JP3062457B2 - Analysis method for density distribution of functional glutamate receptor - Google Patents
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、機能的グルタミン
酸受容体の密度分布解析方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for analyzing the density distribution of a functional glutamate receptor.
【0002】[0002]
【従来の技術】高齢者の疾病は、最近の医療技術の進歩
により、循環器系の疾患や癌等の悪性の腫瘍の治癒率が
上昇する一方、老年期痴呆症等の神経脱落疾患等が増加
している。痴呆を伴う神経脱落疾患にはアルツマイマー
型老年痴呆や脳血管障害による痴呆があることが知られ
ている。また、なかにはダウン症等の遺伝性神経疾患に
伴うものや、これらの複数の疾患の複合型のタイプのも
のまであることが知られており、上記疾患の発症の機序
の解明を困難にしていると考えられている。さらに、神
経脱落疾患における2/3は脳血管障害に伴う痴呆であ
るとされており、したがって、脳血管疾患の解明機序の
解明が望まれている。2. Description of the Related Art Recent medical technology has improved the rate of cure of malignant tumors such as circulatory diseases and cancers, while nervous loss diseases such as senile dementia have been increasing. It has increased. It is known that neurological deficits associated with dementia include Alzheimer-type senile dementia and dementia due to cerebrovascular disorder. In addition, it is known that some are associated with inherited neurological diseases such as Down's syndrome, and some are of a complex type of these multiple diseases, making it difficult to elucidate the mechanism of the onset of the above-mentioned diseases. It is believed that. Furthermore, 2/3 of neurological deficits are considered to be dementia associated with cerebrovascular disease, and therefore, elucidation of the mechanism of elucidation of cerebrovascular disease is desired.
【0003】また、脳血管性疾患の発症には中枢神経系
の興奮性シナプスにおけるグルタミン酸受容体の挙動が
関わっていることが知られている。特に受容体そのもの
がカルシウムイオンのゲートとなっているイオンチャン
ネル型受容体では、グルタミン酸の結合によりカルシウ
ムイオンが受容体を通過することによって細胞内に流入
することが知られている。通常は適度な興奮による活動
電位の伝達をおこなっているが、なんらかの理由で過度
な興奮が伝わると、細胞内に必要以上のカルシウムイオ
ンの流入がおこり、それが細胞内における正常な情報伝
達系を阻害したり、または蛋白分解酵素の活性化を招
き、結果的に神経細胞死をひきおこすと考えられてい
る。また、逆に細胞の興奮が伝えられられなくなると、
細胞が萎縮するなどの細胞死がおこると考えられてい
る。[0003] It is known that the development of cerebrovascular diseases is related to the behavior of glutamate receptors in excitatory synapses of the central nervous system. In particular, in an ion channel type receptor in which the receptor itself is a gate of calcium ions, it is known that calcium ions pass through the receptor due to binding of glutamic acid and flow into cells. Normally, action potential is transmitted by moderate excitation.However, if excessive excitation is transmitted for some reason, more calcium ions will flow into the cell than necessary, and this will cause normal information transmission in the cell. It is thought to inhibit or cause activation of proteolytic enzymes, resulting in neuronal cell death. Conversely, when the excitement of the cells can no longer be transmitted,
It is thought that cell death such as atrophy of cells occurs.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来知られてい
る事実に基づき、本発明者は、グルタミン酸受容体の適
度の活性化とそれに伴う細胞内カルシウムイオンの適切
な細胞内濃度の調節が神経細胞にとって必要であるこ
と、さらに、このような調節が崩れた時、細胞死が引き
起こされると考える。また、上記調節を担うグルタミン
酸受容体には、その薬理学的性質からいくつかのサブタ
イプが存在していることが知られており、これらのサブ
タイプ別の受容体が、生きた状態の細胞のどの位置にど
の程度の密度で存在し、それぞれがどのタイミングでど
の程度グルタミン酸を受容しカルシウムイオンを細胞内
に導入しているか、すなわち、役割の分担をしているか
については不明であり、疾患の発症機序の解明や治療薬
の開発を行なう上でこれらの知見をえる方法を開発する
ことは極めて重要であると考える。Based on the above-mentioned facts known in the prior art, the present inventor has found that moderate activation of the glutamate receptor and consequent regulation of the appropriate intracellular calcium ion concentration are important. It is thought that what is necessary for cells and that such regulation is disrupted will cause cell death. It is known that the glutamate receptor responsible for the above-mentioned regulation has several subtypes based on its pharmacological properties. It is unknown at what location and at what density and at what timing each accepts glutamate and introduces calcium ions into cells, i.e., shares the role. We believe that it is extremely important to develop a method to obtain these findings in order to elucidate the pathogenesis of the disease and to develop therapeutic drugs.
【0005】しかし、上記の問題点に鑑みると、従来の
薬物の評価方法には問題点がある。脳血管性の神経脱落
疾患、脳梗塞や脳溢血等に伴う神経脱落症の治療薬とし
て、グルタミン酸受容体の遮断作用を持つ薬物の開発が
行なわれているが、薬物の開発初期における評価方法
は、単離、部分精製された薬物受容体と薬物の物理化学
的な相互作用を指標とした評価方法がとられることが多
く、細胞が生存した状態で、しかも生きた細胞における
薬物応答を迅速に評価する方法はいまだ知られていな
い。さらには、従来方法ではそれに加え、薬物の投薬方
法も単に細胞外の培養液に高濃度の薬物を混入させると
いう極めて非生理的方法がとられている。従って、機能
だけでなく形態的にも高度に分化した細胞である神経細
胞に対し、このような投薬方法により細胞を刺激する方
法では、本来細胞の持つ様々な生理機能を正確に解析す
ることはできない。すなわち、神経伝達物質受容体は高
濃度の伝達物質にさらされると、それらの伝達物質に対
して応答不能になり(これを受容体の脱感作現象と呼
ぶ)、細胞外に高濃度の薬物あるいは伝達物質を混入し
た薬液を近づけ、拡散によって受容体に投与する従来の
薬物投薬方法では、脱感作現象を引き起こし受容体の応
答を評価することはできない。したがって、本来の細胞
のもつ機能を保ったまま、必要な部位を適切に、しかも
適切な作用時間を設定して投薬する技術の開発が強く望
まれている。However, in view of the above problems, conventional methods for evaluating drugs have problems. Drugs having a glutamate receptor blocking action are being developed as therapeutics for neurological deficits associated with cerebrovascular neurological deficits, cerebral infarction, cerebral apoplexy, etc. Evaluation methods often use the physicochemical interaction between an isolated and partially purified drug receptor and a drug as an index, and quickly evaluate the drug response in living cells while living cells. How to do this is not yet known. Furthermore, in the conventional method, in addition to the above, an extremely non-physiological method of simply mixing a high concentration of a drug into an extracellular culture solution is used as a drug administration method. Therefore, the method of stimulating neurons, which are highly differentiated cells not only in function but also in morphology, by such a dosage method, cannot accurately analyze various physiological functions inherent in cells. Can not. That is, when neurotransmitter receptors are exposed to high concentrations of transmitters, they become unresponsive to these transmitters (this is called receptor desensitization), and extracellular drug Alternatively, in a conventional drug administration method in which a drug solution mixed with a transmitter is brought close to and administered to a receptor by diffusion, a desensitization phenomenon is caused and the response of the receptor cannot be evaluated. Therefore, there is a strong demand for the development of a technique for administering a drug at a necessary site appropriately and with an appropriate action time while maintaining the function of the original cell.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の要望を満たすべく
本発明者は鋭意研究し、次のステップを含む機能的グル
タミン酸受容体の密度分布解析方法を開発することに成
功した。すなわち、本発明は、(1)活性部位を保護基に
より不活性化したアゴニスト(以下ケージドアゴニスト
という)を神経細胞間に投与し、カルシウムイオン検出
用蛍光色素を神経細胞内に投与するステップと、(2)前
記細胞間の微小領域を光照射するステップと、(3)前記
照射により、前記アゴニストを活性化し、前記微小領域
にアゴニストを投与するステップと、(4)前記アゴニス
ト投与に基づき細胞内に流入するカルシウムイオンを、
前記カルシウムイオン検出用蛍光色素の蛍光強度変化に
基づき定量化するステップと、(5)前記定量化に基づ
き、前記微小領域における機能的グルタミン酸受容体の
空間密度分布を解析するステップとからなる機能的グル
タミン酸受容体の密度分布解析方法に係るものである。
さらに、本発明は、前記アゴニストが、グルタミン酸
であることを特徴とする上記方法に係るものである。こ
こで、保護基により不活性化したグルタミン酸をケージ
ドグルタミン酸という。Means for Solving the Problems In order to satisfy the above-mentioned demands, the present inventors have made intensive studies and succeeded in developing a method for analyzing the density distribution of a functional glutamate receptor including the following steps. That is, the present invention provides (1) administering between a nerve cell an agonist in which the active site is inactivated by a protecting group (hereinafter referred to as a caged agonist), and administering a fluorescent dye for detecting calcium ions into the nerve cell; (2) irradiating the micro-region between the cells with light, (3) activating the agonist by the irradiation, administering an agonist to the micro-region, (4) intracellular based on the agonist administration Calcium ions flowing into
Quantifying based on the change in fluorescence intensity of the calcium ion detection fluorescent dye, and (5) analyzing the spatial density distribution of the functional glutamate receptor in the microregion based on the quantification. The present invention relates to a method for analyzing a density distribution of a glutamate receptor.
