Summary

Imaging pHluorin-märkta receptor Insättning till plasmamembranet i primärt odlade mus Nervceller

Published: November 20, 2012
doi:

Summary

By tagging the extracellular domains of membrane receptors with superecliptic pHluorin, and by imaging these fusion receptors in cultured mouse neurons, we can directly visualize individual vesicular insertion events of the receptors to the plasma membrane. This technique will be instrumental in elucidating the molecular mechanisms governing receptor insertion to the plasma membrane.

Abstract

En bättre förståelse av de mekanismer som styr receptor handel mellan plasmamembranet (PM) och intracellulära utrymmen kräver en experimentell metod med utmärkta rumsliga och tidsmässiga resolutioner. Dessutom måste en sådan strategi har också förmågan att särskilja receptorer lokaliserade på PM från dem i intracellulära utrymmen. Viktigast detektering receptorer i en enda vesikel kräver enastående detekteringskänslighet, eftersom varje vesikel uppbär endast ett litet antal receptorer. Standardmetoder för granskning receptor narkotikahandel omfattar ytan biotinylering följt av biokemisk detektion, som saknar både nödvändiga rumsliga och tidsmässiga resolutioner samt fluorescensmikroskopi granskning av immunolabeled ytreceptorer, vilket kräver kemisk fixering av celler och saknar därför tillräckligt tidsupplösning 1-6. För att övervinna dessa begränsningar har vi och andra utvecklat och anställt en ny strategi som möjliggör visualisering av dynamiska införandet av receptorer i PM med utmärkta geografiska och tidsmässiga resolutioner 7-17. Den metod innefattar märkning av en pH-känslig GFP, den superecliptic pHluorin 18, till den N-terminala extracellulära domänen av receptorema. Superecliptic pHluorin har den unika egenskapen att vara fluorescerande vid neutralt pH och icke-fluorescerande vid surt pH (pH <6,0). Därför, de märkta receptorerna är icke-fluorescerande när inom den sura lumen intracellulära människohandel vesiklar eller endosomala fack, och de blir lätt visualiseras endast när de exponeras för den extracellulära neutrala pH-miljö, på den yttre ytan av PM. Vår strategi ger därför vi skilja receptorer PM yta från de inom intracellulära människohandel blåsor. För att uppnå tillräcklig rumsliga och tidsmässiga resolutioner samt känslighet som krävs för att studera dynamiska handel med receptorer, anställd vi total inre speglarjon fluorescensmikroskopi (TIRFM), som gjorde det möjligt för oss att uppnå optimal rumsliga upplösningen i optisk avbildning (~ 170 nm), till den temporala upplösningen av video-rate mikroskopi (30 bilder / sek), och känsligheten upptäcka fluorescens av en enda GFP molekyl. Genom avbildning pHluorin-märkta receptorer enligt TIRFM, kunde vi direkt visualisera enskilda händelser receptor insättning i PM i odlade nervceller. Denna avbildningsteknik kan potentiellt tillämpas på alla membranprotein med en extracellulär domän som kunde märkas med superecliptic pHluorin, och kommer att tillåta dissekering av de viktigaste detaljerade mekanismer som styr införandet av olika membranproteiner (receptorer, jonkanaler, transportörer, etc) till PM.

Protocol

1. Förbereda Kultur Mus Glia för neuronal kultur Conditioning T75-kolvar är belagda med kollagen-lösning (1:3 utspädning av Purecol i DDH 2 O). Kolvarna ställs upprätt och lämnades att torka över natten i en vävnadsodling huva. Dissektion buffert (aCSF: 119 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM MgClj 2, 30 mM dextros, 25 mM HEPES, pH 7,4, utan kalcium) och media glia (DMEM kompletterat med 10% FBS, 10 enheter / ml penicillin, 10 ig / ml streptomycin och Glutamax) framställes och f…

Discussion

For unknown reasons, mouse neurons are always more difficult to culture than rat neurons. In our experience, a mixed culture of neurons and glia works well for primary cultured mouse neurons. However, such a mixed culture is not suitable for TIRF imaging experiments, as in this type of culture neurons and their processes tend to grow on top of glia cells, situating the neuronal somata and dendritic processes beyond the reach of TIRF microscopy. Therefore, a lower-density neuronal culture with few glia on the covers…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work is supported by startup funds from The Jackson Laboratory.

Materials

Name of Reagent Company Catalogue Number Comments
purified bovine collagen solution (Purecol) Advanced Biomatrix 5005-B
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) GIBCO 14185-045
penicillin-streptomycin (Pen Strep) GIBCO 15140-122
sodium pyruvate GIBCO 11360-070
DMEM High Glucose GIBCO 10313-021
fetal bovine serum (FBS)
GlutaMAX GIBCO 35050-061
papain Worthington Biochemical Corp. LS003126
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas (DNase I) SIGMA DN25-10MG
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) GIBCO 14190-144
0.05% trypsin GIBCO 25300-054
poly-l-lysine hydrobromide SIGMA P2636-1G
boric acid Fisher-Scientific BP 168-500
Neurobasal Medium GIBCO 21103-049
B-27 Serum-Free Supplement GIBCO 17504-044
heat inactive horse serum GIBCO 26050-070
Lipofectamine 2000 Invitrogen 11668 019
HEPES Fisher-Scientific BP310-500
Culture Insert Millipore PICM03050

