靶向酯酶诱导染料负载(TED)直接成像内质网钙
摘要
引言
内质网钙的功能和信号转导
测量ER膜上游离钙流量的策略
靶向酯酶诱导的染料负载(TED)
协议
1.溶液的制备
制备HEPES-指状物(单位:mM):125 NaCl,3 KCl,25 HEPES,2 MgSO 4 .7小时 2 O、 2氯化钙 2 ,1.25 NaH 2 人事军官 4 .H型 2 O、 10葡萄糖。 H(H) 2 O.无钙HEPES-指状物包括(单位:mM):127 NaCl、3 KCl、25 HEPES、2 MgSO 4 .7小时 2 O、 1.25 NaH 2 人事军官 4 .H型 2 O、 10葡萄糖。 H(H) 2 O和0.1EGTA。 如果没有葡萄糖,这些成像溶液可以保存在4°C。 在使用之前,新鲜添加所需量的D-葡萄糖。 对于海马神经元的TED分析,建议使用人工脑脊液(ACSF)。 ACSF由以下成分组成(单位:mM):127 NaCl,23 NaHCO 三 ,3 KCl,2.5 NaHPO 4 .H型 2 O、 25 D-葡萄糖。 H(H) 2 O、 2氯化钙 2 ,2氯化镁 2 .7小时 2 ddH中的0 2 0 制备浓度为5 mM的Fluo5N-AM。为了有助于溶解,将8.9μl 20%Pluronic F-127(在DMSO中,室温下储存,防潮避光)添加到50μg冻干的FluoSN-AM中。然后通过水浴声波仪溶解Fluo5-AM至少2分钟。将0.5μl等分样品储存在-20°C下, 避光防潮。 根据需要准备拮抗剂和激动剂储备。 例如:a)10 mM ATP或ADP(单位:H 2 O、 嘌呤能受体的代谢激活),b)H中10 mM卡巴胆碱 2 O(毒蕈碱型乙酰胆碱受体激动剂),c)DMSO中的30 mM环硫腙酸(CPA)(SERCA的阻断剂),d)PBS中的50 mM DHPG(mGluR代谢型谷氨酸受体激动剂 我 和mGluR 5 ),e)H中的10 mM谷氨酸 2 O、 f)DMSO中的1 mM离子霉素(离子载体),DMSO(SERCA的高亲和力阻滞剂)中的5 mM thapsigargin。 将等分样品储存在-20°C下。 慢病毒载体:本协议包括慢病毒TED表达载体颗粒的使用。 它们的生产和存储不属于本协议的一部分。 我们使用第二代慢病毒载体将重组羧酸酯酶转移到细胞系、胶质细胞和神经元。 我们的慢病毒系统基于表达载体FUGW 37 、包装质粒pCMVΔR8.91或psPAX2和假分型质粒pMD2.G 38,39 . 注意: 考虑到重组自激活慢病毒载体的工作需要仔细考虑生物安全指南。 在许多国家,这些病媒被归类为生物危害风险类别2。 有关更多信息,请参阅 http://www.addgene.org/慢病毒/ .
2.小鼠海马神经元的制备及病毒感染
在直径为20 cm的玻璃皮氏培养皿中清洗玻璃盖玻片(每皿100个盖玻片),1x加入70%乙醇中约30分钟。最后,添加100%乙醇(每年)2分钟。去除残留乙醇,并在无菌罩下干燥盖玻片。 制备两种不同的海马神经元培养基:(a)B27 1:50的神经基底培养基; (b) 全培养基:神经基础培养基,B27 1:50,谷氨酰胺1:100,N2补充1:100。 无菌过滤培养基,并将其保存在细胞培养箱中,直至使用。 在解剖前一天,首先在4孔细胞培养皿的每个孔中放置一个无菌的10mm盖玻片,以制备盖玻片。 然后,在每张盖玻片上仔细涂上80-100μl 0.1%聚-l-赖氨酸,并将培养皿存放在培养箱中过夜。 在解剖和细胞培养当天,首先用100μl HBSS清洗盖玻片三次,并将100μl神经基底培养基转移到每个盖玻片中。 将盘子放入培养箱中进行平衡( 例如 在解剖小鼠时)。
解剖
取出整个大脑,双侧解剖海马。 小心移除除海马体以外的所有脑膜和组织,并将每个海马体放在一个1.5 ml的含有450μl HBSS的试管中。 将组织保存在冰上,直到分离出足够数量的海马。
