Isolamento di CA1 nucleari arricchiti Frazioni di fettine di ippocampo per studiare l'attività-dipendente nucleare Importazione di Messenger proteine Synapto-nucleari
Summary
Forniamo un protocollo dettagliato per l'induzione del potenziamento a lungo termine nella regione CA1 dell'ippocampo e il successivo isolamento di frazioni arricchite nucleari dalla zona tetanized della fetta. Questo approccio può essere utilizzato per determinare l'attività dipendente di importazione proteina nucleare in modelli cellulari di apprendimento e memoria.
Abstract
Studiare attività di espressione della proteina dipendente, traslocazione subcellulare, o fosforilazione è essenziale per comprendere i meccanismi cellulari alla base della plasticità sinaptica. Il potenziamento a lungo termine (LTP) e depressione a lungo termine (LTD) indotta in fettine di ippocampo acute sono ampiamente accettati come modelli cellulari di apprendimento e memoria. Ci sono numerosi studi che utilizzano approcci di imaging cellulare o immunoistochimica dal vivo per visualizzare l'attività dinamica delle proteine dipendenti. Tuttavia questi metodi si basano sulla idoneità degli anticorpi per immunoistochimica o sovraespressione di proteine fluorescenza-tagged in singoli neuroni. Immunoblotting di proteine è un metodo alternativo che fornisce una conferma indipendente dei risultati. Il primo fattore limitante nella preparazione di frazioni subcellulari di singoli fettine di ippocampo tetanized è la bassa quantità di materiale. In secondo luogo, la procedura di gestione è fondamentale perché manipolazioni, anche molto brevi e minori di living fette potrebbe indurre l'attivazione di alcune cascate di segnalazione. Qui si descrive un flusso di lavoro ottimizzato al fine di ottenere un quantitativo sufficiente della frazione arricchita nucleare di purezza sufficiente dalla regione CA1 di fettine di ippocampo acute di cervello di ratto. Come esempio rappresentativo mostriamo che la ERK1 / 2 forma fosforilata della proteina messaggero Synapto-nucleare Jacob trasloca attivamente al nucleo dopo induzione di LTP e può essere rilevato in una frazione arricchita nucleare dai neuroni CA1.
Introduction
Synaptic N-metil-D-aspartato-recettori (NMDARs) svolgono un ruolo cruciale nella plasticità sinaptica e la sopravvivenza delle cellule di segnalazione, mentre l'attivazione di NMDARs extrasinaptica può innescare neurodegenerazione e la morte cellulare. Questi cambiamenti dipendono da / attività regolamentata espressione genica dipendente strettamente controllata e, quindi, richiedono una costante comunicazione tra sinapsi e dendriti attivati e il nucleo 7. Il MAP chinasi ERK1 / 2 sono effettori a valle di NMDARs sinaptiche segnalazione e sono coinvolti nella espressione genica NMDAR-attivazione-indotta, considerando che la segnalazione via NMDAR extrasinaptica non ha o un effetto inibitorio sulla ERK1 / 2 attività di 8,11.
Ci sono certo numero di proteine che hanno dimostrato di navetta tra dendriti distali e il nucleo. Molte di queste proteine contengono un segnale di localizzazione nucleare e sono attivamente trasportati lungo microtubuli in un dineina e modo importina-dipendente al nucleo 6,9. Interestingly, alcuni di questi messaggeri solo transito al nucleo in risposta a specifici stimoli sinaptici. Ad esempio, il trasporto retrogrado di ciclico elemento di risposta AMP binding protein 2 (CREB2) è indotta da LTD chimica, ma non LTP 12. Stimolazione sinaptica NMDAR-dipendente localizzata guida coactivator trascrizionale CREB-regolata (CRTC1) nel nucleo, un processo di traslocazione, che è coinvolto nel lungo termine plasticità ippocampale 4. E 'stato recentemente dimostrato che la proteina messaggero Giacobbe trasloca al nucleo dopo che entrambi, l'attivazione NMDAR sinaptica e extrasinaptica e regola gene CREB dipendente trascrizione 5. L'origine sinaptica o extrasinaptica del segnale è codificato in una modificazione post-traslazionale di Giacobbe. Attività sinaptica induce ERK1 / 2 fosforilazione dipendente di Giacobbe a serina cruciale alla posizione 180 (pJacobS 180), che è un requisito per la successiva traslocazione al nucleo nella cultura ippocampale primaria. Inoltre, in CA1 neuroni di acuta fettine di ippocampo pJacobS 180 trasloca nel nucleo dopo Schaffer collaterale LTP ma non LTD 1,10. pS180 Jacob porta ad un aumento dell'espressione dei geni legati plasticità e l'espressione genica feed torna alla funzione sinaptica. In netto contrasto, Giacobbe che trasloca nel nucleo dopo l'attivazione NMDARs extrasinaptica non è fosforilata in Ser180 e può essere associata a complesso proteico diverso nel nucleo causando 'CREB spento' e una ritrattazione di contatti sinaptici 10.
