Prezentujemy metodę analizy elektroretinograficznej (ERG) larw danio pręgowanego z wykorzystaniem technik mikromanipulacji i elektroretinografii. Jest to prosta i nieskomplikowana metoda oznaczania funkcji wzrokowych larw danio pręgowanego in vivo.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Prezentujemy metodę analizy elektroretinograficznej (ERG) larw danio pręgowanego z wykorzystaniem technik mikromanipulacji i elektroretinografii. Jest to prosta i nieskomplikowana metoda oznaczania funkcji wzrokowych larw danio pręgowanego in vivo.
Elektroretinogram (ERG) to nieinwazyjna elektrofizjologiczna metoda określania funkcji siatkówki. Dzięki umieszczeniu elektrody na powierzchni rogówki, aktywność elektryczna generowana w odpowiedzi na światło może być mierzona i wykorzystywana do oceny aktywności komórek siatkówki in vivo. Niniejszy manuskrypt opisuje zastosowanie ERG do pomiaru funkcji wzrokowych u danio pręgowanego. Danio pręgowany od dawna jest wykorzystywany jako model rozwoju kręgowców ze względu na łatwość supresji genów przez oligonukleotydy morfolino i manipulację farmakologiczną. Przy 5-10 dpf w siatkówce larwy funkcjonują tylko czopki. Dlatego danio pręgowany, w przeciwieństwie do innych zwierząt, jest potężnym systemem modelowym do badania funkcji wzrokowych stożków in vivo. Protokół ten wykorzystuje standardowe protokoły znieczulenia, mikromanipulacji i stereomikroskopii, które są powszechne w laboratoriach prowadzących badania nad danio pręgowanym. Przedstawione metody wykorzystują standardowy sprzęt elektrofizjologiczny i kamerę przy słabym oświetleniu, aby pokierować umieszczeniem mikroelektrody rejestrującej na rogówce larwy. Na koniec pokazujemy, w jaki sposób dostępny na rynku stymulator/rejestrator ERG, pierwotnie zaprojektowany do użytku z myszami, można łatwo dostosować do stosowania u danio pręgowanego. ERG larw danio pręgowanego stanowi doskonałą metodę oznaczania funkcji wzrokowych stożka u zwierząt, które zostały zmodyfikowane przez wstrzyknięcie morfoligonukleotydów, a także nowsze techniki inżynierii genomu, takie jak nukleazy palca cynkowego (ZFN), nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALEN) i zgrupowane regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne (CRISPR) / Cas9, z których wszystkie znacznie zwiększyły wydajność i skuteczność celowania w geny u danio pręgowanego. Ponadto wykorzystujemy zdolność środków farmakologicznych do penetracji larw danio pręgowanego, aby ocenić składniki molekularne, które przyczyniają się do fotoreakcji. Protokół ten określa konfigurację, która może być modyfikowana i wykorzystywana przez badaczy mających różne cele eksperymentalne.
Elektroretinogram (ERG) to nieinwazyjna metoda elektrofizjologiczna, która była szeroko stosowana w klinice do określania funkcji siatkówki u ludzi. Aktywność elektryczną w odpowiedzi na bodziec świetlny mierzy się poprzez umieszczenie elektrod rejestrujących na zewnętrznej powierzchni rogówki. Charakterystyka paradygmatu bodźca i przebiegu odpowiedzi definiują neurony siatkówki przyczyniające się do odpowiedzi. Metoda ta została dostosowana do stosowania z wieloma modelami zwierzęcymi, w tym myszami i danio pręgowanymi. Typowa odpowiedź ERG kręgowców składa się z czterech głównych elementów: załamka a, która jest ujemnym potencjałem rogówki pochodzącym z aktywności komórek fotoreceptorów; załamek b, potencjał rogówkowo-dodatni pochodzący z komórek dwubiegunowych ON; załamek d, potencjał rogówkowo-dodatni interpretowany jako aktywność komórek dwubiegunowych OFF; oraz załamek c, który występuje kilka sekund po załamku b i odzwierciedla aktywność gleju Müllera i nabłonka barwnikowego siatkówki1-4. Dodatkowymi źródłami do zrozumienia historii i zasad analizy ERG u ludzi i zwierząt modelowych są podręcznik online Webvision z University of Utah oraz teksty takie jak Principles and Practice of Clinical Electrophysiology of Vision 4,5.
