Özet

Tutta Monte Etichettatura del Cilia nel Main olfattivo Sistema di Mice

Published: December 27, 2014
doi:

Özet

Cilia of olfactory sensory neurons contain proteins of the signal transduction cascade, but a detailed spatial analysis of their distribution is difficult in cryosections. We describe here an optimized approach for whole mount labeling and en face visualization of ciliary proteins.

Abstract

The mouse olfactory system comprises 6-10 million olfactory sensory neurons in the epithelium lining the nasal cavity. Olfactory neurons extend a single dendrite to the surface of the epithelium, ending in a structure called dendritic knob. Cilia emanate from this knob into the mucus covering the epithelial surface. The proteins of the olfactory signal transduction cascade are mainly localized in the ciliary membrane, being in direct contact with volatile substances in the environment. For a detailed understanding of olfactory signal transduction, one important aspect is the exact morphological analysis of signaling protein distribution. Using light microscopical approaches in conventional cryosections, protein localization in olfactory cilia is difficult to determine due to the density of ciliary structures. To overcome this problem, we optimized an approach for whole mount labeling of cilia, leading to improved visualization of their morphology and the distribution of signaling proteins. We demonstrate the power of this approach by comparing whole mount and conventional cryosection labeling of Kirrel2. This axon-guidance adhesion molecule is known to localize in a subset of sensory neurons and their axons in an activity-dependent manner. Whole mount cilia labeling revealed an additional and novel picture of the localization of this protein.

Introduction

L'epitelio olfattivo mouse nella cavità nasale comprende 6-10.000.000 bipolari neuroni sensoriali olfattivi 1. Ogni neurone olfattivo sceglie uno dei 1.200 geni recettore olfattivo per l'espressione. Rilevazione di odoranti inizia legandosi ad un recettore olfattivo 2, che attiva ciclasi di tipo III (ACIII) 3 tramite l'olfatto specifica proteina G Gα olf 4 odorizzante. L'aumento conseguente adenosina monofosfato ciclico (cAMP) apre una ciclica nucleotide-gated (CNG), canale cationico non selettivo che porta a afflusso di Ca 2+ e Na +, e successivamente Ca 2+ afflusso porta all'apertura di un Cl Ca 2+ attivato Canale 5,6. La risultante partenze Cl flusso è facilitata da un elevato intracellulare Cl concentrazione mantenuta costante Cl captazione, probabilmente attraverso il Na + / K + / Cl cotransporter NKCC1, laCl / HCO3 scambiatore SLC4A1, e forse altri trasportatori ancora essere identificate 6-8.

Neuroni olfattivi bipolari presentano singoli, assoni non ramificati che proiettano direttamente al bulbo olfattivo, e un dendrite che si estende alla superficie dell'epitelio e termina in un vano specializzata, la manopola dendritica. Da questa manopola, 10-30 cilia, che può raggiungere una lunghezza di fino a 50-60 micron, emanare nel muco che copre la superficie epiteliale 9. Proteine ​​della canonica cascata di trasduzione del segnale sono localizzati prevalentemente nella membrana di questi cilia. La superficie sensoriale maggiore dell'epitelio amplifica la capacità di rilevare odoranti. A causa della densità di neuroni sensoriali, cilia estendentesi da manopole dendritiche vicini mescolano. Questa compenetrazione risultati in una miscela casuale di cilia da diversi neuroni, che esprimono diversi tipi di recettori olfattivi, sulla superficie dell'epitelio. La rilevazione e la cellaassegnazione lare di proteine ​​ciliari che sono presenti solo in un sottogruppo di neuroni sensoriali è quindi difficile in criosezioni. Inoltre, la localizzazione precisa di tali proteine ​​lungo la cilia è appena possibile, poiché criosezioni sono tipicamente più sottile rispetto alla lunghezza media delle ciglia.

Per attivare la ricerca di localizzazione ciliare di proteine ​​di membrana finora non caratterizzate in neuroni olfattivi, abbiamo ottimizzato una tecnica di preparazione volto en, che consente l'analisi dettagliata di localizzazione delle proteine ​​in cilia. In breve, il mouse è sacrificato e la testa spaccata in prossimità della linea mediana. Turbinati, nasali e ossa frontali vengono rimossi per esporre il setto. Il setto con la parte olfattiva dell'epitelio rivestimento viene allentata tagliando tutte le connessioni alla cavità nasale. Dopo aver messo il setto in una capsula di Petri riempita con la soluzione di Ringer, l'epitelio è staccata und trasferito ad un vetrino rivestito. A seguito di una breve fixation passo, le procedure di colorazione può essere eseguita se la gestione è più delicata possibile per evitare danni del tessuto fragile. Dimostriamo la risoluzione ottenibile confrontando la colorazione di due diverse proteine ​​di membrana in cilia olfattiva in criosezioni classici e nella preparazione en face descritto.

