Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół badania aktywności neuronalnej w obszarach mózgu transgenicznego danio pręgowanego, które wyrażają wskaźniki wapnia GCaMP za pomocą mikroskopii konfokalnej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół badania aktywności neuronalnej w obszarach mózgu transgenicznego danio pręgowanego, które wyrażają wskaźniki wapnia GCaMP za pomocą mikroskopii konfokalnej.
Larwy danio pręgowanego są obiecującym modelem kręgowców do badania neuronalnych mechanizmów zachowania. Ich przezroczystość i stosunkowo proste obwody neuronalne ułatwiają wykorzystanie technik optogenetycznych w komórkowych analizach zachowań. Fluorescencyjne wskaźniki aktywności neuronalnej in vivo, takie jak GCaMP6s, są szeroko stosowane do badania aktywności neuronalnej związanej z prostymi zachowaniami u larw danio pręgowanego. W tym miejscu przedstawiamy protokół wykrywania aktywności sensorycznej indukowanej u częściowo skrępowanych larw danio pręgowanego za pomocą linii transgenicznej Tg(elav3:GCaMP6s). W szczególności używamy środka chemicznego izotiocyjanianu allilu do wywołania silnej, powtarzalnej odpowiedzi fluorescencyjnej w obszarze mózgu na granicy tyłomózgowia i rdzenia kręgowego. Omawiamy potencjalne zastosowania GCaMP6 do optycznego monitorowania aktywności neuronalnej podczas szeregu paradygmatów behawioralnych oraz ograniczenia tej techniki. Nasz protokół przedstawia przystępne podejście do monitorowania dynamicznej, związanej z zachowaniem aktywności neuronalnej in vivo w mózgu larw danio pręgowanego.
Danio pręgowany reprezentuje model zwierzęcia kręgowego, który jest podatny na szczegółowe badania neurobiologiczne komórkowo-molekularne. Larwy danio pręgowanego posiadają ~ 100 000 neuronów w 5 dni po zapłodnieniu (dpf), znacznie mniej niż mózgi ssaków. Co więcej, danio pręgowany jest stosunkowo przezroczysty, co ułatwia badania optyczne struktury i funkcji neuronów1,2,3,4,5. Opracowano kilka narzędzi optogenetycznych do stosowania u danio pręgowanego, w tym wysokiej jakości wskaźniki wapnia6, czujniki napięcia7,8 oraz zależne od aktywności markery aktywności neuronalnej9,10,11,12,13. Narzędzia te są komplementarne z innymi zaletami tego modelu, takimi jak podatność na modyfikacje genetyczne14,15,16,17 oraz gotowość, z jaką larwy danio pręgowanego absorbują substancje chemiczne obecne w roztworach kąpielowych18,19,20,21.
Różne metody są przydatne w fizjologii optycznej danio pręgowanego, szczególnie mikroskopia dwufotonowa, arkuszowa i konfokalna. Każda z tych technologii musi zrównoważyć dwa powiązane ze sobą problemy rozdzielczości: dostęp optyczny, w tym rozpraszanie światła przez otaczającą tkankę, oraz prędkość próbkowania, szczególnie w celu uchwycenia kinetyki potencjału czynnościowego w skali submilisekundowej22. Nastąpiła znaczna poprawa w obrazowaniu wapnia in vivo przy użyciu mikroskopii dwufotonowej, ale metoda ta jest często ograniczona do pola widzenia <1mm2 i zazwyczaj można uzyskać tylko jedną płaszczyznę głębokości, co ogranicza przechwytywanie aktywności w dużych obszarach obwodów neuronowych22. W przypadku mikroskopii arkuszowej potencjału rejestrowania aktywności prawie wszystkich neuronów w mózgu rozwiązuje problem ograniczenia pola widzenia mikroskopii dwufotonowej, ale obecne prędkości kamery fizycznie ograniczają przechwytywanie do około trzech objętości mózgu na sekundę przy 40 płaszczyznach na objętość mózgu u larw danio pręgowanego1,23. Mikroskopia konfokalna jest gorsza zarówno pod względem rozdzielczości głębi, jak i szybkości przechwytywania niż mikroskopia dwufotonowa i lekka arkuszowa. Mikroskopia konfokalna ma zalety w postaci powszechnego dostępu do laboratoriów na całym świecie oraz możliwości uzyskania rekonstrukcji aktywności neuronalnej całego mózgu przy użyciu reporterów aktywności neuronalnej, takich jak cFos i p-ERK9. Ponadto, jeśli celem są małe obszary mózgu, mikroskop konfokalny może zapewnić odpowiednią rozdzielczość czasową aktywności neuronalnej.