Daniorerio (danio pręgowany) od dawna jest preferowany jako model rozwoju kręgowców, ze względu na jego szybkie dojrzewanie i przezroczystość, co pozwala na nieinwazyjną analizę morfologiczną układów narządów, testy behawioralne oraz zarówno do przodu, jak i do tyłu genetyczne badania przesiewowe (dla przeglądu, zobacz Fadool i Dowling6). Larwy danio pręgowanego są bardzo podatne na manipulacje genetyczne i farmakologiczne, co w połączeniu z ich wysoką płodnością czyni je doskonałym modelem zwierzęcym do wysokoprzepustowych analiz biologicznych. Wyższy stosunek czopków do pręcików u larw danio pręgowanego – około 1:1 w porównaniu z myszami (~3% czopków) – sprawia, że są one szczególnie przydatne do badania funkcji czopków7-9.
W siatkówce kręgowców czopki rozwijają się przed pręcikami10. Co ciekawe, szyszki danio pręgowanego działają już po 4 dpf, co pozwala na selektywną analizę elektrofizjologiczną czopków na tym etapie 6,11,12. Natomiast odpowiedzi ERG w pręcikach pojawiają się między 11 a 21 dpf13. Dlatego larwy danio pręgowanego w stężeniu 4-7 dpf służą funkcjonalnie jako siatkówka w całości stożkowa. Jednak natywna odpowiedź fotobowa ERG larw 4-7 dpf jest zdominowana przez załamek b. Stosowanie środków farmakologicznych, takich jak kwas L-(+)-2-amino-4-fosfono-masłowy (L-AP4), agonista receptora metabotropowego glutaminianu (mGluR6) ulegającego ekspresji przez komórki dwubiegunowe ON, skutecznie blokuje wytwarzanie załamka b i ujawnia izolowany potencjał receptora masy czopka ("fala a")14-17.
Tutaj opisujemy prostą i niezawodną metodę analizy ERG przy użyciu dostępnego na rynku sprzętu ERG przeznaczonego do użytku z myszami, które zostały przystosowane do stosowania z larwami danio pręgowanego. System ten może być stosowany na larwach danio pręgowanego o różnym pochodzeniu genetycznym, a także na tych leczonych środkami farmakologicznymi, aby pomóc naukowcom w identyfikacji szlaków sygnałowych, które przyczyniają się do wrażliwości wzrokowej i adaptacji światła16. Procedury eksperymentalne przedstawione w tym protokole poprowadzą badaczy w korzystaniu z analizy ERG w celu udzielenia odpowiedzi na różne pytania biologiczne dotyczące widzenia i zademonstrują konstrukcję elastycznej konfiguracji ERG.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Utrzymanie zwierząt i protokoły eksperymentalne zostały zatwierdzone przez Instytucjonalne Komitety ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill i spełniają wszystkie wymagania Biura Dobrostanu Zwierząt Laboratoryjnych NIH oraz Stowarzyszenia Oceny i Akredytacji Międzynarodowej Opieki nad Zwierzętami Laboratoryjnymi.
UWAGA: Aby uzyskać larwy do analizy ERG, wykorzystano opublikowane protokoły standardowej hodowli i utrzymania danio pręgowanego18. Larwy są pozyskiwane w wyniku naturalnej hodowli i trzymane w 14-godzinnym cyklu światła / 10-godzinnym cyklu ciemności. Protokół ten został zoptymalizowany dla larw w 5-7 dniu po zapłodnieniu (dpf), ale idealnie mógłby być wykonywany na starszych rybach z niewielkimi modyfikacjami procedury. W tym przypadku użyj szczepu TL larw danio pręgowanego typu dzikiego w temperaturze 5 dpf.
1. Produkcja mikropipet
| ciśnienie | upał | ciągnąć | prędkość | Godzina |
| 500 | 560 | - | Rozdział 30 | 200 |
| 500 | 450 | - | Rozdział 30 | 200 |
| 500 | 410 | 55 | Rozdział 40 | 200 |
Tabela 1: Program do produkcji mikropipet za pomocą flamingowego/brązowego ściągacza do mikropipet P-97 wyposażonego w żarnik grzewczy w pudełku. Mikropipety są wykonane z polerowanych ogniowo kapilar ze szkła borokrzemianowego o wymiarach 1,5 x 1,0mm2 (średnica zewnętrzna na średnicę wewnętrzna) z żarnikiem (temperatura topnienia, 821 °C).
