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.
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.
O epitélio olfativo do mouse na cavidade nasal compreende 6-10.000.000 neurônios olfatórios bipolares 1. Cada neurônio olfativo escolhe um dos 1.200 genes de receptores olfativos para expressão. Detecção de odorantes inicia por ligação a um receptor olfactivo 2, que, em seguida, activa adenilil ciclase do tipo III (ACIII) 3 através da proteína G específica olfactiva Gu olf 4 odorante. O aumento resultando em monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) abre uma cíclico (CNG), canal de cátions não seletivos levando a influxo de Ca 2+ e Na +, e, posteriormente, Ca 2+ fechado de nucleotídeo influxo leva à abertura de um Cl Ca 2+ ativado – canal 5,6. O resultante exterior Cl – fluxo é facilitada por uma alta Cl intracelular – concentração mantida constante por Cl – absorção, provavelmente através de Na + / K + / Cl – NKCC1 co-transportador, oCl – / HCO3 – trocador SLC4A1, e transportadores ainda a ser identificados talvez adicionais 6-8.
Neurónios olfactivos bipolares têm axónios, não ramificados individuais que se projectam directamente para o bolbo olfactivo e um dendrito que se estende para a superfície do epitélio e termina como um compartimento especializado, o botão dendrítica. A partir deste botão, 10-30 cílios, que pode atingir um comprimento de até 50-60 mm, emanam no muco que cobre a superfície epitelial 9. As proteínas da cascata de transdução de sinal canónico estão principalmente localizados na membrana destas cílios. O aumento da superfície do epitélio sensorial amplifica a capacidade de detectar odorantes. Devido à densidade de neurônios sensoriais, os cílios se estende desde maçanetas dendríticas vizinhos se misturam. Este entrelaçamento resulta numa mistura aleatória dos cílios de diferentes neurónios, que expressam diferentes tipos de receptores olfactivos, na superfície do epitélio. A célula de detecção ealocação ular de proteínas ciliares que estão presentes em apenas um subconjunto de neurônios sensoriais, portanto, difícil de criosecções. Além disso, a localização precisa de tais proteínas ao longo dos cílios é quase impossível, visto que criocortes são tipicamente mais fina do que o comprimento médio dos cílios.
Para ativar a investigação da ciliar localização de proteínas de membrana até agora descaracterizados em neurônios olfativos, otimizamos um en face preparação técnica que permite a análise detalhada de localização de proteínas em cílios. Resumidamente, o rato é sacrificado ea cabeça dividida perto da linha média. Cornetos nasais, e os ossos frontais são removidos para expor o septo. O septo com a parte olfativa do epitélio de revestimento é solto por cortar todas as conexões para a cavidade nasal. Depois de colocar o septo numa placa de petri cheia com solução de Ringer, o epitélio é descascada und transferido para uma lâmina de vidro revestido. Após uma breve FIXATion passo, os procedimentos imunocoloração pode ser realizada se a manipulação é o mais suave possível para evitar danos do tecido frágil. Nós demonstramos a resolução alcançável através da comparação da coloração de duas proteínas de membrana em diferentes cílios olfactiva em criocortes clássicos e na preparação cara en descrito.
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…
The authors have nothing to disclose.
This work was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG (Exc257, SFB958).
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 |