Furthermore, the present invention relates to the above method, wherein the agonist is glutamic acid. Here, glutamic acid inactivated by the protecting group is referred to as caged glutamic acid.
【0007】また、本発明は、前記アゴニストが、α-
アミノ-3-ヒドロキシ-5-メチル-4-イソオキサゾール
プロピオン酸(AMPA)であることを特徴とする上記
方法に係るものである。ここで、保護基により不活性化
したAMPAをケージドAMPAという。[0007] The present invention also relates to the present invention, wherein said agonist is α-
It is related to the above method, characterized in that it is amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA). Here, AMPA inactivated by the protecting group is referred to as caged AMPA.
【0008】さらに、本発明は、前記アゴニストが、1
-アミノ-1S3R-シクロペンタンジカルボン酸(AC
PD)であることを特徴とする上記方法に係るものであ
る。ここで、保護基により不活性化したACPDをケー
ジドACPDという。[0008] The present invention further relates to the present invention, wherein
-Amino-1S3R-cyclopentanedicarboxylic acid (AC
PD) according to the above method. Here, ACPD inactivated by the protecting group is referred to as caged ACPD.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下本発明に係る機能的グルタミ
ン酸受容体の密度分布解析方法を実施の形態に基づいて
詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for analyzing the density distribution of a functional glutamate receptor according to the present invention will be described in detail based on embodiments.
【0010】アゴニスト 本発明に係る方法を適用可能なアゴニストとしては、分
類上、イオンチャンネル型として知られているNMDA
型(NMDA、グルタミン酸、アスパラギン酸、キスカ
ル酸、イボテン酸)、AMPA型(AMPA、グルタミ
ン酸、カイニン酸、キスカル酸)、カイニン酸型(グル
タミン酸、カイニン酸)、及び代謝型(グルタミン酸、
キスカル酸、イボテン酸、トランス−ACPD)が含ま
れる。特にグルタミン酸受容体のうちイオンチャンネル
型及び代謝型に共通するグルタミン酸、イオンチャンネ
ル型のAMPA型としてのAMPA、及び代謝型として
のトランス-ACPDが好ましく使用可能である。 Agonists The agonists to which the method according to the present invention can be applied include NMDA which is classically known as an ion channel type.
Type (NMDA, glutamic acid, aspartic acid, quisqualic acid, ibotenic acid), AMPA type (AMPA, glutamic acid, kainic acid, quisqualic acid), kainic acid type (glutamic acid, kainic acid), and metabolic type (glutamic acid,
Quisqualic acid, ibotenic acid, trans-ACPD). In particular, among the glutamate receptors, glutamate which is common to the ion channel type and the metabolic type, AMPA as the ion channel type AMPA type, and trans-ACPD as the metabolic type can be preferably used.
【0011】具体的には、グルタミン酸をアゴニストと
して使用する場合、グルタミン酸受容体のイオンチャン
ネル型、及び代謝型のすべてのサブタイプにおいて作用
させ得ることとなり、AMPAを用いると、イオンチャ
ンネル型のみの作用が可能となり、さらに、トランス-
ACPDを用いると代謝型のみの作用が可能となる。Specifically, when glutamate is used as an agonist, it can act on all subtypes of the glutamate receptor ion channel type and metabolite type. Is possible, and the transformer-
The use of ACPD allows the action of only the metabolic form.
【0012】保護基による不活性化 本発明に係るアゴニストは、その活性部位が、光照射に
より解離し得る保護基で不活性化されたケージド化試薬
の1種である。従って、適当な光照射により、保護基が
解離し、アゴニストが活性化されることになる。 Inactivation by Protecting Group The agonist according to the present invention is a kind of caged reagent whose active site is inactivated by a protecting group that can be dissociated by light irradiation. Therefore, by appropriate light irradiation, the protecting group is dissociated, and the agonist is activated.
【0013】本発明において上記保護基としては、特に
制限されないが、照射光の波長、生理的条件下での安定
性等から、通常の化学合成方法に基づくニトロベンジル
型の光ケージド化が好ましい。本発明で好ましく使用可
能なケージドアゴノストのいくつかを図9に示した。In the present invention, the protecting group is not particularly limited, but from the wavelength of irradiation light, stability under physiological conditions, and the like, nitrobenzyl-type photocaged formation based on an ordinary chemical synthesis method is preferable. FIG. 9 shows some cage door gonosts which can be preferably used in the present invention.
【0014】1 神経細胞近接微小領域での投薬 細胞におけるグルタミン酸受容体は神経細胞間の連絡が
行なわれるシナプスとよばれるすき間に面した細胞膜表
面に存在している。このすき間において存在する活性化
された機能的受容体の密度や分布の違いによって、神経
間の連絡の連絡の強弱や細胞の'生き'の強さが決まる。
従って、あらかじめ活性部位を保護基により不活性化し
たアゴニストを投薬し、投与された神経細胞間のすき間
部分に、十分小さな照射領域となるようにしぼったレー
ザー光を照射(約1μm直径程度)することにより、上記
の保護基を脱離し、アゴニストを活性化させ、従って1
μmの直径の領域にアゴニストを投薬する効果を与える
ことを可能とする。 1 Glutamate receptors in a drug cell in a nerve cell-proximal microregion are present on the cell membrane surface facing a gap called a synapse where communication between nerve cells is performed. Differences in the density and distribution of activated functional receptors present in these gaps determine the strength of the communication between nerves and the strength of the 'live' of the cells.
Therefore, an agonist whose active site has been inactivated by a protective group in advance is dosed, and the gap between the administered nerve cells is irradiated with a laser beam (approximately 1 μm in diameter) so as to have a sufficiently small irradiation area. This removes the above protecting groups and activates the agonist, thus
It is possible to give the effect of dosing the agonist over a region with a diameter of μm.
【0015】以上説明した方法により、受容体の脱感作
現象を抑制することが可能となる。By the method described above, it is possible to suppress the desensitization phenomenon of the receptor.
【0016】2 微小領域における機能的グルタミン酸
受容体の密度の解析 上記説明した本発明に係る方法により細胞内に流入した
カルシウムイオンを、あらかじめ細胞内に負荷したカル
シウムイオン検出用色素に基づく蛍光の強度の変化を時
間分解的、及び空間分解的に、測定することにより、定
量化する。 以上説明した方法により、上記レーザー光
を照射した微小領域において機能的グルタミン酸受容体
の密度を知ることが可能である。 2 Functional glutamate in the microdomain
Analysis of Receptor Density Calcium ions that have flowed into cells by the method according to the present invention described above are subjected to time-resolved and space-resolved changes in the intensity of fluorescence based on the calcium ion-detecting dye previously loaded into the cells. It is quantified by measuring. By the method described above, it is possible to know the density of the functional glutamate receptor in the minute region irradiated with the laser beam.
【0017】3 機能的グルタミン酸受容体密度のマッ
ピング 上記1で説明した方法により上記微小領域における投薬
が可能となり、従って投薬した領域以外の他の領域に対
する影響を抑制することが可能となる。 3 Map of functional glutamate receptor density
Ping By the method described in the above item 1, it becomes possible to administer the drug in the micro area, and therefore, it is possible to suppress the influence on the area other than the administered area.