细胞培养
向每个试管中添加50μl 1%胰蛋白酶(沃辛顿),并在37°C水浴中培养15分钟。偶尔摇晃试管。 为了停止消化反应,向每根试管中添加50μl 1%胰蛋白酶抑制剂,并翻转试管数次。 将多达5个海马的所有组织转移到一个15毫升的猎鹰管中,避免转移液体。 添加B27-培养基(a)至最终体积为5 ml。 使用经过火抛光的巴斯德玻璃吸管,小心地上下吸液,将纸巾搅碎。 注意: 避免气泡! 用400 x g旋转3分钟,吸取上清液并将细胞颗粒重新悬浮在5 ml B27-培养基(a)中。 用玻璃吸管再次将组织Triturate,然后在1000μl塑料滤嘴的帮助下两次。 按照步骤2.9和2.10中的说明执行此操作。 最后一次离心后,将细胞颗粒重新悬浮在2 ml全培养基(b)中,并用200μl塑料滤嘴研磨细胞。 为了将剩余的细胞团从单细胞悬浮液中分离出来,让细胞团静置1-2分钟。 计数细胞并计算病毒感染所需的细胞总数。 对于TED成像,每10 mm盖玻片使用25000个细胞。 此时建议额外镀25000个非转导细胞作为对照。
病毒感染
将病毒感染的细胞悬液转移到一个新鲜的15毫升猎鹰试管中,在400 x g的条件下离心3分钟。 吸取上清液并将细胞重新悬浮在300μl培养基中(b) 添加适量感染性慢病毒TED表达载体颗粒,将猎鹰管在室温下放置10分钟。 将试管装满培养基(b)至电镀所需的最终体积(每10 mm盖玻片100μl),从盖玻片中吸取培养基,并立即将100μl细胞悬浮液置于每个盖玻片上。 将培养皿放入培养箱中,直到所有细胞都沉淀下来(约2小时),然后小心地将培养皿装满,直到它们含有2毫升培养基(b)。 让神经元至少生长一周。 每周更换50%的介质。
3.小鼠皮层神经胶质细胞的培养和病毒感染
准备
首先制备基础胶质细胞培养基(DMEM/F12与10%FCS、5%HS、1%青霉素/链霉素、0.45%葡萄糖的1:1混合物),并用4 ml 0.5 ng/ml聚-DL-鸟氨酸氢溴酸盐(PORN)(在150 mM硼酸溶液中稀释,pH 8.35)覆盖T75细胞培养瓶。 在37°C下培养2小时或过夜后,用HBSS清洗细胞培养瓶三次,并添加含有B27 1:50和10 ng/ml EGF的18 ml基底胶质细胞培养基。 在培养箱中平衡细胞培养瓶(最多3小时)。
解剖
我们按照欧盟的指导方针进行小鼠实验,该指导方针得到了我们机构动物护理和利用委员会的批准。 如2.5所述,解剖一只P5-P7小鼠的大脑,并从两侧大脑半球移除海马和脑膜。 解剖额叶皮层,将其切成几小块,并将其收集在含有HBSS的1.5毫升试管中。 将试管储存在冰上,然后进入细胞培养部分。
细胞培养
使用火焰抛光玻璃吸管将试管中的所有组织转移到15毫升猎鹰试管中。 添加基本培养基至最终体积为5 ml,用火焰抛光玻璃吸管上下吸管数次,研磨组织。 在300 x g离心3分钟后,抽吸培养基,并在5 ml基础培养基中重新悬浮细胞颗粒。 重复步骤3.5两次。 第三次离心后,将细胞颗粒重新悬浮在含有B27(1:50)和10 ng/ml EGF的2 ml基底胶质培养基中。 再次滴定,将细胞悬液转移到准备好的T75细胞培养瓶中,让细胞生长3-4天。
用10毫升PBS清洗细胞一次,用手用力轻敲或轻轻敲打烧瓶几次,同时用另一只手紧紧握住烧瓶。 通过这一步骤,细胞碎片和细胞簇从培养物中清除。 吸入PBS,并添加含有B27(1:50)和10 ng/ml EGF的新鲜基底胶质培养基。 继续培养5-7天,直到细胞达到80%的融合。
胶质细胞的分裂、转导和最终播种:
