En protokol til billeddannelse af de dynamiske mikrotubuler in vivo ved hjælp af fluorescerende mærket End bindende protein er blevet præsenteret. Vi beskrev metoderne til at mærke, billede, og analysere de dynamiske mikrotubuler i Posterior lateral microtubule (PLM) neuron af C. elegans.
I neuroner, mikrotubule orientering har været en vigtig assessor til at identificere axoner, der har plus-end ud mikrotubuler og dendritter, der generelt har blandet orientering. Her beskriver vi metoder til at mærke, billede, og analysere microtubule dynamik og vækst under udvikling og regenerering af touch neuroner i C. elegans. Ved hjælp af genetisk kodede fluorescerende journalister af microtubule tips, vi afbildet axonal mikrotubuler. De lokale ændringer i microtubule adfærd, der indleder axon regenerering efter axotomi kan kvantificeres ved hjælp af denne protokol. Denne analyse er tilpasningsdygtig til andre neuroner og genetiske baggrunde til at undersøge reguleringen af microtubule dynamik i forskellige cellulære processer.
Neuroner har en udførlig arkitektur med specialiserede rum som dendritter, cellelegemer, axoner og synapser. Den neuronale cytoskeleton består af mikrotubuler, mikrofilamenter og neurofilamenter, og deres særskilte organisation understøtter neuronale rum strukturelt og funktionelt1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 . I årenes løb er mikrotubule organisation blevet identificeret som en nøgledeterminant for neuronal polaritet og funktion. Som neuroner gennemgå strukturelle remodeling under udvikling eller regenerering, microtubule dynamik og orientering bestemme identiteten, polariseret transport, vækst og udvikling af forskellige neuronale rum7. Det er derfor bydende nødvendigt at vurdere mikrotubule dynamik og orientering in vivo at korrelere med neuronal remodeling proces.
Mikrotubuler består af protofilaments af α og β Tubulin heterodimers med dynamiske plus ender og relativt stabile minus ender11,12. Opdagelsen af plus tip komplekse og tilhørende ende bindende proteiner har gjort det muligt for en platform til at vurdere microtubule organisation13. End bindende proteiner (EBP) forbigående forbundet med de voksende plus ender af microtubule og deres forening dynamik er korreleret med væksten af microtubule protofilaments14,15. På grund af hyppig tilknytning og dissociation af plus tip kompleks med microtubule, punkt spredning funktion af GFP-tagged EBP vises som en “komet” i en timelapse film15,16. Siden den banebrydende observation i pattedyr neuroner16, ende bindende proteiner mærket med fluorescerende proteiner er blevet brugt til at bestemme microtubule dynamik på tværs af forskellige modelsystemer og neuron typer17,18,19,20,21,22,23.
På grund af sit enkle nervesystem og gennemsigtige krop har C. elegans vist sig at være et fremragende modelsystem til at studere neuronal remodeling under udvikling og regenerering in vivo. Her beskriver vi metoder til at mærke, billede, og analysere microtubule dynamik og vækst under udvikling og regenerering af touch neuroner i C. elegans. Ved hjælp af genetisk kodet EBP-2::GFP, vi afbildet mikrotubuler i PLM neuron, som tillod os at bestemme polariteten af mikrotubuler i to forskellige neurites af denne neuron24. Denne metode gør det muligt at observere og kvantificere EBP-kometer som et mål for mikrotubuledynamik i forskellige cellulære sammenhænge, for eksempel kan de lokale ændringer i mikrotubuleadfærd, der indleder axonregenerering efter axotomi, vurderes ved hjælp af vores protokol. Denne analyse kan tilpasses til at undersøge reguleringen af microtubule dynamik i forskellige cellulære processer i forskellige celletyper og genetiske baggrunde.
Forståelse af microtubule dynamik har været et centralt fokus inden for cytoskeletal forskning gennem årene. Mikrotubuler gennemgår nucleation og katastrofe sammen med en kontinuerlig proces med dynamisk ustabilitet44,45,46,47. Mange af disse oplysninger er opnået gennem in vitro-analyser som lysspredningsudlæsninger af gratis vs. polymeriseret tubulin, mikrot…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Yishi Jin og Andrew Chisholm for den indledende støtte og den belastning, der anvendes i undersøgelsen. Den bakteriestamme OP50 blev kommercielt benyttet fra Caenorhabditis Genetics Center (CGC) finansieret af NIH Office of Research Infrastructure Programs (P40 OD010440). Vi takker også Dharmendra Puri for standardiseringen af de eksperimentelle procedurer. Undersøgelsen er finansieret af kernebevillingen fra National Brain Research Centre (støttet af Department of Biotechnology, Govt. of India), DBT /Wellcome Trust India Alliance Early Career Grant (Grant # IA/E/18/1/504331) til S.D., Wellcome Trust-DBT India Alliance Intermediate Grant (Grant # IA/I/13/1/500874) til A.G.-R og et tilskud fra Science and Engineering Research Board (SERB: CRG/2019/002194) til A.G.-R.
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 |