DetectSyn:シナプス密度の変化を検出するための迅速で偏りのない蛍光法

シナプスは、ニューロン間のコミュニケーションの基本単位^である1。同じ領域内のニューロン間の多くのシナプスは、行動を媒介する回路を生じる²。シナプスは、神経伝達物質または神経ペプチドを放出する1つのニューロンからのシナプス前末端からなり、別のニューロンのシナプス後受容体に情報を中継する。シナプス前部シグナルの総和は、シナプス後ニューロンが活動電位を発火させ、メッセージを他のニューロンに伝播するかどうかを決定する。

シナプス病理学、シナプスの分解は、アルツハイマー病および大うつ病性障害のような神経体積の減少によって特徴付けられる疾患および障害において生じ、もはや最適に実行しない回路をもたらす^3,4,5。シナプス密度の回復は、これらの障害に対する潜在的な治療法の有効性の根底にある可能性が高い。例えば、シナプスの増加が急速な抗うつ薬の行動効果の根底にあることが最近実証されました⁶。可能なシナプス病理学的治療を迅速にスクリーニングするために、研究者はシナプス数の変化を迅速に特定する技術を必要とする。

現在の方法論は、時間と費用がかかるか(電子顕微鏡、アレイ断層撮影)、またはシナプス前部の関与(脊椎分析、免疫蛍光/共局在化)を組み込まずにシナプス後の変化のみを調べる。DiIのような色素やGFPのような蛍光タンパク質は、ニューロンを視覚化し、シナプス後棘を特徴付けるのに役立ちます。しかし、脊椎解析では、研究者が定義した比率を使用して形態を決定し、再現性を低下させる可能性があります⁷。さらに、異なる脊椎クラスが機能的シナプスとどのように関連しているかは、まだ明らかにされていない⁸。脊椎形成は一過性であり得、シナプス後可塑性を反映する可能性があるが、これらの脊椎はシナプス前ニューロン⁹を有するシナプスに安定する前に排除され得る。

共局在化は、シナプス前およびシナプス後タンパク質を免疫染色することができるため、脊椎分析よりもシナプスのより良いプロキシを提供する。しかしながら、シナプスタンパク質は、タンパク質が並置され、一貫して重なり合わない可能性があるため、低い共局在値をもたらす可能性がある。したがって、タンパク質は完全に重ね合わされていないため、共局在化技術は、この欠落した情報のためにシナプス形成の変化を正確に測定できない可能性がある。最後に、電子顕微鏡(EM)とアレイ断層撮影法の両方がシナプスの高解像度画像を提供しますが、時間がかかります。EMはさらに特殊な装置を必要とし、研究者は任意の実験のために少量の組織に制限されている。アレイ断層撮影法は、超薄切片上の多くのタンパク質を優雅にスクリーニングする能力を提供し、EM¹⁰と組み合わせることができるが、この技術はあまりにも労働集約的であり、シナプス形成の変化を迅速にスキャンする必要がある実験の範囲を超えている可能性がある。

DetectSynは、デュオリンク近接ライゲーションアッセイの特定のアプリケーションです。PLAアッセイは、タンパク質間相互作用の一般的な検出を可能にします。DetectSynは、タグ付きのシナプス前およびシナプス後タンパク質によって放出される蛍光シグナルを互いに40nm以内に増幅することによって、シナプス後部のプロキシブリッジ測定を行います。シナプスタンパク質がシナプス間隙内と同様に40nm以内にある場合、DNAプローブを含む二次抗体は環状DNAにハイブリダイズする。このハイブリダイズした環状DNAは蛍光プローブを発現し、次いでこれを増幅し、標準的な蛍光顕微鏡技術で検出する( 図1参照)。重要なことに、EMやアレイ断層撮影法とは異なり、この技術は特別な装置を必要とせず、標準的な免疫組織化学とほぼ同じ時間がかかります。したがって、この技術のアクセシビリティにより、研究集約型機関以外の研究者はシナプト病理学研究に参加することができます。さらに、この技術は、単一の実験内で複数の脳領域におけるシナプス密度の変化を調べることができ、疾患または治療によるシナプス変化のより全体的な表現を提供する。