Kijanki Xenopus oferują unikalną platformę do badania funkcji układu nerwowego in vivo. Opisano metodologie oceny przetwarzania informacji węchowych u żywych larw Xenopus w normalnych warunkach chowu lub po urazie.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Kijanki Xenopus oferują unikalną platformę do badania funkcji układu nerwowego in vivo. Opisano metodologie oceny przetwarzania informacji węchowych u żywych larw Xenopus w normalnych warunkach chowu lub po urazie.
Kijanki Xenopus oferują unikalną platformę do badania funkcji układu nerwowego. Zapewniają one wiele korzyści eksperymentalnych, takich jak dostęp do wielu metod obrazowania, technik elektrofizjologicznych i testów behawioralnych. Układ węchowy kijanki Xenopus jest szczególnie dobrze przystosowany do badania funkcji synaps powstałych podczas normalnego rozwoju lub zreformowanych po urazie. W tym miejscu opisujemy metodologie oceny przetwarzania informacji węchowych u żywych larw Xenopus. Przedstawiamy połączenie pomiarów in vivo presynaptycznych odpowiedzi wapniowych w kłębuszkach nerkowych opuszki węchowej z testami zachowania sterowanymi węchem. Metody można łączyć z przecięciem nerwów węchowych w celu zbadania ponownego okablowania połączeń synaptycznych. Eksperymenty przedstawiono na zwierzętach zarówno typu dzikiego, jak i modyfikowanych genetycznie wykazujących ekspresję reporterów GFP w komórkach ośrodkowego układu nerwowego. Zastosowanie opisanych podejść do genetycznie zmodyfikowanych kijanek może być przydatne do rozwikłania zasad molekularnych, które definiują zachowanie kręgowców.
Kijanki Xenopus stanowią doskonały model zwierzęcy do badania normalnej funkcji układu nerwowego. Przezroczystość, w pełni zsekwencjonowany genom1,2, oraz dostępność do technik chirurgicznych, elektrofizjologicznych i obrazowania to unikalne właściwości larw Xenopus, które pozwalają badać funkcje neuronalne in vivo3. Niektóre z wielu możliwości eksperymentalnych tego modelu zwierzęcego są zilustrowane przez dokładne badania przeprowadzone na systemach sensorycznych i motorycznych kijanki4,5,6. Szczególnie dobrze nadającym się obwodem neuronalnym do badania wielu aspektów przetwarzania informacji na poziomie synaps jest system węchowy kijanki Xenopus7. Po pierwsze, jego łączność synaptyczna jest dobrze zdefiniowana: neurony receptorów węchowych (ORN) rzutują na opuszkę węchową i nawiązują kontakty synaptyczne z dendrytami komórek mitralnych / kępkowych w kłębuszkach nerkowych w celu wygenerowania map zapachowych. Po drugie, jego ORN są stale generowane przez neurogenezę przez całe życie, aby utrzymać funkcjonalność szlaków węchowych8. I po trzecie, ponieważ układ węchowy wykazuje duże zdolności regeneracyjne, kijanki Xenopus są w stanie całkowicie zreformować swoją opuszkę węchową po ablacji9.
W tym artykule opisujemy podejścia łączące obrazowanie kłębuszków węchowych u żywych kijanek z eksperymentami behawioralnymi w celu zbadania funkcjonalności szlaków węchowych. Opisane tutaj metody zostały wykorzystane do zbadania funkcjonalnego odzyskiwania połączenia kłębuszkowego w opuszce węchowej po transsekcji nerwu węchowego10. Dane uzyskane w kijankach Xenopus są reprezentatywne dla kręgowców, ponieważ przetwarzanie węchowe jest ewolucyjnie zachowane.
Opisane metody są zilustrowane przy użyciu X. tropicalis, ale można je łatwo zaimplementować w X. Laevis. Pomimo większych rozmiarów dorosłego osobnika X. laevis, oba gatunki są niezwykle podobne w stadiach kijanki. Główne różnice występują na poziomie genomu. X. laevis wykazuje słabą podatność genetyczną, determinowaną głównie przez genom allotetraploidalny i długi czas generacji (około 1 roku). Natomiast X. tropicalis jest bardziej podatny na modyfikacje genetyczne ze względu na krótszy czas generacji (5-8 miesięcy) i diploidalny genom. Reprezentatywne doświadczenia zilustrowano dla zwierząt typu dzikiego i trzech różnych linii transgenicznych: Hb9:GFP (X. tropicalis), NBT:GFP (X. tropicalis) i tubb2:GFP (X. laevis).