在10 mm盖玻片上涂上100μl聚-D-赖氨酸(储备溶液:0.1%,在PBS或HBSS中稀释1/50和20μg/ml),并在培养箱中培养一夜。 用HBSS清洗盖玻片三次,并添加100μl基底胶质培养基。 平衡培养箱中的盖玻片(3小时)。 用10 ml PBS清洗胶质细胞两次,抽吸PBS,并添加3 ml胰蛋白酶(未稀释的胰蛋白酶)。 胰蛋白酶化细胞长达1分钟。 注意: 避免过度胰蛋白酶化。 正常情况下,超过80%的细胞在1分钟后脱落,这足以产生数百万个健康细胞。 通过添加10 ml基础胶质培养基停止反应,将细胞悬液转移到15 ml猎鹰管中,以300 x g离心3分钟。吸取上清液,并将细胞颗粒重新悬浮在5 ml基础胶质介质中。 再次按照步骤3.15所述进行旋转和抽吸,然后将细胞重新悬浮在5 ml基底胶质细胞培养基中。 将所需数量的细胞转移到1.5 ml试管中。 10 4 -2x10个 4 胶质细胞足够一张10毫米的盖玻片。 通常,一个4孔培养皿用于传感器细胞的悬浮液体积小于200μl。 向细胞中添加适量慢病毒TED表达载体颗粒,并在室温下培养10分钟。然后用基本胶质细胞培养基填充悬浮液至播种体积(每张盖玻片100μl)。 每个盖玻片种100μl受感染细胞并孵育约2小时,然后添加含有B27 1:50和10 ng/ml EGF的基底胶质培养基至最终体积为2 ml。 为了获得理想的培养条件,在电镀后第3-7天使用细胞进行实验。
4.报告细胞系的产生和培养
稳定HeLa细胞系的建立
分离野生型HeLa细胞系,将体积为200μl的100000个细胞转移到1.5 ml试管中。 向试管中添加适量慢病毒TED表达载体颗粒,并在室温下培养细胞-病毒悬浮液10分钟。然后将细胞接种在总体积为2 ml的培养基(DMEM、10%FCS、1%青霉素/链霉素)中的30 mm培养皿中,并培养3天。 用PBS洗涤一次后,抽吸培养基并添加500μl胰蛋白酶(TrypLE,PBS中2:3)。 培养约3分钟,然后通过添加3 ml培养基停止反应。 将悬浮液转移到15 ml falcon试管中,并以400 x g离心3分钟。 在200μl培养基中重新悬浮细胞颗粒,并再次用慢病毒颗粒感染细胞,如4.2所述。 然后,将种子细胞置于10 ml培养基中的T25细胞培养瓶中。 培养细胞,直至达到60-80%的汇合点。 然后分裂文化。
TED报告细胞系
TED报告细胞系可以保存在任何标准介质中, 例如 使用含有5%或10%FCS和1%青霉素/链霉素的DMEM。 在含有无菌10 mm盖玻片(见上文)的4孔培养皿中培养适当数量的细胞, 例如 每个盖玻片10000到20000个电池。 在将细胞用于TED成像之前,请将其培养至少两天。
5.倒置显微镜实时成像程序的准备
将HEPES-手指预热至室温并添加D-葡萄糖。 预热ACSF(不含Ca 2+ 和镁 2+) 至室温并添加D-葡萄糖。 给ACSF通入碳水化合物5分钟。 然后添加1 M CaCl储备溶液 2 和氯化镁 2 最终浓度为2 mM。
启动实时成像显微镜和所有计算机程序。 在“虚拟”成像室上开始灌注,并平衡管道系统。 预热显微镜载物台中的内联溶液加热器和成像室。 将成像室固定在加热插件中。 在开始染料加载程序之前,将系统平衡至32-37°C。 注意: 为了避免灌注溶液意外流入显微镜系统,我们在物镜周围使用发带和弹性硅胶板(1mm)来保护显微镜载物台。
6.任何一种电池类型的染料负载
将1等分Fluo5N-AM(见1.3)重新悬浮在100μl预热成像溶液(HEPES-指状物或ACSF)中。 将Fluo5N-AM溶解在水浴式声波发生器中的成像溶液(HEPES-指环或ACSF)中90秒。 使用新鲜的4孔或24孔板,将400μl预热的成像溶液转移到一个孔中。 将染料溶液加入同一个孔中,得到500μl的5μM溶液。 小心地放置一张带有电池的盖玻片( 例如 直径10-18 mm),电池面朝上。 在37°C的细胞培养箱中培养一段合适的时间(同时在显微镜台上准备成像设置)。 神经元和胶质细胞的典型染色时间为7-15分钟,细胞系为10-20分钟。
立即将盖玻片转移到另一个含有成像溶液的细胞培养皿中(HEPES-手指或ACSF),并开始将细胞安装到成像室中。
