Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Нами разработан надежный метод селективной плазматической мембранной первичных нейронов коры головного мозга мыши для автоматизированного анализа нейронального нуклеоцитоплазматического транспорта с высоким содержанием.
Нарушение нуклеоцитоплазматического транспорта все чаще включается в патогенез нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, растет признание специфических для клеток различий в структуре комплекса ядерных пор, что вызывает необходимость адаптации методов ядерного транспорта для использования в нейронах. Пермеабилизированные клеточные анализы, в которых плазматическая мембрана селективно перфорируется дигитонином, широко используются для изучения пассивного и активного переноса ядра в иммортализованных клеточных линиях, но не применялись к культурам нейронов. В наших первоначальных попытках мы наблюдали быструю потерю целостности ядерной мембраны в первичных нейронах коры головного мозга мышей, подвергшихся воздействию даже низких концентраций дигитонина. Мы предположили, что нейронные ядерные мембраны могут быть уникально уязвимы к потере цитоплазматической поддержки. После тестирования нескольких подходов к повышению ядерной стабильности мы наблюдали оптимальную ядерную целостность после гипотонического лизиса в присутствии концентрированной подушки из бычьего сывороточного альбумина. Нейронные ядра, полученные с помощью этого подхода, надежно импортируют рекомбинантный флуоресцентный груз энергозависимым образом, облегчая анализ ядерного импорта с помощью микроскопии с высоким содержанием и автоматизированным анализом. Мы ожидаем, что этот метод будет широко применим к исследованиям пассивного и активного переноса ядра в первичных нейронах.
Нарушение нуклеоцитоплазматического транспорта, регулируемого транспорта белков и РНК между ядром и цитоплазмой, все чаще включается в патогенез нейродегенеративных заболеваний (недавно рассмотрено1). Мы и другие сообщили о структурном и функциональном нарушении нуклеоцитоплазматического транспортного аппарата в посмертных тканях и животных моделях бокового амиотрофического склероза (БАС) и лобно-височной деменции (ЛВД), болезни Альцгеймера и болезни Хантингтона 2,3,4,5 . Механизмы и функциональные последствия нарушения нуклеоцитоплазматического транспорта при нейродегенерации, а также подходы к терапевтическому спасению являются областями продолжающихся исследований.
Ядерные поры представляют собой большие трансмембранные комплексы из ~30 нуклеопориновых белков, которые обеспечивают диффузию малых молекул через ядерную мембрану, но все больше ограничивают прохождение грузов >40 кД через барьер проницаемости богатых фенилаланином глицином (FG) нуклеопоринов в центральном канале6. Более крупные грузы, содержащие последовательности сигналов ядерной локализации (NLS) или сигнала ядерного экспорта (NES), подвергаются активному, опосредованному рецепторами транспорту через пору через рецепторы ядерного транспорта (импортины и экспорты) и крутому градиенту небольшой ГТФазы через ядерную мембрану (недавно рассмотренный7). Был разработан широкий спектр методов для анализа динамики ядерного транспорта в культивируемых клетках, включая транспортировку эндогенных грузов и меченых репортерных конструкций, которые служат субстратами для основных подклассов транспортных рецепторов. Такие подходы были легко адаптированы к нейронам 2,5,8 и обеспечивают считывание возмущений ядерного транспорта в контексте интактной, живой клетки. Однако в анализах живых клеток возможность напрямую манипулировать реакциями переноса ядер или исследовать их в изоляции от других клеточных процессов ограничена.
При анализе проникнутых клеток плазматическая мембрана селективно перфорируется, а цитоплазма высвобождается, оставляя ядерную оболочку и комплексы ядерных пор нетронутыми и способными осуществлять либо пассивный, либо энергозависимый двунаправленный транспорт 9,10. Такие транспортные реакции могут быть легко восстановлены путем добавления цельноклеточных лизатов, цитоплазматических фракций или очищенных рекомбинантных ядерных транспортных белков и их грузов. Таким образом, анализы проникающих клеток позволяют проводить широкий спектр биохимических или биофизических исследований, включая доставку рекомбинантных или синтетических белков и РНК, имеющих отношение к изучению нейродегенеративных заболеваний.