Niniejszy artykuł opisuje metodę, która wykorzystuje mikroskopię konfokalną do rejestrowania aktywności neuronalnej u transgenicznych ryb pręgowanych, które wykazują panneuronalną ekspresję GCaMP6. Opracowano kilka podobnych protokołów wykorzystujących larwy danio pręgowanego, aby zrozumieć funkcję ścieżek neuronowych24,25,26,27,28,29. Kluczowe cechy kilku z tych protokołów, takie jak obrazowanie poklatkowe, fluorescencyjne wskaźniki dynamiki wapnia i obrazowanie na żywo, zostały połączone w celu zmierzenia aktywności neuronalnej w niewielkiej populacji neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym danio pręgowanego w odpowiedzi na izotiocyjanian allilu (AITC), awersyjny chemiczny środek drażniący11,26,27,29,30,31. AITC wywołuje reakcję całego mózgu skoncentrowaną w obszarze tyłomózgowia11. Jedna grupa neuronów biegnąca tylko ogonowo do tyłomózgowia odgrywa rolę w lokomocji i przedłużonej odpowiedzi na AITC. Ta odpowiedź trwa dłużej niż usunięcie bodźca awersyjnego30. Ograniczając pole widzenia, udało nam się wykryć aktywność neuronalną w tym klastrze neuronalnym, odzwierciedloną przez zmianę fluorescencji w neuronach wyrażających GCaMP6s. Zapewniamy techniki, wytyczne i najlepsze praktyki w celu osiągnięcia wystarczającej rozdzielczości czasoprzestrzennej za pomocą mikroskopii konfokalnej. Ponadto omawiamy ograniczenia naszej metody zapisu optycznego. Pomimo tych ograniczeń, metoda powinna umożliwić badanie różnych zjawisk neurobiologicznych, w tym pamięci i przetwarzania sensomotorycznego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury z wykorzystaniem zwierząt zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care Use Committee na Uniwersytecie Stanowym Kalifornii w Fullerton (Protokół # 2023-1310).
1. Inscenizacja larw danio pręgowanego w agarozie o niskiej temperaturze topnienia
2. Konfiguracja i obrazowanie pod mikroskopią konfokalną z zastosowaniem bodźca
3. Analiza sygnału GCaMP przy użyciu FIJI
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podanie izotiocyjanianu allilu wywołuje powiązany z wapniem sygnał neuronalny u larw danio pręgowanego
Podanie AITC (krok 2.6) powoduje rozległy wzrost aktywności neuronalnej związanej z GCaMP6s w całym mózgu larwy danio pręgowanego11,30. Zaobserwowano zwiększony sygnał fluorescencyjny w niewielkim obszarze mózgu po zastosowaniu AITC, co przedstawiono na Rysunku 4.
Równoważenie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykazaliśmy, że aktywność neuronalną można rejestrować w mózgach larw danio pręgowanego za pomocą GCaMP6s wraz z mikroskopią konfokalną; niższe prędkości przechwytywania wymagane ze względu na wolniejszą kinetykę GCaMPS można skompensować poprzez zmniejszenie obserwowanego obszaru mózgu6. Dostępne są reportery o szybszej dynamice czasowej (tj. GCaMP6f), ale lepsza rozdzielczość czasowa zwykle odbywa się kosztem zmniejszonego sygnału fluorescencji6. Mikroskop konfokalny jest...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Ta praca była wspierana przez grant dla ACR z National Institutes of Health (SC2GM1304854) oraz grant dla DLG z National Science Foundation (2050850).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Niska temperatura topnienia Agaroza | Invitrogen | 16520-100 | Rozcieńczony do 3% |
| Izotiocyjanian allilu (AITC) | Sigma Aldrich | 377430 | Stymulant chemiczny |
| E3 | N/A | N/A | Podłoże wodne dla larw danio pręgowanego |
| Naczynia ze szklanym dnem | Thermo Fisher Scientific | 12-567-400 | Służy do trzymania danio pręgowanego podczas eksperymentów |
| obrazowychMikropipeta (10-100 uL) | Cole-Parmer | 21600-14 | Aparatura służąca do tworzenia rozcieńczeń AITC |
| Szkiełka mikroskopowe | Fisherbrand | 12-550-A3 | Służy do badań przesiewowych fenotypu |
| Kleszcze do lustrzanego wykończenia | DUMONT | 11251-23 | Służy do orientacji danio pręgowanego w agarozie |
| myTEMP Mini inkubatory cyfrowe | Benchmark | H2200-HC | Obszar przetrzymywania danio pręgowanego; ustawiony na 28,5° C |
| Rękawice nitrylowe | MedPRIDE | MPR-50504 | Podstawowe środki ochrony indywidualnej |
| Szalki Petriego | VWR | 89107-632 | danio pręgowanego |
| DENVILLE | C-2171 | Używany do rozcieńczania AITC | |
| Poliuretanowe pipety transferowe Samco | Thermo Fisher Scientific | 225 | Aparatura służąca do selekcji zwierząt/podawania rozcieńczonego bolusa AITC |
| Stemi SV11 Mikroskop Apo | Zeiss | 1.25496E+11 | Służy do inscenizacji danio pręgowanego |
| Transgeniczne larwy danio pręgowanego (2 do 7 DPF) | N/A | N/A | Obiekty badań na zwierzętach; Mikroskop konfokalny Zeiss szczepu Tg(elav3:GCaMP6s |
| ) (model LSM9) | Zeiss | 3523004097 | Obrazowanie ryb |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.