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Neurociência

In vivo Evaluación de la dinámica y orientación de los microtúbulos en las neuronas caenorhabditis elegans

Published: November 20, 2021
doi:
10.3791/62744
,
1DBT-National Brain Research Centre

Summary

Se ha presentado un protocolo para la obtención de imágenes de los microtúbulos dinámicos in vivo utilizando la proteína de unión al extremo etiquetada fluorescentemente. Describimos los métodos para etiquetar, obtener imágenes y analizar los microtúbulos dinámicos en la neurona del microtúbulo lateral posterior (PLM) de C. elegans.

Abstract

En las neuronas, la orientación de los microtúbulos ha sido un evaluador clave para identificar los axones que tienen microtúbulos y dendritas de extremo superior que generalmente tienen una orientación mixta. Aquí describimos métodos para etiquetar, obtener imágenes y analizar la dinámica y el crecimiento de los microtúbulos durante el desarrollo y la regeneración de las neuronas táctiles en C. elegans. Usando reporteros fluorescentes codificados genéticamente de puntas de microtúbulos, tomamos imágenes de los microtúbulos axonales. Los cambios locales en el comportamiento de los microtúbulos que inician la regeneración del axón después de la axotomía se pueden cuantificar utilizando este protocolo. Este ensayo es adaptable a otras neuronas y antecedentes genéticos para investigar la regulación de la dinámica de los microtúbulos en diversos procesos celulares.

Introduction

Las neuronas tienen una arquitectura elaborada con compartimentos especializados como dendritas, cuerpos celulares, axones y sinapsis. El citoesqueleto neuronal está constituido por los microtúbulos, microfilamentos y neurofilamentos y su organización distinta soporta los compartimentos neuronales estructural y funcionalmente1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 . A lo largo de los años, la organización de los microtúbulos se ha identificado como un determinante clave de la polaridad y función neuronal. A medida que las neuronas experimentan una remodelación estructural durante el desarrollo o la regeneración, la dinámica y la orientación de los microtúbulos determinan la identidad, el transporte polarizado, el crecimiento y el desarrollo de varios compartimentos neuronales7. Por lo tanto, es imperativo evaluar la dinámica y la orientación de los microtúbulos in vivo para correlacionarlos con el proceso de remodelación neuronal.

Los microtúbulos están compuestos por protofilamentos de α y β heterodímeros de Tubulina con extremos más dinámicos y extremos menos relativamente estables11,12. El descubrimiento del complejo de punta más y las proteínas de unión final asociadas han permitido una plataforma para evaluar la organización de los microtúbulos13. Las proteínas de unión al final (EBP) se asocian transitoriamente con los extremos de crecimiento más del microtúbulo y su dinámica de asociación se correlaciona con el crecimiento de los protofilamentos de microtúbulos14,15. Debido a la frecuente asociación y disociación del complejo de punta más con el microtúbulo, la función de dispersión puntual del EBP marcado con GFP aparece como un “cometa” en una película de lapso de tiempo15,16. Desde la observación pionera en neuronas de mamíferos16,las proteínas de unión final marcadas con proteínas fluorescentes se han utilizado para determinar la dinámica de microtúbulos a través de diferentes sistemas modelo y tipos de neuronas17,18, 19,20, 21,22,23.

Debido a su sistema nervioso simple y cuerpo transparente, C. elegans ha demostrado ser un excelente sistema modelo para estudiar la remodelación neuronal durante el desarrollo y la regeneración in vivo. Aquí describimos métodos para etiquetar, obtener imágenes y analizar la dinámica y el crecimiento de los microtúbulos durante el desarrollo y la regeneración de las neuronas táctiles en C. elegans. Utilizando EBP-2::GFP codificado genéticamente, tomamos imágenes de los microtúbulos en la neurona PLM, lo que nos permitió determinar la polaridad de los microtúbulos en dos neuritas diferentes de esta neurona24. Este método permite la observación y cuantificación de los cometas EBP como medida de la dinámica de los microtúbulos en diferentes contextos celulares, por ejemplo, los cambios locales en el comportamiento de los microtúbulos que inician la regeneración de los axones después de la axotomía se pueden evaluar utilizando nuestro protocolo. Este ensayo se puede adaptar para investigar la regulación de la dinámica de los microtúbulos en diversos procesos celulares en diversos tipos de células y antecedentes genéticos.

