概要

Методы клеточной прилагается измерения емкости в мышь надпочечников хромаффинных Cell

Published: October 22, 2014
doi:

概要

After exocytosis, fused plasma membrane is retrieved through a process known as endocytosis. This mechanism reforms new synaptic vesicles for the next round of release. Individual endocytic events are captured and analyzed through the use of the cell-attached capacitance recordings in mouse adrenal chromaffin cells.

Abstract

Neuronal transmission is an integral part of cellular communication within the brain. Depolarization of the presynaptic membrane leads to vesicle fusion known as exocytosis that mediates synaptic transmission. Subsequent retrieval of synaptic vesicles is necessary to generate new neurotransmitter-filled vesicles in a process identified as endocytosis. During exocytosis, fusing vesicle membranes will result in an increase in surface area and subsequent endocytosis results in a decrease in the surface area. Here, our lab demonstrates a basic introduction to cell-attached capacitance recordings of single endocytic events in the mouse adrenal chromaffin cell. This type of electrical recording is useful for high-resolution recordings of exocytosis and endocytosis at the single vesicle level. While this technique can detect both vesicle exocytosis and endocytosis, the focus of our lab is vesicle endocytosis. Moreover, this technique allows us to analyze the kinetics of single endocytic events. Here the methods for mouse adrenal gland tissue dissection, chromaffin cell culture, basic cell-attached techniques, and subsequent examples of individual traces measuring singular endocytic event are described.

Introduction

Синаптической передачи опосредуется экзоцитоза нейромедиаторов содержащих синаптических пузырьков, и эти пузырьки должны пройти местную переработку эндоцитотических внутри нервного окончания поддерживать нейронов связи в долгосрочной перспективе. Учитывая важнейшую роль синаптической передачи в головном мозге, понимая молекулярные машины, составляющие синаптической цикл пузырек представляет собой краеугольный камень в сторону лучшего понимания в сотовой связи в целом. Среди модельных клеток систем, надпочечников хромаффинных клеток предоставил некоторые из самых окончательного прозрения молекулярных машин, лежащей в основе синаптической переработки пузырьков. Экзоцитоз, заключительный шаг в высвобождения нейромедиатора, была безмерно изучены и рассмотрены с помощью надпочечников хромаффинной ячейки 1,2. На самом деле, большинство молекулярных игроков, которые руководят этими образование, адресности, стыковку, и слияние секреторных гранул были выявлены благодаря применению делметоды ERSE в хромаффинных клеток 1. Кроме того, путем предоставления возможность позволить для разрешения одного пузырька от машин белка, участвующего в экзоцитоза, хромаффинных клетка остается мощной моделью для решения вопросов слияния пузырьков 3.

Измерения емкости Сотовые подключением были впервые использованы в решении одной слияния пузырьков во время экзоцитоза 3. Экзоцитоза пузырьков размером до ~ 60 нм в диаметре были продемонстрированы быть обнаружены с помощью измерений допуска клеточных мембран с техникой патч зажима в конфигурации клеток присоединены 4-7. Прием определяется как мера того, насколько легко схема или устройство позволит току течь; это обратная импеданса. Таким образом, измерения допуска обеспечить понимание мембранного емкости. Это достигается путем введения везикулярного мембрану в плазматической мембране; это включение показывает изменения в поверхностиплощадь 8. Каждый слияния пузырьков вызывает ступенчатое увеличение мембрана емкости 9,10. Кроме того, это измерение допуска обеспечивает проводимости мембраны и поры слияния проводимость во время экзоцитоза события 3. Как эта техника предоставил уникальный инструмент на установления единых-пузырек кинетики во экзоцитоза, наша лаборатория недавно применил эту концепцию для обнаружения эндоцитоз одиночных пузырьков 11,12.

Наши конкретные интерес клатрин-эндоцитоз (CME), который был рассмотрен в качестве основного компонента домашнего хозяйства во многих клетках 13 и в качестве основного пути для синаптических пузырьков эндоцитоза в нейронных терминалов 14,15. CME, как известно, биологически важно, однако, его кинетика остаются не до конца понятны связи с техническими ограничениями в мониторинге особых эндоцитотических события. Учитывая сходство в exocytic механизмов между хромаффинных клеток и нейронов 1, это плausible, что механизмы деления клеток в хромаффинных может, вероятно, относится к эндоцитоза синаптических пузырьков в нейронах. Измерения емкости сотовых подключением были использованы для мониторинга отдельных эндоцитотических события и анализа кинетики деления, которые большинство методов не в состоянии разрешить. В наших сотовых подключением записей, синусоида с частотой 20 кГц накладывается на проведения потенциал, а выходной ток разделяется на проводимости мембраны в одном канале и мембраны емкости в другой канал от двухфазного синхронного усилителя 16- 18. Из изменений в мембранной проводимости и емкости, можно рассчитать кинетики деления порами, что, вероятно, соответствует трубчатой ​​шеи мембраны, которая соединяет интернализации пузырек в плазматическую мембрану до везикул отсечки. В совокупности эта техника дает нам возможность изучить нормативные механизмы пузырьков деления во время CME.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Вся процедура была проведена в соответствии с руководящими принципами Национальных Институтов Здоровья, утвержденный уходу и использованию комитета животных из Университета Иллинойса в Чикаго на. 1. Решения и Культура Медиа Препараты Держите все реш?…