【0018】従って、空間的に任意のまたは連続した微
小領域におけるグルタミン酸受容体密度を空間的、また
は時間的に連続的に解析することが可能となる。さら
に、連続的に測定した結果を解析し、機能的グルタミン
酸受容体の細胞表面周囲における密度分布を知ることが
可能となる。これによって、細胞間の連絡の強弱や細胞
の'生き'の強さを経時的に解析することが可能となる。Therefore, it is possible to continuously or spatially or temporally analyze the glutamate receptor density in a spatially arbitrary or continuous micro region. Furthermore, by analyzing the results of continuous measurement, it becomes possible to know the density distribution of the functional glutamate receptor around the cell surface. As a result, it is possible to analyze the strength of communication between cells and the strength of "live" of cells over time.
【0019】2次元的にマッピングする具体的方法とし
ては、光学顕微鏡ステージを配置した細胞試料に対し
て、これよりもかなり小さく集光させたレーザー光を2
次元に走査させながら照射する装置が使用可能である。
すなわち、レーザー光の光路に2つのスキャナーを置
き、これらでビームをそれぞれX方向、Y方向にふる。
途中、効率よくビームを集光させるために一時的にビー
ムを広げるためのビームエキスパンダや、試料面に焦点
を合せるためのレンズ光学系を通し、最終的に、観察に
使用している対物レンズを通して細胞に照射させる。レ
ーザーはUVのパルス光源(連続光源の場合はシャッタ
との組合せが必要)とし、1ポイントでのケージド試薬
の分解を短時間で終了させ、細胞の反応(実験例のCa2+
測定では蛍光強度変化)を測定する。これを各ポイント
で繰返していく。As a specific method of performing two-dimensional mapping, a laser beam condensed considerably smaller than this on a cell sample on which an optical microscope stage is arranged is used.
A device for irradiating while scanning in a dimension can be used.
That is, two scanners are placed in the optical path of the laser beam, and the beams are respectively shunted in the X direction and the Y direction.
On the way, the objective lens used for observation is passed through a beam expander for temporarily expanding the beam to converge the beam efficiently and a lens optical system for focusing on the sample surface. To irradiate the cells. The laser uses a pulsed UV light source (in the case of a continuous light source, a combination with a shutter is required). The decomposition of the caged reagent at one point is completed in a short time, and the cell reaction (Ca2 + in the experimental example) is completed.
In the measurement, a change in fluorescence intensity is measured. This is repeated at each point.
【0020】顕微鏡視野内でスキャンを行う範囲、照射
ポイント間の距離、照射の時間間隔、各ポイントの照射
順序(各ポイントを並んだ順に照射するのか、ランダム
に照射するのか)は画像処理装置に組込まれたプログラ
ムによって任意に設定できる。機械的な照射条件の限界
はあるが、実際としては照射ポイント間の距離は集光さ
れたビーム径程度、時間間隔は直前の照射によって、引
き起こされた細胞の反応の影響が消失する時間程度にな
ると考えられる。この装置によると、ケージド試薬から
放出された活性物質に対する細胞の応答を2次元的にマ
ッピングすることができる。これによりその活性物質と
化学的な反応を起こす分子(受容体や酵素など)の分布
の解析を、生きている細胞を対象として行うことができ
るようになり、さらに細胞の形態や構造と関連づけるこ
とも可能となる。The range of scanning in the visual field of the microscope, the distance between irradiation points, the time interval of irradiation, and the irradiation order of each point (whether to irradiate each point in order or to randomly irradiate) are determined by the image processing apparatus. It can be set arbitrarily by an incorporated program. Although there are limitations on mechanical irradiation conditions, the distance between irradiation points is actually about the diameter of the focused beam, and the time interval is about the time when the effects of cell reactions caused by the previous irradiation are eliminated. It is considered to be. According to this device, the response of cells to the active substance released from the caged reagent can be two-dimensionally mapped. This makes it possible to analyze the distribution of molecules (receptors, enzymes, etc.) that cause a chemical reaction with the active substance for living cells, and to correlate them with cell morphology and structure. Is also possible.
【0021】4 サブタイプの異なるグルタミン酸受容
体の密度分布の解析 本発明に係る方法に基づき、グルタミン酸受容体のサブ
タイプ別の受容体の性状の解析が可能となる。すなわ
ち、サブタイプ特異的な作動薬それぞれについて、それ
ぞれの活性部位を同様の保護基により不活性化し、上記
説明した本発明の方法に準じて、サブタイプ別の特異的
な機能的グルタミン酸受容体の密度分布を知ることが可
能となる。 4 Glutamate Receptors of Different Subtypes
Analysis of Body Density Distribution Based on the method according to the present invention, it is possible to analyze the properties of receptors for each glutamate receptor subtype. That is, for each subtype-specific agonist, each active site is inactivated by a similar protecting group, and according to the method of the present invention described above, a specific functional glutamate receptor for each subtype is obtained. It becomes possible to know the density distribution.
【0022】具体的には、グルタミン酸をアゴニストと
して使用する場合、グルタミン酸受容体のイオンチャン
ネル型、及び代謝型のすべてのサブタイプにおいて作用
させ得ることとなり機能的グルタミン酸受容体の密度分
布を知ることが可能となる。さらに、、AMPAを用い
ると、イオンチャンネル型のみの作用による特異的な機
能的グルタミン酸受容体の密度分布を知ることが可能と
なる。さらに、トランス-ACPDを用いると代謝型の
みの作用による特異的な機能的グルタミン酸受容体の密
度分布を知ることが可能となる。Specifically, when glutamate is used as an agonist, it can act on all subtypes of the glutamate receptor, such as the ion channel type and the metabolic type, and the density distribution of the functional glutamate receptor can be known. It becomes possible. Furthermore, the use of AMPA makes it possible to know the density distribution of specific functional glutamate receptors by the action of the ion channel type alone. Furthermore, when trans-ACPD is used, it becomes possible to know the density distribution of specific functional glutamate receptors by the action of only metabolites.
【0023】以下実施例に従って、本発明をさらに具体
的に説明する。Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
【0024】なお、以下の実施例で使用した3種類のケ
ージド化アゴニストは、図9に示す構造式で表されるも
のである。The three types of caged agonists used in the following examples are represented by the structural formula shown in FIG.
【0025】ここで、ケージドAMPA、ケージドAC
PDは、4,4-dimethoxy-2-nitroacetophenone hydrazon
eと二酸化マンガンを反応させてジアゾエタン誘導体を
調製し、これにAMPA又はACPDを反応させて容易
に得られる。ケージドACPDは、ACPDの1分子に
ケージド化試薬が2個不導入されたものが得られる。Here, caged AMPA, caged AC
PD is 4,4-dimethoxy-2-nitroacetophenone hydrazon
e is reacted with manganese dioxide to prepare a diazoethane derivative, which is then easily reacted with AMPA or ACPD to obtain a diazoethane derivative. The caged ACPD is obtained by introducing two caged reagents into one molecule of ACPD.
【0026】(実施例1) 試料準備および装置 1 細胞の準備 (1) ショウジョウバエ卵採卵 孵化後10日目のキイロショウジョウバエ(Drosophila m
elanogaster) にCO2を暴露し麻酔をかけ、あらかじめ1
00%グレープジュース(サンキスト)0.7mlに100mgのド
ライイースト(オリエンタル酵母)を溶かした溶液を60
μl塗付した3%Agaroseの入ったガラスチューブへ移
す。暗箱に固定し室温にて5-6時間放置し産卵させる。(Example 1) Sample preparation and apparatus 1 Preparation of cells (1) Drosophila egg collection Drosophila eggs 10 days after hatching
elanogaster ) and anesthetize it with CO2.
A solution prepared by dissolving 100 mg of dry yeast (Oriental yeast) in 0.7 ml of 00% grape juice (Sunkist) is 60
Transfer to a glass tube containing 3% Agarose coated with μl. Fix in a dark box and leave at room temperature for 5-6 hours to lay eggs.
【0027】(2) 卵の処理 産卵後の卵は50%過塩素酸にて2分間処理後、エタノー
ルにて滅菌後、滅菌水で3回洗浄後、実体顕微鏡下、レ
ーザープラーにて作製したガラスキャピラリーにて(先
端径;20μm)卵の内容物を吸い取る。7-8匹の卵の内容
物を集めて100μlの培養液でみたしたpoly-L-Lysineコ
ート処理カバーグラス上に移す。1時間後培養液を0.5ml
添加して、湿度を保った状態で室温にて12時間放置す
る。この放置の間にFluo3-AM(エステル型)は、細胞内
で細胞自身が持つ酵素によってFluo3(フリー型)に変
換され、カルシウムイオンと結合可能となる。(2) Treatment of eggs The eggs after laying were treated with 50% perchloric acid for 2 minutes, sterilized with ethanol, washed three times with sterile water, and prepared with a laser puller under a stereoscopic microscope. Aspirate the egg contents with a glass capillary (tip diameter: 20 μm). The contents of the 7-8 eggs are collected and transferred onto poly-L-Lysine-coated cover slips in 100 μl of culture. After 1 hour, add 0.5 ml of culture
Add and leave for 12 hours at room temperature with humidity maintained. During this standing, Fluo3-AM (ester type) is converted into Fluo3 (free type) by the enzyme of the cell itself in the cell, and can bind to calcium ions.
