Tutaj prezentujemy protokół obrazowania sygnalizacji wapniowej w populacjach poszczególnych typów komórek w mysim złączu nerwowo-mięśniowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół obrazowania sygnalizacji wapniowej w populacjach poszczególnych typów komórek w mysim złączu nerwowo-mięśniowym.
Aktywność elektryczna komórek w tkankach może być monitorowana za pomocą technik elektrofizjologicznych, ale zazwyczaj ograniczają się one do analizy pojedynczych komórek. Ponieważ wzrost wewnątrzkomórkowego wapnia (Ca2+) w cytozolu często występuje z powodu aktywności elektrycznej lub w odpowiedzi na niezliczone inne bodźce, proces ten można monitorować poprzez obrazowanie komórek obciążonych fluorescencyjnymi barwnikami wrażliwymi na wapń. Jednak trudno jest zobrazować tę reakcję w pojedynczym typie komórki w całej tkance, ponieważ barwniki te są pobierane przez wszystkie typy komórek w tkance. W przeciwieństwie do tego, genetycznie kodowane wskaźniki wapnia (GECI) mogą być wyrażane przez pojedynczy typ komórki i fluoryzować w odpowiedzi na wzrost wewnątrzkomórkowego Ca2 +, umożliwiając w ten sposób obrazowanie sygnalizacji Ca2 + w całych populacjach poszczególnych typów komórek. Tutaj stosujemy użycie GECI GCaMP3 / 6 do mysiego połączenia nerwowo-mięśniowego, trójdzielnej synapsy między neuronami ruchowymi, mięśniami szkieletowymi i końcowymi / perisynaptycznymi komórkami Schwanna. Pokazujemy przydatność tej techniki w klasycznych preparatach tkankowych ex vivo. Za pomocą rozdzielacza optycznego wykonujemy obrazowanie dynamicznych sygnałów Ca2+ o podwójnej długości fali i statycznej etykiety połączenia nerwowo-mięśniowego (NMJ) w podejściu, które można łatwo dostosować do jednoczesnego monitorowania dwóch specyficznych dla komórki GECI lub genetycznie kodowanych wskaźników napięcia (GEVI). Na koniec omówimy procedury używane do tworzenia przestrzennych map intensywności fluorescencji. Razem, te techniki optyczne, transgeniczne i analityczne mogą być wykorzystane do badania aktywności biologicznej różnych subpopulacji komórek w NMJ w wielu różnych kontekstach.
NMJ, podobnie jak wszystkie synapsy, składa się z trzech elementów: presynaptycznego zakończenia pochodzącego z neuronu, postsynaptycznego neuronu/komórki efektorowej i perisynaptycznej komórki glejowej1,2. Podczas gdy podstawowe aspekty transmisji synaptycznej zostały po raz pierwszy zademonstrowane w tym synapse3, wiele aspektów tego procesu pozostaje nieznanych, częściowo ze względu na ekspresję tych samych cząsteczek przez odrębne elementy komórkowe tej synapsy. Na przykład receptory zarówno nukleotydu purynoadeninowego ATP, jak i acetylocholiny (ACh), które są współuwalniane przez neurony ruchowe w NMJ kręgowców, są wyrażane przez mięśnie, komórki Schwanna i neurony ruchowe, komplikując w ten sposób interpretację wszelkich efektów funkcjonalnych wywieranych przez te substancje (np. uwolnienie lub odpowiedź nadajnika, wytwarzanie siły mięśniowej)4. Co więcej, chociaż trójdzielne składniki NMJ są proste w porównaniu z, na przykład, neuronami w ośrodkowym układzie nerwowym, które często wykazują wiele wejść synaptycznych, nie jest jasne, czy neurony ruchowe, komórki mięśniowe czy komórki Schwanna różnią się w odpowiedzi na bodźce w oparciu o ich wewnętrzną heterogeniczność (np. pochodzenie embrionalne, podtyp włókna, morfologia). Aby rozwiązać każdy z tych problemów, korzystne byłoby jednoczesne śledzenie odpowiedzi wielu komórek w obrębie jednego elementu