojiyi göstermektedir Şekil. Vezikül füzyonu meydana gelir ve VAMP2-pHluorin plazma membranı içinde difüze olurken. Şekil 2B, kortikal nöron (saniye) zaman içinde meydana gelen bir ekzositik olayının bir örneğini gösterdiği gibi ilave tek ekzositik etkinliği gösterir. Zoomed insets soma, bir akson şube ve spati gösteren bir akson büyüme konisi belirtmekBu testin al yarar. Circles TIRF mikroskopi aracılığıyla görülebilir tek ekzositik füzyon olayları belirtir.
Netrin bir Timelapse DIC görüntüleme akson dallanma akson şube oluşumu zamanlamasını ortaya uyarılmış. 3 netrin uyarılmasını takiben gerçek zamanlı bir akson şube oluşumunu tasvir Şekil. Beyaz ok uçları şube sitesinden ilk çıkıntı belirtir. Siyah ok uçları şube ucuna ana akson ölçülmesi en azından 20 um'den bir tam oluşmuş, kararlı şube belirtmektedir. akson dallanma Netrin bağımlı artışlar ekzositik füzyon netrin bağımlı artışlar sonucu ortaya çıkmaktadır.
SNARE etkinliğinin farmakolojik engellenmesi ile birlikte sabit hücre immünositokimya tuzak aracılı ekzositozu kortikal akson dallanma için gerekli olduğunu göstermektedir. Şekil 4A, şube iz perfo aşaması süreci bir adım özetlemektedir içinde rmed ImageJ. Şekil 4B 3DIV kortikal nöronların temsili görüntüler gösterir. şöyle şartlar şunlardır: muamele edilmemiş, 250 ng / ml netrin ile uyarılmış veya Bontà 24 saat boyunca 250 ng / ml netrin ile işlemden geçirildi.

İn Vitro bir Ölçülebilir Metrik tuzak Formasyonu olarak tuzak Kompleksleri SDS Direnç kullanarak Şekil 1.. Tuzak karmaşık üyeleri VAMP2, Syntaxin1A ve SNAP-25 ve yükleme kontrol BIII tübülin için tanınacak bir temsilci western blot. Hem karmaşık ve tanımlanabilir monomerlerin proteinler gösterilmektedir SNARE. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
pg "/>
Şekil 2. canlı hücre Görüntüleme ve ekzositik vezikül füzyon görüntü analizi aşaması anahat Kortikal nöronlar ekzositik veziküllü Füzyon Olayların miktarının belirlenmesi. Adım (a) elle ImageJ kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Zaman içinde meydana geldiği gibi (B) ilave paneller tek VAMP2-pHlourin vezikül füzyon olayı gösterir. 2DIV de VAMP2-pHlourin ifade eden bütün kortikal nöron bir TIRF mikroskopi görüntü sunan ikinci panel. soma, akson şube ve bir akson büyüme konisi: aşağıda gösterildiği gibi noktalı çizgi kutuları ilgi alanları ifade etmektedir. Ilgi bölgeleri ile Circles tek vezikül füzyon olayları ifade etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3. Uzun Vadeli Canlı Hücre DIC Görüntüleme netrin uyarılara yanıt olarak akson dalları oluşumunu gösteren bir kortikal nöron Netrin-1 Bağımlı Axon dallanma. DIC canlı hücre görüntüleri Zamanlama ortaya çıkarır. Beyaz ok uçları önce uzunluğu 20 mikron ulaşan akson başlangıç çıkıntı noktalarını ifade etmektedir. Siyah ok uçları Bonafide dalları (uzunluk ≥20 mm) ifade etmektedir. Zaman saat olarak ifade. Min bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Ekzositoz Toksin inhibisyonu ile birleştiğinde Şekil 4. Sabit Hücre İmmünofloresan Ekzositoz İçin Gerekli olduğunu gösterir netrin-1 Bağımlı Akson dallanma. (A) netrin dallanma akson ölçümü için izleme ve analiz aşamalarının Anahat 3DIV kortikal nöron uyarılmış. (B) her deneysel koşul arasında 3DIV kortikal nöronlar Örnek görüntüler: tedavi edilmemiş, 250 ng / ml netrin, ya da 10 nM BoNTA toksin + 250 ng / ml netrin ile muamele ile uyarılır. Yeşil F-Aktin (faloidin), kırmızı βIIItubulin olmasıdır. Oklar akson dalları uzunluğunda ≥20 mikron noktaları göstermek. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Çözüm | yemek tarifi |