【0028】(3) 卵の初代培養 ショウジョウバエ卵由来myotubeをI液(128mM NaCl,2mM
KCl,35mM Sucrose,4mM MgCl2,5mM HEPES)にて洗浄
後、10μM Fluo3-AM(Dojin Co.Lim.),0.2%Plullulanを
含むI液を満たし室温にて1時間放置する。(3) Primary Culture of Eggs Myotube derived from Drosophila eggs was added to Solution I (128 mM NaCl, 2 mM
After washing with KCl, 35 mM Sucrose, 4 mM MgCl2, 5 mM HEPES), the solution is filled with I solution containing 10 μM Fluo3-AM (Dojin Co. Lim.) And 0.2% Plullulan, and left at room temperature for 1 hour.
【0029】再びI液にて洗浄後、ケージド試薬ー解除
装置観察*(別紙)ステージ上に移す。After washing with the solution I again, the caged reagent-cancelling device observation * (separate sheet) is transferred to the stage.
【0030】2.装置の概要 (1)解除光照射用光学系 Caged試薬解除用の光源となるArイオンレーザー(Cohere
nt,Innova304,波長351nm,出力100mW,連続光)からの
光を、倒立型顕微鏡(Nikon,TMD300,蛍光および微分干
渉観察用の光学系をセットした)15に落射照明用光学
系16を通して導入した。この光学系はレーザー光1の
光路とダイクロイックミラー7を介して垂直に結合させ
た光路により、蛍光励起用のキセノンランプ2の光も同
時に導入することができる。2. Overview of the device (1) Optical system for release light irradiation Ar ion laser (Cohere
nt, Innova304, wavelength 351 nm, output 100 mW, continuous light) was introduced into an inverted microscope (Nikon, TMD300, an optical system for fluorescence and differential interference observation) 15 through an epi-illumination optical system 16. . In this optical system, the light of the xenon lamp 2 for fluorescence excitation can be introduced at the same time by the optical path vertically coupled to the optical path of the laser light 1 via the dichroic mirror 7.
【0031】レーザー光はケージド試薬の解除の時間の
時のみ照射される。この照射時間は光路に置いたシャッ
タ6によって制御した。励起光の照射は色素の退色や試
料への傷害を避けるために蛍光画像取得時間にのみ行う
ようにし、それ以外の時間はシャッタにより励起光を遮
断できるようにした。励起波長はバンドパスフィルタ5
を光路に挿入することにより、使用する蛍光色素に応じ
て選択することができる。この実験の場合はfluo3の特
性に合わせ470-490nmのものを使用した。The laser beam is applied only at the time of releasing the caged reagent. This irradiation time was controlled by a shutter 6 placed on the optical path. Irradiation with the excitation light was performed only during the fluorescence image acquisition time in order to avoid fading of the dye and damage to the sample, and the shutter was able to block the excitation light at other times. Excitation wavelength is bandpass filter 5
Can be selected according to the fluorescent dye used by inserting it into the optical path. In the case of this experiment, the one of 470-490 nm was used according to the characteristics of fluo3.
【0032】レーザー光、励起光とも顕微鏡内にセット
された同一のダイクロイックミラー(510nm)によって
上方に反射され、対物レンズ(Nikon,Fluor 100x,oil)
8を通して試料9に照射される.生じた蛍光は対物レン
ズ8とダイクロイックミラー7を通過し、その下のロン
グパスフィルタ(>520nm)5によってその波長が選択され
た後に接続されたテレビカメラ10によって撮影され
た。Both the laser light and the excitation light are reflected upward by the same dichroic mirror (510 nm) set in the microscope, and the objective lens (Nikon, Fluor 100x, oil)
The sample 9 is irradiated through 8. The resulting fluorescence passed through an objective lens 8 and a dichroic mirror 7 and was photographed by a TV camera 10 connected after its wavelength was selected by a long pass filter (> 520 nm) 5 below it.
【0033】(2)細胞内カルシウムイオン(Ca2+)濃度測
定装置 顕微鏡用画像解析装置(浜松ホトニクス,ARGUS-50)17
を使用した。この装置では実験者があらかじめ設定した
画像取得条件にしたがって任意のインターバルで、任意
の数だけ連続的に画像を取得することができる。構成と
しては、顕微鏡像を撮影するICCDカメラ、画像の記録や
演算を行う画像処理装置、画像取得の制御や得られた画
像データの解析を行うプログラムを駆動させるデータ解
析装置(パソコン)、ICCDカメラが撮影している生画像や
すでに記録された画像を表示するモニタからなる。(2) Intracellular calcium ion (Ca2 +) concentration measuring device Image analyzer for microscope (Hamamatsu Photonics, ARGUS-50) 17
It was used. With this apparatus, an arbitrary number of images can be continuously acquired at arbitrary intervals according to image acquisition conditions set in advance by an experimenter. The configuration consists of an ICCD camera that captures a microscope image, an image processing device that records and calculates images, a data analysis device (PC) that drives a program that controls image acquisition and analyzes the obtained image data, and an ICCD camera. Consists of a monitor that displays the raw image that is being taken or the image that has already been recorded.
【0034】細胞内のカルシウムイオン濃度は細胞内に
導入されたカルシウムイオン検出蛍光色素の蛍光強度に
よって見積もることができる。ここで使用したfluo3は
細胞内のカルシウムイオン濃度の増加にともない、励起
や蛍光波長のシフトは起こらないが、その蛍光強度を増
加させる特性がある色素である。したがって本装置のよ
うに検出器にテレビカメラを使用した場合は、一定の励
起および蛍光波長で得られた蛍光像の蛍光強度の変化か
ら、細胞内のカルシウムイオン濃度の変化を時間的、二
次元空間的にモニタすることができる。The intracellular calcium ion concentration can be estimated based on the fluorescence intensity of the calcium ion detecting fluorescent dye introduced into the cell. The fluo3 used here is a dye that does not cause the excitation or shift of the fluorescence wavelength as the intracellular calcium ion concentration increases, but has the property of increasing the fluorescence intensity. Therefore, when a TV camera is used as a detector as in this device, the change in intracellular calcium ion concentration can be temporally and two-dimensionally determined based on the change in the fluorescence intensity of the fluorescence image obtained at a constant excitation and fluorescence wavelength. It can be monitored spatially.
【0035】3.測定の手順 (1)解除光照射位置の確認 使用したレーザー光の照射範囲は顕微鏡の視野に対して
かなり小さい。100xの対物レンズ使用時では約95x90μm
の視野に対して約1μmφに照射される。照射位置はレー
ザー光の顕微鏡への導入のされ方で微妙にずれるため、
視野のどこにレーザー光が照射されるかを、実験前に金
属やガラス面に対する反射光をテレビカメラで観察する
ことであらかじめ確認しておく。使用した細胞は平面的
に見て約20x5μmの大きさであるため、レーザー光はや
はり細胞のごく一部に照射されることになる。3. Measurement procedure (1) Confirmation of irradiation position of release light The irradiation range of the used laser light is considerably smaller than the visual field of the microscope. About 95x90μm when using 100x objective lens
Is irradiated to about 1 μmφ with respect to the field of view. Because the irradiation position is slightly shifted depending on how the laser light is introduced into the microscope,
Before the experiment, where the laser beam is irradiated in the field of view is confirmed in advance by observing the reflected light on the metal or glass surface with a television camera. Since the cells used have a size of about 20 × 5 μm in plan view, the laser light is also applied to a small part of the cells.
【0036】(2)対象細胞の決定 試料に対して微分干渉光学系で透過照明を行い、細胞形
態像をモニタで観察することで実験対象とする細胞およ
びケージド試薬を解除させたい位置を決定する。決定
後、顕微鏡のステージを操作し、細胞の位置とレーザー
光の照射位置を合致させる。この時細胞の形態と光の照
射位置を対応させて記録しておく。(2) Determination of target cells The sample is subjected to transmission illumination using a differential interference optical system, and a cell morphological image is observed on a monitor to determine the cells to be tested and the position at which the caged reagent is to be released. . After the determination, the stage of the microscope is operated to match the position of the cell with the irradiation position of the laser beam. At this time, the morphology of the cell and the irradiation position of the light are recorded in association with each other.