Representative Results

Жизнеспособность клеток и качество gigaohm печатью имеют решающее значение в определении качества записей клеток подключением емкости. Поэтому, очень важно, чтобы обеспечить эффективный и действенный клеточную культуру до электрофизиологических записей, и типичных жизнеспособных клет…

Discussion

Измерения емкости Сотовые подключением требуют несколько критических шагов для того, чтобы успешно получить записи с высоким качеством: 1) жизнеспособные и здоровые клетки, полученные из надпочечников; 2) PDL покрытием из покровных; 3) формирование gigaohm уплотнение; 4) уровень шума системы; …

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work is supported by a National Science Foundation award (1145581) to LWG.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Poly-D-Lysine Sigma P0899
DMEM   15066024 Keep out of UV
Dulbecco’s Modified Eagle Medium Life Technologies
Cover Glass Carolina Biological 633029 12mm
Penicillin Streptomycin Life Technologies 15140122 100mL
Insulin-Trans-Sel-X Life Technologies 51500056 Only thaw on ICE!
Papain Worthington 39S11614
EPC-7 plus patch amplifier HEKA
BNC-2090 data acquisition board National Instruments
Igor data acquisition software Wavemetrics
P-97 pipette puller Sutter Instruments
Microforge Scientific Instruments
Borosilicate glass capillaries Sutter Instruments B150-110-10 Outer diameter-1.5 mm
Inner diameter 1.10 mm
Length- 10 cm

参考文献

  1. Rettig, J., Neher, E. Emerging roles of presynaptic proteins in Ca++-triggered exocytosis. Science. 298, 781-785 (2002).
  2. Gong, L. W., et al. Phosphatidylinositol phosphate kinase type I gamma regulates dynamics of large dense-core vesicle fusion. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 5204-5209 (2005).
  3. Lindau, M., Alvarez de Toledo, G. The fusion pore. Biochimica et Biophysica Acta. 1641, 167-173 (2003).
  4. Albillos, A., et al. The exocytotic event in chromaffin cells revealed by patch amperometry. Nature. 389, 509-512 (1997).
  5. Lollike, K., Borregaard, N., Lindau, M. Capacitance flickers and pseudoflickers of small granules, measured in the cell-attached configuration. Biophys J. 75, 53-59 (1998).
  6. Lollike, K., Borregaard, N., Lindau, M. The exocytotic fusion pore of small granules has a conductance similar to an ion channel. The Journal of cell biology. 129, 99-104 (1995).
  7. Dernick, G., Gong, L. W., Tabares, L., Alvarez de Toledo, G., Lindau, M. Patch amperometry: high-resolution measurements of single-vesicle fusion and release. Nat Methods. 2, 699-708 (2005).
  8. Neher, E., Marty, A. Discrete changes of cell membrane capacitance observed under conditions of enhanced secretion in bovine adrenal chromaffin cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 79, 6712-6716 (1982).
  9. Gong, L. W., de Toledo, G. A., Lindau, M. Exocytotic catecholamine release is not associated with cation flux through channels in the vesicle membrane but Na+ influx through the fusion pore. Nature Cell Biology. 9, 915-922 (2007).
  10. Gong, L. W., Hafez, I., Alvarez de Toledo, G., Lindau, M. Secretory vesicles membrane area is regulated in tandem with quantal size in chromaffin cells. The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. 23, 7917-7921 (2003).
  11. Yao, L. H., et al. Actin polymerization does not provide direct mechanical forces for vesicle fission during clathrin-mediated endocytosis. The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. 33, 15793-15798 (2013).
  12. Yao, L. H., et al. Synaptotagmin 1 is necessary for the Ca2+ dependence of clathrin-mediated endocytosis. The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. 32, 3778-3785 (2012).
  13. McMahon, H. T., Boucrot, E. Molecular mechanism and physiological functions of clathrin-mediated endocytosis. Nature reviews. Molecular Cell Biology. 12, 517-533 (2011).
  14. Murthy, V. N., De Camilli, P. Cell biology of the presynaptic terminal. Annu Rev Neurosci. 26, 701-728 (2003).
  15. Granseth, B., Odermatt, B., Royle, S. J., Lagnado, L. Clathrin-mediated endocytosis is the dominant mechanism of vesicle retrieval at hippocampal synapses. Neuron. 51, 773-786 (2006).
  16. Rosenboom, H., Lindau, M. Exo-endocytosis and closing of the fission pore during endocytosis in single pituitary nerve terminals internally perfused with high calcium concentrations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 5267-5271 (1994).
  17. MacDonald, P. E., Eliasson, L., Rorsman, P. Calcium increases endocytotic vesicle size and accelerates membrane fission in insulin-secreting INS-1 cells. Journal of Cell Science. 118, 5911-5920 (2005).
  18. Zhao, Y., Fang, Q., Straub, S. G., Lindau, M., Sharp, G. W. Hormonal inhibition of endocytosis: novel roles for noradrenaline and G protein G(z). J Physiol. 588, 3499-3509 (2010).
  19. Debus, K., Lindau, M. Resolution of patch capacitance recordings and of fusion pore conductances in small vesicles. Biophys J. 78, 2983-2997 (2000).

Play Video

記事を引用
Varga, K. T., Jiang, Z., Gong, L. Methods for Cell-attached Capacitance Measurements in Mouse Adrenal Chromaffin Cell. J. Vis. Exp. (92), e52024, doi:10.3791/52024 (2014).

View Video