Um método para imagens de alterações no potencial de membrana usando indicadores de tensão geneticamente codificados é descrito.
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Um método para imagens de alterações no potencial de membrana usando indicadores de tensão geneticamente codificados é descrito.
Os indicadores de voltagem geneticamente codificados (GEVIs) melhoraram a ponto de começarem a ser úteis para gravações in vivo. Embora o objetivo final seja obter imagens da atividade neuronal in vivo, é preciso ser capaz de obter imagens da atividade de uma única célula para garantir preparações in vivo bem-sucedidas. Este procedimento descreverá como obter imagens do potencial de membrana em uma única célula para fornecer uma base para eventualmente obter imagens in vivo. Aqui descrevemos métodos para imagens de GEVIs que consistem em um domínio de detecção de voltagem fundido a uma única proteína fluorescente (FP) ou duas proteínas fluorescentes capazes de transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) in vitro. O uso de um divisor de imagem permite a projeção de imagens criadas por dois comprimentos de onda diferentes na mesma câmera de dispositivo acoplado de carga (CCD) simultaneamente. O divisor de imagem posiciona um segundo cubo de filtro no caminho da luz. Este segundo cubo de filtro consiste em um filtro dicróico e dois filtros de emissão para separar os comprimentos de onda fluorescentes doador e aceitador, dependendo dos FPs do GEVI. Essa configuração permite a gravação simultânea dos parceiros fluorescentes aceitadores e doadores enquanto o potencial da membrana é manipulado por meio da configuração do patch clamp de célula inteira. Ao usar um GEVI que consiste em um único FP, o segundo cubo de filtro pode ser removido, permitindo que os espelhos no divisor de imagem projetem uma única imagem na câmera CCD.
O foco principal deste trabalho é demonstrar a imagem óptica de mudanças no potencial de membrana in vitro utilizando proteínas fluorescentes geneticamente codificados. mudanças de imagem no potencial de membrana oferece a excitante possibilidade de estudar a atividade dos circuitos neuronais. Quando as alterações na membrana potencial resultado em uma mudança de intensidade de fluorescência, cada pixel da câmera torna-se um eletrodo substituto permitindo medições não invasivas da atividade neuronal. Por mais de quarenta anos, corantes orgânicos sensíveis à voltagem ter sido útil para observar as alterações no potencial de membrana 1-4. No entanto, estes corantes não possuem especificidade celular. Além disso, alguns tipos de células são difíceis de manchar. indicadores de tensão geneticamente codificados (GEVIs) ultrapassar estas limitações quando as células a ser estudados especificamente expressar a sonda fluorescente sensível à tensão.
Existem três classes de GEVIs. A primeira classe de GEVI usa o voltage de detecção de domínio a partir da fosfatase com sensor de tensão com uma única proteína fluorescente (PF) 5-9 ou um Förster transferência de energia de ressonância (FRET) par 10-12. A segunda classe de sensores utiliza rodopsina microbiana como um indicador fluorescente directamente ou através de FRET 13-15 electrocrómico 16,17. A terceira classe utiliza dois componentes, o componente genético ser um FP membrana ancorada e um segundo componente ser ligada à membrana corante têmpera 18-20. Enquanto as segunda e terceira categorias são úteis para a fatia in vitro e experiências 19,20, apenas a primeira classe de sensores são actualmente úteis para a análise in vivo 6.
Neste relatório, vamos demonstrar a imagem do potencial de membrana usando a primeira classe de GEVIs (Figura 1) in vitro. Esta primeira classe de sensores de tensão é a mais fácil fazer a transição para imagiologia in vivo. Desde GEVIs utilizing um domínio de detecção de tensão fundido com um PF são cerca de 50 vezes mais brilhante do que a classe de rodopsina de sensores, que pode ser trabalhada usando iluminação da lâmpada de arco em vez de exigir um laser extremamente poderosa. Outra consequência da disparidade em brilho é que a primeira classe de GEVIs pode facilmente exceder o auto-fluorescência do cérebro. As sondas à base de rodopsina não pode. A terceira classe de sensores é tão brilhante como a primeira categoria, mas requer a adição de um inibidor químico que é difícil administrar in vivo.
Vamos, portanto, demonstrar a aquisição de uma sonda com uma única FP (Bongwoori) 8 e uma sonda consistindo de um par de FRET (Nabi 2) 12. A FRET constrói neste relatório são versões borboleta de VSFP-CR (proteínas fluorescentes sensíveis à voltagem - Clover-mRuby2) 11 consistindo de um doador fluorescente verde, trevo, e um aceitador fluorescente vermelha, mRuby2, chamado Nabi 2.242 e 2.244 Nabi

