Se describe un método para obtener imágenes de los cambios en el potencial de membrana utilizando indicadores de voltaje codificados genéticamente.
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Se describe un método para obtener imágenes de los cambios en el potencial de membrana utilizando indicadores de voltaje codificados genéticamente.
Los indicadores de voltaje codificados genéticamente (GEVIs) han mejorado hasta el punto en que están empezando a ser útiles para las grabaciones in vivo. Si bien el objetivo final es obtener imágenes de la actividad neuronal in vivo, uno debe ser capaz de obtener imágenes de la actividad de una sola célula para garantizar el éxito de las preparaciones in vivo. Este procedimiento describirá cómo obtener imágenes del potencial de membrana en una sola célula para proporcionar una base para obtener imágenes in vivo. Aquí describimos los métodos para obtener imágenes de GEVI que consisten en un dominio de detección de voltaje fusionado con una sola proteína fluorescente (FP) o dos proteínas fluorescentes capaces de transferir energía por resonancia de Förster (FRET) in vitro. El uso de un divisor de imágenes permite la proyección de imágenes creadas por dos longitudes de onda diferentes en la misma cámara de dispositivo de carga acoplada (CCD) simultáneamente. El divisor de imagen coloca un segundo cubo de filtro en la trayectoria de la luz. Este segundo cubo de filtro consta de un dicroico y dos filtros de emisión para separar las longitudes de onda fluorescentes del donante y del aceptor en función de los FP del GEVI. Esta configuración permite el registro simultáneo de los socios fluorescentes aceptor y donante, mientras que el potencial de membrana se manipula a través de la configuración de abrazadera de parche de célula completa. Cuando se utiliza un GEVI que consta de un solo FP, el segundo cubo de filtro se puede quitar, lo que permite que los espejos del divisor de imágenes proyecten una sola imagen en la cámara CCD.
El principal objetivo de este trabajo es demostrar la formación de imágenes ópticas de los cambios en los potenciales de membrana in vitro utilizando proteínas fluorescentes genéticamente codificados. cambios de imagen en el potencial de membrana ofrece la excitante posibilidad de estudiar la actividad de los circuitos neuronales. Cuando los cambios en el potencial de membrana resultado en un cambio de intensidad de fluorescencia, cada píxel de la cámara se convierte en un electrodo de sustituto que permite mediciones no intrusivas de la actividad neuronal. Durante más de cuarenta años, los colorantes orgánicos sensibles al voltaje han sido útiles para la observación de los cambios en el potencial de membrana 1-4. Sin embargo, estos colorantes carecen de especificidad celular. Además, algunos tipos de células son difíciles de teñir. indicadores de tensión codificados genéticamente (GeViS) superar estas limitaciones por tener las células a ser estudiadas específicamente expresan la sonda fluorescente sensible al voltaje.
Hay tres clases de GeViS. La primera clase de GEVI utiliza la voDominio de la fosfatasa de detección de voltaje ltage de detección, ya sea con una proteína única fluorescente (FP) 5-9 o una transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET) 10-12. La segunda clase de sensores utiliza rodopsina microbiana como un indicador fluorescente directamente 13-15 o por medio de FRET electrocrómico 16,17. La tercera clase utiliza dos componentes, el componente genético de ser una membrana anclada FP y un segundo componente que es un colorante unido a la membrana de temple 18-20. Mientras que las clases segunda y tercera son útiles para los experimentos in vitro y rebanada 19,20, sólo la primera clase de sensores son actualmente útil para los análisis in vivo 6.
En este informe vamos a demostrar la proyección de imagen del potencial de membrana utilizando la primera clase de GeViS (Figura 1) in vitro. Esta primera clase de sensores de voltaje es el más fácil hacer la transición a imágenes in vivo. Desde GeViS utilizing un dominio de detección de voltaje fusionado a un FP son aproximadamente 50 veces más brillante que la clase de sensores rodopsina, que se pueden visualizar utilizando la iluminación de la lámpara de arco en lugar de requerir un potente láser. Otra consecuencia de la disparidad en el brillo es que la primera clase de GeViS puede superar fácilmente la auto-fluorescencia del cerebro. Las sondas basadas en la rodopsina no puede. La tercera clase de sensor es tan brillante como la primera clase, sino que requiere la adición de un inhibidor químico que es difícil de administrar in vivo.
Nosotros, por lo tanto, demostrar la adquisición de una sonda con una sola FP (Bongwoori) 8 y una sonda que consiste en un par de FRET (Nabi 2) 12. El FRET construye en este informe son versiones de mariposa VSFP-CR (proteínas fluorescentes sensibles al voltaje - Trébol-mRuby2) 11 que consta de un donante fluorescente verde, trébol, y un aceptor fluorescente de color rojo, mRuby2, llamado Nabi 2.242 y 2.244 Nabi

