Microscopie confocale pour mesurer trois modes de dynamique des pores de fusion dans les cellules chromaffines surrénales
Summary
Ce protocole décrit une technique d’imagerie confocale permettant de détecter trois modes de fusion dans les cellules chromaffines surrénales bovines. Ces modes de fusion comprennent 1) la fusion étroite (également appelée kiss-and-run), impliquant l’ouverture et la fermeture des pores de fusion, 2) la stay-fusion, impliquant l’ouverture des pores de fusion et le maintien du pore ouvert, et 3) la shrink-fusion, impliquant un rétrécissement des vésicules fusionnées.
Abstract
L’ouverture et la fermeture dynamiques des pores de fusion médient l’exocytose et l’endocytose et déterminent leur cinétique. Ici, il est démontré en détail comment la microscopie confocale a été utilisée en combinaison avec l’enregistrement patch-clamp pour détecter trois modes de fusion dans les cellules chromaffines surrénales bovines en culture primaire. Les trois modes de fusion comprennent 1) la fusion étroite (également appelée kiss-and-run), impliquant l’ouverture et la fermeture des pores de fusion, 2) la stay-fusion, impliquant l’ouverture des pores de fusion et le maintien du pore ouvert, et 3) la shrink-fusion, impliquant le retrait du profil en forme de Ω généré par la fusion jusqu’à ce qu’il fusionne complètement au niveau de la membrane plasmique.
Pour détecter ces modes de fusion, la membrane plasmique a été marquée en surexprimant mNeonGreen attaché au domaine PH de la phospholipase C δ (PH-mNG), qui se lie au phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2) au niveau de la feuillet face au cytosol de la membrane plasmique; les vésicules ont été chargées avec le faux neurotransmetteur fluorescent FFN511 pour détecter la libération de contenu vésiculeux; et Atto 655 a été inclus dans la solution de bain pour détecter la fermeture des pores de fusion. Ces trois sondes fluorescentes ont été imagées simultanément à environ 20-90 ms par image dans des cellules chromaffines vivantes pour détecter l’ouverture des pores de fusion, la libération de contenu, la fermeture des pores de fusion et les changements de taille des vésicules de fusion. La méthode d’analyse est décrite pour distinguer trois modes de fusion de ces mesures de fluorescence. La méthode décrite ici peut, en principe, s’appliquer à de nombreuses cellules sécrétoires au-delà des cellules chromaffines.
Introduction
La fusion membranaire médie de nombreuses fonctions biologiques, y compris la transmission synaptique, l’homéostasie de la glycémie, la réponse immunitaire et l’entrée virale 1,2,3. L’exocytose, impliquant la fusion des vésicules au niveau de la membrane plasmique, libère des neurotransmetteurs et des hormones pour atteindre de nombreuses fonctions importantes, telles que les activités du réseau neuronal. La fusion ouvre un pore pour libérer le contenu vésiculeux, après quoi le pore peut se fermer pour récupérer la vésicule de fusion, appelée baiser et courir 1,4. L’ouverture irréversible et réversible des pores de fusion peut être mesurée avec des enregistrements de capacité attachés à des cellules combinés à des enregistrements de conductance des pores de fusion de fusion de vésicules uniques.
Ceci est souvent interprété comme reflétant la fusion d’effondrement complet, impliquant la dilatation de la fusion jusqu’à l’aplatissement de la vésicule de fusion, et le baiser et le run, impliquant l’ouverture et la fermeture des pores de fusion, respectivement 5,6,7,8,9,10,11,12,13 . Des études récentes d’imagerie par épuisement des émissions confocales et stimulées (STED) dans des cellules chromaffines ont directement observé l’ouverture et la fermeture des pores de fusion (kiss-and-run, également appelée fusion fermée), l’ouverture des pores de fusion qui maintient une forme de Ω avec un pore ouvert pendant une longue période, appelée stay-fusion, et le rétrécissement de la vésicule de fusion jusqu’à ce qu’elle fusionne complètement avec la membrane plasmique, ce qui remplace la fusion à effondrement complet pour fusionner les vésicules de fusion avec la membrane plasmique4, 8,14,15,16,17.
Dans les neurones, l’ouverture et la fermeture des pores de fusion ont été détectées par imagerie montrant la libération de points quantiques préchargés dans des vésicules plus grandes que le pore de fusion et avec des mesures de conductance des pores de fusion à la face de libération des terminaisons nerveuses 5,18,19. Les cellules chromaffines surrénales sont largement utilisées comme modèle pour l’étude de l’exo- et de l’endocytose20,21. Bien que les cellules chromaffines contiennent de grandes vésicules à noyau dense, tandis que les synapses contiennent de petites vésicules synaptiques, les protéines d’exocytose et d’endocytose dans les cellules chromaffines et les synapses sont assez analogues 10,11,12,20,21,22,23.
Ici, une méthode est décrite pour mesurer ces trois modes de fusion à l’aide d’une méthode d’imagerie confocale combinée à l’électrophysiologie dans les cellules chromaffines surrénales bovines (Figure 1). Cette méthode consiste à charger de faux neurotransmetteurs fluorescents (FFN511) dans des vésicules pour détecter l’exocytose; ajout d’Atto 655 (A655) dans la solution de bain pour remplir le profil en forme de Ω généré par fusion, et marquage de la membrane plasmique avec le domaine PH de la phospholipase C δ (PH), qui se lie à PtdIns(4,5)P2 à la membrane plasmique 8,15,24. La dynamique des pores de fusion peut être détectée par des changements dans différentes intensités fluorescentes. Bien que décrit pour les cellules chromaffines, le principe de cette méthode décrit ici peut être largement appliqué à de nombreuses cellules sécrétoires bien au-delà des cellules chromaffines.