【0037】(3)蛍光画像の取得と解除光の照射 顕微鏡の観察系を蛍光用に切り換え、細胞のfluo3によ
る蛍光像を画像解析装置によって随時記録していく。画
像取得の条件、例えば取得する画像の数、取得のインタ
ーバル、積算時間などのパラメータはあらかじめプログ
ラムに入力しておく。この実験の場合では、10sec間隔
で7枚の画像を取得し(トータルの実験時間は60secにな
る)、積算時間は8frame(約0.26sec)に設定した。またこ
の装置には画像を取得しながら、任意の部位の蛍光強度
の時間変化をグラフ化してモニタできる機能があるた
め、その測定部位を解除光が照射される位置の付近に設
定しておく。(3) Acquisition of Fluorescence Image and Irradiation of Release Light The observation system of the microscope is switched to fluorescence, and a fluorescence image of the cells by fluo3 is recorded as needed by an image analyzer. Parameters for image acquisition, such as the number of images to be acquired, acquisition intervals, and integration time, are input to the program in advance. In this experiment, seven images were acquired at 10-sec intervals (total experiment time was 60 sec), and the integration time was set to 8 frames (about 0.26 sec). In addition, since this apparatus has a function of graphing and monitoring the time change of the fluorescence intensity of an arbitrary part while acquiring an image, the measurement part is set near the position where the release light is irradiated.
【0038】画像取得の開始後、3枚め(開始後20sec)ま
での蛍光強度の変化をモニタし、ベースラインとなるそ
の値が安定していることを確認できたら、次の画像取得
の前(開始後25sec)に解除光を1/16secの間のみ顕微鏡に
導入し細胞に照射した。この際、テレビカメラへ過大光
が入射され、光電面が傷害されるのを防ぐため、カメラ
への入射を一時的にシャッタで遮断したが、これらの動
作は画像取得のインターバル(10sec)の間に完了するた
めに、データの取得には影響しなかった。得られた一連
の画像は解析装置内に保存し解析に使用した。以下、同
じ細胞で解除光の照射位置を変えながら同様の操作を繰
り返し画像を取得した。本発明では、図2および3で示
されるように、特定の位置に光照射することにより、細
胞内に流入するカルシウムイオンの量を該細胞のいろい
ろな位置で測定することが可能となる(上記図2、3で
は任意の位置6点での結果示している)ので蛍光測定す
ることが可能である。After the start of the image acquisition, the change in the fluorescence intensity up to the third sheet (20 seconds after the start) is monitored, and if it is confirmed that the value serving as the baseline is stable, the image before the next image acquisition is obtained. At 25 seconds after the start, the release light was introduced into the microscope only for 1/16 sec, and the cells were irradiated. At this time, in order to prevent excessive light from being incident on the TV camera and damaging the photocathode, the incident on the camera was temporarily blocked by the shutter, but these operations were performed during the image acquisition interval (10 sec). To complete, data acquisition was not affected. The obtained series of images were stored in an analyzer and used for analysis. Hereinafter, the same operation was repeated for the same cell while changing the irradiation position of the release light to obtain an image. In the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3, by irradiating light to a specific position, the amount of calcium ions flowing into the cell can be measured at various positions on the cell (see above). 2 and 3 show the results at six arbitrary positions), so that the fluorescence measurement can be performed.
【0039】さらに、画像解析手順は例えば以下のよう
になる。The image analysis procedure is as follows, for example.
【0040】[1]画像解析装置の起動 [2]画像取得パラメータの設定 (インターバル,枚数,
積算回数etc). [3]対象細胞および解除光照射位置の決定 (微分干渉観
察,画像および照射位置の記録) [4]蛍光観察系へ切り換え [5]モニタ用の蛍光強度測定ウインドウの設定 [6]ダーク画像の取得 [7]蛍光画像の取得 ([2]の設定に従う.取得の途中で
解除光を照射) [8]画像の保存 [9]画像演算 (レシオ計算 Ratio=(in−D)/(i1−D)=
In/I1 inはn枚目の画像 の蛍光強度,i1は1枚目の画像の蛍光強度,Dはダーク画
像の値) [10]演算後の画像の保存 [11]データ解析 (4)データ解析 細胞内のCa2+濃度の変化はfluo3の蛍光強度の変化によ
って反映されるため、細胞内の任意の部位の蛍光強度の
変化を一連の画像データで解析した。この時に、蛍光強
度の変化量をわかりやすくするために、1枚目の画像の
蛍光強度に対する2枚め以降の画像の蛍光強度の比(Rati
o=In/I1)を、画像内の各画素で計算した。この手法によ
り、細胞の厚さや細胞内のfluo3の分布および励起光強
度分布などの差による蛍光強度のむらはキャンセルする
ことができる。[1] Starting the image analyzer [2] Setting image acquisition parameters (interval, number of sheets,
[3] Determination of target cell and release light irradiation position (differential interference observation, recording of image and irradiation position) [4] Switching to fluorescence observation system [5] Setting of fluorescence intensity measurement window for monitor [ 6] Acquisition of a dark image [7] Acquisition of a fluorescent image (according to the setting in [2], irradiation of release light during acquisition) [8] Saving of the image [9] Image operation (Ratio calculation R a tio = (in −D) / (i1 − D ) =
I n / I1 in is the fluorescence intensity of the n-th image, i1 is the fluorescence intensity of the first image, D is the value of the dark image. [10] Saving the image after calculation [11] Data analysis (4) Data Analysis Since the change in intracellular Ca2 + concentration is reflected by the change in fluorescence intensity of fluo3, the change in fluorescence intensity at any site in the cell was analyzed using a series of image data. At this time, in order to make the amount of change in the fluorescence intensity easy to understand, the ratio of the fluorescence intensity of the second and subsequent images to the fluorescence intensity of the first image (Rati
o = In / I1) was calculated for each pixel in the image. By this method, unevenness in fluorescence intensity due to differences in cell thickness, distribution of fluo3 in the cell, and distribution of excitation light intensity can be canceled.
【0041】(実施例2) 実験プロトコールおよび装置の概略 1.ラット海馬初代培養 (1).胎生20日目(プラグ確認20日目)のラット脳より、
脳を摘出し、綱膜を丁寧に剥がす。脳上部より正中線に
沿って左右の脳を分離し、正中断面から大脳皮質と視床
下部の間に位置する海馬を海馬采とよばれる構造に沿っ
てピンセットにて剥離する。剥離した左右の海馬は無血
清の氷冷D-MEM(minimus essential medium)ダルベッ
コのイーグル改変培地) 中に一時的にストックし氷冷
する。必要量の組織が集まった段階で軽く遠心し、上清
を除く、沈殿に5mlのトリプシン溶液を添加し、30℃に
て15分間消化する。その後、組織からもれ出たDNAを
分解するためのDNA分解酵素、DNaseI液を添加しさら
に3 0℃で 消化後、1mlの牛胎児血清を添加し反応を停
止する。溶液をピペットにて吸い上げ、またもとの容器
に戻す操作を5-10回繰り返し、組織を粉砕する。そのあ
と直径100μmのナイロンメッシュにてろ過し、ろ液を遠
心し上清をすてる。フレッシュな培養液を添加して、細
胞を洗浄し、遠心後上清をすてる。つぎに10%牛胎児血
清を含むD-MEMを添加し、細胞密度を2.4×106細胞/mlに
なるように調整し、poly-L-Lysineコート処理カバーグ
ラス上に300μlにして移す。1時間後細胞が付着した
後、培養液を2ml添加して、湿度を保った状態で室温に
て12時間以上放置する。放置後、1/100量のラット脳抽
出物であるB27添加物(Gibco社製)を含むD-MEMに培養
液を交換し、さらに培養を続ける。Example 2 Outline of Experimental Protocol and Apparatus 1. Primary culture of rat hippocampus (1). From rat brain on day 20 of embryo (plug confirmation day 20),
The brain is removed and the tunic is carefully peeled off. The left and right brains are separated from the upper brain along the midline, and the hippocampus located between the cerebral cortex and the hypothalamus is separated from the midline section using tweezers along a structure called hippocampus fimbriae. The separated hippocampus is temporarily stocked in serum-free ice-cold D-MEM (minimus essential medium, Dulbecco's modified Eagle's medium) and ice-cooled. When the required amount of tissue has been collected, gently centrifuge, remove the supernatant, add 5 ml of trypsin solution to the precipitate, and digest at 30 ° C for 15 minutes. Thereafter, a DNase I solution for degrading DNA leaking from the tissue and DNase I solution are added, and the mixture is digested at 30 ° C., and 1 ml of fetal bovine serum is added to stop the reaction. The operation of sucking up the solution with a pipette and returning the solution to the original container is repeated 5-10 times to crush the tissue. Thereafter, the mixture is filtered through a nylon mesh having a diameter of 100 μm, and the filtrate is centrifuged to remove the supernatant. The cells are washed by adding a fresh culture solution, and the supernatant is discarded after centrifugation. Next, D-MEM containing 10% fetal bovine serum is added, the cell density is adjusted to 2.4 × 10 6 cells / ml, and 300 μl is transferred onto a poly-L-Lysine-coated cover glass. One hour later, after the cells have adhered, 2 ml of the culture solution was added, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 12 hours or more while keeping the humidity. After the standing, the culture medium is exchanged with D-MEM containing B27 additive (manufactured by Gibco) which is 1/100 amount of rat brain extract, and the culture is further continued.
