Nous présentons ici des méthodes pratiques pour l'imagerie in vivo de calcium dans C. neurones elegans. Le développement de la codés génétiquement sensible au calcium avec une grande fluorophores signal sur bruit rend C. elegans un système relativement simple et rentable pour la mesure de la neurophysiologie et de l'activité. Notre formation d'image est effectuée avec un microscope standard à l'aide d'imagerie à grand champ de fluorescence des fluorophores couramment disponibles. Nous présentons plusieurs techniques employant différents fluorophores et la préparation des échantillons différents, de discuter les forces et les faiblesses de chacun. Les données sont ensuite présentées à partir de deux expériences exemple. Une excellente ressource supplémentaire sur les techniques décrites ici peuvent être trouvés dans WormBook, "Imagerie l'activité des neurones et les muscles" de R. Kerr, ( http://www.wormbook.org ) 3.
Deux grandes classes d'génétiquementment codées reporters fluorescents de calcium sont couramment utilisés dans C. elegans: GCaMP seul canal et FRET à base de cameleon. Nous allons décrire les méthodes et montrer des exemples de données générés par chacun.
GCaMP est basé sur une modification de la protéine fluorescente verte (GFP) qui est sensible à la concentration de calcium environnante. Ceci est réalisé par fusion de la GFP et de la calmoduline de calcium de haute affinité protéine, de telle sorte que la fixation du calcium par la calmoduline de la molécule apporte une confirmation dans la GFP efficace fluorescent 2. Les récents progrès dans ces fluorophores générer taille exceptionnelle du signal avec une augmentation jusqu'à 500% de l'intensité de fluorescence dans une gamme physiologique de la calcémie et de la cinétique relativement rapide de ~ 95 ms de temps de montée et temps de descente ~ 650 msec 4. Sur des périodes de temps relativement courtes (minutes), ces signaux peuvent permettre grandes pour l'imagerie basse résolution (faible grossissement) et, étant donné un sage init amesure de référence ial, nier la nécessité pour base continue ou mesures comparatives.
Cameleon a l'avantage d'être un fluorophore FRET basée sur une mesure qui génère ratiométrique comparaison de deux canaux indépendants ou longueurs d'onde 1. Il se compose de deux fluorophores séparés (cyan et jaune émettant des protéines fluorescentes, CFP et YFP) reliés par une protéine calmoduline. Le complexe est éclairé par la lumière bleue (440 nm) qui excite la PCP. Fixation du calcium apporte les fluorophores se rapprocher, ce qui augmente le transfert d'énergie de fluorescence par résonance (FRET) à partir de la PCP (donneur) de la YFP (accepteur) et provoquer l'émission de la PCP (480 nm) et pour diminuer l'émission YFP (535 nm) pour augmenter . Le taux de calcium relatifs sont mesurés par le rapport de l'intensité de la YFP / PCP. Cameleon cinétique est plus lente que celle de GCaMP, mesurée in vivo pour avoir un temps de montée d'environ 1 s et un temps de décroissance de 3 ~ 5 sec. Cependant,le rapport des signaux en opposition mobiles augmente la taille du signal et pour compenser un certain nombre d'objets possibles à cause de changements de concentration en fluorophore, de mouvement ou de la dérive et de mise au point de blanchiment.
Génétiquement codés rapporteurs fluorescents annuler une grande partie de la préparation des échantillons avec des sondes exogènes administrées et C. elegans petit corps transparent permet l'imagerie chez l'animal intact en utilisant de simples fluorescence large champ. Le principal défi technique dans la préparation des échantillons est donc d'immobiliser les animaux en toute sécurité. Il ya un certain nombre de différentes techniques couramment utilisées chacune avec des avantages et des inconvénients. L'utilisation d'un agent pharmacologique de paralyser les animaux est facile à mettre en œuvre et permet le montage de plusieurs animaux sur une préparation (lévamisole, un agoniste cholinergique qui provoque le tissu musculaire à saisir est généralement utilisé 6). C. elegans peut aussi être physiquement immobilisé par leur montagele raide 10% d'agarose 7, 8. Cet impact réduit sur la physiologie des animaux, permet à long terme d'imagerie (heures) et la récupération de plusieurs animaux, mais est techniquement plus difficile. Ces deux techniques limiter l'accès physique aux animaux (qui sont sous une lamelle) et ne peut donc être utilisé avec certains stimuli expérimentaux (tels que la lumière, la température, champ électrique ou de dommage au laser). Pour les stimuli où l'accès physique est nécessaire, comme le toucher ou l'administration de produits chimiques, de nombreuses études ont réussi à coller C. elegans en place (en utilisant de la colle d'vétérinaire) 9. Ce qui est techniquement plus difficile, est une préparation unique animal et ne permet pas la récupération des animaux. Enfin, de nombreux dispositifs microfluidiques ont été employées que physiquement contre C. elegans, la préservation de la physiologie animale, ce qui permet une exposition à la plupart des types de stimuli (en fonction de la conception du dispositif) et peut permettre l'échange rapide et de récupération des animaux 10, 11. Cependant microfluidique besoin d'autres compétences techniques et des capacités dans la conception, la fabrication et la mise en œuvre. L'activité animaux immobilisés et de relance de réponse peut généralement être mesurée en sensoriels et des interneurones. L'activité des neurones moteurs nécessite des techniques plus sophistiquées d'imagerie chez l'animal en mouvement. Ici, nous allons présenter les méthodes détaillées utilisant les deux techniques les plus simples de la paralysie pharmacologique et immobilisation rigide agarose.
Les méthodes présentées ici peuvent être utilisés pour mesurer l'activité neuronale et la physiologie des cellules de C. elegans. Nous donnons un exemple de chaque: en utilisant GCaMP pour mesurer la réponse du neurone sensoriel ASJ à un champ électrique externe, et en utilisant cameleon pour mesurer la réponse physiologique au calcium endommagement laser d'un neurone. Ces exemples montrent les avantages et les inconvénients des deux types de fluorophores et d'illustrer ce qui est possible avec le système.