Excitabilidade neuronal pode ser modulada através de um processo dinâmico de endo e exocitose de geleificação excitatório glutamato receptores. Aqui descrito é um ensaio acessível, alto teor para quantificação de receptores de superfície e interno população piscinas.
Pós-sináptico de receptores de superfície celular e para o tráfico é um importante mecanismo pelo qual os neurônios modulam a sua capacidade de resposta a diferentes estímulos. Os receptores (GABA) ácidos α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic, que são responsáveis pela transmissão sináptica excitatória rápida nos neurônios, são traficados para e da superfície de alterar dinamicamente a excitabilidade neuronal pós-sináptica. Leandro receptor tráfico é essencial para a plasticidade sináptica e pode ser perturbado na doença neurológica. No entanto, abordagens predominantes para quantificação do receptor tráfico ignoram piscinas inteira do receptor, são demasiado tempo – e trabalhoso, ou potencialmente interromper mecanismos normais de tráfico e, portanto, complicar a interpretação dos dados resultantes. Nós apresentamos um ensaio de alto teor para a quantificação das populações de receptores GABA superfície tanto internas em culturas neurônios hippocampal preliminares usando dual immunolabeling fluorescente e um scanner infravermelho fluorescente microplacas de 96 poços. Esta abordagem facilita a rápida seleção de granel interiorizado e densidades de receptores de superfície, minimizando o material da amostra. No entanto, o nosso método tem limitações na obtenção de célula única resolução ou realização de imagens de células vivas. Finalmente, este protocolo pode ser receptivo a outros receptores e diferentes tipos de células, desde otimização e ajustes adequados.
A magnitude e dinâmica temporal da excitabilidade neuronal é largamente dependente da disponibilidade e composição das populações de receptores de superfície que transduce sinais electroquímicos. Considerando que a síntese de novos receptores (ou subunidades do receptor) é geralmente um processo energètica caro e relativamente prolongado, uma série de maquinaria celular dedicada ao endo e exocitose dos receptores existentes fornecem meios para sua inserção rápida e remoção de e para a membrana1. Portanto, além do Regulamento transcriptional e translação dos receptores, receptores posttranslational tráfico é um importante modulador da excitabilidade neuronal.
Plasticidade sináptica, ou a força de mudança de conexões entre neurônios com experiência, é pensada para formar a base da aprendizagem e memória2,3. O fortalecimento e o enfraquecimento das sinapses ao longo do tempo, denominadas potenciação de longa duração (LTP) e depressão de longa duração (LTD), respectivamente, podem ser modulados através do tráfico de receptores de ácido α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (Leandro) 4 , 5. os receptores GABA são heterotetramers, composta de quatro subunidades (GluA1-4) e mediar a maioria da transmissão sináptica excitatória rápida no cérebro6. Assim, a excitabilidade do neurônio é em grande parte uma função da quantidade de receptores GABA na superfície pós-sináptica disponível para ser ativado pelo glutamato. LTD é comumente associado com um aumento na endocitose de receptores GABA, Considerando que a LTP é predominantemente associada com um aumento na exocitose de receptor GABA. Expressão de superfície pós-sináptico de receptores GABA requer CDDP entrega os proteínas, onde ocorre a fusão com a membrana plasmática então em uma maneira cálcio-dependente7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14. também existem uma série de mecanismos que regulam a endocitose de receptor GABA atividade-dependente. Um exemplo disso é através do gene início imediato Arc/Arg3.1 (Arc). Entre outras funções,15, o arco é conhecido para mediar o receptor metabotrópico de glutamato (mGluR)-dependente LTD, promovendo a endocitose de receptor GABA através dos seus parceiros de ligação, que incluem as proteínas endocítica AP-2, endophilin-3 e Dinamina-2 16 , 17 , 18 , 19, a clatrina revestido coloca20,21. Interiorizado os receptores GABA podem ser reciclados volta para a membrana plasmática ou destinados à degradação22,23.
Importante, a composição da subunidade de receptores GABA contribui para seu tráfico dinâmica24. De grande relevância é o domínio C-terminal intracelular das subunidades, onde ocorre a maioria das modificações do posttranslational e interações da proteína relacionada ao tráfico. GluA1 e GluA4 que contêm o subunit receptores GABA são particularmente aptos a ser traficadas à superfície da célula durante a LTP, em parte devido à presença de seus ligantes PDZ, ~ 90 sequências de aminoácidos que promovem a membrana ancoragem através de interações com vários PDZ domínio-contendo proteínas25,26. Por outro lado, os receptores GABA contendo GluA2 e falta de GluA1 ou GluA4 tendem a ser traficadas constitutivamente mas acumular intracelular com atividade sináptica27. Subunidades GluA2 passam por RNA edição que, além de promover a retenção no retículo endoplasmático28, processa o poro do canal impermeável ao cálcio29, implicando mais específicas do subunit do tráfico como um mediador chave de neuronal homeostase e plasticidade. Curiosamente, interrupção da degradação de arco ubiquitina dependente foi mostrada para aumentar GluA1 endocitose e aumentar a expressão de superfície de GluA2 que contêm o subunit receptores GABA após indução de mGluR-LTD com o seletivo grupo I mGluR agonista (S) – 3,5 – Dihydroxyphenylglycine (DHPG), indicando que há ainda muito para ser aprendido sobre os mecanismos e o papel da subunidade específica Leandro receptor tráfico de30.