Figura 1. Dois tipos de indicadores geneticamente codificados tensão (GEVIs) Impressas neste relatório (A) A FP mono base GEVI ter um domínio de detecção de tensão trans-membrana e uma proteína fluorescente. (B) A GEVI base FRET composta por um domínio de detecção de tensão trans-membrana, um doador FRET e receptor. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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declaração de ética: O protocolo de experiência com animais foi aprovado pelo Institutional Animal Care e do Comitê Use na KIST protocolo animais 2014-001.
1. Preparação do Equipamento
| Único GEVI base FP (Bongwoori) | FRET GEVI base pair (Nabi 2,42 & 2,44 Nabi) | ||
| Primeiro cubo de filtro colocadas no microscópio | filtro de excitação | 472 nm / 30 | 475 nm / 23 |
| espelho dicróico | 495 nm | 495 nm | |
| filtro de emissão | 497 nm / passe longo | - | |
| cubo segundo filtro colocado no divisor de feixe | espelho dicróico | - | |
| um filtro de emissão | - | 520 nm / 40 | |
| filtro de emissão de dois | - | 645 nm / 75 |
Tabela 1. Dois conjuntos de filtros diferentes usados para uma GEVI FP Baseado único e um traste Baseadas GEVI Recordings

Figura 2. EquiparConfiguração mento para criação de imagens de tensão com GEVIs O fluxo de trabalho a seguir o caminho da luz, (A) lâmpada de arco 75W Xenon, (B) a luz de excitação da lâmpada de arco é filtrada pelo filtro de excitação e depois reflectido pelo primeiro espelho dicróico antes que ele atinja a o estágio exemplar, um encarte no canto superior direito mostra a configuração toda celular, (C), a câmera CCD de baixa velocidade é utilizada para auxiliar tanto a escolha de uma braçadeira celular e remendo, (D) a parte de aquisição de imagem; (1) a câmara CCD de alta velocidade, (2) o divisor de imagem para tanto do par de FRET e mono FP GEVIs, (3) o demagnifier para ajustar a imagem no chip CCD da câmara CCD de alta velocidade, (4) o duplo porta adaptador câmara para mudar a via de imagem e (5) a câmara CCD de baixa velocidade com alta resolução espacial para a identificação da célula de remendo, (e e F) a aquisição de imagens com um GEVI base single-PF (e) e um GEVI à base de FRET(F). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Expressão de GEVIs
3. Tensão Protocolo de imagem
4. Aquisição de Dados
Análise 5. Os dados

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Os autores não têm nada a revelar.
Este trabalho foi apoiado pelo programa World Class Institute (WCI) da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, financiado pelo Ministério da Educação, Ciência e Tecnologia da Coreia Grant WCI 2009-003 e pelo Projeto do Programa Institucional do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia 2E24210. Sungmoo Lee foi apoiado pelo programa Global Ph.D. Fellowship (NRF-2013H1A2A1033344) da National Research Foundation (NRF) sob o Ministério da Educação (MOE, Coréia).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Microscópio Invertido | Lente objetiva Olympus | IX71 | |
| 60X (abertura numérica = 1.35) | Olympus | UPLSAPO 60XO | |
| Filtro de excitação | Semrock | FF02-472/30 | Para a imagem latente da tensão da pHluorin super eclíptica no |
| espelho dicróico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro de emissão | Semrock | FF01-497/LP | |
| 75W Lâmpada de arco de xénon | CAIRN | OptoSource Illuminator | Os diodos emissores de luz e os lasers são igualmente fontes luminosas eficazes |
| Câmera lenta | Hitachi | KP-D20BU do CCD | |
| Adaptador de câmera de porta dupla | Olympus | U-DPCAD | |
| Câmera CCD de alta velocidade | RedShirtImaging, LLC | NeuroCCD-SM | |
| Divisor de imagem | CAIRN | Optosplit 2 | |
| Filtro de excitação | Semrock | FF01-475 / 23-25 | Para imagens de tensão de GEVI baseado em par FRET consistindo de trevo e mRuby2) |
| Espelho dicróico | Semrock | FF495-Di03-25x36 | |
| Filtro de emissão | Chroma | ET520/40 | |
| Espelho dicróico | Semrock | FF560-FDi01-25X36 | |
| Filtro de emissão | Chroma | ET645/75 | |
| Sistema de isolamento de vibração | Sistemas cinéticos | 250BM-IC, 5702E-3036-31 | |
| Câmara de remendo | Warner instruments | RC-26G, 64-0235 | |
| #0 Micro Coverglass (22 x 40 mm) | Electron Microscopy Sciences | 72198-20 | |
| Controlador de temperatura | Warner instruments | TC-344B | |
| #0 (0,08 ~ 0,13 mm) - lamínula de vidro de 10 mm de diâmetro | Ted Pella | 260366 | |
| Agente de lipofecção | Life Technologies | 11668-027 | |
| Reagente de fosfato de cálcio | Clontech - Takara | 631312 | |
| Amplificador de grampo de remendo | HEKA | EPC 10 Amplificador | |
| de aquisição de dados multicanal | HEKA | Patchmaster | |
| Software de aquisição e análise de imagens | RedShirtImaging | Neuroplex | |
| Spreadsheet software | Microsoft | Microsoft Excel 2010 | |
| Software | de análise de dadosOriginLab | OriginPro 8.6.0 | |
| Demagnifier | Qioptiq LINOS | Optem acoplador de câmera padrão 0.38x SC38 J braçadeira | |
| Microscópio confocal | Nikon | Nikon A1R | |
| reagente anti-desbotamento | Life Technologies | P36930 |
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