【0042】2.ケージドAMPAの合成および精製 (1)ジアゾエタン誘導体の合成 25mg、0.1mmolの1-(4,5-Dimethoxy-2-Nitrophenyl)Diaz
oethane (DMNPE) (Molecular Probe社製)を1mlのDMFに
溶解し、100mgの二酸化マンガンを添加し、2時間室温に
て撹拌する。反応液をフィルターを取り付けたシリンジ
にてろ過する。2. Synthesis and Purification of Caged AMPA (1) Synthesis of diazoethane derivative 25 mg, 0.1 mmol of 1- (4,5-Dimethoxy-2-Nitrophenyl) Diaz
Oethane (DMNPE) (manufactured by Molecular Probe) is dissolved in 1 ml of DMF, 100 mg of manganese dioxide is added, and the mixture is stirred for 2 hours at room temperature. The reaction solution is filtered with a syringe equipped with a filter.
【0043】(2)ジアゾエタン誘導体とAMPAのカップリ
ンング反応(Caged-AMPAの合成) 別のチューブに無水DMF1mおよび16mg(0.085mmol)のα
-Amino-3-hydroxy-5methylisoxazol-4-propionic acid
(Research Biochemicals L.P.;One Strathmore Road ,N
atick,MA 01760-2418 USA;APMA)をとり、先の反応で合
成したジアゾエタン誘導体を少しずつ添加した。(2) Coupling reaction of diazoethane derivative with AMPA (synthesis of Caged-AMPA) In another tube, 1 m of anhydrous DMF and 16 mg (0.085 mmol) of α were added.
-Amino-3-hydroxy-5methylisoxazol-4-propionic acid
(Research Biochemicals LP; One Strathmore Road, N
atick, MA 01760-2418 USA; APMA), and the diazoethane derivative synthesized in the previous reaction was added little by little.
【0044】(3)ケージドAMPAの精製 上記反応液をSilica Gelカラム(2×20cm)/CHCl3に付
しCHCl3-MeOH (7:1)にて展開し、UV254nmおよびNinhydr
rin試薬に反応するスポットを分取した。さらにHPLCに
より純度95%以上の画分を採取し限厚濃縮乾固しMBP-10
6(21mg)を得た。(3) Purification of caged AMPA The above reaction solution was applied to a Silica Gel column (2 × 20 cm) / CHCl 3, developed with CHCl 3 -MeOH (7: 1), and analyzed at UV 254 nm and Ninhydr
Spots that reacted with the rin reagent were collected. Further, fractions having a purity of 95% or more were collected by HPLC, concentrated to dryness, and concentrated to dryness.
6 (21 mg) was obtained.
【0045】HPLC条件 カラム;YMC pack ODS-A (6.0mmI.D×150mm),A312,S-5
μ120A 溶離液;メタノールー水(58:42) 流速 ;0.6ml/min. 検出 ;UV254nm 温度;40℃ さらに、得られたケージドAMPAの光照射による分解
をHPLCで調べた。試料として、ケージドAMPAの
5μM水溶液1μlをカバーグラス上に添加し、レーザ
ー照射(条件:アルゴンレーザ50mW、10秒、ニコン社製
Ultra-Fluorx100)後オルトフタルアルデヒドを添加
し、HPLC分析(HPLC条件: カラム;TSKGELOctade
cyl-4p(東ソー社製)、溶離液;30%メタノール、50mM
Phosphate Buffer(pH6.5)、流速 ;1ml/min.、 検
出;蛍光(励起波長350nm、観測波長445nm)、温度;40
℃)を行った。その結果、照射前のケージドAMPAの
みのピーク(3.8分)が消失し、新たにAMPA(9.5
分)及びジアゾエタン誘導体(7.4分)のピークが観測
された。HPLC conditions Column: YMC pack ODS-A (6.0 mm ID × 150 mm), A312, S-5
μ120A eluent; methanol-water (58:42) flow rate; 0.6 ml / min. detection; UV254 nm temperature; 40 ° C. Further, degradation of the obtained caged AMPA by light irradiation was examined by HPLC. As a sample, 1 μl of a 5 μM aqueous solution of caged AMPA was added onto a cover glass, and laser irradiation (conditions: argon laser 50 mW, 10 seconds, manufactured by Nikon Corporation)
Ultra-Fluorx100), add orthophthalaldehyde, and perform HPLC analysis (HPLC conditions: column; TSKGELOctade)
cyl-4p (manufactured by Tosoh Corporation), eluent: 30% methanol, 50 mM
Phosphate Buffer (pH 6.5), flow rate: 1 ml / min., Detection: fluorescence (excitation wavelength: 350 nm, observation wavelength: 445 nm), temperature: 40
° C). As a result, the peak (3.8 minutes) of only caged AMPA before irradiation disappeared, and AMPA (9.5 minutes) was newly added.
Min) and diazoethane derivative (7.4 min) peaks.
【0046】TOFMS(島津製作所(株)MALDI-4、試料を
50%DMFに溶解して使用、マトリックスは使用せず)によ
る質量分析結果:(M+Na)+(418)、(M+K)+(4
34)。TOFMS (MALDI-4, Shimadzu Corporation)
Mass spectrometry results by dissolving in 50% DMF and using no matrix): (M + Na) + (418), ( M + K) + (4
34).
【0047】1H-NMR(DMSO-d6、TMS、δppm)分析
結果:7.56(s,1H,Nitrophenylの2位又は5位)、7.16
と7.12(s,1H,Nitrophenylの2位又は5位)、6.24〜6.
19(m,1H,benzyl位)、3.84(s,3H,Nitrophenylの3位又
は4位置のメトキシ基)、3.86(s,3H,Nitrophenylの3
位又は4位置のメトキシ基)、3.90〜3.64(m,1H,propio
nicacidの2位)、2.73〜2.50(m,2H,propionic acidの3
位のメチレン)、2.17と2.07(s,3H,Isoxazolylの5位の
メチル基)、1.55(d,3H,NitrophenylのBenzyl位のメチ
ル基)。1H-NMR (DMSO-d6, TMS, δ ppm) analysis result: 7.56 (2nd or 5th position of s, 1H, nitrophenyl), 7.16
And 7.12 (2nd or 5th position of s, 1H, Nitrophenyl), 6.24-6.
19 (m, 1H, benzyl position), 3.84 (methoxy group at 3 or 4 position of s, 3H, Nitrophenyl), 3.86 (3, s, 3H, Nitrophenyl 3)
Position or 4-position methoxy group), 3.90 to 3.64 (m, 1H, propio
nicacid 2nd), 2.73 ~ 2.50 (m, 2H, propionic acid 3
Methylene), 2.17 and 2.07 (methyl group at 5-position of s, 3H, Isoxazolyl), 1.55 (methyl group at Benzyl position of d, 3H, Nitrophenyl).
【0048】3. ケージドトランスACPDの合成およ
び精製 3のケージドAMPAの合成と同様の行った。ただし使
用した試薬は、α-Amino-1S3R-cyclopentane dicarboxy
lic acid (Research Biochemicals L.P.;One Strathmor
e Road ,Natick,MA 01760-2418 USA;ACPD) 9mg(0.05mmo
l)及び1-(4,5-Dimethoxy-2-Nitrophenyl)Diazoethane
(DMNPE) (Molecular Probe社製)25mg(0.1mmol)、二酸
化マンガン100mgであった。3. Synthesis and purification of caged trans ACPD The same procedure as in synthesis of caged AMPA of 3 was performed. However, the reagent used was α-Amino-1S3R-cyclopentane dicarboxy
lic acid (Research Biochemicals LP; One Strathmor
e Road, Natick, MA 01760-2418 USA; ACPD) 9mg (0.05mmo
l) and 1- (4,5-Dimethoxy-2-Nitrophenyl) Diazoethane
(DMNPE) (Molecular Probe) 25 mg (0.1 mmol) and manganese dioxide 100 mg.
