نحن نبلغ عن فحص بسيط وفعال للوقت وعالي الإنتاجية يستند إلى التحليل الطيفي للتحديد الكمي لخيوط أكتين في عينات بيولوجية من أنسجة الدماغ للقوارض والموضوعات البشرية.
أكتين, المكون الرئيسي للهيكل الخلوي, يلعب دورا حاسما في الحفاظ على بنية الخلايا العصبية ووظيفة. في ظل الدول الفسيولوجية، actin يحدث في التوازن في شكليها: كروي أحادي (G-أكتين) وخيوط بلمرة (F- أكتين). في المحطات متشابك, actin الهيكل الخلوي يشكل الأساس لوظائف حاسمة قبل وبعد متشابك. وعلاوة على ذلك، ترتبط التغيرات الديناميكية في حالة البلمرة أكتين (الانعكاس بين الأشكال الكروية والخيوط من أكتين) ارتباطا وثيقا التعديلات المتعلقة اللدونة في هيكل متشابك ووظيفة. نحن نبلغ هنا عن منهجية معدلة قائمة على الفلورسينس لتقييم حالة البلمرة من أكتين في ظروف الجسم الحي السابق. يستخدم المقايسة phalloidin المسمى فلوريا ، وهو فهولوتوكين يرتبط على وجه التحديد بخيوط أكتين (F-actin) ، مما يوفر مقياسا مباشرا للactin الخيطي البلمرة. كدليل على المبدأ ، نقدم أدلة على ملاءمة المقايسة في كل من القوارض وتجانس أنسجة الدماغ البشري بعد الوفاة. باستخدام latrunculin A (دواء أن depolymerizes خيوط أكتين)، ونحن نؤكد فائدة من المقايسة في رصد التعديلات في مستويات F-actin. علاوة على ذلك، فإننا نوسع المقايسة إلى الكسور الكيميائية الحيوية من المحطات المتشابكة المعزولة حيث نؤكد زيادة البلمرة أكتين على التحفيز عن طريق إزالة الاستقطاب مع K خارج الخلية عالية+.
وتشارك أكتين البروتين الهيكل الخلوي في وظائف الخلوية متعددة, بما في ذلك الدعم الهيكلي, النقل الخلوي, حركية الخلية والانقسام. Actin يحدث في توازن في شكلين: أكتين كروي أحادي (G-أكتين) والاكتين الخيطي البلمرة (F-actin). التغيرات السريعة في حالة البلمرة من أكتين (بين أشكال G- و F- يؤدي إلى تجميع خيوط سريعة وتفكيكها و تكمن وراء أدوارها التنظيمية في علم وظائف الأعضاء الخلوية. Actin يشكل العنصر الرئيسي للهيكل الخلوي العصبي ويؤثر على مجموعة واسعة من وظائف الخلايا العصبية1,2. وتجدر الإشارة إلى أن الهيكل الخلوي actin يشكل جزءا لا يتجزأ من المنصة الهيكلية للمحطات متشابك. على هذا النحو، هو محدد رئيسي للمورفوجينيسيس متشابك وعلم وظائف الأعضاء ويلعب دورا أساسيا في السيطرة على حجم وعدد ومورفولوجيا نقاط الاشتباك العصبي3،4،5. على وجه الخصوص ، فإن التكبر الديناميكي للبوليمرات – إزالة البوليمرات هو محدد رئيسي لإعادة عرض متشابك المرتبطة اللدونة متشابك الكامنة وراء الذاكرة وعمليات التعلم. في الواقع، كل من presynaptic (مثل إطلاق الناقل العصبي6،7،8،9،10)وظائف postsynaptic (اللدونة ذات الصلة إعادة عرضديناميكية 11،12،13،14)تعتمد بشكل حاسم على التغيرات الديناميكية في حالة البلمرة من الهيكل الخلوي actin.