Figura 1. Dos Tipos de indicadores codificados genéticamente Tensión (GeViS) con imágenes formadas en este informe (A) Un mono FP basado GEVI que tiene un dominio de detección de voltaje transmembrana y una proteína fluorescente. (B) Un GEVI basado FRET compuesto por un dominio de detección de voltaje transmembrana, un donante de FRET y aceptor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Declaración de Ética: El protocolo de experimentación animal fue aprobado por el Cuidado de Animales institucional y el empleo en el animal protocolo ICCT 2014-001.
1. Configuración del equipo
| GEVI única basada FP (Bongwoori) | FRET basado GEVI par (Nabi Nabi 2.42 y 2.44) | ||
| En primer cubo de filtro colocado en el microscopio | filtro de excitación | 472 nm / 30 | 475 nm / 23 |
| espejo dicroico | 495 nm | 495 nm | |
| filtro de emisión | 497 nm / pase largo | - | |
| Segundo cubo de filtro colocado en el divisor de haz | espejo dicroico | - | |
| 1 filtro de emisión | - | 520 nm / 40 | |
| filtro de emisión 2 | - | 645 nm / 75 |
Tabla 1. Dos Diferentes conjuntos de filtros usados para una GEVI FP base individual y una de FRET a base GeVi Grabaciones

Figura 2. EquipoConfiguración ción de Imagen de tensión con GeViS El flujo de trabajo a raíz de la trayectoria de la luz, (A) lámpara de arco de xenón de 75W, (B) la luz de excitación de la lámpara de arco es filtrada por el filtro de excitación y luego se refleja en el primer espejo dicroico antes de que llegue a la platina, un recuadro en la esquina superior derecha muestra toda la configuración de la celda, (C) la cámara CCD de baja velocidad se utiliza para ayudar tanto en la elección de una abrazadera de células y el parche, (D) la parte de adquisición de imágenes; (1) la cámara de alta velocidad CCD, (2) el divisor de imagen tanto para FRET vincular y mono FP GeViS, (3) el como reductor para ajustar la imagen en el chip CCD de la cámara CCD de alta velocidad, (4) la doble puerto adaptador de cámara para cambiar la vía de formación de imágenes y (5) la cámara CCD de baja velocidad con una alta resolución espacial para la identificación de la célula para parche, (e & F) la adquisición de la imagen con un GEVI base de un solo FP (e) y un GEVI basados en FRET(F). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Expresión de GeViS
3. Protocolo de imagen Tensión
4. Adquisición de Datos
Análisis 5. Datos

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Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue apoyado por el programa World Class Institute (WCI) de la Fundación Nacional de Investigación de Corea financiado por el Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de Corea Subvención WCI 2009-003 y el Proyecto del Programa Institucional del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea 2E24210. Sungmoo Lee contó con el apoyo del programa Global Ph.D. Fellowship (NRF-2013H1A2A1033344) de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) del Ministerio de Educación (MOE, Corea).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Microscopio invertido | Olympus | IX71 | |
| 60X lente objetivo (apertura numérica = 1.35) | Olympus | UPLSAPO 60XO | |
| Filtro de excitación | Semrock | FF02-472/30 | Para la obtención de imágenes de voltaje de pHluorin súper eclíptica en el |
| espejo dicroico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro de emisión | Semrock | FF01-497/LP | |
| 75W Lámpara de arco de xenón | CAIRN | OptoSource Illuminator | Los LED y los láseres también son fuentes de luz efectivas |
| Cámara CCD de baja velocidad | Hitachi | KP-D20BU | |
| Adaptador de cámara de doble puerto | Olympus | U-DPCAD | |
| Cámara CCD de alta velocidad | RedShirtImaging, LLC | NeuroCCD-SM | |
| Divisor de imagen | CAIRN | Optosplit 2 | |
| Filtro de excitación | Semrock | FF01-475/23-25 | Para imágenes de voltaje de GEVI basado en pares FRET que consta de Clover y mRuby2) |
| Espejo dicroico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro de emisión | Chroma | ET520/40 | |
| Espejo dicroico | Semrock | FF560-FDi01-25X36 | |
| Filtro de emisión | Chroma | ET645/75 | |
| Sistema de aislamiento de vibraciones | cinéticos | 250BM-IC, 5702E-3036-31 | |
| Cámara de parcheo | Warner instruments | RC-26G, 64-0235 | |
| #0 Micro Cubreobjetos (22 x 40 mm) | Microscopía Electrónica Ciencias | 72198-20 | |
| Controlador de temperatura | Warner instruments | TC-344B | |
| #0 (0.08 ~ 0.13 mm) - 10 mm de diámetro cubreobjetos de vidrio | Ted Pella | 260366 | |
| Agente de lipofección | Life Technologies | 11668-027 | |
| Reactivo de fosfato de calcio | Clontech - Takara | 631312 | |
| Amplificador de abrazadera de parche | HEKA | EPC 10 Amplificador | |
| Software de adquisición de datos multicanal | HEKA | Patchmaster | |
| Software de adquisición y análisis de imágenes | RedShirtImaging | Neuroplex | |
| Software de aplicación de hojas de cálculo | Microsoft | Microsoft Excel 2010 | |
| Software | de análisis de datosOriginLab | Demagnificador OriginPro 8.6.0 | |
| Acoplador | Qioptiq LINOS | Optem 0.38x SC38 J | |
| Microscopio confocal | Nikon | Nikon A1R | |
| Reactivo antidecoloración | Life Technologies | P36930 |
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