2. Przygotowanie bufora
| Zawartość NaCl | 1,25 mln |
| Kcl | 26 mM |
| CaCl2 | 25 mM |
| MgCl2 | 10 mM |
| glukoza | 100 mM |
| HEPESY | 100 mM |
Tabela 2: Przygotowanie 10x roztworu Ringera dla złotej rybki.
3. Platforma elektroretinogramu
4. Przygotowanie gąbki
5. Przygotowanie elektrody
UWAGA: Konfiguracja danio pręgowanego składa się z elektrody referencyjnej stykającej się z nasączoną roztworem gąbką PVA Ringera oraz elektrody rejestrującej stykającej się z rogówką. Elektroda referencyjna składa się z osadu Ag/AgCl. Elektroda rejestrująca jest ciągnioną szklaną mikropipetą wypełnioną roztworem Ringera i trzymaną przez uchwyt mikroelektrody zawierający drut Ag.
6. Analiza elektroretinogramu
UWAGA: Ze względu na dominację czopków w siatkówce larwalnej, wysokiej jakości wyniki ERG można uzyskać, gdy przygotowania do rejestracji są wykonywane przy niskich poziomach pośredniego światła białego (<1 luks) lub przy krótkich okresach (<1 min) światła roboczego o większej intensywności (≤250 luksów). Przed nagraniem wymagany jest jeszcze krótki okres adaptacji do ciemności (patrz krok 6.7). Jednak eksperymenty można przeprowadzać w słabym świetle czerwonym lub podczerwonym za pomocą kamery czułej na podczerwień. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono w wysterylizowanej filtrem (0,22 μm) wodzie systemowej z UNC Zebrafish AquaCulture Facility, ale można użyć alternatywnych pożywek dla zarodków.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zazwyczaj ERG rejestruje się u larw zebrafish w 5 dpf, ponieważ liczne badania opublikowały zapisy ERG na tym etapie rozwoju9,16,20. Odpowiedzi larwalne mierzono w warunkach adaptacji do ciemności, bez oświetlenia tła, stosując 20 msec bodziec białego światła LED. Wykorzystano dostępny komercyjnie system ERG składający się ze stymulatora światła Ganzfelda oraz kontrolera/rejestratora komputerowego. Stymulator wykorzystuje ściśle kontrolowany, zastrzeżony system modulacji szerokości impulsu (PWM) do ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym protokole szczegółowo opisano prostą procedurę rejestracji ERG larw danio pręgowanego. Procedura ta pozwala na szybkie i kompleksowe oznaczenie funkcji wzrokowych. W trakcie procedury należy pamiętać o kilku krytycznych krokach. Larwy danio pręgowanego powinny być zdrowe przed eksperymentem, aby zapobiec śmierci podczas potencjalnego leczenia farmakologicznego i zapewnić przedłużone źródło utrzymania podczas zapisów ERG. Ponadto ważne jest, aby larwy wykorzystywane w eksperymentach były ściśle dopasowane do wieku. ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Dziękujemy członkom UNC Zebrafish Aquaculture za utrzymanie danio pręgowanego. Chcielibyśmy również podziękować firmie Diagnosys, LLC za pomoc w konfiguracji aparatury ERG. Dodatkowe podziękowania kierujemy do dr Portii McCoy i laboratorium dr Bena Philpota za pomoc w metodach elektrofizjologicznych. Pragniemy również podziękować Lizzy Griffiths za ilustrację przedstawiającą larwę danio pręgowanego. Praca ta była wspierana przez National Institutes of Health Award F32 EY022279 (dla J.D.C) i R21 EY019758 (dla E.R.W).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Klatka Faradaya | 80/20 Inc | na zamówienie | Specjalnie zaprojektowany aluminiowy "Przemysłowy zestaw montażowy" do ramy klatki |
| Gąbka PVA | Amazon | B000ZOWG1C | Zapewnia miękką, wilgotną platformę do umieszczania larw danio pręgowanego |
| 150 ml Sterylne systemy filtracyjne | Corning | 431154 | Rozwiązania filtrujące zapobiegające blokowaniu mikropipet przez małe przeguby |