synaptycznego, a także jednoczesne śledzenie takiej odpowiedzi w którymkolwiek z pozostałych oddzielnych elementów. Konwencjonalne strategie wykorzystujące barwniki chemiczne do pomiaru sygnalizacji wapniowej nie mogą osiągnąć tych dwóch celów, ponieważ barwnik stosowany w kąpieli jest pobierany przez wiele typów komórek po nałożeniu na tkankę, a barwnik ładowany wewnątrzkomórkowo może być używany tylko do wizualizacji pojedynczych lub małych kohort komórek. Tutaj, wykorzystując transgeniczne myszy eksprymujące GECI zaprojektowane do pomiaru specyficznej dla komórki sygnalizacji wapniowej, wraz ze specyficznymi narzędziami do obrazowania i oprogramowania5, demonstrujemy pierwszy z tych dwóch ogólnych celów i omawiamy, w jaki sposób dodanie nowych narzędzi transgenicznych pomogłoby osiągnąć drugi. Technika ta będzie przydatna dla każdego, kto jest zainteresowany śledzeniem dynamiki wapnia lub innych zdarzeń sygnalizacji komórkowej, które można zaobserwować za pomocą kodowanych genów czujników optycznych w wielu populacjach komórek w tym samym czasie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Hodowla zwierząt i eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem National Institutes of Health dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych oraz IACUC na Uniwersytecie Nevady.
1. Przygotowanie przepony i nerwów przeponowych od myszy transgenicznych
2. Stymulacja i rejestracja potencjałów czynnościowych mięśni
3. Obrazowanie fluorescencji próbki
4. Eksport i analiza danych za pomocą mapy odchyleń standardowych intensywności fluorescencji (SDiu16)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Użyteczność tego podejścia wykazują liczne przykłady zmian intensywności fluorescencji, wywoływanych wzrostem wewnątrzkomórkowego stężenia Ca2+ w określonych typach komórek połączenia nerwowo-mięśniowego (NMJ). Wyniki te przedstawiono w formie przestrzennych map intensywności fluorescencji, które wskazują lokalizację reagujących komórek oraz intensywność ich odpowiedzi, co pozwala na ocenę liczby komórek reagujących oraz stopnia reakcji każdej z nich na konkretny bodziec. Na pr...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tutaj podajemy kilka przykładów pomiaru odpowiedzi Ca2 + w określonych komórkach w nienaruszonej tkance nerwowo-mięśniowej przy użyciu myszy z ekspresją GECI. Aby pomyślnie przeprowadzić te eksperymenty, konieczne jest, aby nie uszkodzić nerwu przeponowego podczas sekcji. Aby zobrazować odpowiedzi Ca2+ w komórkach Schwanna przy niskiej lub dużej mocy (tj. 20X lub 60X), konieczne jest użycie BHC lub μ-konotoksyny w celu zablokowania ruchu. W przypadku obrazowania odpowiedziCa2+ w ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca została wsparta funduszami z National Institutes of Health (NIH) GM103554 i GM110767 do (T.W.G.) oraz z National Center for Research Resources 5P20RR018751 i National Institute of General Medical Sciences 8P20 GM103513 (do G.W.H.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Myf5-Cre | Jax | #007893 | Napędzają ekspresję komórek mięśniowych już w klasie E136 |
| Wnt1-Cre myszy | Jax | #003829 | Napędza ekspresję we wszystkich Komórki Schwanna w E13, ale nie P209 |
| Myszy Sox10-Cre | Jax | #025807 | Napędzają ekspresję komórek Schwanna w starszym wieku |
| Warunkowe myszy GCaMP3 | Jax | #029043 | Wyraża GCaMP3 w sposób specyficzny dla komórki |
| Warunkowe myszy GCaMP6f | Jax | #024105 | Wyraża GCaMP6f w sposób |
