Imagens em tempo real de axonal Transporte de Quantum Dot marcado BDNF na Primária Neurônios

Os neurônios são as células cujos processos longos e muitas vezes altamente elaborados são fundamentais para estabelecer e manter a estrutura ea função dos circuitos neurais altamente polarizada. O axônio desempenha um papel vital no que transportam cargas de e para as sinapses. As proteínas e organelas sintetizados no soma célula necessita de ser transportado por axónios para chegar ao terminal pré-sináptico para suportar a função neuronal. Do mesmo modo, os sinais recebidos pelo axónios distais devem ser transduzidas e transportado para o soma. Estes processos são essenciais para a sobrevivência neuronal, diferenciação e manutenção. Em que o transporte axonal em neurónios algumas deve ser conduzida através de distâncias mais do que 1000 vezes o diâmetro do corpo da célula, a possibilidade é facilmente imaginado que mesmo pequenos défices pode impactar significativamente a função neuronal e o circuito.

Derivado de factor neurotrófico cerebral (BDNF), um membro da família da neurotrofina de factores de crescimento, está presente na maregiões do cérebro, incluindo ny hipocampo, córtex cerebral, e do prosencéfalo basal. BDNF desempenha um papel crucial na formação da memória e cognição, através do apoio da sobrevivência, diferenciação e função de neurónios que participam em circuitos cognitivos. BDNF se liga ao seu receptor, a tirosina-cinase TrkB, no terminal axonal em que activa as vias de sinalização mediadas por TrkB, incluindo a proteína quinase activada por mitógeno / regulada por sinal extracelular da proteína cinase (MAPK / ERK), fosfatidilinositol-3-quinase (PI3K) e fosfolipase C-gama (PLCy). As proteínas que participam nestas vias de sinalização são empacotados em vesículas de endocitose para formar o BDNF / TrkB sinalização endosome ^1-6 que são, então, transportado retrogradamente à soma neuronal.

A câmara de cultura de microfluidos é uma plataforma muito útil para estudar a biologia axonal, em condições normais, bem como na definição de lesões e doenças ^7,8. Por axônios isolandodos corpos celulares, o dispositivo tem permitido um para estudar o transporte especificamente em axônios ^8-10. As plataformas microfluídicos baseados PDMS com 450 mM barreiras microgroove utilizados neste estudo foram adquiridos comercialmente (ver tabela de materiais). Para examinar o transporte BDNF, desenvolvemos uma nova tecnologia para produzir monobiotinylated BDNF (mBtBDNF). Tiramos proveito do peptídeo biotina aceitante, AP (também conhecido como AviTag). É uma sequência de 15 aminoácidos que contém um resíduo de lisina, que pode ser especificamente ligado a uma biotina pela Escherichia coli enzima biotina ligase, BirA. Nós fundido a AviTag para o C-terminal do rato pré-proBDNF cDNA por PCR (Figura 1A). A construção foi clonada no vector de expressão de mamífero, pcDNA3.1 Myc-His vector. Nós também clonado o DNA bacteriano BirA na pcDNA3.1 Myc-His vector. Os dois plasmídeos foram co-transfectadas transientemente em células HEK293FT para expressar ambas as proteínas. BirA catalisou a ligadura da biotaem que especificamente a lisina residir no AviTag no C-terminal do BDNF a uma razão de 1: 1 para produzir monobiotinylated monómero BDNF. Biotinilado, BDNF madura com uma massa molecular de ~ 18 kDa foi recuperada e purificada a partir dos meios utilizando Ni-resina (Figura 1C). A biotinilação de FNDC estava completa, conforme avaliado pela incapacidade para detectar o BDNF não modificado por imunotransferência (Figura 1E). Estreptavidina conjugada pontos quânticos, QD 655, foram utilizados para marcar mBtBDNF fazer QD-BDNF. A presença do AviTag não interferir com a actividade do BDNF como o mBtBDNF foi capaz de activar TrkB fosforilada (Figura 1E) e estimular o crescimento de neurites (Figura 1F) até ao ponto de BDNF recombinante humano (rhBDNF). Acms mostrado que QD-BDNF colocalized com TrkB em axónios do hipocampo, indicando que QD-BDNF é bioactivo (Figura 1G). Para estudar o transporte de BDNF, QD-BDNF foi adicionado ao compartimento do axónio distaiculturas de microfluidos contendo rato E18 neurónios do hipocampo (Figura 2A). QD-BDNF transporte retrógrado dentro de axônios foi capturado por em tempo real imagens ao vivo da etiqueta fluorescente vermelha (apoiando vídeos S1, S2). Ao analisar o quimógrafo gerado, QD-BDNF foi observada a ser transportados retrogradamente a uma velocidade de deslocamento de cerca de 1,06 pM / seg (Figura 3A). GFP ou mCherry-BDNF com etiquetas ter sido usado para controlar o movimento axonal de BDNF. As principais desvantagens são que eles não são brilhantes o suficiente para os estudos de moléculas individuais. Além disso, a presença de ambos os movimentos anterógrada e retrógrada BDNF torna difícil avaliar se ou não o BDNF transportado retrogradamente era um complexo de neurotrofina / receptor.

Neste vídeo, demonstramos as técnicas utilizadas para examinar o tráfico ao vivo do QD-BDNF em câmaras microfluídicos usando neurônios primários. O ultrabrightness e excelente fotoestabilidade de pontos quânticos makes-se possível realizar de seguimento a longo prazo de transporte BDNF. Estas técnicas podem ser explorados para reforçar estudos de função axonal em AD, HD, e outras desordens neurodegenerativas.