Viene descritto un metodo per l'imaging dei cambiamenti nel potenziale di membrana utilizzando indicatori di tensione geneticamente codificati.
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Viene descritto un metodo per l'imaging dei cambiamenti nel potenziale di membrana utilizzando indicatori di tensione geneticamente codificati.
Gli indicatori di tensione geneticamente codificati (GEVI) sono migliorati al punto che stanno iniziando ad essere utili per le registrazioni in vivo. Mentre l'obiettivo finale è quello di visualizzare l'attività neuronale in vivo, si deve essere in grado di visualizzare l'attività di una singola cellula per garantire il successo delle preparazioni in vivo. Questa procedura descriverà come visualizzare il potenziale di membrana in una singola cellula per fornire una base per l'imaging in vivo. Qui descriviamo i metodi per l'imaging di GEVI costituiti da un dominio di rilevamento del voltaggio fuso a una singola proteina fluorescente (FP) o a due proteine fluorescenti in grado di trasferire energia di risonanza di Förster (FRET) in vitro. L'utilizzo di uno splitter di immagini consente la proiezione simultanea di immagini create da due diverse lunghezze d'onda sulla stessa fotocamera CCD (Charge-Coupled Device). Lo splitter di immagini posiziona un secondo cubo filtro nel percorso della luce. Questo secondo cubo filtrante è costituito da un dicroico e due filtri di emissione per separare le lunghezze d'onda fluorescenti del donatore e dell'accettore a seconda degli FP del GEVI. Questa configurazione consente la registrazione simultanea dei partner fluorescenti accettori e donatori mentre il potenziale di membrana viene manipolato tramite la configurazione del patch clamp per l'intera cellula. Quando si utilizza un GEVI costituito da un singolo FP, il secondo cubo filtro può essere rimosso consentendo agli specchi nello splitter di immagini di proiettare una singola immagine sulla camera CCD.
Il principale obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare l'imaging ottico delle variazioni di potenziali di membrana in vitro utilizzando proteine fluorescenti geneticamente codificate. cambiamenti di imaging del potenziale di membrana offre l'eccitante possibilità di studiare l'attività dei circuiti neuronali. Quando i cambiamenti nella membrana risultato potenziale in un cambiamento intensità di fluorescenza, ogni pixel della telecamera diventa un elettrodo surrogata per misure non intrusivi di attività neuronale. Da oltre quarant'anni, coloranti organici voltaggio-sensibile sono stati utili per osservare i cambiamenti nel potenziale di membrana 1-4. Tuttavia, questi coloranti mancano di specificità cellulare. Inoltre, alcuni tipi di cellule sono difficili da macchiare. indicatori di tensione geneticamente codificati (GeViS) superare queste limitazioni avendo le cellule da studiare specificamente esprimono la sonda fluorescente tensione-sensibili.
Ci sono tre classi di Gevis. La prima classe di GEVI utilizza il vodominio della fosfatasi tensione-sensing ensione-sensing con una singola proteina fluorescente (FP) 5-9 o un paio 10-12 un Förster trasferimento di energia di risonanza (FRET). La seconda classe di sensori utilizza microbica rodopsina come indicatore fluorescente direttamente 13-15 o tramite FRET elettrocromico 16,17. La terza classe utilizza due componenti, il componente genetica essendo un FP membrana ancorata ed un secondo componente essendo una membrana vincolato tempra colorante 18-20. Mentre il secondo e terzo classi sono utili per esperimenti in vitro e fetta 19,20, solo la prima classe di sensori sono attualmente utile per analisi in vivo 6.
In questo rapporto ci sarà dimostrare l'imaging del potenziale di membrana utilizzando la prima classe di Gevis (figura 1) in vitro. Questa prima classe di sensori di tensione è il più facile da passare a imaging in vivo. Dal momento che Gevis utilizing un dominio di rilevamento della tensione fuso ad una FP sono circa 50 volte più luminoso classe rodopsina dei sensori, possono essere ripreso con illuminazione lampada ad arco anziché richiedere un laser estremamente potente. Un'altra conseguenza della disparità di luminosità è che la prima classe di GeViS può facilmente superare l'auto-fluorescenza del cervello. Le sonde rodopsina-based non può. La terza classe di sensore è altrettanto chiaro come la prima classe, ma richiede l'aggiunta di un quencher chimico che è difficile da gestire in vivo.
Noi, quindi, dimostrare l'acquisizione di una sonda con un singolo FP (Bongwoori) 8 e una sonda costituita da una coppia FRET (Nabi 2) 12. Il FRET costruisce in questo rapporto sono versioni farfalla di VSFP-CR (proteine fluorescenti voltaggio-sensibile - Clover-mRuby2) 11 costituito da un donatore fluorescente verde, trifoglio, e un accettore fluorescente rossa, mRuby2, chiamato Nabi 2.242 e 2.244 Nabi

