Изображение и анализ нейрофиламента транспорта в акцизных мышь Tibial нерва

Аксональный транспорт нейрофиламентов был впервые продемонстрирован в 1970-х годах радиоизотопной пульсовой маркировкой¹. Этот подход дал огромное количество информации о нейрофильтра транспорта in vivo, но он имеет относительно низкий пространственный и временное разрешение, как правило, на порядок миллиметров и дней в лучшем случае². Кроме того, радиоизотопная маркировка пульса является косвенным подходом, который требует инъекций и жертвоприношения нескольких животных для создания единого временного курса. С открытием флуоресцентных белков и достижений в флуоресценции микроскопии в 1990-х годов, впоследствии стало возможным изображение нейрофильтра транспорта непосредственно в культивируемых нейронов на шкале времени секунд или минут и с суб-микрометрового пространственного разрешения, предоставляя гораздо больше понимания механизма движения³. Эти исследования показали, что нейрофиламентные полимеры в аксонах быстро и периодически перемещаются как в антероградных, так и в ретроградных направлениях вдоль микротрубочек, движимых микротрубочками моторных белков. Тем не менее, нейрофиламенты дифракционно-ограниченные структуры всего 10 нм в диаметре, которые, как правило, расположены отдельно от своих соседей только на десятки нанометров; Таким образом, полимеры могут быть отслежены только в культивируемых нейронов, которые содержат редко распределенных нейрофиламентов, так что движущиеся полимеры могут быть решены от своих соседей⁴. Таким образом, в настоящее время невозможно отследить одиночные нейрофиламенты в аксонах, которые содержат обильные полимеры нейрофиламента, такие как миелинизированные аксоны.

Для анализа аксональной транспортировки нейрофилаций в нейрофиламент богатых аксонов с использованием флуоресценции микроскопии, мы используем флуоресценции фотоактивности импульс-побег метод, который мы разработали для изучения долгосрочного паузы поведение нейрофилаций в культивируемых нервных клеток^4,5. Нейрофиламенты, помеченные фотоактивируемым флуоресцентным нейрофильтрным синтезом белка, активируются в коротком сегменте аксона, а затем скорость отхода этих нитей из активированной области количественно измеряется путем измерения флуоресценции распада с течением времени. Преимуществом такого подхода является то, что это анализ нейрофильтрации на уровне населения, который может применяться в времени минут или часов без необходимости отслеживать движение отдельных полимеров нейрофиламента. Например, мы использовали этот метод для анализа кинетики нейрофильтрации транспорта в миелинирующих культур⁶.

Недавно мы описали развитие hThy1-paGFP-NFM трансгенной мыши, которая выражает низкий уровень paGFP-тегами нейрофильтр белка M (paGFP-NFM) в нейронах под контролем человека нейрон-специфический Thy1 промоутер⁷. Эта мышь позволяет анализировать нейрофильтр транспортировки на месте с помощью флуоресценции микроскопии. В этой статье мы описываем экспериментальные подходы для анализа нейрофильтра транспорта в миелинированных аксонов тибиальных нервов от этих мышей с использованием двух подходов. Первый из этих подходов является описанным выше методом пульс-побега. Этот метод может генерировать информацию о приостановке поведения нейрофиламентов, но слеп к направлению, в котором нити отходят от активированной области, и, следовательно, не позволяет измерить чистую направленность и скорость транспортировки⁸. Второй из этих подходов представляет собой новый метод пульса распространения, в котором мы анализируем не только потерю флуоресценции из активированного региона, но и переходное увеличение флуоресценции в двух фланговых окнах, через которые перемещаются флуоресцентные нити при отходе от активированной области как в ангерозном, так и в ретроградном направлениях. В обоих подходах такие параметры нейрофильтра, как средняя скорость, чистая направленность и приостановление поведения, могут быть получены с помощью математического анализа и моделирования изменений флуоресценции в измерительных окнах. Рисунок 3 иллюстрирует эти два подхода.

Этот протокол демонстрирует вскрытие и подготовку нерва, активацию и визуализацию флуоресценции paGFP, а также количественную оценку транспортировки нейрофиламента из приобретенных изображений с использованием пакета распределения FIJI ImageJ⁹. Мы используем тибиальный нерв, потому что он длинный (несколько см) и не ветвиется; однако, в принципе любой нерв, выражаюющий paGFP-NFM подходит для использования с этой техникой, если он может быть рассечен и де-шейт без повреждения аксонов.