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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Bu iletişim kuralı bir fizyolojik alakalı, basınçlı sıvı yaklaşım varicosities nöronlar içinde hızlı ve geri dönüşümlü indüksiyon için açıklar.
Aksonal varicosities akson heterojenite yüksek derecesi ile Miller boyunca genişlemiş yapılardır. Onlar sadece beyin nörodejeneratif hastalıklar veya yaralanma ile ama aynı zamanda normal beyin bulunur. Burada, biz varisler oluşumu ve türdeş olmayan protein kompozisyon yöneten mekanizmalarını anlamamızı sağlayan hızlı, güvenilir ve ters aksonal varicosities, ikna etmek için bir yeni kurulan micromechanical sistemi açıklanmaktadır. Bu sistem farklı hücre altı bölmeleri nöronların, esas olarak germe etkisi üzerinde odaklanmak diğer vitro sistemlerinden farklı sıkıştırma ve kayma stres etkilerini değerlendirmek için bir roman araç temsil eder. Önemlisi, bizim sistemi ve benzersiz özellikleri sayesinde, son zamanlarda basınçlı sıvı uygulama hızla ve geri dönülebilir olarak geçici reseptör potansiyeli kanal etkinleştirmesi üzerinden aksonal varicosities tetikleyebilir gösterilen yeni bir keşif yaptı. Biyomekanik sistemimiz uygun ilaç perfüzyon, canlı hücre görüntüleme, kalsiyum görüntüleme ve yama kelepçe yazmak ile birlikte kullanılabilir. Bu nedenle, bu yöntem mechanosensitive iyon kanalları, aksonlar Taşıma Yönetmeliği, aksonlar sitoiskeleti dinamikleri, sinyal kalsiyum ve morfolojik değişiklikler ile ilgili travmatik beyin hasarı eğitimi için kabul edilebilir.
Varisler oluşumu veya şişlik/boncuk, akson, boyunca önemli bir özelliğidir birçok bozuklukları veya yaralanma multipl skleroz, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, dahil olmak üzere merkezi sinir sisteminin gözlenen ateş ve travmatik beyin yaralanması1,2. Aksonal varicosities aksiyon potansiyeli yayma ve sinaptik iletimi3önemli fizyolojik etkileri rağmen varicosities nasıl oluşturulduğunu bilinmemektedir. Son zamanlarda, yeni kurulan microbiomechanical tahlil kemirgenler kültürlü Hipokampal neurons kullanarak, mekanik uyaranlara varicosities son derece ilginç özellikleri ile bu nöronlar içinde tetikleyebilir buldum. İlk olarak, varisler indüksiyon hızlı (< 10 s) ve bu işlem beklenmedik bir şekilde geri alınabilir. İkinci olarak, varisler başlatma basınç şişirme gücüne bağlıdır: yüksek basınç, hızlı başlatma. Üçüncü olarak, varisler başlatma nöronal yaş üzerinde bağlıdır. Genç nöronların aksonlar mekanik stres, büyük nöronlar için göre daha duyarlı görünür. Dördüncü olarak, süre dendrites ve ilk axon kesimleri bu nöronların Hipokampal nöronlar akson boyunca varicosities şeklinde değişiklik yok aynı şişirme koşul altında görüntüler. Böylece, bizim çalışma nöronal polarite roman bir özelliği ortaya koydu. Bu bulgular vitro sistemiyle fizyolojik ilgilidir. Vivo modeli hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) kullanarak, biz aksonal varicosities hemen sonra Kapat-kafatası etkisi, bizim vitro ile tutarlı fareler somatosensor korteks multifokal bir biçimde geliştirilen gösterdi sonuçları4. Boyama ve görüntüleme mTBI farelerin sadece bir görüntüsü nöronal morfolojik değişiklikler sağlamak, in vivo performans beri nöronal Morfoloji hızlandırılmış görüntüleme sırasında bir mekanik etkisi hala mümkün değil unutmamak önemlidir.
