דווח כאן על מערכת להדמיית סידן בדלקת אלגנס המתנהגת באופן חופשי עם רטט מבוקר היטב, שאינו לוקלי. מערכת זו מאפשרת לחוקרים לעורר תנודות לא-לוקליות בעלות תכונות מבוקרות היטב בתזוזה בקנה מידה ננומטרי ולכמת זרמי סידן במהלך תגובות של C. elegans לתנודות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
דווח כאן על מערכת להדמיית סידן בדלקת אלגנס המתנהגת באופן חופשי עם רטט מבוקר היטב, שאינו לוקלי. מערכת זו מאפשרת לחוקרים לעורר תנודות לא-לוקליות בעלות תכונות מבוקרות היטב בתזוזה בקנה מידה ננומטרי ולכמת זרמי סידן במהלך תגובות של C. elegans לתנודות.
כוחות מכניים לא-לוקליים, כגון תנודות וגלים אקוסטיים, משפיעים על מגוון רחב של תהליכים ביולוגיים מהתפתחות ועד הומאוסטזיס. בעלי חיים מתמודדים עם גירויים אלה על ידי שינוי התנהגותם. הבנת המנגנונים העומדים בבסיס שינוי התנהגותי כזה דורשת כימות של הפעילות העצבית במהלך התנהגות העניין. כאן, אנו מדווחים על שיטה להדמיית סידן בהתנהגות חופשית של Caenorhabditis elegans עם רטט לא-לוקלי של תדירות, תזוזה ומשך ספציפיים. שיטה זו מאפשרת ייצור של רטט מבוקר היטב, לא-לוקליזציה באמצעות מתמר אקוסטי וכימות של תגובות סידן מעוררות ברזולוציה של תא יחיד. כהוכחה עקרונית, מודגמת תגובת הסידן של אינטרנורון יחיד, AVA, במהלך תגובת הבריחה של C. elegans לרטט. מערכת זו תאפשר הבנה של מנגנונים עצביים העומדים בבסיס התגובות ההתנהגותיות לגירויים מכניים.
בעלי חיים נחשפים לעתים קרובות לגירויים מכניים לא לוקליים כגון תנודות או גלים אקוסטיים 1,2. מכיוון שגירויים אלה משפיעים על הומאוסטזיס, התפתחות ורבייה, בעלי חיים חייבים לשנות את התנהגותם כדי להתמודד איתם 3,4,5. עם זאת, המעגלים העצביים והמנגנונים העומדים בבסיס שינוי התנהגותי כזה אינם מובנים היטב.
התנהגות מכנית בנמטודה, Caenorhabditis elegans, היא פרדיגמה התנהגותית פשוטה, שבה תולעים בדרך כלל משנות התנהגות מתנועה קדימה לתגובת בריחה לאחור כאשר הן נתקלות ברטט לא לוקלי6. המעגל העצבי העומד בבסיס התנהגות זו מורכב בעיקר מחמישה נוירונים חושיים, ארבעה זוגות של אינטרנורונים ומספר סוגים של נוירונים מוטוריים 7,8. בנוסף, תולעים רגילות לגירויים מכניים כאלה לאחר אימון מרווח הכולל גירוי חוזרונשנה 9,10,11. לכן, תגובה התנהגותית פשוטה זו מהווה מערכת אידיאלית לחקר מנגנונים עצביים העומדים בבסיס הן התנהגות מעוררת רטט לא-לוקליזציה והן זיכרון. מודגם פרוטוקול להדמיית סידן בתולעים המתנהגות בחופשיות בהשפעת תנודות לא לוקליות. בהשוואה למערכות שדווחו בעבר, מערכת זו פשוטה בכך שהיא אינה דורשת מצלמה נוספת למעקב; עם זאת, הוא מאפשר לנו לשנות את התדירות, התזוזה והמשך של רטט לא-לוקלי. מאחר שהפעלת האינטרנורונים של ה-AVA גורמת לתגובת הבריחה לאחור, תולעים המבטאות במשותף את GCaMP, מחוון סידן, ו-TagRFP, חלבון פלואורסצנטי חסר רגישות לסידן, תחת שליטתו של מקדם ספציפי ל-AVA שימשו כדוגמה (ראו טבלת חומרים לפרטים). הפרוטוקול מדגים את ההפעלה של נוירוני AVA כאשר תולעת עוברת מתנועה קדימה לתנועה לאחור. פרוטוקול זה מאפשר להבין את מנגנון המעגל העצבי העומד בבסיס ההתנהגות המכנוזנסורית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. גידול תולעים עד הדמיית סידן
