우리는 고정을 위해 국소 조직 접착제를 사용하여 초파리 유충 후각 뉴런에 대한 칼슘 이미징 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 안정성을 향상시켜 신뢰할 수 있는 생체 내 및 생체 외 실험을 용이하게 합니다. 맞춤형 R 스크립트는 칼슘 신호를 분석하여 상세한 신경생리학적 연구를 위한 효율적인 플랫폼을 제공합니다.
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방법 논문
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우리는 고정을 위해 국소 조직 접착제를 사용하여 초파리 유충 후각 뉴런에 대한 칼슘 이미징 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 안정성을 향상시켜 신뢰할 수 있는 생체 내 및 생체 외 실험을 용이하게 합니다. 맞춤형 R 스크립트는 칼슘 신호를 분석하여 상세한 신경생리학적 연구를 위한 효율적인 플랫폼을 제공합니다.
칼슘 이미징은 신경 역학과 뇌 기능을 연구하는 데 중요합니다. 그러나 초파리 유충의 칼슘을 이미징하는 현재의 방법은 모션 아티팩트와 특수 장비 요구 사항으로 인해 어렵습니다. 여기에서는 샘플을 고정하기 위한 국소 조직 접착제를 사용하여 3령 초파리 유충에서 생체 내 및 생체 외 칼슘 이미징을 모두 수행하기 위한 실용적이고 저렴한 방법을 제시합니다. 또한 맞춤형 R 스크립트와 데이터 분석을 위한 프레임워크를 제공하여 다양한 실험 조건에서 칼슘 변화를 쉽게 측정할 수 있습니다. 이 접근법을 사용하여 우리는 최소한의 운동 아티팩트로 한 쌍의 유충 CNS 뉴런에서 칼슘 과도 현상을 성공적으로 기록하여 준비 전반에 걸쳐 재현성을 입증했습니다. 이 방법은 표준 스피닝 디스크 공초점 시스템과 호환되며 DIY 또는 상업용 2광자 설정에 적용할 수 있으므로 다양한 자원을 갖춘 실험실에서 접근할 수 있습니다. 이 접근법은 유충 칼슘 이미징 연구에 대한 접근성을 높일 수 있으며 냄새와 같은 외부 자극과 신경 조절제와 같은 내부 자극의 효과를 모두 조사하는 데 적용될 수 있습니다.
칼슘 이온은 신경 활동을 조절하고 자극에 대한 세포 반응을 유도하는 데 중추적인 역할을 하기 때문에 뉴런의 칼슘 역학을 이해하는 것은 신경 신호 전달과 뇌 기능의 기본 메커니즘을 밝히는 데 중요합니다. 신경 칼슘 역학은 칼슘 이미징을 통해 모니터링할 수 있으며, 이는 초파리 유충을 포함한 광범위한 유기체에 걸쳐 칼슘 매개 신호 전달에 대한 실시간 통찰력을 제공합니다. 초파리 유충은 행동의 기본 회로 기능을 연구하기 위한 강력한 모델 시스템으로 부상하고 있습니다. 그것은 완전한 시냅스 분해능 뇌 커넥톰이 생성된 단 세 가지 유기체 중 하나입니다1. 유충은 전체 뇌 및 단일 뉴런 수준 모두에서 뉴런의 이미징 및 조작을 가능하게 하는 다양한 정교한 도구를 사용할 수 있습니다 2,3.
칼슘 이미징을 통해 초파리 유충 뉴런의 칼슘 역학을 측정하는 능력은 신경과학 연구를 발전시키는 데 매우 중요했습니다4. 칼슘 이미징의 최근 발전으로 유충5의 단일 시냅스 수준에서 칼슘 역학을 자유롭게 움직이는 유충6의 다중 신경기록에 이르기까지 측정할 수 있게 되었습니다. 칼슘 이미징은 전체 유충 4,7,8,9의 자연적인 생리학적 맥락 하에서 칼슘 사건이 포착되는 생체 내에서 수행될 수 있으며, 또는 시뮬레이션된 생리학적 조건10 하에서 보존된 해부된 유충 조직에서 칼슘 사건이 기록되는 생체 외에서 수행될 수 있다. 전반적으로 연구자들은 초파리 유충에서 칼슘 이미징 방법의 다양한 반복을 사용하여 신경 회로, 감각, 학습 및 기억, 행동의 기본 메커니즘을 밝혀냈습니다 8,11,12,13,14,15,16,17 . 그러나 유충 칼슘 이미징 연구는 특수 장비의 필요성과 모션 아티팩트로 인한 데이터 해석 문제로 인해 제한적입니다.