Metodologie przedstawione w obecnej pracy powinny być brane pod uwagę równolegle z postępem genetycznym w dziedzinie Xenopus. Prostota i łatwa implementacja przedstawionych technik sprawia, że są one szczególnie przydatne do oceny już opisanych mutantów11, a także linii Xenopus generowanych przez technologię CRISPR-Cas912. Opisujemy również zabieg chirurgiczny stosowany do transektu nerwów węchowych, który może być wdrożony w każdym laboratorium mającym dostęp do kijanek Xenopus. Podejścia stosowane do oceny presynaptycznych odpowiedzi wapniowych i zachowań sterowanych węchem wymagają specjalnego sprzętu, aczkolwiek dostępnego po umiarkowanych kosztach. Metodologie są przedstawione w prostej formie, aby promować ich stosowanie w grupach badawczych i mogą stanowić podstawę dla bardziej złożonych testów poprzez wdrażanie ulepszeń lub powiązanie z innymi technikami, tj. podejściami histologicznymi lub genetycznymi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez komisję etyki badań nad zwierzętami na Uniwersytecie w Barcelonie.
UWAGA: Kijanki X. tropicalis i X. laevis są hodowane zgodnie ze standardowymi metodami13,14. Wodę dla kijanek przygotowuje się poprzez dodanie soli komercyjnych (patrz Tabela materiałów) do wody uzyskanej metodą odwróconej osmozy. Przewodność jest dostosowana do poziomu odpowiednio ∼700 µS dla kijanek X. tropicalis oraz ∼1,400 µS dla kijanek X. laevis. Larwy można uzyskać drogą naturalnego kojarzenia lub poprzez zapłodnienie in vitro14. Embriony są oczyszczane z galaretki za pomocą 2% L-cysteiny przygotowanej w 0,1x roztworze Marc's Modified Ringers (MMR). 1x MMR zawiera (w mM): 100 NaCl, 2 KCl, 1 MgSO4, 2 CaCl2, 5 HEPES, 0,1 EDTA, pH 7,8. Po 2–3 dniach (stadium 25) larwy przenosi się do zbiorników o pojemności 2 L z wodą dla kijanek. Gdy kijanki osiągną stadium 40 według kryteriów Nieuwkoop-Faber (NF)15, są umieszczane w zbiornikach 5 L i utrzymywane w zagęszczeniu 10 zwierząt/L. Temperaturę utrzymuje się na stałym poziomie odpowiednio 23–25 °C dla kijanek X. tropicalis oraz 18–20 °C dla kijanek X. laevis. Do eksperymentów wykorzystuje się zwierzęta znajdujące się w stadiach 48–52 według kryteriów NF.
1. Przecięcie nerwów węchowych
2. Znakowanie neuronów receptorowych węchowych fluorescencyjnymi wskaźnikami wapnia
3. Przygotowanie kijanek do obrazowania na żywo odpowiedzi presynaptycznych
4. Obrazowanie na żywo zmian stężenia Ca2+ w zakończeniach presynaptycznych w kłębuszkach węchowych
UWAGA: Procedura obrazowania została opisana dla mikroskopii szerokopolowej, ale można ją łatwo dostosować do mikroskopu konfokalnego poprzez zmianę ustawień akwizycji. Obrazowanie należy przeprowadzać przy użyciu mikroskopu pionowego zamontowanego na stole antywibracyjnym.