| homojenleştirme tamponu | 10 mM HEPES-NaOH, pH 7.4,150 mM NaCl, 1 mM EGTA. hücre tipine bağlıdır Ayrıca, gerekli proteaz ve fosfataz inhibitörleri |
| 2x Numune tampon | 60 mM Tris-HCl, pH 6.75,% 5 (h / h) Fi-merkaptoetanol,% 2 (ağ / hac) SDS,% 10 (ağırlık / hacim) gliserol,% 0.007 (ağ /V) bromfenol mavisi |
| PHEM fiksatif | 60 mM PIPES pH 7.0, 25 mM HEPES pH 7.0, 10 mM EGTA, pH 8.0, 2 mM MgCl2, 0.12 M sukroz,% 4 PFA |
| montaj Medya | 20 mM Tris pH 8.0,% 0.5 N-propil-galat,% 90, yüksek kaliteli gliserol, MilliQ H2O |
| Buffer Running 10X SDS | Tris baz 30.0 g, glisin 144.0 g ve H2O 1.000 ml, pH 8.3 SDS 10.0 g çözündürülür. 1x seyreltin. |
| 10X Transferi Tampon | 250 mM için 30.3 g Tris ve 1 LH 2 O 1.92 M çözelti için 144.1 g Glisin çözülür; (1 L 1x tamponu 200 mi MeOH ve 700 ml soğuk DI H2O 100ml 10x solüsyonu ekleyin) |
| Serum Free Media (SOY) | 50 mi: 0.5 mi L-glutamin, 1 mi B27, 48.5 mi Neurobasal Medya |
| Tripsin Quenching Medya (TKY) | 50 mi: 0.5 mi L-glutamin, 2.5 ml FBS, 47 mL Neurobasal Medya |
| Tris Tamponlu Tuz | 50 mM Tris-CI, pH 7.5, 1 LH 2 O 150 mM NaCI; (TBS-T için 1 ml Tween-20 ekleyin) |
Tablo 1. Çözüm
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Işık mikroskobu teknikleri, biyokimyasal tahlillerle birleştiğinde, netrin bağımlı akson dallanmasında SNARE aracılı ekzositozun katılımını aydınlatmaktadır. Bu tekniklerin kombinasyonu, akson dallanmasını ve hücre şekli değişikliğini kontrol eden moleküler mekanizmaların tanımlanmasına izin verir.
RO1-GM108970 (SLG) ve F31-NS087837 (CW): Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklenmiştir.
| 6 oyuklu doku kültürü ile muamele edilmiş plakalar | Olympus Plastics | 25-105 | |
| cam lameller | Fisher scientific | 12-545-81 | 12CIR-1.5; 24 saat boyunca nitrik asit ile muamele edilmeli, 2x DI suda durulanmalı ve kullanımdan önce kurutulmalıdır. 1 mg / ml Poli-d-lizin ile kaplanmalı ve hücreleri kaplamadan önce durulanmalıdır. |
| Amaxa nükleofeksiyon solüsyonu | Lonza | VPG-1001 | 100 ml/transfeksiyon |
| Amaxa Nükleofektör/elektroporatör | Lonza | programı O-005 | |
| 35 mm Cam tabanlı canlı hücre görüntüleme tabakları | Matek Corporation | p356-1.5-14-C | ,1 mg/ml Poli-d-lizin ile kaplanmalı ve hücrelerin kaplanmasından önce durulanmalıdır |
| Olympus IX81-ZDC2 ters mikroskop | Olympus | ||
| Lambda LS xenon lamba | Sutter Instruments Company | ||
| Çevre Aşaması üst kuluçka makinesi | Tokai Hit | ||
| 100x 1.49 NA TIRF hedefi | Olympus | ||
| Andor iXon EM-CCD | Andor | ||
| Odyssey Licor Kızılötesi Görüntüleme Sistemi | LI-COR | Odyssey CL-X | Lekeleri taramak için kullanılır |
| Görüntü stüdyosu yazılım paketi | LI-COR | Odyssey Infrared sisteminde tarama yapmak için kullanılır; Olympus Molecular devices, LLC için leke Metamorph'un çevrimdışı analizi için kullanılan görüntü stüdyosu lite | |