여기에서는 3령 초파리 멜라노가스터 유충의 생체 내 및 생체 외 칼슘 이미징 모두에 대한 비용 효율적이고 쉽게 구현할 수 있는 방법론을 소개합니다. 우리는 억제성 후각 회로뉴런인 Keystone-LN에서 생체 내 칼슘 이미징을 보여주기 위해 전체 유충 준비 내에서, 그리고 생체 외 칼슘 이미징을 보여주기 위해 해부된 유충 뇌에서 칼슘 역학을 이미지화합니다. 전체 유충과 해부된 뇌는 이미징 조건에서 약 10-15분 동안 생존 가능하고 반응성을 유지하므로 샘플당 여러 자극 시험을 획득할 수 있습니다. 조직 생존력을 유지하고 실험적 변동성을 줄이면서 전체 유충 또는 조직 샘플을 고정하는 문제를 해결하기 위해 생체 적합성 시아노아크릴레이트 국소 조직 접착제인 GLUture의 사용을 최적화했습니다.
아가로스 포매 또는 고정과 같은 전통적인 유충 고정 방법과 비교할 때, 이 접착제 기반 접근법은 조직 생존력을 보존하면서 모션 아티팩트를 줄입니다20,21; 2광자 이미징 시스템에 비해 회전 디스크 설정은 계측 비용을 낮추고 자원이 제한된 실험실의 접근성을 향상시킵니다. 마지막으로, 데이터 분석을 위해 맞춤 개발된 R 스크립트와 결합된 간단한 이미징 접근 방식을 설명합니다. 우리의 접근 방식은 유충 칼슘 영상 연구에 대한 접근성을 높일 수 있으며 냄새와 같은 외부 자극과 신경 조절제와 같은 내부 자극의 효과를 모두 조사하는 데 적용될 수 있습니다.
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1. 칼슘 이미징을 위한 3령 초파리 유충 준비
2. 3령 초 파리 유충에 대한 기아 프로토콜(굶주림 대 굶주리지 않은 조건을 테스트하는 경우)
3. 생체 내 칼슘 이미징
참고: 조직 접착제와 관련된 모든 실험은 표준 실험실 안전 관행을 사용하여 수행되어야 합니다. 니트릴 장갑, 실험실 가운, 보안경 또는 안면 보호대를 포함한 개인 보호 장비(PPE)가 필요합니다. 면 장갑은 시아노아크릴레이트와의 발열 반응으로 인해 피해야 합니다. 접착제가 피부, 눈 또는 점막에 닿지 않도록 하십시오. 피부가 접착된 경우 따뜻한 비눗물에 해당 부위를 담그고 부드럽게 분리하십시오. 눈에 노출된 경우 미지근한 물로 ≥5분 동안 헹구고 즉시 의사의 진료를 받으십시오. 접착제는 화상을 입으면 자극적인 연기를 방출할 수 있으므로 화염과 고열에서 멀리 보관해야 합니다. 접착제를 사용하지 않을 때는 습기와 직사광선을 피해 ≤30°C에서 단단히 밀봉된 용기에 담아 보관하십시오.
4. 생체 외 칼슘 이미징
5. 이미징 프로토콜
6. 데이터 처리 및 분석


7. 폐기물 처리 및 오염 제거
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유충 칼슘 이미징 접근법을 입증하기 위해 초파리 유충의 생체 내 및 생체 외 제제 모두에 성공적으로 적용했습니다(그림 2 및 그림 3, 비디오 1, 비디오 2, 비디오 3 및 비디오 4). 우리는 유충 뇌의 단일 Keystone-LN 쌍에서 GCaMP6f 및 Td-Tomato를 발현하는 3령 초파리 유충의 칼슘 역학을 측정했습니다18,19. 비교 측정을 보여주기 위해 우리는 굶주린 유충과 굶주리지 않은 유충의 칼슘 역학을 비교했습니다.
생체 내 제제의 경우, 온전한 유충 전체에서 Keystone-LN...
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여기에서는 3령 초파리 멜라노가스터 유충에서 생체 내 및 생체 외 칼슘 이미징에 대한 접근 방식을 설명합니다. 우리는 초파리 유충의 억제성 국소 뉴런인 Keystone-LN에서 칼슘 역학을 이미지화했습니다. 우리는 전체 유충 제제(생체 내) 및 유충 뇌의 해부된 제제(생체 외)에서 Keystone-LN 칼슘 역학을 측정했습니다(그림 1).