Figura 1. due tipi di indicatori geneticamente codificati tensione (Gevis) Divisori stampati in questo rapporto (A) Un FP mono basato GEVI avere un dominio di tensione-sensing trans-membrana e una proteina fluorescente. (B) Un GEVI basato FRET composto da un dominio di tensione-sensing trans-membrana, un donatore tasto e accettore. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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dichiarazione etica: Il protocollo sperimentazione animale è stato approvato dalla cura degli animali e del Comitato Istituzionale Usa presso KIST protocollo animale 2014-001.
1. Installazione apparecchiature
| Singolo GEVI basato FP (Bongwoori) | FRET coppia GEVI base (Nabi 2.42 e 2.44 Nabi) | ||
| Prima cubo filtro posto nel microscopio | filtro di eccitazione | 472 nm / 30 | 475 nm / 23 |
| specchio dicroico | 495 nm | 495 nm | |
| filtro per le emissioni | 497 nm / passaggio lungo | - | |
| Secondo cubo filtro posto nel divisore di fascio | specchio dicroico | - | |
| filtro per le emissioni 1 | - | 520 nm / 40 | |
| filtro per le emissioni 2 | - | 645 nm / 75 |
Tabella 1. Due filtro differente set utilizzati per una singola GEVI FP base e un FRET Based GeVi Recordings

Figura 2. EquipSetup mento per l'imaging di tensione con GeViS Il workflow seguendo il percorso ottico, (A) lampada ad arco 75W Xenon, (B) la luce di eccitazione dalla lampada ad arco viene filtrato dal filtro di eccitazione e quindi riflessa dal primo specchio dicroico prima che raggiunge il portaoggetti, un inserto in alto a destra mostra l'intera configurazione della cella, (C) la telecamera CCD lenta velocità viene utilizzato per aiutare sia scelta di un morsetto cellulare e patch, (D) della parte di acquisizione dell'immagine; (1) la fotocamera CCD ad alta velocità, (2) lo splitter immagine sia per Fret l'associazione e la mono FP Gevis, (3) la demagnifier per adattare l'immagine sul chip CCD nella telecamera CCD ad alta velocità, (4) il dual port adattatore videocamera di commutare il percorso imaging e (5) la telecamera lenta CCD velocità con elevata risoluzione spaziale per l'identificazione della cella di patch, (e & F) l'acquisizione di immagini con una base singola FP GEVI (e) ed un GEVI FRET-based(F). Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.
2. Espressione dei Gevis
3. Tensione Imaging Protocol
4. Acquisizione dati
Analisi 5. I dati

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato supportato dal programma World Class Institute (WCI) della National Research Foundation of Korea finanziato dal Ministero dell'Istruzione, della Scienza e della Tecnologia della Corea Grant WCI 2009-003 e dal Korea Institute of Science and Technology Institutional Program Project 2E24210. Sungmoo Lee è stata supportata dal Global Ph.D. Fellowship program (NRF-2013H1A2A1033344) della National Research Foundation (NRF) sotto il Ministero dell'Istruzione (MOE, Corea).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Microscopio Invertito | Obiettivo Olympus | IX71 | |
| 60X (apertura numerica = 1,35) | Olympus | UPLSAPO 60XO | |
| Filtro di eccitazione | Semrock | FF02-472/30 | Per l'imaging di tensione della pHluorin super eclittica in Bongwoori |
| Specchio dicroico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro di emissione | Semrock | FF01-497/LP | |
| 75W Lampada ad arco allo xeno | CAIRN | OptoSource | Illuminatore LED e laser sono anche sorgenti luminose efficaci |
| Telecamera CCD a bassa velocità | Hitachi | KP-D20BU | |
| Adattatore per fotocamera a doppia porta | Olympus | U-DPCAD | |
| Telecamera CCD ad alta velocità | RedShirtImaging, LLC | NeuroCCD-SM | |
| Splitter di immagini | CAIRN | Optosplit 2 | |
| Filtro di eccitazione | Semrock | FF01-475/23-25 | Per l'imaging della tensione di GEVI basato su coppie FRET composto da Clover e mRuby2) |
| Specchio dicroico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro di emissione | Chroma | ET520/40 | |
| Specchio dicroico | Semrock | FF560-FDi01-25X36 | |
| Filtro di emissione | Chroma | ET645/75 | |
| Sistema di isolamento dalle vibrazioni | Sistemi cinetici | 250BM-IC, 5702E-3036-31 | |
| Camera di patching | Warner instruments | RC-26G, 64-0235 | |
| #0 Micro Coverglass (22 x 40 mm) | Microscopia elettronica Sciences | 72198-20 | |
| Regolatore di temperatura | Warner instruments | TC-344B | |
| #0 (0,08 ~ 0,13 mm) - vetrino coprioggetti in vetro diametro 10 mm | Ted Pella | 260366 | |
| Agente di lipofezione | Life Technologies | 11668-027 | |
| Reagente fosfato di calcio | Clontech - Takara | 631312 | |
| Amplificatore patch clamp | USB HEKA | EPC 10 | |
| Software di acquisizione dati multicanale | HEKA | Patchmaster | |
| Software di acquisizione e analisi delle immagini | RedShirtImaging | Neuroplex | |
| Software applicativo per fogli di calcolo | Microsoft | Microsoft Excel 2010 | |
| Software | di analisi datiOriginLab | OriginPro 8.6.0 | |
| Lente d'ingrandimento | Qioptiq LINOS | Optem Accoppiatore fotocamera standard 0,38x SC38 J clamp | |
| Microscopio confocale | Nikon | Nikon A1R | |
| Reagente anti-sbiadimento | Life Technologies | P36930 |
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