Summary

ImageJ を用いた蛍光タグ付きタンパク質の公平な分析によるショウジョウバエの神経変性の定量細胞生物学

Published: August 03, 2018
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Summary

蛋白質の集合とのショウジョウバエモデルの中枢神経系におけるオートファジーのフラックスの蛍光イメージングによる細胞生物学的研究から定量的なデータを抽出する単純なと適応のワークフローを開発しました。神経変性疾患。

Abstract

神経変性疾患の有病率上昇、ますます神経機能障害や損失につながる基本的な病態を理解することが重要です。まだイメージング研究から定量データを抽出するための公平な再現性のある、そしてアクセスのアプローチの必要性はまだ蛍光ベースのイメージング ツールとテクノロジを使用細胞神経生物学プロセスの前例のない分析.神経変性疾患のショウジョウバエモデルを用いた蛍光イメージング研究から定量的なデータを抽出する単純なと適応のワークフローを開発しました。具体的には、フィジー/ImageJ を使用した 2 つの細胞プロセスの分析に従って簡単、半自動化されたアプローチについて述べる: 最初に、私たち定量化タンパク質集計コンテンツとプロファイルを使用して蛍光タグ変異ショウジョウバエ視葉でhuntingtin 蛋白質;第二に、我々 はオートファジーのタンデム蛍光レポーターのレシオ メトリックに基づく定量化とショウジョウバエ視覚系におけるオートファジー ・ リソソーム フラックスを査定し、なさい。重要なは、ここで説明したプロトコルは、すべての蛍光灯の構造分析選択バイアスを最小化し、微妙な比較の解像度を上げるように半自動抽出法の手順を説明します。このアプローチは、他の細胞生物学的構造の分析の延長が可能し、同様、膜結合区画タンパク質涙点 (ストレス顆粒とシナプス複合体) などの神経変性疾患に関与するプロセス (ミトコンドリアと膜輸送小胞)。まだ適応参照画像の解析と定量化のためのポイントし、フィールド間で信頼性と再現性を促進し、最終的に神経変性のメカニズムの理解を高めるため、標準化されたこのメソッドを提供します。

Introduction

神経変性疾患は毎年数百万人に影響を与えるし、高齢化人口1の発生率が増加しています。各神経変性疾患では、ユニークな病因を持っているが、誤って折りたたまれたタンパク質の凝集およびプロテオステイシス ネットワークの内訳は、これらの疾患の多くの共通の病理学的特徴です。これらの基礎的かつ相互に関連するプロセスの中断がゆがんで行く方法を解明神経の機能不全や細胞の死に貢献する治療上の介在を導くと同様、神経変性疾患を理解することにとって重要です。蛍光ベースのイメージング ニューロンにおけるこれらの複雑で動的なプロセスの調査と神経細胞生物学の私達の理解に大きく貢献しています。蛍光付けられた蛋白質の分析は挑戦的な特に実験生体内で、コンパクトな組織、多様な細胞の種類、形態の多様性などを行った。手動でアシスト定量化手頃な価格と簡単な多くの場合時間がかかり、人間バイアスの対象です。したがって、イメージング研究から定量データを抽出するための公平な再現性のある、そしてアクセスのアプローチの必要性があります。

蛍光イメージング研究の実験モデルから定量的なデータを抽出する強力で自由にアクセスできる画像処理ソフトウェア2,3, フィジー/ImageJ を使用してワークフローをシンプルかつ適応を概説しました。ショウジョウバエを用いた神経変性疾患。蛋白質の集合とオートファジーのフラックスを定量化するこのプロトコルに従うことによって-2 つのセルの神経変性病に関連性の高い生物学的特徴-感度と再現性このアプローチのデモンストレーションを行った。ショウジョウバエ視葉における蛍光タグ変異ハンチンチン (Htt) タンパク質の解析では、数、サイズ、およびタンパク質凝集体の強度を明らかにしました。4コンパートメント環境に応じて異なる発光信号を表示するショウジョウバエ視覚系オートファジー フラックスのタンデム蛍光レポーターを可視化。タンデム記者のレシオ メトリック解析オートファゴソーム形成、成熟およびトランスポート、リソソームで分解するオートファジー ・ リソソーム フラックスの定量的かつ包括的なビューの許可し、脆弱性をさらに強調神経変性条件で破壊のコンパートメント。重要なは、両方の分析我々 はし無意識のバイアスを最小限に抑えるため、サンプリング力を高める同様の研究との比較を容易にする標準プロトコル半自動閾値処理と領域分割の手順が実装されます。簡単なワークフローは強力なフィジー/ImageJ プラグイン (数学的アルゴリズムに基づくコンピューター科学者によって開発された) のためにかと生命科学コミュニティにアクセス可能。