| specyficzny dla komórkiBHC (3-(N-butyletanimidoyl)-4-hydroksy-2H-chromen-2-on) | Hit2Lead | #5102862 | Blokuje miozynę mięśni szkieletowych, ale nie neurotransmisję6 |
| CF594-α-BTX | Biotium | #00007 | Etykiety klastry receptora acetylocholiny w NMJ |
| &mikro;-konotoksyna GIIIb | Peptydy Int'l | #CONO20-01000 | Blokuje Nav1.4 zależny od napięcia kanał sodowy8 |
| Silikonowy żel dielektryczny; alias Sylgard | Ellswoth Adhesives | # Sil Dielec Gel .9KG | Pozwala na unieruchomienie membrany za pomocą maleńkich kołków |
| Kołki Minutien (średnica 0,1 mm) | Fine Science Tools | 26002-10 | Unieruchamia membranę na silikonowym żelu dielektrycznym |
| Mikroskop pionowy Eclipse FN1 | Nikon | MBA74100 | Umożliwia klasyfikację i obserwację próbki |
| Podstawowa platforma mikroskopu stałego z ręcznym translatorem mikroskopu XY | Autom8 | MXMScr | Umożliwia przemieszczanie próbki |
| Mikromanipulator ręczny | Narishige | M-152 | Posiada elektrody rejestrujące i stymulujące |
| Wzmacniacz mikroelektrod | Urządzenia molekularne | Axoclamp 900A | Umożliwia ostry wewnątrzkomórkowy zapis elektrofizjologiczny |
| akwizycji danych o niskim poziomie szumów Mikroelektrody | Urządzenia molekularne | Digidata 1550 | Umożliwia akwizycję danych elektrofizjologicznych |
| System analizy danych mikroelektrodowych | Urządzenia molekularne | PCLAMP 10 Standard | Wykonuje analizę danych elektrofizjologicznych |
| Stymulator fali prostokątnej | Trawa | S48 | Stymuluje nerwy do pobudzenia mięśni |
| Jednostka izolacji bodźców | Trawa | PSIU6 | Redukuje artefakty stymulacyjne |
| Włókna borokrzemianowe, średnica zewnętrzna 1,0 mm, średnica wewnętrzna 0,5 mm | Sutter | FG-GBF100-50-15 | Nabija na pal i rejestruje potencjały mięśniowe wywołane przez nerwy |
| Włókna borokrzemianowe, średnica zewnętrzna 1,5 mm, średnica wewnętrzna 1,17 mm | Sutter | BF150-117-15 | Przedłużony i używany do elektrody ssącej |
| Ściągacz do mikropipet | Sutter | P-97 | Wyciąga i przygotowuje elektrody rejestrujące |
| 1200x1200 pikseli, podświetlana kamera cMOS | Photometrics | Prime 95b | Czuła kamera, która umożliwia szybkie obrazowanie w wysokiej rozdzielczości |
| Źródło światła | Lumencor | Spectra X | Zapewnia oświetlenie z diod LED w celu obserwacji fluorescencji |
| Obiektywy fluorescencyjne z korekcją nieskończoności, W.D. 2mm | Nikon | CFI60 | Zapewnia duże odległości robocze do wizualizacji próbki |
| Oświetlacz światłowodowy z lampą halogenową | Sumita | LS-DWL-N | Zapewnia oświetlenie do obserwacji w jasnym polu |
| Rozdzielacz obrazu W-View Gemini | Hamamatsu | A12801-01 | Wyświetla 1 parę obrazów o podwójnej długości fali oddzielonych dichroicznym do pojedynczego aparatu |
| Jednopasmowe filtry pasmowo-przepustowe (512/25-25 i 630/92-25) | SemRock | FF01-512/25-25; FF01-630/92-25 | Umożliwia obrazowanie dwuzakresowe |
| 560 nm Jednokrawędziowy dichroiczny rozdzielacz wiązki | Sem Rock | FF560-FDi01-25x36 | Lustro dichroiczne, które oddziela wiązki światła, aby umożliwić obrazowanie o podwójnej długości fali |
| System akwizycji danych obrazowych | Nikon NIS Elements - MQS31000 | Umożliwia akwizycję danych obrazowych | |
| Moduł kontroli długości fali | Nikon | MQS41220 | Moduł do danych obrazowych acquiytion |
| Moduł sprzętowy rozdzielacza emisji | Nikon | MQS41410 | Moduł do pozyskiwania danych obrazowych |
| System analizy danych obrazowych | NA | Volumetry 8D5, Fidżi | Umożliwia analizę intensywności fluorescencji i innych danych obrazowych |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.