Учитывая сообщения о специфических для клеток различиях в структуре ядерного порового комплекса и динамике транспорта11,12, мы стремились адаптировать анализ проникнутых клеток для использования в первичных культурах нейронов. Несмотря на широкое использование для анализа переноса ядра в иммортализированных клеточных линиях, несмотря на исчерпывающий поиск литературы, мы не нашли опубликованных сообщений о проникновении плазматических мембран нейронов, подтверждающих сохранение целостности ядерной мембраны. Большинство протоколов полагаются на дигитонин, детергент, который нацелен на уникальный холестериновый состав плазматической мембраны, чтобы перфорировать ядерную мембрану, оставляя ядерную мембрану нетронутой. Наши первоначальные попытки использования дигитонина в первичных нейронах коры головного мозга мыши показали немедленную потерю целостности ядерной мембраны, о чем свидетельствует диффузия флуоресцентного декстрана с концентрацией 70 кДа в ядро. Мы предположили, что разрыв ядерной оболочки может быть вызван механическим возмущением из-за потери цитоплазматической поддержки, и протестировали несколько методов оптимизации, включая молекулярное скучение, стабилизацию цитоскелета и альтернативные методы лизиса клеток. В данной статье мы подробно описываем метод быстрой гипотонической пермеабилизации с использованием концентрированной подушки из бычьего сывороточного альбумина (БСА) для защиты ядер нейронов и облегчения последующего анализа импорта нейронных ядер. Недавно мы использовали этот метод для оценки механизма разрушения белка дипептидных повторов в C9orf72-ALS/FTD14 и ожидаем, что он будет широко применим к будущим исследованиям пассивного и активного ядерного транспорта в первичных нейронах.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Сначала в протоколе описывается генерация первичных культур нейронов (этап 1) и подготовка материалов для транспортного анализа (этап 2), за которым следует сам транспортный анализ (этапы 3-4) и получение и анализ изображений (этап 5). Все описанные здесь методы были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию (ACUC) Университета Джона Хопкинса.
1. Первичные культуры корковых нейронов мыши
2. Приготовление компонентов ядерного транспортного анализа
3. Определение оптимальных условий пермеабилизации плазматической мембраны
ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за различий между каждой партией нейронов оптимизируйте условия пермеабилизации для каждой партии нейронов. Выполните это в тот же день перед проведением анализов при транспортировке ядерного топлива.
4. Ядерный импортный анализ
5. Анализ изображений
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Селективная пермеабилизация плазматической мембраны (рис. 1A) является наиболее важным этапом протокола и должна быть проверена до того, как мы приступим к анализу ядерного импорта. Из-за различий между каждым культуральным препаратом обычно проводит?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Описанный выше протокол представляет собой надежный и воспроизводимый метод селективной проницаемости плазматической мембраны первичных корковых нейронов мыши для анализа ядерного импорта. В данной работе показано применение метода анализа ядерного импорта прям?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана NINDS K08NS104273 (в L.R.H.).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 M HEPES | Gibco | 15630-080 | |
10x HBSS | Gibco | 14185-052 | |
32% paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
96-well optical glass plates | CellVis | P96-1.5H-N | |
ATP lithium salt | Millipore Sigma | 11140965001 | |
B27 | Gibco | 17504-044 | |
Bio-Rad Protein Assay Kit II | Bio-Rad | 5000002 | |
BL21(DE3) E. coli | NEB | C2527H | |
Bovine serum albumin fraction V, heat shock, fatty acid free | Sigma-Aldrich | 3117057001 | |
Chromatography columns | Bio-Rad | 7311550 | |
Creatine kinase | Millipore Sigma | 10127566001 | |
Creatine phosphate | Millipore Sigma | 10621722001 | |
Dextran, Texas Red, 70,000 MW | Thermo Fisher | D1864 | |
DNase I | Sigma-Aldrich | DN25 | |
E15-16 timed pregnant C57BL/6J female mice | Jackson Laboratory | 000664 | |
Excel | Microsoft | N/A | |
Fetal bovine serum | Hyclone | SH30070.03 | |
Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
Glycerol | Thermo Fisher | 15514011 | |
GTP lithium salt | Millipore Sigma | 11140957001 | |
HALT protease inhibitor (100x) | Thermo Fisher | 78439 | |
HEK293T cells | ATCC | CRL-3216 | |
HIS-Select HF Nickel affinity gel | Sigma-Aldrich | HO537 | |
Hoechst 33342 | Thermo Fisher | H1399 | |
ImageExpress Micro Confocal High-content Imaging System | Molecular Devices | N/A | Used for time-lapse imaging |
Imidazole | Millipore | I3386 | |
Importazole | Sigma-Aldrich | SML0341 | |
IPTG | Corning | 46-102-RF | |
Laminin | Sigma-Aldrich | L2020 | |
LB broth | Grainger | 31FZ62 | |
LSM800 confocal microscope | Zeiss | N/A | Used for dextran imaging |
MetaXpress High Content Image Analysis Software | Molecular Devices | N/A | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103 | |
Papain | Worthington | LS003126 | |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
Poly-D-Lysine | Sigma-Aldrich | P6407 | |
Protease inhibitor cocktail | Millipore Sigma | 11873580001 | |
Rango Plasmid (pRSET Rango2/a1 + linkers) | N/A | N/A | pK44, containing N-terminal 6-His tag |
SOC (super optimal broth with catabolite repression) media | Quality Biological | 340-031-671 | |
Sodium pyruvate | Gibco | 11360-070 | |
Spin-X UF concentrators (30K MWCO) | Corning | CLS431484 | |
Trypsin-EDTA (0.05%) | Gibco | 25300054 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены