Her præsenterer vi en metode til visualisering af udbredelsen af 3 kDa Texas Rød-mærket dextran i auditive hårceller med funktionelle mechanotransduction kanaler. Desuden kan dextrans af 3-10 kDa bruges til at studere endocytose i hår og støtte celler i orglet corti.
Hårcellemechanotransduction (MET) kanal spiller en vigtig rolle i hørelsen. Den molekylære identitet og de strukturelle oplysninger om markedsøkonomisk behandling er dog fortsat ukendt. Elektrofysiologiske undersøgelser af hårceller viste, at MET-kanalen har en stor ledningsevne og er gennemtrængelig for relativt store fluorescerende kationiske molekyler, herunder nogle styrylfarvestoffer og Texas Rød-mærket aminoglycoside antibiotika. I denne protokol beskriver vi en metode til at visualisere og evaluere udbredelsen af fluorescerende dextrans i hårceller i orglet i Corti explants, der kan bruges til at assay for funktionelle MET kanaler. Vi fandt, at 3 kDa Texas Rød-mærket dextran specifikt etiketter funktionelle auditive hårceller efter 1-2 h inkubation. Især 3 kDa dextran etiketter de to kortere stereocilia rækker og ophobes i cellekroppen i et diffust mønster, når funktionelle MET kanaler er til stede. En yderligere vesicle-lignende mønster af mærkning blev observeret i cellekroppen af hårceller og omkringliggende støtteceller. Vores data tyder på, at 3 kDa Texas-Red dextran kan bruges til at visualisere og studere to veje til cellulære farvestof optagelse; en hårcellespecifik indgangsrute gennem funktionelle MET-kanaler og endocytose, et mønster, der også er tilgængeligt for større dextran.
Hårcellerne i det indre øre er de sensoriske celler, der registrerer lyd og skjulte de mekanisk stimuli i elektriske signaler, som i sidste ende fortolkes af vores hjerne. Disse celler har en trappe-formet bundt af tre rækker af actin-baserede filamenter, kendt som stereocilia, som stikker ud fra deres apical region1,2. De mekaniske stimuli afleder stereocilia-glødetrådene mod den længste række og udløser åbningen af mechanotransduction (MET)kanaler3. Åbningen af MET-kanalerne fører til en tilstrømning af kationer, der depolariserer cellen og dermed signalerer frigivelsen af synapse vesikler på de basale region af hårcelle.
De biofysiske egenskaber af MET kanal afgørende for hørelse naster. Disse kanaler er bl.a. Bemærkelsesværdigt, store fluorescerende molekyler såsom FM1-43 og Texas Rød-mærket aminoglycosides er permeant blokkere af MET kanal, hvilket resulterer i deres ophobning i hårcellekroppen, der kan visualiseres ved hjælp af fluorescens mikroskopi11,12,13,14. Omvendt er den molekylære identitet og strukturen af MET-kanalen og dens gennemtrængelsesvej forblevet undvigende. Stigende eksperimentelle beviser viser , at transmembrane-lignende kanal protein 1 (TMC1) er en del af MET kanal i modne hårceller15,16,17,18,19. Mutationer i transmembrane-lignende kanal 1 (TMC1) ændre MET kanal egenskaber19,20,21,22 og forårsage døvhed. Desuden lokaliserer TMC1 til det sted, hvor MET kanal18,23 og interagerer med tip-link ansvarlig for at overføre den mekaniske kraft til MET kanal24,25. Desuden har de seneste bioinformatik analyse identificeret TMC proteiner som evolutionære relateret til mechanosensitive kanaler TMEM63/OSCA proteiner og TMEM16 proteiner, en familie af calcium-aktiverede chlorid kanaler og lipid scramblases26,27,28. En strukturel model af TMC1 baseret på forholdet mellem disse proteiner afslørede tilstedeværelsen af et stort hulrum på protein-lipid interface27. Dette hulrum huser de to TMC1 mutationer, der forårsager autosomal dominerende høretab (DFNA36)27,29,30,31,32, og selektiv ændring af cystein mutanter for rester i hulrummet ændre MET kanal egenskaber28, hvilket indikerer, at det kunne fungere som gennemfarvning vej met kanal. Den store størrelse af denne forudsagte hulrum i TMC proteiner kunne forklare evnen af store molekyler til at gennemsyre MET kanal. For at teste forudsigelsen om, at MET-kanalen indeholder en usædvanlig stor gennemtrængelsesvej og for at skubbe grænserne for størrelsen af hulrummet observeret i TMC1, udviklede vi en protokol til at udføre optagelseeksperimenter i Corti-explants organ med et større molekyle, 3 kDa dextran fluorescerende mærket med Texas Red.