في ظل الظروف الفسيولوجية، يتم تنظيم مستويات F-actin بشكل ديناميكي وبإحكام من خلال مسار متعدد الوسائط يتضمن تعديل ما بعد النقل4،15،16 وكذلك البروتينات الملزمة للactin (ABPs)4،17. ABPs يمكن أن تؤثر على ديناميات أكتين على مستويات متعددة (مثل بدء أو تثبيط البلمرة، مما يؤدي إلى تفريع خيوط، وقطع خيوط إلى قطع أصغر، وتعزيز إزالة البلمرة، وحماية ضد إزالة البلمرة)، وبدورها تحت رقابة تحوير صارمة حساسة لمختلف الإشارات خارج وداخل الخلايا18،19،20. مثل هذه الشيكات التنظيمية على مستويات متعددة تملي تنظيما صارما لديناميات أكتين في الهيكل الخلوي متشابك، صقل الجوانب قبل وما بعد متشابك من فسيولوجيا الخلايا العصبية على حد سواء في الدول القاعدية والنشاط الناجمة.
ونظرا للأدوار الهامة من أكتين في فسيولوجيا الخلايا العصبية, ليس من المستغرب أن العديد من الدراسات قدمت أدلة على التعديلات في ديناميات أكتين والأحداث المسببة للأمراض الحرجة المرتبطة مجموعة واسعة من الاضطرابات العصبية بما في ذلك التنكس العصبي, الأمراض النفسية وكذلك الأمراض العصبية النمائية3,21,22,23,24,25,26,27. على الرغم من ثروة من البيانات البحثية التي تشير إلى الأدوار الرئيسية للactin في فسيولوجيا الخلايا العصبية والفيزيولوجيا المرضية، ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهم ديناميات أكتين، لا سيما في الهيكل الخلوي متشابك. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات البحثية للحصول على فهم أفضل للactin العصبية وتعديلاتها في ظل الظروف المرضية. ومن مجالات التركيز الرئيسية في هذا السياق تقييم حالة البلمرة في أكتين. وهناك مجموعات تجارية غربية قائمة على النشاف (G-Actin/F-Actin في مجموعة البيوكيميائية المقايسة الحية؛ الهيكل الخلوي SKU BK03728،29) والمقاايسات المصنوعة منزليا لتقييم مستويات F-actin6. ومع ذلك ، لأن هذه تتطلب العزل الكيميائي الحيوي من F -actin و G-actin ولأن القياس الكمي اللاحق يستند إلى بروتوكولات الانتفاخ المناعي ، فإنها يمكن أن تستغرق وقتا طويلا. نحن هنا تقرير مطياف مضان القائم على المقايسة مقتبسة من دراسة سابقة30 مع التعديلات التي يمكن استخدامها لتقييم كل من المستويات القاعدية من F-actin، فضلا عن التغيرات الديناميكية في تجميعها تفكيكها. وتجدر الإشارة إلى أننا قمنا بتعديل البروتوكول الأصلي بكفاءة يتطلب عينات مناسبة ل cuvette 1 مل إلى الشكل الحالي لوحة 96 جيدا. وبالتالي فإن البروتوكول المعدل قد قلل بشكل كبير من كمية الأنسجة /العينة المطلوبة للمقص. علاوة على ذلك، نقدم أدلة على أن البروتوكول مناسب ليس فقط لتجانسات أنسجة الدماغ، ولكن أيضا الكسور دون الخلوية مثل المحطات المتشابكة المعزولة (السنابتوسومات والسنابتونوروسومات). وأخيرا، يمكن استخدام المقايسة لأنسجة دماغ القوارض التي تم تشريحها حديثا وعينات الدماغ البشري المخزنة على المدى الطويل بعد الوفاة. وتجدر الإشارة إلى أنه في حين يتم تقديم المقايسة في سياق الخلايا العصبية ، يمكن تمديدها بشكل مناسب إلى أنواع الخلايا الأخرى والعمليات الفسيولوجية المرتبطة بها.