Protocol

1. 注意事項と画像解析実験を設計するための準備 たとえば適切な解剖学的、携帯電話、または異なるサンプルの間で利益 (率 ROI) の地域を標準化するためのランドマークとして機能する細胞内のマーカーを事前に定義 4′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 膜マーカー、ローカライズされた蛍光タンパク質等 興味の構造のバック グラウンド レベルを超える離散点を区切ることが?…

Representative Results

数、地域、およびショウジョウバエ視葉の蛍光タグ変異 Htt 骨材の強度の定量化 ハンチントン病、タグ付きの RFP の突然変異のショウジョウバエモデルの中枢神経系におけるミスフォールド蛋白質の集合を調査する非病理学 (UA RFP hHttQ15) または病理学的拡張 (と HttUAS-RFP-hHttQ138) 膜 GFP (UA mCD8::GFP</e…

Discussion

ここで説明されているプロトコルは、しっかりと再現性をもって量的蛍光ベースのイメージングで可視化した細胞生物学的プロセスに使用できます。生物学的文脈と技術的な制限は、実験的なデザインを導くため慎重に検討する必要があります。蛍光マーカー、興味の細胞レベル下の構造の形態と強度によって背景の上区別する必要があります免疫組織化学的、染料ベース、または遺伝的に?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、シーラとデビッド フエンテ神経因性疼痛研究プログラム大学院研究員 (J.M.B.) に支えられて、ロイス教皇生活フェロー プログラム (セ、Y.Z.、および J.M.B.) (セ) にスナイダー ・ ロビンソン財団を経てフェローシップ博士ジョン T.(セ) にマクドナルド財団契約、(R.G.Z.)、健康 (NIH) の HHSN268201300038C、R21GM119018、および R56NS095893 の国立衛生研究所からの助成金と泰山学者プロジェクトによって (山東省、中国の人々 の共和国) (R.G.Z.)。

Materials

SYLGARD(R) 184 Silicone Elastomer Kit Dow Corning Corporation PF184250 Dissection dish
Falcon 35 mm Not TC-Treated Easy-Grip Style Bacteriological Petri Dish Corning 351008 Dissection dish
Dumont #5 Forceps Fine Science Tools 11251-20 Dissection tool
Sodium Chloride Sigma S3014 PBS solution
Sodium Phosphate Dibasic  Sigma S5136 PBS solution
Potassium Phosphate Monobasic Sigma P5655 PBS solution
Triton X-100 Sigma T9284 Washing and antibody incubaton solution. 
37% Formaldehyde VWR 10790-710 Fixation
Disposable Microcentrifuge Tubes (0.5mL, blue) VWR 89000-022 Fixation, washing, and antibody incubaton. 
Plain and Frosted Micro Slides (25×75mm) VWR 48312-004 Slides for confocal imaging
Micro Cover Glasses, rectangular (22×40mm) VWR 48393-172 Slides for confocal imaging
Rubber Cement Slime 1051-A Mounting
VECTASHIELD Antifade Mounting Medium Vector Laboratories, Inc. H-1000 Mounting
Scotch Magic 810 Invisible Tape (19mm×25.4m) 3M Company 810 Mounting
Normal Goat Serum Thermo Fisher Scientific PCN5000 Antibody incubaton
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride)  Thermo Fisher Scientific D1306 Nucleic acid staining. Dissolve in deionized water to make a 5 mg/mL stock solution and store at -80°C. Dilute to a working concentration of 10-20 μg/mL in PBTx.
3.5X-90X Stereo Zoom Inspection Industrial Microscope AmScope SM-1BNZ Dissection scope. Equipped with 6W LED Dual Gooseneck Illuminator
ImageJ/Fiji NIH v1.51u With SCF_MPI_CBG plugins (version 1.1.2)
FV1000-IX81 Confocal-laser Scanning Microscope Olympus
Recombinant Construct Bloomington Drosophila Stock Center BL37749

Referências

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Brazill, J. M., Zhu, Y., Li, C., Zhai, R. G. Quantitative Cell Biology of Neurodegeneration in Drosophila Through Unbiased Analysis of Fluorescently Tagged Proteins Using ImageJ. J. Vis. Exp. (138), e58041, doi:10.3791/58041 (2018).

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