Bu sıvı şişirme sistem sadece mekanik stres kaynaklı varisler oluşumu ile ilgili benzersiz özellikleri yakalamak için ama aynı zamanda temel mekanizması belirlemek için izin verdi. Farklı hücre dışı çözümler, blokerler ve mechanosensitive iyon kanalları ve hücresel Elektrofizyoloji farklı adayların açacakları test ederek, biz geçici reseptör potansiyel katyon kanal bu alt familya V üye 4 (TRPV4) tespit Ca2 + ve Na+ geçirgen ve Şişirme tarafından aktive kanal aksonal varisler oluşumu4sırasında ilk mekanik stres algılamak için esas olarak sorumludur. Bu daha da bir siRNA nakavt yaklaşım ile doğrulandı. Birlikte, Hipokampal nöron kültürü ile hazırladığımız bu yeni tahlil sistem ele alındığında, diğer teknikleri ile birlikte özellikle merkezi nöronların micromechanical özelliklerini çalışmak için son derece değerlidir.
Biz kurduk bu micromechanical sistemi benzersizdir ve birkaç önemli yönü daha önce var olan sistemleri farklıdır. İlk olarak, bu sistemde nöronlar uçak mekanik stres sıkıştırma ve yamultma şekillerde deneyim. Mekanik etkisi sırasında nöronal süreçleri coverslip yüzeye bağlı kalır ve hareket etmiyor. Bu deneysel diğer esas olarak bükme ve uçak-germe dahil sistemleri (veya gerilim) farklıdır, örneğin, birlikte aksonlar saptırma gibi dizeleri5,6 taşıyarak veya micropatterned üzerinde yetiştirilen aksonlar yayarak kanalları ve gerilebilir membranlar7,8. Ayrıca, aksonlar varicosities da içinde indüklenen her ne kadar bu deneyleri gibi sistemimizde sıvı şişirme, bu ayarları sürecinde (üzerinden birkaç saat6,7,810 dk) çok daha fazla zaman alır ve görünür geri alınamaz. Son olarak, sistemimiz yerel sıvı şişirme kullanarak varisler oluşumu uzamsal özelliklerinin incelenmesi sağlar (örneğin., dendrites, dendritik omurgalar, soma, aksonlar ilk kesimleri, aksonlar terminalleri), zamansal özellikleri yanında. Bu sistemi kullanarak, biz birkaç beklenmedik ve benzersiz özellikleri aksonal varisler oluşumu, özellikle hızlı başlangıçlı, yavaş reversibility ve akson-dendrite polarite keşfetti.
Biz bu yazıda görüşmek sistem moleküler ile birçok teknikleri uyumludur ve hücre biyolojisi. Örneğin, nöronal morfoloji ve fonksiyonu mekanik stres etkileri çalışmaya, miyelin coculture ile birlikte, düşsel floresan rezonans enerji transferi (FRET) ve toplam iç yansıma floresan (TIRF), hızlandırılmış kullanılabilmesi için Kalsiyum görüntü ve yama kelepçe kayıt. Bu yazıda, sistemin çekirdek bileşenlerinin odaklanacağız. Hipokampal nöron kültürü, sıvı şişirme Kur, aksonlar taşıma için yüksek çözünürlüklü hızlandırılmış görüntü ve kalsiyum görüntüleme hakkında adım adım aşağıda gösterilmiştir.
Tüm yöntemler aşağıda açıklanan kurumsal hayvan bakım ve kullanım Komitesi (IACUC) Ohio State Üniversitesi tarafından onaylanmıştır.
1. Coverslip hazırlık
2. diseksiyon, ayrışma ve hamile Mouse/fare Hipokampal Neurons kültür
3. şişirme pipet aparatı ayarlama
Not: Bu kurulum için beş temel bileşeni vardır: cam pipet, tüp, şırınga, micromanipulator ve tampon (Hank'in). Fizyolojik olarak ilgili tuz konsantrasyonları vardır herhangi bir arabellek bu kurulum içinde kullanılabilir.
4. bir gerilebilir membran sistemi kullanan pipet Basınç Kalibrasyonu
5. Varicosities ikna etmek için şişirme
6. övgü yöntemleri
Not: Şişirme tahlil çeşitli giriş bölümünde açıklanan farklı teknikleri ile kombine edilebilir. Burada, yüksek çözünürlüklü Floresans timelapse görüntüleme, kalsiyum görüntüleme ve kurtarma deneyleri gibi şişirme tahlil ile birlikte, en sık kullanılan temel teknikleri üzerine odaklanmıştır. Bunlar aşağıda ele alınmıştır.