2. הגדרת חומרה
3. הגדרת תוכנה להדמיית סידן
4. הכנת תולעים להדמיית סידן
5. הדמיית סידן תחת שליטה של תכונות רטט ספציפיות
6. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כאן, תולעת המבטאת הן GCaMP והן TagRFP תחת שליטה של מקדם ספציפי ל- AVA interneuron משמשת כדוגמה להדמיית סידן ב- C. elegans המתנהגים בחופשיות. נתוני ערוץ GCaMP ו-TagRFP התקבלו כסדרה של תמונות, שחלקן מוצגות באיור 6 כסרט (סרט משלים 1). גם התזוזה של לוחית הפטרי המושרה על-ידי מערכת הרטט הלא-לוקלית שלנו (איור 7) כומתה. ניתן לשלוט בתזוזה על-ידי הגדרת ערך המשרעת בתוכנה לבקרת רעידות (איור 3B) ובמתאם עוצמת הקו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באופן כללי, כימות הפעילות העצבית דורש הכנסת בדיקה ו/או ריסון על תנועת גוף בעלי החיים. עם זאת, עבור מחקרים על התנהגות מכנית, ההקדמה הפולשנית של בדיקה ומעצורים עצמם מהווים גירויים מכניים. C. elegans מספק מערכת לעקיפת בעיות אלה, משום שתכונותיו שקופות ומשום שיש לו מעגל עצבי פשוט וקומפקטי הכולל רק 302 נוירונים. שילוב של יתרונות אלה עם השיטה שפותחה בעבר של גירוי תנודות לא-לוקליות של תזוזה ננומטרית13, המומחשת כאן היא שיטה להדמיית סידן לא פולשנית של C. elegans חסרי מעצורים המגיבים לרטט מ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
אנו מודים למרכז הגנטיקה של Caenorhabditis על אספקת הזנים המשמשים במחקר זה. פרסום זה נתמך על ידי JSPS KAKENHI מענק-סיוע למחקר מדעי (B) (מענק מס' JP18H02483), על תחומים חדשניים "מדע הרובוט הרך" פרויקט (מענק מס' JP18H05474), ראש הממשלה מהסוכנות היפנית למחקר ופיתוח רפואי (מענק מספר 19gm6110022h001), וקרן שימאדזו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Data anaylsis software | |||
| DualViewImaging.nb | מחבר | לניתוח נתונים שנרכשו | |
| Mathematica12 | Wolfram | להפעלת תוכנת ניתוח נתונים DualViewImaging | |
| Escherichia coli ו-C. elegans זנים | |||
| E. coli OP50 | Caenorhabditis Genetics Center | OP50 | מזון עבור C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B. |
| lite-1(ce314) זן | Caenorhabditis Genetics Center | KG1180 | מוטנט לא רגיש לאור |
| lite-1(ce314) זן המבטא NLS-GCaMP-NLS ו-TagRFP בשליטת מחבר המקדם הספציפי | של AVA ST12 | lite-1(ce314) מוטציה הנושאת את הגנים המבטאים NLS-GCaMP5G-NLS (NLS; אות לוקליזציה גרעינית) ו-TagRFP בשליטת flp-18 מקדם כמערכים חוץ-כורומוזומליים | |
| <חזק>לייזר דופלר ויברומטר | |||
| Lase דופלר ויברומטר | פוליטק יפן | IVS-500 | לכימות תדר ותזוזה שנוצרו על ידי מערכת המאקרו של מתמר אקוסטי |
| עכבר Assay.txt | |||
| מחבר | סקריפט לשליטה זמנית ומיוחדת עכבר cursol ב Windows | ||
| HiMacroEx | וקטור | https://www.vector.co.jp/download/file/winnt/util/fh667310.html | תוכנה להורדה בחינם לשליטה בסמן העכבר המבוסס על סקריפט |
| Nematode גידול מדיה צלחת < / חזק > | |||