| Espion E2 | Diagnosys, Sp. z o.o | kontakt | Modułowy system elektrofizjologiczny zdolny do generowania bodźców wizualnych dla dowolnego stymulatora oraz cyfrowego zapisu i analizy odpowiedzi za pomocą zastrzeżonego oprogramowania, więcej informacji na stronie http://www.diagnosysllc.com |
| Colordome | Diagnosys, LLC | kontakt | Stymulator światła z diodami LED RGB i ksenonowymi źródłami światła dla Ganzfeld ERG, więcej informacji na stronie http://www.diagnosysllc.com |
| Mikromanipulator | Drummond | 3-000-024-R | Trzymanie i pozycjonowanie mikroelektrody rejestrującej |
| Magnetyczny stojak pierścieniowy | Drummond | 3-000-025-MB | Trzymanie i pozycjonowanie kamery i elektrody refrencyjnej |
| Przedłużacze ołowiu | Grass Technologies | F-LX | Zapasowe żeńskie na męskie 1,5 mm do podłączenia elektrod |
| Męski Pin na żeński SAFELEAD Adapter | Grass Technologies | DF-215/10 | Podłączanie pinów 2 mm do kołków 1,5 wezgłowia |
| Rama ekranu okiennego (metalowa) i wielowypust | Lowes lub Home Depot | różne | Do mocowania siatki miedzianej do ramy klatki Faradaya |
| Filtry Steriflip 50 ml | Millipore | SCGP00525 | Rozwiązania filtrujące zapobiegające blokowaniu mikropipet przez małe przeguby |
| Adapter BNC | Monoprice | 4127 | Podłączanie kamery do BNC |
| BNC | Monoprice | 626 | Podłączanie kamery do adaptera wideo |
| Obiektyw kamery | Navitar | 1582232 | Wizualizacja położenia mikroelektrody rejestrującej na rogówce larwy |
| Łącznik kamery | Navitar | 1501149 | Wizualizacja położenia mikroelektrody rejestrującej na rogówce larwy |
| Luna BNC na VGA + HDMI Konwerter | Sewell | SW-29297-PRO | Przejściówka BNC na VGA pozwalająca na projekcję obrazu z kamery na monitorze komputera |
| APB | Sigma | A1910 | Agonista mGluR6, blokuje falę b pozwalającą na analizę potencjału izolowanego receptora masy stożka |
| Szkło borokrzemianowe | Sutter | BF-150-86-10 | Szkło borokrzemianowe polerowane ogniowo (temperatura pomiaru = 821° C) o wymiarach filamentu 1,5mm x 0,86 mm (średnica zewnętrzna na średnicę wewnętrzna) |
| P97 Flaming/Brown puller | Sutter | P97 | Do wyciągania szklanych mikropipet |
| Arkusz sorbotanu | Thorlabs | SB12A | Syntetyczny lepkosprężysty polimer uretanowy, umieszczony pod pasywnymi mocowaniami izolacyjnymi i platformą ERG w celu amortyzacji wstrząsów i zapobiegania ślizganiu się, może być przycięty na wymiar |
| Płytka do krojenia chleba | Thorlabs | B2436F | Płyta izolująca drgania do stymulatora ERG i próbki |
| danio pręgowanegoPasywne mocowania izolacyjne | Thorlabs | PWA074 | Zapewnia izolację drgań na płytce stykowej |
| Siatka miedziana | TWP | 022X022C0150W36T | Do linii Faraday Cage |
| Pompa pipetowa | VWR | 53502-233 | Używana z pipetami Pasteura do ostrożnego przenoszenia larw danio pręgowanego |
| Pipety Pasteura | VWR | 14672-608 | Używana z pompą do pipet do ostrożnego przenoszenia larw danio pręgowanego |
| Kamera | Watec | WAT-902B | Wizualizacja położenia mikroelektrody rejestrującej na rogówce larwy |
| Tricaine (MS-222) | Western Chemical | Tricaine-S | Znieczulenie klasy farmaceutycznej, |
| Micro-fil | WPI | MF28G-5 | Napełnianie uchwytu mikroelektrody i szkła mikroelektrody |
| Uchwyt mikroelektrody | WPI | MEH2SW15 | Trzyma szklaną mikroelektrodę, łączy się ze sprzętem ERG |
| Elektroda referencyjna | WPI | DRIREF-5SH | Ostrożnie oderwij ostatni centymetr obudowy, aby odprowadzić elektrolit i odsłonić spiekaną elektrodę peletową Ag / AgCl |
| Elektroda referencyjna (alternatywa) | WPI | EP1 | Alternatywa dla DRIREF-5SH. Elektroda Ag/AgCl, którą należy okablować/do przewodu połączeniowego |
| o niskim poziomie szumów do uchwytu mikroelektrody | WPI | 13620 | Podłączanie uchwytu mikroelektrody do nagrywania do adaptera/wezgłowia |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.