우리는 이전에 소수의 유충에 대해 GCaMP5, GCaMP6s 및 GCaMP6f 간의 정성적 비교를 수행했습니다. 우리는 Keystone-LN을 사용한 실험을 위해 GCaMP6f를 선택했는데, 이는 Keystone-LN에서 강력한 신호, 빠른 동역학 및 자극 연결 칼슘 과도 현상의 안정적인 검출을 제공했기 때문입니다. 그러나 우리는 다른...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
이러한 실험을 위해 연구실의 회전 디스크 공초점 현미경을 사용할 수 있도록 해준 Jeffrey Harper 박사에게 감사드립니다. 우리는 플라이 라인의 선물에 감사드립니다: w; UAS-GCaMP6f/CyO, 울음; 김정환 박사의 UAS-td토마토 . 이 작업은 수상 번호 2341202 및 2129234에 따라 국립 과학 재단의 자금 지원을 받았습니다. 그림 1 은 Biorender를 사용하여 작성되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 플라이 스톡 & 정비 | |||
| 뉴트리플라이 파리 먹이 | 제네시 사이언티브 | 66-112 | |
| UAS-GCaMP6f, tdTomato | JH 김 박사의 기증 및 nbsp; | ||
| w;; 키스톤-갤런4 (GMR27F08-GAL4) | BDSC | 49232 | |
| 기아 프로토콜용 시약 | |||
| 6cm 페트리 접시 | 제네시 사이언티브 | 32-106G | |
| 자당 | 밀리포어 시그마 | S0389-500G | |
| 영상 및 해부 버퍼용 시약 | |||
| 염화칼슘 | J.T. 베이커, 아반토 사이언스 | JT1311-1 | CAS: 1311-01, 500g |
| D-(+)-포도당 | 써모피셔 사이언티브 | A16828.36 | CAS: 50-99-7, 500g |
| HEPES-2-[4-(2-하이드록시에틸)-1-피페라자닐]-에탄설폰산 | J.T. 베이커, 아반토 사이언스 | JT4018-1 | CAS: 4018-01, 100g |
| 염화마그네슘 | VWR | 97064-150 | CAS: 7786-30-3, 100g |
| 염화칼륨 | 써모피셔 사이언티브 | J64189.36 | CAS: 7447-40-7, 500g |
| 소금 | EMD 밀리포어 시그마 | EMD-SX0420-1 | CAS: 7647-14-5, 500g |
| 해부용 도구 및 시약 | |||
| 해부 버퍼 | 구성 문은 본문에 제공된다 | ||
| 올림푸스 페트리 접시, 60 x 15mm 통풍 | 제네시 사이언티브 | 32-105 | |
| 실가르드 184 엘라스토머 베이스 | 전자현미경 과학 | 24236-10A | |
| 실가드 184 엘라스토머 베이스 경화제 | 전자현미경 과학 | 24236-10B | |
| 핀셋 스타일 5, EMS | 전자현미경 과학 | 78320-5 | |
| Vannas 스프링 가위 - 3mm 절단 엣지 | 파인 사이언스 툴즈 | 15000-00 | |
| 영상 및 장착 장비/시약 | |||
| 초점 스캐너 모듈 | 요코가와 | CSU-W1 | 현미경과 연결되어 |
| 영상 버퍼 | 구성 문은 본문에 제공된다 | ||
| 역현미경 | 라이카 마이크로시스템즈 | DMi8 | 회전 디스크 공초점 스캐너 모듈과 CCD 카메라에 연결되어 있습니다 |
| 현미경 커버 유리, 24mm x 50mm, 두께 # 1.5 | 글로브 사이언티픽 주식회사 | 1415-15 | |
| MWI 수의학 GLUTURE 국소 접착제 | 피셔 사이언티브 | NC0632797 | |
| 순수 바셀리 | 월그린스 | 912556 | |
| 공개 자료 링크 | |||
| 바이오렌더 | https://www.biorender.com/ | ||
| 이미지J | NIH | 912556 | https://imagej.net/ij/ |
| 자넬리아 플라이라이트 프로토콜 영상 | https://www.janelia.org/ | https://www.youtube.com/watch?v=UVCPmuu2b6o | |
| 매튜 랩 깃허브 | https://github.com/MathewLab/JoVE-Calcium-imaging |
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