Maggior parte degli studi pubblicati sulla importazione nucleare di Synapto-nucleare proteina messenger sono stati condotti in colture primarie neuronali dissociate. Pertanto, sarebbe interessante vedere se questi risultati possono essere riprodotti in fisiologicamente più rilevanti condizioni con fettine di ippocampo in cui la connettività e la funzione neuronale sono molto meglio conservati. Qui vi presentiamo un protocollo ottimizzato per la valutazione LTP-dependent traslocazione nucleare di messaggeri della proteina mediante immunoblotting. Questo metodo è adatto per analizzare l'attività dipendente fosforilazione di proteine in una frazione nucleare rudimentale anche. In particolare, l'attuale protocollo prevede la preparazione di acuta fettine di ippocampo CA1, induzione, e la registrazione di LTP. Avanti, regione CA1 viene sezionato al microscopio per isolare la regione stimolata. Abbiamo combinato e modificato il protocollo per l'isolamento nucleare fornito da CellLytic nucleare Extraction Kit con le modifiche introdotte dal Zhao e colleghi 17. La procedura di ottimizzazione comprende la lisi delle regioni CA1 sezionati in tampone ipotonico permettendo rigonfiamento delle cellule e il rilascio di nuclei. Lisi cellulare e la morfologia nuclei possono essere determinati mediante esame microscopico. Arricchimento nucleare viene raggiunto da una breve fase di centrifugazione. Immunoblotting con anticorpi contro NeuN e NSE2, marcatori specifici delle frazioni nucleari e citosoliche, indica che questo approccio può essere utilizzato come un velocee il protocollo riproducibile per isolare queste frazioni subcellulari e studiare molto labili modificazioni post-traduzionali come fosforilazione proteica. Inoltre, questo metodo è vantaggioso per piccoli campioni di tessuto provenienti da regioni CA1 sezionati di fettine ippocampali e può essere usato in combinazione per immunoistochimica di fettine ippocampali.
Protocol
Representative Results
Discussion
I passi descritti nel protocollo di cui sopra forniscono una guida come preparare ippocampale acuta affettato da giovani o adulti ratti, induce e registrare LTP, rapidamente sezionare zona stimolata di slice, e preparare frazione arricchita nucleare per lo studio di attività dinamica delle proteine dipendenti. Questo approccio deriva dalla combinazione di diversi metodi utilizzati indipendentemente l'uno dall'altro. Abbiamo ottimizzato il flusso di lavoro e fornire sufficienti dettagli per il principiante…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by the DFG (SFB 779 TPB8, Kr1879/3-1 MRK), DIP grant (MRK), EU FP7 MC-ITN NPlast (MRK), Center for Behavioral Brain Sciences (CBBS, Sahsen-Anhalt), (AK and SB), MM is a recipient of European Molecular Biology Organization (EMBO) Long-Term Fellowship (EMBO ALTF 884-2011) and Marie-Curie IEF.
Materials
| Table 1. Equipment | |||
| CED 1401 AD/DA converter | Cambridge Electronics Design, UK | ||
| Axopatch 200B amplifier | Axon，USA | ||
| Axon Digidata acquisition system | Axon，USA | ||
| Clampex 10.0 Data acquisition and analysis software | Axon，USA | ||
| Leica microscope | Leica TCS SP2，Germany | ||
| P-97 Standard microelectrode puller | Sutter，USA | ||
| Stereomicroscope | Leica | Leica S4E, Germany | |
| Vibrotome | Leica VT1000S, Germany | ||
| Isolated pulse stimulator | Model2100, A-M systmes, USA | ||
| Centrifuge | Thermo Scientific, HERAEUS, FRSCO17 | ||
| SDS-PAGE system | BIORAD | ||
| Cooler | JULABO | ||
| Bright field Microscope | NIKON ECLIPSE TS100 | ||
| Cell culture incubator | Thermo Electron Corporation, HERAEUS | ||
| Micromanipulator | Luigs & Neumann, SM-5, Germany | ||
| Blotting chamber and electric power supplier | Hoefer Scientific Instruments, San Francisco | ||
| Cooler | Julabo, F12 | ||
| Centrifuge | Thermo Scientific, Heraeus, FRESCO 17 | ||
| Submerged type Recording Chamber | custom made | ||
| U-shape and submerged type incubator | custom made | ||
| Small surgical scissors | |||
| Scalpel | |||
| Thin spatula | |||
| Plastic Pasteur pipette | |||
| Plastic culture dish | |||
| Bunsen beaker | |||
| Syringe | |||
| Table 2. Reagents | |||
| Name of Reagent | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| NaCl | ROTH | Art.-Nr.3957.1 | ≥99.5%, p.a.,ACS,ISO |
| KCl | ROTH | Art.-Nr.6781.1 | ≥99.5%, p.a.,ACS,ISO |
| CaCl2·2H2O | MERCK | 1.02382.0500 | pro analysi |
| MgSO4·2H2O | MERCK | 5886.05 | pro analysi |
| MgCl2·6H2O | AppliChem | CAS-NO: 7791-18-6; EC-NO:2320946 | for Molecularbiology |
| KH2PO4 | MERCK | 12034.025 | for Molecularbiology |
| Na2HPO4·2H2O | MERCK | 1.06574.1000 | extra pure |
| Glucose·H2O | ROTH | Art.-Nr.6887.1 | for Molecularbiology |
| Hepes | ROTH | Art.-Nr.9105.4 | PUFFERAN, ≥99.5%, p.a. |
| NaHCO3 | MERCK | 1.06329.1000 | pro analysi |
| Protease inhibitor Coctail | ROCHE | ||
| Phosphostop | ROCHE | ||
| Bicuculline | Tocris bioscience | ||
| Isofluran | Baxter | ||
| Table 4. Antibodies | |||
| Primary antibodies | Company | Catalog Number | Species |
| pJac-s180 | Biogenes/ purified | rabbit (dil. 1:100) | |
| NeuN | Milipore | MAB377 | mouse (dil. 1:1,000) |
| NSE | Cell Signaling | D20H2 | rabbit (dil. 1:1,000) |
| beta-actin | Sigma | A-5441 | mouse (dil. 1:5,000) |
| Secondary antibodies | Species | ||
| IgG HRP Conjugated | DAKO | goat anti – mouse (1:5,000) | |
| IgG HRP Conjugated | NEB | goat anti – rabbit (1:5,000) |
References
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