【0049】4.測定の一般的手順 (1)細胞の検鏡および刺激位置の決定 ステージ上に固定し、100倍対物レンズ(Nikon;Fluor)
に油浸オイルを滴下し蛍光観察用水銀ランプの電源を投
入し、ステージ上のサンプルにランプ光を投射する。顕
微鏡のノマルスキープリズムを光路に挿入し、サンプル
を微分干渉像にて検鏡する。観察視野が決定したら、カ
ルシウム測定装置の電源を投入し、コンピューター、観
察用デイスプレイの電源をオンにする。光路をCCDカメ
ラ側に切り替え観察視野をデイスプレイ上に写し出す。
この状態で細胞の刺激位置を決定する。細胞の刺激位置
を決定したら、その位置をデイスプレイ上に記録したレ
ーザー光の照射位置に合致するように、顕微鏡のステー
ジを操作して動かす。このとき、細胞の形態と刺激位置
を対応させて記録する。4. General Procedure of Measurement (1) Microscope of Cell and Determination of Stimulation Position Fixing on stage, 100 × objective lens (Nikon; Fluor)
Oil immersion oil is dropped, and the power of the fluorescent observation mercury lamp is turned on, and the lamp light is projected on the sample on the stage. The Nomarski prism of the microscope is inserted into the optical path, and the sample is inspected using a differential interference image. When the observation field of view is determined, turn on the power of the calcium measuring device, and turn on the computer and the observation display. Switch the optical path to the CCD camera side and project the observation field of view on the display.
In this state, the stimulation position of the cell is determined. After determining the stimulation position of the cells, the microscope stage is operated and moved so that the stimulation position matches the irradiation position of the laser light recorded on the display. At this time, the morphology of the cell and the stimulation position are recorded in association with each other.
【0050】(2).レーザー照射とイメージの取り込み 記録位置が決定したら、カルシウム測定プログラム(Fl
uo-3;浜松ホトニクス)を起動させ、ノマルスキープリ
ズムを挿入した状態でノマルスキー像を取り込む。ここ
で、水銀ランプの光を光路からはずす。次にノマルスキ
ープリズムを光路からはずす。イメージ取り込み時間を
60-90秒に、サンプリング時間の間隔(イメージ取り込
みの間隔)を設定し、ARGUS-50のイメージプロセ
ッサーの感度を適当な数値に調節する。準備が整ったと
ころで、イメージングのコマンドを作動させ画像のとり
込みを開始する。取り込み開始から2回目の取り込みが
終了したところで、ベースラインが一定していることを
確認し、ベースが安定していたら、次回のイメージ取り
込みまでの間隔中に光路をCCDカメラ側からレーザー側
へ素早く切り替える。ここで、出力を100mWに照射時間
を1/16に設定したアルゴンイオンレーザーを照射する。
照射後速やかに光路を再びカメラ側へ切り替え照射後の
変化をイメージングする。同様な方法で記録位置を変え
てレーザーを照射して細胞の応答を記録してゆく。(2). Laser irradiation and image capture Once the recording position is determined, the calcium measurement program (Fl
uo-3; Hamamatsu Photonics) is activated, and a Nomarski image is captured with the Nomarski prism inserted. Here, the light of the mercury lamp is removed from the optical path. Next, the Nomarski prism is removed from the optical path. Image capture time
Set the sampling time interval (image capture interval) to 60-90 seconds, and adjust the sensitivity of the ARGUS-50 image processor to an appropriate value. When the preparation is completed, an imaging command is activated to start capturing an image. At the end of the second capture from the start of capture, confirm that the baseline is constant.If the base is stable, quickly change the optical path from the CCD camera to the laser during the interval until the next image capture. Switch. Here, an argon ion laser with an output of 100 mW and an irradiation time of 1/16 is applied.
Immediately after irradiation, the optical path is switched back to the camera side, and changes after irradiation are imaged. By changing the recording position and irradiating the laser in the same manner, the response of the cell is recorded.
【0051】(3).データーの解析 イメージングされたデーターは次にカルシウム測定プロ
グラムratioのコマンドにて波長360nm/490nmの比にて解
析する。(3) Analysis of Data Next, the imaged data is analyzed at a wavelength ratio of 360 nm / 490 nm by a command of a calcium measurement program ratio.
【0052】測定例1(海馬初代培養細胞に対するケー
ジドグルタミン酸の作用) 図4には、細胞上の任意の点1〜4における細胞内カルシ
ウム濃度の経時変化を表わす。矢印の時点で光りを照射
しグルタミン酸を出現させた。照射位置における受容体
の存在密度が異なることが示された。Measurement Example 1 (Effect of caged glutamate on primary cultured hippocampal cells) FIG. 4 shows the time course of intracellular calcium concentration at arbitrary points 1 to 4 on the cells. At the time of the arrow, light was irradiated to make glutamic acid appear. It was shown that the density of receptors at the irradiation position was different.
【0053】測定例2(海馬初代培養細胞に対するケー
ジドAPMAおよびケージドACPDの作用) 細胞上の任意の点1〜4における細胞内カルシウム濃度の
経時変化を表わす。矢印の時点で光りを照射し、AMPA
(図5)およびACPD(図6)を出現させた時の変化
を示す。照射位置における受容体の存在密度が異なるこ
とが示された。Measurement Example 2 (Effects of caged APMA and caged ACPD on primary hippocampal cells) Changes in intracellular calcium concentration over time at arbitrary points 1 to 4 on cells are shown. At the time of the arrow, irradiate the light, AMPA
(FIG. 5) and the change when ACPD (FIG. 6) appears. It was shown that the density of receptors at the irradiation position was different.
【0054】測定例3(海馬初代培養細胞に対するMBP-
105およびMBP-106の作用のそれぞれの特異的阻害剤によ
る作用消失) AMPA型(図7)およびトランスACPD感受性代謝型(図
8)の受容体に対する特異的な競合阻害剤を添加した時
の作用の消失を検討した。上段はAMPA型受容体に対する
阻害剤であるDNQX(6,7-ジニトロキノキサリン-2,3-ジ
オン)、下段はACPDに対するMCPG(α-メチル-4-カルボ
キシフェニルグリシン)を共存させて作用の消失を検討
した。それぞれ応答を抑制したことから合成品がAMPAお
よび代謝型グルタミン酸受容体に特異的に作用すること
が示された。Measurement Example 3 (MBP-
Loss of action of 105 and MBP-106 by their respective specific inhibitors) Action when a specific competitive inhibitor for AMPA type (FIG. 7) and trans ACPD sensitive metabolic type (FIG. 8) receptors was added Was examined. The upper panel shows the coexistence of DNQX (6,7-dinitroquinoxaline-2,3-dione), an inhibitor of AMPA-type receptors, and the lower panel shows the coexistence of MCPG (α-methyl-4-carboxyphenylglycine) on ACPD, resulting in loss of action. It was investigated. The suppression of each response indicated that the synthetic product acted specifically on AMPA and metabotropic glutamate receptors.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明に係る方法によれば、細胞におい
てグルタミン酸受容体が露出するシナプスとよばれるす
き間に、あらかじめ活性部位を保護基により不活性化し
たアゴニストを投薬し、十分小さな照射領域となるよう
にしぼった光を照射することにより上記の保護基を脱離
し、アゴニストを活性化させ、従って1μmの直径の領域
にアゴニストを投薬する効果を与えることを可能とな
り、受容体の脱感作現象を抑制することが可能となる。According to the method of the present invention, an agonist whose active site has been inactivated by a protective group in advance is administered to a gap called a synapse where a glutamate receptor is exposed in a cell, and a sufficiently small irradiation area can be obtained. By irradiating with squeezed light, it becomes possible to remove the above-mentioned protecting group, activate the agonist, and thus to give an effect of administering the agonist to a region having a diameter of 1 μm. The phenomenon can be suppressed.