المقايسة الموصوفة هنا ، مقتبسة أساسا من دراسة سابقة30 مع تعديلات ، ويستخدم phallotoxin ، phalloidin الموسومة مع تسمية الفلورسنت. تعتبر النظير phalloidin الفلورسنت لتكون المعيار الذهبي لتلطيخ خيوط أكتين في الأنسجة الثابتة47,48,49. في الواقع، فه…
The authors have nothing to disclose.
وقد دعم هذا العمل مؤسسة الأعصاب في نيوزيلندا (1835-PG)، ومجلس البحوث الصحية في نيوزيلندا (#16-597)، وقسم التشريح، جامعة أوتاجو، نيوزيلندا. نحن مدينون لبنك الأنسجة العصبية من بنك HCB-IDIBAPS الحيوي (إسبانيا) لأنسجة الدماغ البشري. نشكر جياشيان تشانغ على مساعدتها في تسجيل وتحرير الفيديو.
3.5 mL, open-top thickwall polycarbonate tube | Beckman Coulter | 349622 | For gradient centrifugation (synaptosome prep) |
Alexa Fluor 647 Phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A22287 | F-actin specific ligand |
Antibody against b-actin | Santa Cruz Biotechnology | Sc-47778 | For evaluation of total actin levels by immunoblotting |
Antibody against GAPDH | Abcam | Ab181602 | For evaluation of GAPDH levels by immunoblotting |
Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate | Bio-Rad | 5000006 | Bradford based protein estimation |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2·2H2O) | Sigma-Aldrich | C3306 | Krebs buffer component |
cOmplete, Mini, EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Sigma-Aldrich | 4693159001 | For inhibition of endogenous protease activity during sample preparation |
Corning 96-well Clear Flat Bottom Polystyrene | Corning | 3596 | For light-scattering measurements |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Krebs buffer component |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D5879 | Solvent for phalloidin and latrunculin A |
Fluorescent flatbed scanner (Odyssey Infrared Scanner) | Li-Cor Biosciences | For detection of immunoreactive signals on immunoblots | |
Glutaraldehyde solution (25% in water) Grade II | Sigma-Aldrich | G6257 | Fixative |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | Buffer ingredient for sample preparation and Krebs buffer component |
Latrunculin A | Sigma-Aldrich | L5163 | Depolymerizer of actin filaments |
Magnesium chloride hexahydrate (MgCl2·6H2O) | Sigma-Aldrich | M2670 | Krebs buffer component |
Microplates | |||
Mitex membrane filter 5 mm | Millipore | LSWP01300 | Preparation of synaptoneurosomes |
Nunc F96 MicroWell Black Plate | Thermo Fisher Scientific | 237105 | For fluorometric measurements |
Nylon net filter 100 mm | Millipore | NY1H02500 | Preparation of synaptoneurosomes |
Phosphatase Inhibitor Cocktail IV | Abcam | ab201115 | For inhibition of endogenous phosphatase activity during sample preparation |
Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | Krebs buffer component and for depolarization of synaptic terminals |
Potassium phosphate monobasic ((KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P9791 | Krebs buffer component |
Sodium borohydride (NaBH4) | Sigma-Aldrich | 71320 | Component of Permeabilization buffer |
Sodium chloride (NaCl) | LabServ (Thermo Fisher Scientific) | BSPSL944 | Krebs buffer component |
Sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) | LabServ (Thermo Fisher Scientific) | BSPSL900 | Krebs buffer component |
SpectraMax i3x | Molecular Devices | For fluorometric measurements | |
Sucrose | Fisher Chemical | S/8600/60 | Buffer ingredient for sample preparation |
Swimnex Filter Holder | Millipore | Sx0001300 | Preparation of synaptoneurosomes |
Tissue grinder 5 mL Potter-Elvehjem | Duran Wheaton Kimble | 358034 | For tissue homogenization |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | Component of Permeabilization buffer |
Trizma base | Sigma-Aldrich | T6066 | Buffer ingredient for sample preparation |