Métodos para observar as mudanças na expressão de receptores de superfície são muitas vezes complicado, demorado, ou introduzir desnecessários confunde. Ensaios baseados em biotina são uma abordagem abrangente e comercialmente disponível. Purificação da afinidade dos receptores de superfície biotinilado representa um exemplo, no entanto, a necessidade da realização de eletroforese requer uma grande quantidade de material de amostra e pode processar o rastreio de vários tratamentos um proibitivamente longo processo de31. Extensões deste ensaio, onde vários pontos de tempo de rotulagem e moleculas são executados para quantificar a degradação gradual de um sinal inicial, da mesma forma negligenciam a adição de novo — ou reciclado — receptores à célula superfície e apenas exacerbam o tempo e necessidades de materiais.
Outras abordagens fazem uso de construções quiméricas ou a adição de etiquetas fluorescentes para observar o receptor tráfico de32, às vezes usando ao vivo celular imagem33,34. Enquanto potencialmente poderoso, estes projetos podem afetar os padrões de tráfico normais dos receptores devido a mutações ou mudanças drásticas no peso molecular introduzido nestas proteínas. O uso de corantes que rotulam compartimentos subcellular alvejando baixo pH34,35 são inespecíficos e fazer a distinção entre diferentes compartimentos intracelulares importantes para receptor de tráfico (ex.. lisossomos e proteasomes) difícil. Finalmente, o uso da microscopia confocal Visualizar o colocalization de receptores com marcadores associados ao tráfico e degradação, tais como proteínas CDDP ou clatrina, proporcionando potencialmente útil introspecção localização específica com resolução subcellular, são tempo, trabalhoso e caro devido à necessidade de analisar individualmente cada célula e a exigência de confocal ou microscopia de super-resolução.
Aqui, demonstramos um ensaio de tráfico alto teor do receptor que seja compatível com a cultura neuronal primária preparações30. Esse método etiquetas separadamente as piscinas de superfície e intracelular do receptor dos neurônios fixos, permitindo a apresentação dos dados como uma relação de superfície normalizado ou densidade interiorizada do receptor para a densidade global para o receptor. A natureza de alto teor desse método é ideal para a seleção de vários tratamentos e/ou genótipos em um curto espaço de tempo e requer experiência de incubação de cultivo e anticorpo só padrão de célula.
Brevemente, neurônios primários são cultivados em microplacas de 96 poços padrão e então tratados como ditado pelo delineamento experimental, incubados com anticorpos primários, lavados e fixo. As células são então incubadas com um anticorpo secundário para rotular a receptores de superfície, seguidos de outra etapa de fixação. Permeabilização então ocorre e um segundo anticorpo secundário é usado para rotular piscinas interna do receptor. Finalmente, as células são fotografadas usando um scanner infravermelho microplate fluorescente para quantificar a densidade integrada de cada população de receptores. A Figura 1 resume o nosso ensaio de alto teor em comparação com um ensaio biotinylation tradicional.
Enquanto o Protocolo oferecido aqui é otimizado e específicos para receptores GABA tráfico de culturas primárias neurônio hippocampal, este procedimento poderia, em teoria, é alargado e adaptado para receptores diferentes em uma variedade de tipos de células.
Os receptores GABA são um subtipo de receptor de glutamato de geleificação é integral para funções neuronais que incluem a formação de sinapses, estabilidade de sinapse e plasticidade sináptica. Interrupção de receptor GABA está ligada a vários distúrbios neurológicos24 e são considerados drogas atraentes alvos40. Por exemplo, estudos têm mostrado que um dos primeiros sinais da doença de Alzheimer (AD) é a perda de sinapse e reduzido sináptica Leandro receptor níveis41,42. Curiosamente, adição de oligômeros de ß-amiloide prejudica a expressão do receptor de superfície contendo GluA1 Leandro em sinapses43. Além disso, estado de mal epiléptico para baixo-regula GluA2 mRNA e proteína em neurônios hippocampal anterior a sua morte,44. Em esclerose lateral amiotrófica (ela), patologia de alcatrão DNA-ligando da proteína (TDP-43), uma anormalidade molecular ALS específicos, tem sido vinculada ao ineficiente local de GluA2 Q/R-RNA edição45.