Protocol
Representative Results
Discussion
Une méthode d’imagerie microscopique confocale est décrite pour détecter la dynamique des pores de fusion et de la libération du transmetteur, ainsi que trois modes de fusion, la fusion rapprochée, la fusion de séjour et la fusion rétractable dans les cellules chromaffines surrénales bovines 4,24. Une méthode électrophysiologique pour dépolariser la cellule et ainsi évoquer l’exo- et l’endocytose est décrite. Le traitement systématique des ima…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions les programmes de recherche intra-muros du NINDS (ZIA NS003009-13 et ZIA NS003105-08) d’avoir soutenu ce travail.
Materials
| Adenosine 5'-triphosphate magnesium salt | Sigma | A9187-500MG | ATP for preparing internal solution |
| Atto 655 | ATTO-TEC GmbH | AD 655-21 | Atto dye to label bath solution |
| Basic Nucleofector for Primary Neurons | Lonza | VSPI-1003 | Electroporation transfection buffer along with kit |
| Boroscilicate capillary glass pipette | Warner Instruments | 64-0795 | Standard wall with filament OD=2.0 mm ID=1.16 mm Length=7.5 cm |
| Bovine serum albumin | Sigma | A2153-50G | Reagent for gland digestion |
| Calcium Chloride 2 M | Quality Biological | 351-130-721 | Reagent for preparing bath solution |
| Cell Strainers, 100 µm | Falcon | 352360 | Material for filtering chromaffin cell suspension |
| Cesium hydroxide solution | Sigma | 232041 | Reagent for preparing internal solution and Cs-glutamate/Cs-EGTA stock buffer |
| Collagenase P | Sigma | 1.1214E+10 | Enzyme for gland digestion |
| Coverslip | Neuvitro | GG-14-Laminin | GG-14-Laminin, 14 mm dia.#1 thick 60 pieces Laminin coated German coverslips |
| D-(+)-Glucose | Sigma | G8270-1KG | Reagent for preparing Locke’s solution and bath solution |
| DMEM | ThermoFisher Scientific | 11885092 | Reagent for preparing culture medium |
| EGTA | Sigma | 324626-25GM | Reagent for preparing Cs-EGTA stock buffer for bath solution |
| Electroporation and Nucleofector | Amaxa Biosystems | Nucleofector II | Transfect plasmids into cells |
| Fetal bovine serum | ThermoFisher Scientific | 10082147 | Reagent for preparing culture medium |
| FFN511 | Abcam | ab120331 | Fluorescent false neurotransmitter to label vesicles |
| Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate | Sigma | G8877-250MG | GTP for preparing internal solution |
| HEPES | Sigma | H3375-500G | Reagent for preparing Locke’s solution |
| Igor Pro | WaveMetrics | Igor pro | Software for patch-clamp analysis and imaging data presentation |
| Leica Application Suite X software | Leica | LAS X software | Confocal software for imaging data collection and analysis |
| Leica TCS SP5 Confocal Laser Scanning Microscope | Leica | Leica TCS SP5 | Confocal microscope for imaging data collection |
| L-Glutamic acid | Sigma | 49449-100G | Reagent for preparing Cs-glutamate stock buffer for bath solution |
| Lock-in amplifier | Heka | Lock-in | Software for capacitance recording |
| Magnesium Chloride 1 M | Quality Biological | 351-033-721EA | Reagent for preparing internal solution and bath solution |
| Metallized Hemacytometer Hausser Bright-Line | Hausser Scientific | 3120 | Counting chamber |
| Microforge | Narishige | MF-830 | Polish pipettes to enhance the formation and stability of giga-ohm seals |
| Millex-GP Syringe Filter Unit, 0.22 µm | Millipore | SLGPR33RB | Material for glands wash and digestion |
| mNG(mNeonGreen) | Allele Biotechnology | ABP-FP-MNEONSB | Template for PH-mNeonGreen construction |
| Nylon mesh filtering screen 100 micron | EIKO filtering co | 03-100/32 | Material for filtering medulla suspension |
| Patch clamp EPC-10 | Heka | EPC-10 | Amplifier for patch-clamp data collection |
| PH-EGFP | Addgene | Plasmid #51407 | Backbone for PH-mNeonGreen construction |
| Pipette puller | Sutter Instrument | P-97 | Make pipettes for patch-clamp recording |
| Potassium Chloride | Sigma | P5404-500G | Reagent for preparing Locke’s solution and bath solution |
| Pulse software | Heka | Pulse | Software for patch-clamp data collection |
| Recording chamber | Warner Instruments | 64-1943/QR-40LP | coverslip chamber, apply patch-clamp pipette on live cells |
| Sodium chloride | Sigma | S7653-1KG | Reagent for preparing Locke’s solution, bath solution and internal solution |
| Sodium hydroxide | Sigma | S5881-500G | Reagent for preparing Locke’s solution |
| Sodium phosphate dibasic | Sigma | S0876-500G | Reagent for preparing Locke’s solution |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma | S8282-500G | Reagent for preparing Locke’s solution |
| Stirring hot plate | Barnsted/Thermolyne | type 10100 | Heater for pipette coating with wax |
| Syringe, 30 mL | Becton Dickinson | 302832 | Material for glands wash and digestion |
| Tetraethylammonium chloride | Sigma | T2265-100G | TEA for preparing bath solution |
| Trypsin inhibitor | Sigma | T9253-5G | Reagent for gland digestion |
| Type F Immersion liquid | Leica | 195371-10-9 | Leica confocal mounting oil |
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