【0056】また、その結果細胞内に流入したカルシウ
ムイオンを、あらかじめ細胞内に負荷したカルシウムイ
オン検出用色素に基づく蛍光の強度の変化を時間分解
的、及び空間分解的に、測定することにより、定量化す
ることが可能となる。従って、上記光を照射した微小領
域において機能的グルタミン酸受容体の密度を空間的に
また時間的に任意に知ること、さらには、マッピングが
可能となる。The calcium ions that have flowed into the cells as a result can be measured in a time-resolved and spatially-resolved manner based on the change in the intensity of fluorescence based on the calcium ion detection dye previously loaded into the cells. It can be quantified. Therefore, the density of the functional glutamate receptor can be arbitrarily known spatially and temporally in the minute region irradiated with the light, and further, mapping can be performed.
【図1】本発明に係る機能的グルタミン酸受容体の密度
分布解析方法(レーザー光源型を示す)の概略を示す図
である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a method for analyzing the density distribution of a functional glutamate receptor (indicating a laser light source type) according to the present invention.
【図2】1つの位置で光照射した際に、カルシウムイオ
ンの細胞内カルシウムの濃度の経時変化を示す図であ
り、該細胞内の6つの任意の点でそれぞれ測定した図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a temporal change in the concentration of intracellular calcium of calcium ions when light is irradiated at one position, and is a diagram measured at six arbitrary points in the cell.
【図3】図2と異なる別の位置で光照射した際に、カル
シウムイオンの細胞内カルシウムの濃度の経時変化を示
す図であり、該細胞内の6つの任意の点でそれぞれ測定
した図である。FIG. 3 is a diagram showing a temporal change in the concentration of intracellular calcium of calcium ions when irradiated with light at another position different from that in FIG. 2, and a diagram measured at six arbitrary points in the cell. is there.
【図4】ケージドグルタミン酸をラット海馬神経細胞の
任意の局所領域で解除した場合の解除領域の細胞内カル
シウム濃度の経時変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a temporal change in intracellular calcium concentration in a release region when caged glutamate is released in an arbitrary local region of rat hippocampal neurons.
【図5】ケージドAMPAをラット海馬神経細胞の任意
の局所領域で解除した場合の解除領域の細胞内カルシウ
ム濃度の経時変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a temporal change in intracellular calcium concentration in a release region when caged AMPA is released in an arbitrary local region of rat hippocampal neurons.
【図6】ケージドACPDをラット海馬神経細胞の任意
の局所領域で解除した場合の解除領域の細胞内カルシウ
ム濃度の経時変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a temporal change in intracellular calcium concentration in a release region when caged ACPD is released in an arbitrary local region of rat hippocampal neurons.
【図7】ケージドAMPAをラット海馬神経細胞の任意
の局所領域において、AMPA型受容体の阻害剤(DN
QX)の存在、非存在下で解除した場合の解除領域の細
胞内カルシウム濃度の経時変化を示す図である。FIG. 7. Caged AMPA is applied to any local area of rat hippocampal neurons in an inhibitor of AMPA-type receptor (DN
It is a figure which shows the time-dependent change of the intracellular calcium density | concentration of the release area | region when release | release is carried out in presence or absence of QX).
【図8】ケージドACPDをラット海馬神経細胞の任意
の局所領域において、代謝型受容体の阻害剤(MCP
G)の存在、非存在下で解除した場合の解除領域の細胞
内カルシウム濃度の経時変化を示す図である。FIG. 8. Caged ACPD was applied to metabolic receptor inhibitors (MCP) in any localized area of rat hippocampal neurons.
It is a figure which shows the time-dependent change of the intracellular calcium density | concentration of the release area | region when release | release is carried out in presence or absence of G).
【図9】本発明の実施例れ使用されるケージドアゴニス
トである、ケージドグルタミン酸、ケージドAMPA、
ケージドトランスACPDの化学構造を示す図である。FIG. 9 shows caged agonists, caged glutamate, caged AMPA, and caged agonists used in embodiments of the invention.
It is a figure which shows the chemical structure of caged trans ACPD.
1…レーザー、2… 蛍光励起用光源、3…透過用光
源、4…集光レンズ、5…バンドパスフィルター、6…
シャッター、7…ダイクロイックミラー、8…対物レ
ンズ、9…試料、10…テレビカメラ、11…画像処理
装置、12…モニター、13…データー解析装置、14
…ミラー、15…顕微鏡、16…解除光照射用光学系、
17…画像解析装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser, 2 ... Fluorescence excitation light source, 3 ... Transmission light source, 4 ... Condensing lens, 5 ... Bandpass filter, 6 ...
Shutter, 7 dichroic mirror, 8 objective lens, 9 sample, 10 television camera, 11 image processing device, 12 monitor, 13 data analysis device, 14
... mirror, 15 ... microscope, 16 ... optical system for irradiating release light,
17 ... Image analysis device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 隆之 静岡県浜北市平口5000番地 株式会社分 子バイオホトニクス研究所内 (72)発明者 斉藤 実 群馬県群馬郡群馬町字中泉388−201 (72)発明者 平野 雅彦 静岡県浜北市平口5000番地 株式会社分 子バイオホトニクス研究所内 (72)発明者 渡辺 明彦 静岡県浜北市平口5000番地 株式会社分 子バイオホトニクス研究所内 (72)発明者 城所 良明 群馬県前橋市荒牧町4−2−104 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/48 G01N 33/483 G01N 33/58 G01N 33/84 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Suga 5000 Hiraguchi, Hamakita City, Shizuoka Prefecture Inside the Biophotonics Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Minoru Saito 388-201 Nakaizumi, Gunma-cho, Gunma-gun, Gunma-gun (72) ) Inventor Masahiko Hirano 5000 Hiraguchi, Hamakita-shi, Shizuoka Pref. Inside the Biophotonics Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Watanabe 5000 Hiraguchi, Hamaguchi-shi, Shizuoka Pref. Inside the Biophotonics Research Laboratories Co., Ltd. 4-2-104 Aramaki-machi, Maebashi-shi, Gunma (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 33/48 G01N 33/483 G01N 33/58 G01N 33/84
Claims (4)
受容体の密度分布解析方法: (1) 活性部位を保護基により不活性化したアゴニスト
を神経細胞間に投与し、カルシウムイオン検出用蛍光色
素を神経細胞内に投与するステップと、(2)前記細胞間
の微小領域を光照射するステップと、(3)前記照射によ
り、前記活性部位を保護基により不活性化したアゴニス
トを活性化し、前記微小領域にアゴニストを投与するス
テップと、(4)前記アゴニスト投与に基づき細胞内に流
入するカルシウムイオンを、前記カルシウムイオン検出
用蛍光色素の蛍光強度変化に基づき定量化するステップ
と、(5)前記定量化に基づき、前記微小領域における機
能的グルタミン酸受容体の空間密度分布を解析するステ
ップ。1. A method for analyzing the density distribution of a functional glutamate receptor comprising the following steps: (1) administering an agonist having an active site inactivated by a protective group between nerve cells, and applying a fluorescent dye for detecting calcium ions; Administering to nerve cells, (2) irradiating the microregion between the cells with light, and (3) irradiating the agonist, the active site of which is inactivated by a protecting group, Administering an agonist to the region, (4) quantifying calcium ions flowing into cells based on the agonist administration, based on the change in fluorescence intensity of the calcium ion detection fluorescent dye, (5) the quantification Analyzing the spatial density distribution of functional glutamate receptors in the microregion based on the transformation.
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the agonist is glutamic acid.
ロキシ-5-メチル-4-イソオキサゾールプロピオン酸
(AMPA)であることを特徴とする請求項1に記載の
方法。3. The method according to claim 1, wherein the agonist is α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA).
-シクロペンタンジカルボン酸(ACPD)であること
を特徴とする請求項1に記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein the agonist is 1-amino-1S3R.
2. The method according to claim 1, which is -cyclopentanedicarboxylic acid (ACPD).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9161181A JP3062457B2 (en) | 1996-06-19 | 1997-06-18 | Analysis method for density distribution of functional glutamate receptor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-158567 | 1996-06-19 | ||
| JP15856796 | 1996-06-19 | ||
| JP9161181A JP3062457B2 (en) | 1996-06-19 | 1997-06-18 | Analysis method for density distribution of functional glutamate receptor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068727A JPH1068727A (en) | 1998-03-10 |
| JP3062457B2 true JP3062457B2 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=26485641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9161181A Expired - Lifetime JP3062457B2 (en) | 1996-06-19 | 1997-06-18 | Analysis method for density distribution of functional glutamate receptor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062457B2 (en) |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP9161181A patent/JP3062457B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1068727A (en) | 1998-03-10 |
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