O alto teor Leandro receptor de tráfico fornece meios eficazes para medir alterações em massa em perfis de tráfico do receptor dentro de uma rede neuronal em resposta a vários factores, consumindo muito menos tempo e materiais do que métodos alternativos. Uma única microplaca de 96 poços fornece inúmeros poços para executar várias técnicas Replica e controles para diferentes condições experimentais no mesmo prato. A chapeamento de baixa densidade de 2 x 104 células/poço em relação a densidade de células/poço de 5 x 105 reduz significativamente o número de animais e materiais necessários para cada experimento (Figura 1). O scanner infravermelho pode imagem microplacas de 96 poços até seis de cada vez. O ensaio também pode ser modificado para um microplacas 384-bem46, que torna-se especialmente valioso se o ensaio é executado em exemplos preciosos que são difíceis de obter ou são caros à cultura (amostras, por exemplo, humanas e células-tronco pluripotentes induzidas). O ensaio inteiro pode ser concluído e analisado no mesmo dia, que economiza tempo valioso (Figura 1).
Para a conclusão bem sucedida e eficiente do ensaio, alguns pontos precisam ser considerados. Em primeiro lugar, é importante preparar a solução DHPG no mesmo dia do tratamento do neurônio. Não reutilizar ou congelar ações DHPG. A paraformaldehyde/4% de 4% de sacarose em solução de PBS deve ser igualmente fresco no mesmo dia do experimento. Em segundo lugar, poços de controle tratadocom com TTX apenas ou veículo são necessários para assegurar que os efeitos observados são específicos para o tratamento. Também é fundamental incluir poços tratados com apenas os anticorpos secundários de Controlarar para fluorescência de fundo produzida pela ligação não-específica. Observe que a segunda etapa de fixação (seguir esmaecimento de anticorpos secundários) é a chave para reduzir efeitos de fundo de anticorpo secundário e realização efetiva rotulagem de subunidades do receptor.
Comprometimentos e limitações, como acontece com qualquer método, existem. Este ensaio não fornece resolução de célula única (ou subcellular) e não permite acompanhamento em tempo real do receptor tráfico como outros métodos32,33,35. Além disso, adequada deve ter cuidado durante a etapa de permeabilização de neurônios, como esse método será sensível para a fuga de componentes intracelulares, no caso de excesso de permeabilização.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos assistência técnica Zachary Allen. Este trabalho foi financiado pela Fundação de Whitehall (Grant 2017-05-35) e Cleon C. Arrington Research Grant programa de iniciação (RIG-93) A.M.M. M.A.G e D.W.Y. ambos foram apoiados por uma Neurogenomics de Universidade de estado de Geórgia 2CI Fellowship.
Mouse monoclonal (RH95) anti-GluA1 N-terminal | EMD Millipore | Cat#MAB2263MI, RRID: AB_11212678, LOT#2869732 | |
Mouse monoclonal (6C4) anti-GluA2 | ThermoFisher Scientific | Cat#32-0300, RRID: AB_2533058, LOT#TE268315 | |
IRDye 680RD Goat anti-Mouse IgG (H+L) | Li-COR Biosciences | Cat# 926-68070, RRID: AB_10956588, LOT#C60107-03 | |
IRDye 800CW Donkey anti-Mouse IgG (H+L) | Li-COR Biosciences | Cat# 926-32212, RRID: AB_621847, LOT#C60524-15 | |
(RS)-3,5-DHPG | Tocris Bio-Techne | Cat#0342 | |
Tetrodotoxin Citrate (TTX) | Tocris Bio-Techne | Cat#1069 | |
Poly-D-Lysine Hydrobromide (PDL) | Sigma-Aldrich | Cat#P7280-5X5MG | |
Saponin | ACROS Organics | Cat# 419231000 | |
B-27 Supplement (50 X), Serum Free | Gibco | Cat#17504044 | |
Glutamax Supplement | Gibco | Cat#35050061 | |
5-Fluoro-2′-deoxyuridine (FUDR) | Sigma-Aldrich | Cat#F0503 | |
Gentamycin (10 mg/ml) | Gibco | Cat#15710064 | |
Paraformaldehyde, EM Grade, Purified | Electron Microscopy Sciences | Cat#19210 | |
Sucrose (EP/BP/NF) | FisherScientific | Cat#S2500GM | |
Odyssey Blocking Buffer (TBS) | Li-COR | Cat#927-50003 | Refered to as "Blocking Buffer" in the protocol |
Cell Culture Grade Water | HyClone | Cat#SH30529.02 | |
DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco | Cat#14190250 | |
Neurobasal Medium, minus phenol red | Gibco | Cat#12348017 | Referred to as "neuronal Media" in the protocol |
28 mm Diameter Syringe Filters, 0.2 µm Pore SFCA Membrane, Sterile | Corning | Cat#431219 | |
96-well Black/Clear and White/Clear Bottom Polystyrene Microplates | Corning | Cat#3603 | |
ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ ; RRID: SCR_003070 | |
FIJI (Fiji is Just ImageJ) | NIH | http://fiji.sc/ ; RRID: SCR_002285 | |
Odyssey CLx imaging system | Li-COR Biosciences |