| sürüm 7.7.6.0 | DIC timelapse'ın tüm görüntüleme ve analizi için kullanılan yazılım | ||
| CELL TIRF kontrol yazılımı | Olympus | TIRF görüntüleme Fiji için lazerleri kontrol etmek için kullanılan yazılım | |
| (Resim J) | NIH | ImageJ Sürüm 1.49t | |
| 60x Plan Apochromat 1.4 NA hedefi | Olympus | ||
| 40x 1.4 NA Plan Apochromat objektif | Olympus | ||
| Neurobazal media | GIBCO | 21103-049 | Hem serum içermeyen hem de tripsin söndürme ortamı için baz solüsyon |
| Ek B27 | GIBCO | 17504-044 | 500 ml/50 ml Serum içermeyen ortam ve Tripsin Söndürme ortamı |
| L-Glutamin | 35050-061 | 1 ml/50 ml Serum içermeyen ortam | |
| Sığır serum albümini | Bio Basic Incorporated | 9048-46-8 | Lamelleri bloke etmek için 1x PBS'de% 10 çözelti; Nitroselüloz membranları bloke etmek için TBS-T'de% 5 çözelti. |
| 10x tripsin | Sigma | 59427C | |
| HEPES | CELLGRO | 25-060-Cl | |
| Dulbecco'nun Fosfat Tamponlu Salin (DPBS) + Ca + Mg | Corning | 21-030-cm | |
| Fetal sığır serumu | Corning/CELLGRO | 35-010-CV | |
| Hank'in Dengeli Tuz Çözeltisi (HBSS) | Corning/CELLGRO | 20-021-CV | |
| NaCl | Fisher bilimsel | BP358-10 | |
| EGTA | Fisher bilimsel | CAS67-42-5 | |
| MgCl2 | Fisher bilimsel | BP214-500 | |
| TRIS HCl | Sigma | T5941-500 | |
| TRIS tabanı | Fisher bilimsel | BP152-5 | |
| N-Propil Gallate | MP Biyomedikal | 102747 | |
| Gliserol Fotometrik sınıf | Acros Organics | 18469-5000 | |
| Gliserol (optik olmayan sınıf) | Fisher scientific | CAS56-81-5 | |
| B-mercaptoethonal | Fisher scientific | BP176-100 | |
| SDS | Fisher scientific | BP166-500 | |
| Damıtılmış Su | GIBCO | 152340-147 | |
| Poli-D-Lizin | Sigma | p-7886 | 1 mg / ml'de steril suda çözülür |
| Botulinum A toksini BoNTA | Listesi Biyolojik Laboratuvarlar | 128-A | |
| Tavşan poliklonal anti insan VAMP2 | Hücre sinyalizasyonu | 11829 | |
| Fare monoklonal sıçan önleyici Syntaxin1A | Santa Cruz Biyoteknoloji | sc-12736 | |
| Keçi poliklonal anti insan SNAP-25 | Santa Cruz Biyoteknoloji | sc-7538 | |
| Fare monoklonal anti insan ve beta; III-tübülin | Covance | MMS-435P | |
| Alexa Fluor 568 ve Alexa Fluor 488 phalloidin veya Alexa Fluor 647 | Invitrogen | ||
| LI-COR IR-boya ikincil antikorları | LI-COR | P / N 925-32212, P / N 925-68023, P / N 926-68022 | 800 eşek anti-fare, 680 eşek anti tavşan, 680 eşek anti keçi |
| 0.2 & # 956; m gözenek boyutu nitroselüloz membran | Biorad | 9004-70-0 | |
| Tween-20 | Fisher bilimsel | BP337-500 | |
| Metanol | Fisher bilimsel | S25426A | |
| Bromphenol Blue | Sigma | B5525-5G | |
| Sükroz | Fisher bilimsel | S6-212 | |
| Paraformaldehit | Fisher bilimsel | O-4042-500 | |
| Triton-X100 | Fisher bilimsel | BP151-500 | |
| TEMED | Fisher bilimsel | BP150-20 | |
| %40 Bis-Akrilimit | Fisher bilimsel | BP1408-1 | |
| İsim | Company | Katalog Numarası | Yorumlar |
| ><>Alternatif Doğrulanmış Antikorlar | |||
| Fare Monoklonal Anti-Sözdizimi HPC-1 klonu | Sigma Aldrich | S0664 | |
| Fare Monoklonal Sinaptobrevin 2 (VAMP2) | Sinaptik Sistemler | 104-211 | |
| Fare Monoklonal SNAP25 | Sinaptik Sistemler | 111-011 |