Şişirme önce akson normalde küçük varisler oluşumu göster. Aşağıdaki bizim standart basınç ile (190 mmH2O yükseklik), birçok boncuk benzeri varicosities geliştirmek için aksonlar Başlat şişirme. Varicosities oluşumu 10 dk kurtarma döneminden sonra (Şekil 2A-B) önceden kahvaltılık durumlarına geri dönen axon bölgelerinde tarafından gösterildiği gibi kısmen tersinir olduğunu. Kurtarma daha uzun bir süre sonra (> 20 dk), bazı aksonlar tamamen kurtarmak. Suboptimal şişirme pipet gibi sahne alanı üzerinde 190 mm şırınganın doğru konumlandırma konumlandırma varicosities hızla oluşturabilir değil. Optimal koşullar aksonlar varisler oluşumunda genç nöronların (yaklaşık 7 DIV) yaklaşık 5 s4yol açmalıdır.

Resim 1 : Şematik ve aparatı şişirme fotoğrafı. (A)fotoğrafları genel mikroskop kurulum gösteriliyor. (B) cam pipet gösterilen aparatı şişirme micromanipulator tarafından düzenlenen ve alıpkendi için bağlı. (C) faz kontrast odak birincil Hipokampal nöronların pipet gölgesi alt sağ gösterilen düzlemde görüntülerle. (D) dışarı-in hücre uçak pipet ucu şişirme üzerinde duruldu. (E) şeması mesafeler ve varicosities ikna için hesaplanan baskıların. Ölçek çubuğu 50 µm. = Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Resim 2 : Şişirme takip varisler oluşumu temsilcisi görüntüler. 7DIV, bir akson öncesi gösterilen ve sonrası bir 10 min kurtarma süre aşağıdaki gibi şişirme transfected GFP fare Hipokampal nöronlar(a)görüntüleme. Hızlandırılmış görüntüleme nöron(a), (B) Kymograph. Kırmızı oklar gösterir 150 oluşan varicosities 190 mmH2O şişirme s (30'başlayan s). Ölçek çubuğu 15 µm. = Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Coverslip kaplama çözüm | |
| 780 ΜL | Asetik acid17 mM stok: 50 µL Asetik asit H2O 50 ml |
| 200 ΜL | Poli-D-lizin (0,5 mg/mL stok) |
| 20 ΜL | Sıçan kuyruğu kollajen (3 mg/mL stok) |
| Toplam hacim kaplı olması coverslips sayısına göre belirlenir. |
Tablo 1: Coverslip kaplama çözüm. Kültürlü coverslips hücrelere bağlı kalmak için kullanılan coverslip kaplama çözüm hazırlanması için reçete sağlar.
| Filtre 1 x dilim diseksiyon çözüm (SLD), pH 7.4, mağaza 4 ° c = | |
| 1 L | GKD2O |
| 82 mM | Na2kadar4 |
| 30 mM | K2kadar4 |
| 10 mM | HEPES (ücretsiz asit) |
| 10 mM | D-glikoz |
| 5 mM | MgCl2 |
| %0.00 | Fenol red (isteğe bağlı) |
| Medya kaplama (am, filtre, mağaza 4 ° C'de) | |
| 439 mL | MEM Earle ün tuzları |
| 50 mL | FBS |
| 11.25 mL | % 20 D-glikoz |
| 5 mL | Sodyum pyruvate (100 mM) |
| 62,5 ΜL | L-glutamin (200 mM) |
| 5 mL | Penisilin/streptomisin (P/S, 100 x) |
| Bakım medya (MM, filtre, mağaza 4 ° C'de) | |
| 484 mL | Neurobasal |
| 10 mL | B27 50 x ek |
| 1,25 mL | L-glutamin (200 mM) |
| 5 mL | 100 x P/S |
| Tüm çözümler bir filtre 0.2 mm gözenek boyutu ile sterilize. |
Tablo 2: hücre kültürü medya tarifleri. Birincil Hipokampal nöron hücre kültürü çalışmalarının kullanılan ortam hazırlamak için yemek tarifleri sağlar.
