突触虽然是神经系统重要的功能单位,但针对突触的通用研究方法仍具有一定局限性,有待完善改进,为加深对突触发生、病变现象及机制的研究,本实验设计建立创新性研究方法,实现体外动态观察神经元突触结构的变化。【设计思路】本实验引入新型培养装置Microfluidic Chamber和跨突触结构重组GFP荧光蛋白对mGRASP实现神经元突触体外动态观察。Microfluidic Chamber有双侧培养空间,由微通道相通,仅能允许神经元轴突通过,同时根据流体动力学原理其双侧液体不会发生混合。mGRASP全称为mammalian GFP reconstitution across synaptic partners,包括Pre和Post两个蛋白,分别携带GFP蛋白的一部分,当二者距离约为20 nm左右时,能重组成GFP发出绿色荧光,反之则无荧光信号。Pre和Post通过neurexin和neuroligin固定表达在突触前膜和突触后膜上,利用突触间隙约为20 nm且小于正常细胞间距的原理,用绿色荧光特异性标记突触,体外动态观察突触结构。【实验内容】本实验在新型培养装置Microfluidic Chamber进行孕17天小鼠胎鼠皮层神经元原代培养,体外培养6~7 d,在两侧分别加入携带mGRASP Pre和Post基因的慢病毒感染神经元,基于Microfluidic Chamber良好的液相分隔性,能做到两侧分别表达Pre和Post蛋白,而不会出现二者同一细胞中共表达的情况。培养4周左右,表达Pre的神经元轴突穿过微通道与另一侧表达Post的神经元接触,形成突触后即可在突触间隙发出绿色荧光。可在培养基中加入神经营养因子或药物,体外动态观察生理、病理刺激对突触结构的影响。【材料】实验动物为孕17 dICR小鼠;Microfluidic Chamber购自Xona Microfluidics公司,货号为RD450;mGRASP基因由Dr. Jinhyun Kim惠赠。【可行性】在Microfluidic Chamber中进行神经元原代培养为已掌握技术;mGRASP蛋白已在细胞中表达,能检测到绿色荧光,证明实验可行。【创新性】由于突触结构的特性和通用标记方法大多具有细胞毒性,目前尚无较好办法实现神经元突触的体外动态观察,mGRASP作为荧光蛋白无明显细胞毒性,表达后仍可进行长期观察。mGRASP的应用必须基于Pre和Post独立表达,一旦在同一细胞中共表达即可发出绿色荧光,失去特异性标记突触的作用,因此mGRASP多通过定位注射的方式应用于在体实验,本实验设计创新性的利用Microfluidic Chamber良好的液相分隔性,实现了mGRASP的体外应用,进而动态观察突触结构。

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