Dextran er en kompleks forgrenet polysaccharid består af mange D-glukose molekyler bundet af alfa-1,6 glycosidiske forbindelser. Dens høje opløselighed i vand, lav celle toksicitet, og bioinertity gør det til et alsidigt værktøj til at studere flere cellulære processer. Desuden er dextran fås i en bred vifte af størrelser og fluorescerende mærket med fluorophores i flere farver. Fluorescerende mærket dextrans er almindeligt anvendt i celle og væv permeabilitet forskning33,34, at studere endocytose i flere cellulære systemer35,36, og for neurale sporing37,38. På det auditive område er dextranmolekyler også blevet brugt til at vurdere afbrydelsen af cellecellekrydset og tabet af den auditive sensoriske epitelintegritet efter udsættelse for intens støj i chinchillaorgelet i Corti39,40.
I dette arbejde udnyttede vi egenskaberne for nogle af de mindste (3 og 10 kDa) fluorescerende dextrans til at udføre optagelsesforsøg i murine indre ørehårceller og udforske størrelsen af permeationsvejen for den indre ørehårscelle MET-kanal. Derudover brugte vi en laser-scanning konfokale mikroskop (LSM) 880 udstyret med en Airyscan detektor til at visualisere og lokalisere fluorescerende dextran på stereocilia og cellekroppen af auditive hårceller.
Denne protokol beskriver, hvordan man udfører optagelse eksperimenter i murine organ Corti explants med 3 kDa dextran Texas Red. Formålet med denne metode er at teste, om molekyler større end andre tidligere testede var også i stand til specifikt at mærke auditive hårceller og gennemsyre gennem MET kanal. Lignende eksperimentelle protokoller er tidligere blevet brugt til at vurdere gennemtrængeligheden af hårceller til andre fluorescerende farvestoffer såsom FM1-43 (0,56 kDa)12,</sup…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Vincent Schram fra NICHD mikroskopi og billeddannelse kerne for at bistå i konfokale billede erhvervelse, og Tsg-Hui Chang for uvurderlig hjælp med koloniforvaltning og mus pleje. Denne forskning blev støttet af Intramural Research Program af NINDS, NIH, Bethesda, MD, til KJA A.B. blev støttet af Intramural Research Program af NINDS, NIH, og af en Robert Wenthold Postdoctoral Fellowship fra intramural forskningsprogram af NIDCD.
#1.5 glass coverslips 18mm | Warner Instruments | 64-0714 | |
Alexa Fluor 488 Phalloidin | ThermoFisher | A12379 | |
Alexa Fluor 594 Phalloidin | ThermoFisher | A12381 | |
alpha Plan-Apochromat 63X/1.4 Oil Corr M27 objective | Carl Zeiss | 420780-9970-000 | |
Amiloride hydrochloride | EMD MILLIPORE | 129876 | |
Benchwaver 3-dimensional Rocker | Benchmarks scientific | B3D5000 | |
C57BL/6J wild-type mice | strain 000664 | The Jackson Laboratory | |
Cell impermeant BAPTA tetrapotassium salt | ThermoFisher | B1204 | |
Dextran, Fluorescein, 10,000 MW, Anionic, Lysine Fixable | ThermoFisher | D1820 | |
Dextran, Texas Red, 10,000 MW, Lysine Fixable | ThermoFisher | D1863 | |
Dextran, Texas Red, 3000 MW, Lysine Fixable | ThermoFisher | D3328 | |
Formaldehyde Aqueous Solution EM Grade | Electron microscopy science | 15710 | |
HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | ThermoFisher | 14025 | |
HBSS, no calcium, no magnesium, no phenol red | ThermoFisher | 14170 | |
Image J or FIJI | NIH | http://fiji.sc/ | |
Immersol 518F oil immersion media | Carl Zeiss | 444970-9000-000 | |
Leibovitz's L-15 Medium, GlutaMAX Supplement | ThermoFisher | 31415029 | |
neomycin trisulfate salt hydrate | Sigma | N6386 | |
PBS (10X), pH 7.4 | ThermoFisher | 70011069 | |
Phalloidin-CF405M | Biotium | 00034 | |
ProLong Diamond antifade mounting media | ThermoFisher | P36970 | |
superfrost plus microscope slide | Fisherbrand | 22-037-246 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Zen Black 2.3 SP1 software | Carl Zeiss | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/microscope-software/zen.html |