Protocol

NOTA: Tutte le procedure di animali sono stati trattati presso la Charité o Clinica Universitaria di Jena in accordo con le leggi per la cura degli animali tedesca evitando ogni sofferenza indebita di animali. 1. Preparazione Soluzioni e Dissection Workplace Soluzioni NOTA: Preparare le seguenti soluzioni prima di dissezione dell'epitelio. Soluzioni per la procedura di dissezione: Preparare la soluzione di Ringer (pH 7,4) con concentrazioni di NaCl 14…

Representative Results

Epitelio olfattivo en preparazioni faccia può essere usato per studiare la localizzazione delle proteine ​​nella cilia di neuroni sensoriali, consentendo l'indagine dettagliata di proteine ​​la cui localizzazione è chiaro dopo l'analisi di criosezioni. Questo problema può essere esemplificato nel caso della colorazione per Kin di proteine ​​IRRE-like 2 (Kirrel2). Kirrel2 (chiamato anche Neph3) è un membro della immunoglobuline (Ig) superfamiglia di proteine ​​di membrana e f…

Discussion

The en face preparation technique described in this protocol provides a powerful tool for the detailed analysis of the olfactory system. So far, most studies characterizing the localization of signaling proteins use immunostainings of cryosections. They present a good overview of the olfactory epithelium, and protein expression in distinct cell types or regions can be easily identified. However, expression in olfactory cilia is sometimes hard to detect. Even if ciliary localization is obvious, cryosections offer…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG (Exc257, SFB958).

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Spring scissors straight tip, multiple suppliers
Surgical scissors sharp and blunt end, multiple suppliers
Fine forceps curved tips, Dumont #7, multiple suppliers
Razor blade extra thin, multiple suppliers
Binocular with illumination multiple suppliers, Stemi 2000-C, Zeiss
Petri dish multiple suppliers
Liquid-blocker pen Science Services N71310
Polysine coated slides Thermo Scientific J2800AMNZ
Confocal microscope Leica Microsystems TCS SPE
primary antibody Goat anti-Kirrel2 R&D Systems AF2930 1:200
primary antibody Rabbit anti-mOR-EG Baumgart et al., 2014 1:200
secondary antibodies Life Technologies A21206, A11057 1:500
Mounting medium, ProLong Gold antifade reagent Life Technologies P36930
Paraformaldehyde Sigma 441244 toxic, work under fume hood

Referanslar

  1. Firestein, S. How the olfactory system makes sense of scents. Nature. 413 (6852), 211-218 (2001).
  2. Buck, L., Axel, R. A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition. Cell. 65 (1), 175-187 (1991).
  3. Wong, S. T., et al. Disruption of the type III adenylyl cyclase gene leads to peripheral and behavioral anosmia in transgenic mice. Neuron. 27 (3), 487-497 (2000).
  4. Belluscio, L., Gold, G. H., Nemes, A., Axel, R. Mice deficient in G(olf) are anosmic. Neuron. 20 (1), 69-81 (1998).
  5. Brunet, L. J., Gold, G. H., Ngai, J. General anosmia caused by a targeted disruption of the mouse olfactory cyclic nucleotide-gated cation channel. Neuron. 17 (4), 681-693 (1996).
  6. Reisert, J., Lai, J., Yau, K. W., Bradley, J. Mechanism of the excitatory Cl- response in mouse olfactory receptor neurons. Neuron. 45 (4), 553-561 (2005).
  7. Hengl, T., et al. Molecular components of signal amplification in olfactory sensory cilia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (13), 6052-6057 (2010).
  8. Smith, D. W., Thach, S., Marshall, E. L., Mendoza, M. G., Kleene, S. J. Mice lacking NKCC1 have normal olfactory sensitivity. Physiolog., & Behavior. 93 (1-2), 44-49 (2008).
  9. Menco, B. P. Ultrastructural aspects of olfactory signaling. Chemical Senses. 22 (3), 295-311 (1997).
  10. Serizawa, S., et al. A neuronal identity code for the odorant receptor-specific and activity-dependent axon sorting. Cell. 127 (5), 1057-1069 (2006).
  11. Baumgart, S., et al. Scaffolding by MUPP1 regulates odorant-mediated signaling in olfactory sensory neurons. Journal Of Cell Science. 127 (11), 2518-2527 (2014).
  12. Strotmann, J., Wanner, I., Krieger, J., Raming, K., Breer, H. Expression of odorant receptors in spatially restricted subsets of chemosensory neurones. Neuroreport. 3 (12), 1053-1056 (1992).
  13. Jenkins, P. M., McEwen, D. P., Martens, J. R. Olfactory cilia: linking sensory cilia function and human disease. Chemical Senses. 34 (5), 451-464 (2009).
  14. Tadenev, A. L., et al. Loss of Bardet-Biedl syndrome protein-8 (BBS8) perturbs olfactory function, protein localization, and axon targeting. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (25), 10320-10325 (2011).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Oberland, S., Neuhaus, E. M. Whole Mount Labeling of Cilia in the Main Olfactory System of Mice. J. Vis. Exp. (94), e52299, doi:10.3791/52299 (2014).

View Video