7.利用倒置激光扫描共焦显微镜进行ER-calcium活细胞成像
使用油漆刷在成像室上涂抹高真空润滑脂。 将盖玻片固定在灌注室底部需要润滑脂。 我们使用自制成像室制作10-12毫米的盖玻片,体积较小,因此可以实现高达每分钟15倍缓冲液交换的高灌注速度。 可从华纳仪器公司(RC-49FS)购买用于放置18 mm盖玻片的商用灌注室。 这个腔室还可以对神经元进行场刺激。 拿起装有Fluo5N的细胞的盖玻片,在细胞上滴上一小滴成像溶液(50-100μl),使细胞覆盖成像溶液。 将盖玻片倒置,将试管装入成像室。 要将盖玻片压入硅胶中,请使用棉签( 例如 Q-提示)。 用棉球擦去玻璃盖玻片底部残留的缓冲液。 注意: 使用具有高数值孔径的油物镜进行高分辨率成像时,请小心擦掉残留水分。 残留的盐最好用水去除。 可使用丙酮或纯乙醇清除润滑脂的意外涂抹。 将“虚拟”成像室与实验成像室互换。 通过连续灌注清洗细胞5-10分钟。 通过连续灌注清洗细胞5-10分钟。 对于细胞选择,使用最少的激光照明、高扫描速率(2-4 Hz)、较小的图像尺寸和高增益。 注意: 在选择Fluo5N标记的细胞时,不要使用过多的光或外荧光灯直接照射。 Fluo5N/Ca的明亮照明 2+ 配合物会在2-4秒内完全失去ER特异荧光( 图5 ). 根据计划的实验设置显微镜。 对于定向,不同TED矢量成像的代表性设置如所示 表1 对于反向激光扫描共聚焦显微镜,我们使用奥林巴斯IX81显微镜和配备二极管激光器(473 nm,15 mW;559 nm,20 mW)的Fluoview 1000共聚焦系统以及光谱检测器系统。 在实验开始时,通过高分辨率x,y-z图像堆栈记录感兴趣的细胞。 在特定的实验条件下进行x,y-t成像以监测ER钙动力学。 我们系统的典型设置列于 表2 . 用显像液连续灌注监测ER钙的变化。 典型的缓冲液交换率示例如下:(a)通过SERCA块进行细胞清洗和储存完成:1.5 ml/min; (b) ATP/DHPG刺激:3 ml/min。 优先获取12位(4096灰度值)的数字图像。 用于Fluo5N/Ca的并行成像 2+ 和RFP,8位图像(256个灰度值)可能会将您的系统从数据溢出中拯救出来。 存储活细胞时间序列图像(x,y-t)或3D图像堆栈(x,y-z)(用于Fluo5N/Ca的细胞分布 2+ Complex)兼容ImageJ格式( 例如 tiff)。
8.图像处理和数据分析
在ImageJ程序中打开图像堆栈。 如果是多色成像,请在ImageJ要求时分割RGB通道。 通过仔细检查图像堆栈来确定感兴趣的区域(ROI)( 例如 借助强度与时间图) 使用Time-Series Analyzer插件读取ROI(F)中的平均像素强度 未经加工的 ). 根据目的,围绕完整ER或ER的小区域绘制ROI 例如 外周细胞区树突ER。 还包括1-3个ROI,用于背景减法的无单元格区域。 计算平均背景荧光(F b条 )通过计算背景ROI的平均荧光值并减去背景值F b条 来自F 未经加工的 值以获得F 投资回报率 价值。 计算F 0 ,这是细胞的基本荧光,通过计算静息状态下每个ROI的10到30个荧光值的平均值。 用ΔF/F计算荧光的背景修正相对变化 0 根据公式:
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用ΔF/F表示荧光的相对变化 0 Y轴和X轴的时间。
具有代表性的结果
TED的单元类型
TED标签的ER特异性
内质网钙释放的直接成像
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讨论
1.TED向量构造
2.低亲和力钙 2+ TED指标
应用和前景
披露
致谢
工具书类
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