5. Test zachowania kierowanego węchem
UWAGA: Schematyczny rysunek układu do przeprowadzenia analizy przedstawiono na Rysunku 3.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszej pracy przedstawiamy połączenie dwóch komplementarnych podejść do badania in vivo funkcjonalności układu węchowego kijanek Xenopus: i) metody obrazowania zmian presynaptycznego stężenia Ca2+ w kłębuszkach żywych kijanek przy użyciu fluorescencyjnego wskaźnika wapnia oraz ii) behawioralnego testu sterowanego zapachami, który może być wykorzystany do zbadania reakcji na konkretne wodne substancje zapachowe. Ponieważ podejścia te zostały zastosowane d...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W artykule opisano techniki, które są przydatne do badania funkcjonalności szlaków węchowych u żyjących kijanek Xenopus. Obecny protokół jest szczególnie przydatny dla tych laboratoriów, które pracują lub mają dostęp do Xenopus; Jest to jednak również interesujące dla tych badaczy, którzy badają komórkowe i molekularne podstawy regeneracji i naprawy neuronów. Wyniki uzyskane w ramach projektu Xenopus można połączyć z danymi zebranymi w innych modelach kręgowców w celu zidentyfikowania zachowany...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez granty od El Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO; SAF2015-63568-R) współfinansowane przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego (EFRR), konkurencyjne nagrody badawcze z M. G. F. Fuortes Memorial Fellowship, Stephen W. Kuffler Fellowship Fund, Laura and Arthur Colwin Endowed Summer Research Fellowship Fund, Fischbach Fellowship oraz Great Generation Fund of the Marine Biological Laboratory i National Xenopus Resource RRID: SCR_013731 (Woods Hole, MA), gdzie przeprowadzono część tych prac. Dziękujemy również programowi CERCA / Generalitat de Catalunya za wsparcie instytucjonalne. A.L. jest stypendystą Serra Húnter.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sole do akwariów (Instant Ocean Salt) | Tecniplast | XPSIO25R | |
| Tricaine (metanosulfonian 3-aminobenzoesanu etylu) | Pęseta Sigma-Aldrich | E10521 | |
| #5 (końcówka 0,025 x 0,005 mm) | World Precision Instruments | 501985 | |
| Vannas Nożyczki (końcówka 0,015 x 0,015) | World Precision Instruments | 501778 | |
| Whatman jakościowa bibuła filtracyjna | Fisher Scientific | WH3030917 | |
| X. laevis tubb2-GFP | National Xenopus Resource (NXR), RRID:SCR_013731 | NXR_0.0035 | |
| X.tropicalis NBT-GFP | Europejskie Centrum Zasobów Xenopus (EXRC) RRID:SCR_007164 | ||
| CellTracker CM-DiI | ThermoFisher Scientific | C-7001 | |
| Dekstran Calcium Green, sól potasowa, 10 000 MW, Anionowe | borokrzemianowe ThermoFisher Scientific | C-3713 | |
| do mikroiniekcji | Sutter Instrument | B100-75-10 | O.D.=1,0 mm., ID=0,75 mm. |
| Ściągacz | Sutter Instrument | P-97 | |
| Mikrowtryskiwacz | Parker Instruments | Picospritzer III | |
| Sylgard-184 | Sigma-Aldrich | 761028-5EA | |
| Mikropipety World | Precision Instruments | MF28G-5 | |
| Mikroskop pionowy | Stymulator Zeiss | AxioImager-A1 | |
| Master-8 | A.M.P.I. | ||
| Kamera CCD | Hamamatsu | Image EM | |
| Zawory elektromagnetyczne | Warner Instruments | VC-6 System sześciokanałowy | |
| Grease | VWR Scientific | 636082B | |
| Chlorowodorek tubokuraryny | Sigma-Aldrich | T2379 | |
| Kamera CCD | Zeiss | MRC-5 Kamera | sterowana przez Zen oprogramowanie |
| obiektywu aparatu | Thorlabs | MVL8ML3 | Istnieje wiele możliwości, które należy dostosować do zastosowanego modelu kamery |
| Żywica epoksydowa | RS Komponenty | ||
| Kolektor | perfuzyjny | Warner Instruments | |
| Mikromanipulator do lokalnego dostarczania roztworów | Narishige | MN-153 | |
| Mini zaciski magnetyczne | Warner Instruments | MAG-7, MAG-6 | |
| Rurka polietylenowa | Warner Instruments | 64-0755 | OD=1,57 mm., ID = 1,14 mm. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.