| אגר מטוהר אבקה | Nakarai tesque | 01162-15 | עבור הכנת צלחות NGM |
| בקטו פפטון | בקטון דיקינסון | 211677 | להכנת פלטות NGM |
| סידן כלוריד | וואקו | 036-00485 | להכנת צלחות NGM |
| כולסטרול | וואקו | 034-03002 | להכנת פלטות NGM |
| di-Photassium hydrogenphosphate | Nakarai tesque | 28727-95 | להכנת פלטות NGM |
| מרק LB, Lennox | Nakarai tesque | 20066-95 | לתרבית של E. coli OP50 |
| מגנזיום גופרתי נטול מים | TGI | M1890 | להכנת לוחות NGM |
| אשלגן דיהידרוגנפוספט | Nakarai tesque | 28720-65 | להכנת צלחות NGM |
| נתרן כלורי | Nakarai tesque | 31320-05 | להכנת לוחות NGM |
| צלחות פטרי (60 מ"מ) | Nunc | 150270 | להכנת צלחות NGM |
| <חזק>מכשיר רטט לא מקומי | |||
| מגבר | LEPY | LP-A7USB | לגירוי עם רטט נשלט |
| מתמר אקוסטי | MinebeaMitsumi | LVC25 | לגירוי עם רטט נשלט |
| WaveGene Ver. 1.5 | לשגשג | http://efu.jp.net/soft/wg/down_wg.html | תוכנה להורדה בחינם לשליטה ברטט מאפיין |
| <חזק>לא פולשני סידן הדמיה | |||
| 2 ערוצים benchtop 3 פאזי ללא מברשות DC סרוו | בקר Thorlabs | BBD202 | בקר תואם עבור MLS203-1 שלבים |
| 479/585 ננומטר BrightLine מסנן פס פס כפול | Semrock | FF01-479/585-25 | לרכישת תמונות שני ערוצים (GCaMP ו-TagRFP) |
| 505/606 ננומטר BrightLine מפצל אלומה דיכרואי סטנדרטי אפי-פלואורסצנטי כפול קצה | Semrock | FF505/606-Di01-25x36 | לרכישת תמונות דו-ערוציות (GCaMP ו-TagRFP) |
| 512/25 ננומטר מסנן פס פס יחיד של BrightLine | Semrock | FF01-512/25-25 | לרכישת תמונות דו-ערוציות (GCaMP ו-TagRFP) |
| 630/92 ננומטר BrightLine מסנן פס פס יחיד | Semrock | FF01-630/92-25 | לרכישת תמונות דו-ערוציות (GCaMP ו-TagRFP) |
| מחשב | Dell | Precision T7600 | Windows7 עם מעבד Intel Xeon ES-2630 ו-8 GB של זיכרון RAM |
| ממונע x-y במהירות גבוהה | Thorlabs | MLS203-1 | שלב סריקת XY מהיר |
| אופטיקה פיצול תמונה | Hamamatsu photonics | A12801-01 | לרכישת תמונות דו-ערוציות (GCaMP ו-TagRFP) שנוצרו על ידי W-VIEW GEMINI אופטיקה לפיצול תמונה |
| מקור אור LED CoolLED | pE-4000 | להפקת אור עירור של 470 ננומטר ו-560 ננומטר | |
| מיקרוסקופ | מצלמת אולימפוס | MVX10 | |
| sCMOS אנדור | זילה | ||
| x 2 עדשת אובייקט | אולימפוס | MVPLAPO2XC | מרחק עבודה 20 מ"מ ומספרי צמצם 0.5 |
| <חזק>פלסמיד | |||
| pKDK66 | מחבר | pKDK66 | סמן הזרקה משותפת |
| pTAK83 מחבר פלסמיד | pTAK83 | פלסמיד לביטוי של TagRFP בשליטת מקדם flp-18 מחבר | |
| פלסמיד pTAK144 | pTAK144 | פלסמיד לביטוי NLS-GCaMP5G-NLS בשליטת flp-18 promoter | |
| Tracking software | |||
| homingback.vi | קובץ | SubVi למעקב אחר נקודה פלואורסנטית של תולעת באמצעות בקרת משוב של מצלמת sCMOS ושלב ממונע x-y | |
| LabVIEW | מכשירים | להפעלת תוכנת מעקב | |
| Zyla Control ver.2.6CI.vi | מחבר | למעקב אחר נקודת פלואורסנט של תולעת באמצעות בקרת משוב של מצלמת sCMOS ושלב ממונע xy |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.