References

  1. Thomas, G. M., Hayashi, T., Chiu, S. L., Chen, C. M., Huganir, R. L. Palmitoylation by DHHC5/8 targets GRIP1 to dendritic endosomes to regulate AMPA-R trafficking. Neuron. 73, 482-496 (2012).
  2. Anggono, V., Huganir, R. L. Regulation of AMPA receptor trafficking and synaptic. Curr. Opin. Neurobiol. , (2012).
  3. Makuch, L., Volk, L., Anggono, V., Johnson, R. C., Yu, Y., Duning, K., Kremerskothen, J., Xia, J., Takamiya, K., Huganir, R. L. Regulation of AMPA receptor function by the human memory-associated gene KIBRA. Neuron. 71, 1022-1029 (2011).
  4. Thomas, G. M., Lin, D. T., Nuriya, M., Huganir, R. L. Rapid and bi-directional regulation of AMPA receptor phosphorylation and trafficking by JNK. EMBO J. 27, 361-372 (2008).
  5. Lin, D. T., Huganir, R. L. PICK1 and phosphorylation of the glutamate receptor 2 (GluR2) AMPA receptor subunit regulates GluR2 recycling after NMDA receptor-induced internalization. J. Neurosci. 27, 13903-13908 (2007).
  6. Hayashi, T., Rumbaugh, G., Huganir, R. L. Differential regulation of AMPA receptor subunit trafficking by palmitoylation of two distinct sites. Neuron. 47, 709-723 (2005).
  7. Lin, D. T., Makino, Y., Sharma, K., Hayashi, T., Neve, R., Takamiya, K., Huganir, R. L. Regulation of AMPA receptor extrasynaptic insertion by 4.1N, phosphorylation. 12, 879-887 (2009).
  8. Araki, Y., Lin, D. T., Huganir, R. L. Plasma membrane insertion of the AMPA receptor GluA2 subunit is regulated by NSF binding and Q/R editing of the ion pore. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 11080-11085 (2010).
  9. Li, Y., Roy, B. D., Wang, W., Zhang, L., Zhang, L. F., Sampson, S. B., Yang, Y. P., Lin, D. T. Identification of Two Functionally Distinct Endosomal Recycling Pathways for Dopamine D2 Receptor. Journal of Neuroscience. , (2012).
  10. Yu, Y. J., Dhavan, R., Chevalier, M. W., Yudowski, G. A., von Zastrow, M. Rapid delivery of internalized signaling receptors to the somatodendritic surface by sequence-specific local insertion. J. Neurosci. 30, 11703-11714 (2010).
  11. Yudowski, G. A., Puthenveedu, M. A., von Zastrow, M. Distinct modes of regulated receptor insertion to the somatodendritic plasma membrane. Nat. Neurosci. 9, 622-627 (2006).
  12. Yudowski, G. A., Puthenveedu, M. A., Leonoudakis, D., Panicker, S., Thorn, K. S., Beattie, E. C., von Zastrow, M. Real-time imaging of discrete exocytic events mediating surface delivery of AMPA receptors. J. Neurosci. 27, 11112-11121 (2007).
  13. Ashby, M. C., De La Rue, S. A., Ralph, G. S., Uney, J., Collingridge, G. L., Henley, J. M. Removal of AMPA receptors (AMPARs) from synapses is preceded by transient endocytosis of extrasynaptic AMPARs. J. Neurosci. 24 (AMPARs), 5172-5176 (2004).
  14. Kopec, C. D., Real, E., Kessels, H. W., Malinow, R. GluR1 links structural and functional plasticity at excitatory synapses. J. Neurosci. 27, 13706-13718 (2007).
  15. Makino, H., Malinow, R. AMPA receptor incorporation into synapses during LTP: the role of lateral movement and exocytosis. Neuron. 64, 381-390 (2009).
  16. Makino, H., Malinow, R. Compartmentalized versus global synaptic plasticity on dendrites controlled by experience. Neuron. 72, 1001-1011 (2011).
  17. Wang, Z., Edwards, J. G., Riley, N., Provance, D. W., Karcher, R., Li, X. D., Davison, I. G., Ikebe, M., Mercer, J. A., Kauer, J. A., Ehlers, M. D. Myosin Vb mobilizes recycling endosomes and AMPA receptors for postsynaptic plasticity. Cell. 135, 535-548 (2008).
  18. Miesenbock, G., De Angelis, D. A., Rothman, J. E. Visualizing secretion and synaptic transmission with pH-sensitive green fluorescent proteins. Nature. 394, 192-195 (1998).
  19. Kaech, S., Banker, G. Culturing hippocampal neurons. Nat. Protoc. 1, 2406-2415 (2006).
  20. Sekine-Aizawa, Y., Huganir, R. L. Imaging of receptor trafficking by using alpha-bungarotoxin-binding-site-tagged receptors. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 17114-17119 (2004).
check_url/4450?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Li, Y., Roy, B. D., Wang, W., Zhang, L., Sampson, S. B., Lin, D. Imaging pHluorin-tagged Receptor Insertion to the Plasma Membrane in Primary Cultured Mouse Neurons. J. Vis. Exp. (69), e4450, doi:10.3791/4450 (2012).

View Video