在神经系统中,突触是神经元细胞间的连接点,它允许神经元将电/化学信号传递给另一个神经元,以实现信息的传递。
侧嗅道引导物质( lateral olfactory tract usher substance,LOTUS)是内源性神经作用物质,可拮抗阻碍中枢神经系统再生的主要因子Nogo 受体-1 (NgR1) 和配对的免疫球蛋白样受体 B(PirB),在中枢神经系统受损时,LOTUS表达显着减少,导致对NgR1和PirB的拮抗作用丧失,神经元再生受到抑制。

本文向大家介绍LOTUS生理作用发现者Kohtaro TAKEI教授和Ryohei NISHIDA博士等人近期研究的LOTUS基因缺失对小鼠海马区原代培养神经元突触密度的影响,以及他们如何利用新一代共聚焦显微镜AX R的优势进行突触前后膜上的分子定位和特定突触的定量。

概述

海马区神经元通过突触的可塑性实现诸如存储记忆和学习等的高级别大脑功能。生物体大脑中,突触不断形成和被清除,其中Nogo作为一种已知的突触清除因子,通过与受体(NgR1)接合来降低突触密度。

自Takei教授发现LOTUS是NgR1的一种内源性拮抗物以来,LOTUS被广泛验证可以抑制Nogo和NgR1的接合,从而减少突触数量的下降。对LOTUS缺陷小鼠的海马区原代培养神经元的两个紧邻表达在突触前膜和突触后膜的分子位点(Bassoon和PSD-95)进行标记并测量,发现缺陷小鼠神经元突触密度显著低于野生型神经元突触数量,同时发现LOTUS缺陷小鼠的记忆力能力弱于野生小鼠。
该研究表明,LOTUS是突触形成和记忆功能的重要蛋白。

AX
R获得高分辨率图像

AX
R点扫描共聚焦显微镜具有高分辨率的特点,支持常规扫描模式8k×8k和共振模式2k×2k的图像分辨率。图1为海马区原代培养神经元的共聚焦图像,从胞体中伸展出的树突由MAP2-Alexa 647标记,Bassoon-Alexa
594和PSD-95-Alexa 488免疫荧光标记突触前膜和突触后膜。图1a是在AX常规扫描模式下获得的8192 x 8192分辨率的目标区域的单个视野图像。AX R的25mm大视野比同类产品大约2倍,满足既追求高光学品质和图像分辨率,又要求观察完整结构信息的需要,实现鱼和熊掌可兼得!图1b和c是图1a局部显示放大,AX
R的高分辨率允许准确地定位图像放大后紧临的突触前膜和突触后膜。

表明,AX
R的大视野可在单视野中呈现完整生物结构,高分辨率显微图像让荧光标记的生物样品的定位、定量分析更加准确。

1: 小鼠海马原代培养神经元共聚焦图像

样品:培养14天的小鼠海马原代培养神经元,绿色:PSD-95-Alexa 488标记突触后膜,洋红色:Bassoon-Alexa
594
标记突触前膜,浅蓝色:MAP2-Alexa 647标记树突。标尺分别为:20μm5μm和1μm

物镜:CFI Apochromat TIRF 100XC Oil

样品致谢:Pro Kohtaro
TAKEI
Dr. Ryohei NISHIDA, Yokohama City Univ.

 
NIS-Elements分析目标定位
接下来,我们介绍TAKEI教授如何利用AX R成像软件NIS-Elements来识别紧密相连的突触前膜和突触后膜,并将测量突触的密度
图2树突上突触的识别。(a) 图2a中一部分图像的截取。(b)突触后膜位点的识别(绿色圆点)。(c)突触前膜位点的识别(紫色圆点)。(d)突触的识别:即突触前膜marker和突触后膜marker紧密相连的位点(红色圆点)。(e)树突上形成的突触的特异识别(黄色圆点)。

首先,感兴趣区域(ROI, 图3a)从完整图像中提取出来,每个通道进行二进制化预处理,分别提取突触前、后膜位点(图3b和3c)。其次,紧密相连的突触前膜和突触后膜位点(图3d)被识别为突触位点。接下来,只有位于树突上和树突紧密相连的突触被识别出来,作为目标突触,如图3e(黄色圆点所示)。通过这个方法,使用NIS-Elements内置的图像分析工具可轻松获得AX
R拍摄的高分辨率图像中感兴趣区域内所有突触和特定树突上的突触密度。

总结
AX
R共聚焦具有25mm大视野的特点,意味着1个视野图像具有更大的实际成像范围,可视化更多目标。配合8K
x 8K高图像分辨率
,即使从中挑选阳性或者感兴趣目标(组织/细胞/亚细胞/分子点)、截取它们的图像后,仍然能够保证定位分析结果的准确性。对于设定多个条件的阳性分析,NIS-Elements能够方便快速的胜任定量分析,提高实验效率,优化工作流程。
产品信息
AX
R共聚焦显微镜

高速、高分辨率、大视野共聚焦成像。NIS-Element软件将成像+强大定量分析集于一身,全方位加速您的科研工作。

  -高速:达720
fps (共振扫描 @2048×16)

  -高分辨率:达8k
(常规扫描) / 2K (共振扫描)

  -高通量:25 mm超大视野

– The End –