Protocol

1. Cepa reportera: Cultura y mantenimiento NOTA: Para medir la dinámica y orientación de los microtúbulos en las neuronas PLM, utilizamos la cepa de gusano que expresa EBP-2::GFP bajo el promotor específico de la neurona táctil mec-4 (alelo juIs338) 18,25,26. Utilizamos métodos estándar de cultivo y mantenimiento de gusanos para esta…

Representative Results

Como ejemplo representativo, hemos descrito la observación in vivo de los cometas EBP en estado estacionario y los axones regeneradores de las neuronas PLM. Las neuronas PLM se encuentran en la región de la cola del gusano con un proceso anterior largo que forma una sinapsis y un proceso posterior corto. Las neuronas PLM crecen en la dirección anterior-posterior cerca de la epidermis y son responsables de la suave sensación de tacto en los gusanos. Debido a su estructura simplificada y su facilidad para la obtención…

Discussion

La comprensión de la dinámica de los microtúbulos ha sido un enfoque clave en el campo de la investigación citoesquelética a lo largo de los años. Los microtúbulos sufren nucleación y catástrofe junto con un proceso continuo de inestabilidad dinámica44,45,46,47. Gran parte de esta información se ha obtenido a través de ensayos in vitro como lecturas de d…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos a Yishi Jin y Andrew Chisholm por el apoyo inicial y la cepa utilizada en el estudio. La cepa bacteriana OP50 fue aprovechada comercialmente del Caenorhabditis Genetics Center (CGC) financiado por la Oficina de Programas de Infraestructura de Investigación de los NIH (P40 OD010440). También agradecemos a Dharmendra Puri por la estandarización de los procedimientos experimentales. El estudio está financiado por la subvención básica del Centro Nacional de Investigación del Cerebro (apoyado por el Departamento de Biotecnología, Gobierno de la India), DBT / Wellcome Trust India Alliance Early Career Grant (Grant # IA/ E/18/1/504331) a S.D., Wellcome Trust-DBT India Alliance Intermediate Grant (Grant # IA / I / 13/1/500874) a A.G.-R y una subvención de la Junta de Investigación de Ciencia e Ingeniería (SERB: CRG/2019/002194) a A.G.-R.

Materials

CZ18975 worm strain Yishi Jin lab CZ18975 Generated by Anindya Ghosh-Roy
Agarose Sigma A9539 Mounting worms
Coverslip (18 mm x 18 mm) Zeiss 474030-9010-000 Mounting worms
Dry bath with heating block Neolab Mounting worms
Glass slides (35 mm x 25 mm) Blue Star Mounting worms
Polystyrene bead solution (4.55 x 10^13 particles/ml in aqueous medium with minimal surfactant) Polysciences Inc. 00876 Mounting worms
Test tubes Mounting worms
OP50 bacterial strain Caenorhabditis Genetics Center (CGC) OP50 Worm handling
60mm petri plates Praveen Scientific 20440 Worm handling
Aspirator/Capillary VWR 53432-921 Worm handling
Incubator Panasonic MIR554E Worm handling
Platinum wire Worm handling
Stereomicroscope with fluorescence attachment Leica M165FC Worm handling
0.3% Sodium Chloride Sigma 71376 Nematode Growth Medium
0.25% Peptone T M Media 1506 Nematode Growth Medium
10mg/mL Cholesterol Sigma C8667 Nematode Growth Medium
1mM Calcium chloride dihydrate Sigma 223506 Nematode Growth Medium
1mM Magnesium sulphate heptahydrate Sigma M2773 Nematode Growth Medium
2% Agar T M Media 1202 Nematode Growth Medium
25mM Monobasic Potassium dihydrogen phosphate Sigma P9791 Nematode Growth Medium
0.1M Monobasic Potassium dihydrogen phosphate Sigma P9791 1X M9 buffer
0.04M Sodium chloride Sigma 71376 1X M9 buffer
0.1M Ammonium chloride Fisher Scientific 21405 1X M9 buffer
0.2M Dibasic Disodium hydrogen phosphate heptahydrate Sigma S9390 1X M9 buffer
Glass bottles Borosil Buffer storage
488 nm laser Zeiss Imaging
5X objective Zeiss Imaging
63X objective Zeiss Imaging
Camera Photometrics Evolve 512 Delta Imaging
Computer system for Spinning Disk unit HP Intel ® Xeon CPU E5-2623 3.00GHz Imaging
Epifluorescence microscope Zeiss Observer.Z1 Imaging
Halogen lamp Zeiss Imaging
Mercury Arc Lamp Zeiss Imaging
Spinning Disk Unit Yokogawa CSU-X1 Imaging
ZEN2 software Zeiss Imaging
Image J (Fiji Version) Image analysis and processing
Adobe Creative Cloud Adobe Image analysis and processing
Computer system for Image Analysis Dell Intel ® Core ™ i7-9700 CPU 3.00GHz Image processing/Representation
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Keywords: Microtubule DynamicsMicrotubule OrientationCaenorhabditis Elegans NeuronsIn Vivo AssessmentCytoskeletonAlpha And Beta TubulinEnd-binding ProteinsEBP-2GFPPLM NeuronsMake-3 PromoterMountingPolystyrene BeadsFluorescence MicroscopySpinning Disk Unit
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Citar este artigo
Dey, S., Ghosh-Roy, A. In vivo Assessment of Microtubule Dynamics and Orientation in Caenorhabditis elegans Neurons. J. Vis. Exp. (177), e62744, doi:10.3791/62744 (2021).
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