| Hank'in arabellek (filtre, pH 7.4, mağaza, 4 =° C | |
| 150 mM | NaCl |
| 4 mM | KCl |
| 1.2 mM | MgCl2 |
| 1 mM | CaCl2 |
| 10 mg/mL | D-glikoz |
| 20 mM | HEPES |
Tablo 3: Hank'in arabellek tarifi. Şişirme Protokolü ve canlı hücre görüntüleme sırasında kullanılan arabellek hazırlanması için reçete sağlar.
| Parametreleri çekerek pipet | |||||
| Isı | Çekme | Hız | Gecikme | Basınç | Rampa |
| 501 | 0 | 15 | 1 | 500 | 530 |
Tablo 4: parametreleri çekerek pipet. Pipet çektirme çapı yaklaşık 45 µm olduğunu bir açıklık elde etmek için ayarlamak için parametreleri sağlar.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu iletişim kuralı bir fizyolojik alakalı, basınçlı sıvı yaklaşım varicosities nöronlar içinde hızlı ve geri dönüşümlü indüksiyon için açıklar.
Tüm hayvan deneyleri Ulusal kurumları, sağlık hayvan kullanım kılavuzlarınıza uygun olarak yapılmıştır. Bu eser kısmen C. Gu için Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01NS093073 ve R21AA024873) gelen hibe tarafından desteklenmiştir.
| 12 mm lameller | Warner Instruments | 64-0702 | 24 kuyulu plaka için |
| 25 mm lameller | Fisher Bilimsel | 12-545-102 | 6 oyuklu plaka için |
| Asetik asit | Fisher Scientific | A38-212 | |
| Poli-D-lizin | Sigma | P6407 | |
| Sıçan kuyruğu kollajeni | Roche | 11 179 179 001 | |
| 10X PBS | Ulusal Teşhis | CL-253 | |
| Na2SO4 | Fisher Scientific | S373-500 | |
| K2SO4 | Fisher Scientific | P304-500 | |
| HEPES | Fisher Bilimsel | BP410-500 | |
| D-glikoz | Fisher Bilimsel | D16-500 | |
| MgCl2 | Fisher Scientific | BP214-500 | |
| NaOH | Fisher Bilimsel | SS255-1 | |
| Proteaz enzimi | Sigma | P4032 | |
| FBS | Gibco | 26140 | |
| Sodyum piruvat ve nbsp; | Gibco | 11360-070 | |
| L-glutamin & | Gibco | 25030081 | |
| Penisilin / Streptomisin 100x (P / S) | Gibco | 15140122 | |
| MEM Earle'ün Tuzları | Gibco | 11090 | |
| B27 takviyesi | Gibco | 17504-044 | |
| Nörobazal | Gibco | 21103-049 | |
| Arabinosilsitozin (Ara-C) | Sigma | 147-94-4 | |
| Opti-MEM medya | Gibco | 31985-070 | |
| Lipofektamin 2000 | Invitrogen | 1854313 | transfeksiyon reaktifi |
| Borosilikat çubuklar | Dünya Hassas Aletler A.Ş. | Pipeti şişirmek için PG52151-4 | |
| kauçuk boru & nbsp; | Fisher Bilimsel | 14-169-1A | |
| 10cc plastik şırınga ve piston | Becton Dickinson | ||
| mikromanipülatör | Sutter Aletleri | ||
| NaCl | Fisher Bilimsel | S640-3 | |
| KCl | Fisher Bilimsel | BP366-500 | |
| CaCl2 | Fisher Scientific | C70-500 | |
| Hücre kültürü kabı (35 mm x 10 mm) | Corning | Kalsiyum görüntüleme için3294 | |
| Fluo-4 | Moleküler Problar | F14201 | |
| Mito-YFP yapısı | Takara Biyo A.Ş. & nbsp; | hücre transfeksiyonu için | |
| YFP-N1 yapısı | Takara Biyo A.Ş. & nbsp; | hücre transfeksiyonu için | |
| Model P-1000 Alevli/Kahverengi Mikropipet çektirmesi | Sutter Aletleri | ||
| Eclipse TE2000-U Mikroskob | Nikon | ||
| Plan Fluor ELWD 20x objektif ve nbsp; | Nikon | 062933 | objektif |
| Apo TIRF 100x/1.49 yağ lensi | Nikon | MRD01991 | objektif |