Мы описываем создана методика для измерения и анализа запахов вызвали ответы кальция в усиков доля живых DROSOPHILA MELANOGASTER.
Методическая статья
Мы описываем создана методика для измерения и анализа запахов вызвали ответы кальция в усиков доля живых DROSOPHILA MELANOGASTER.
Усиков доли является основной обонятельный центр в мозге насекомых и представляет собой анатомический и функциональный эквивалент позвоночных обонятельные луковицы 1-5. Обонятельной информации из внешнего мира передается усиков доли на обонятельные сенсорные нейроны (OSNs), который разделения на отдельные регионы нейропиля называется клубочков в зависимости от конкретных обонятельных рецепторов они выражают. Здесь OSN аксоны синапс с местными интернейронов (LNS), чьи процессы иннервируют разные клубочков и проекционных нейронов (ПНС), которые передают обонятельной информации в высшие обонятельной области мозга.
Оптическое изображение деятельности OSNs, LNS и векселей в усиков доля - традиционно с использованием синтетических показателей кальция (например, кальция, зеленый, FURA-2) или напряжение чувствительных красителей (например, RH414) - уже давно важная техника понять, как обонятельные стимулы представлены в виде пространственной и временной структурыклубочковой деятельности у многих видов насекомых, 6-10. Развитие генетически закодированных нейронных журналистам деятельности, таких как люминесцентные индикаторы кальций G-Camp 11,12 и Cameleon 13 биолюминесцентного показатель кальция GFP-aequorin 14,15, или репортер синаптической передачи, synapto-pHluorin 16 сделал обонятельная система fruitfly, дрозофилы MELANOGASTER, в частности, доступны для нейрофизиологических изображения, дополняя ее всесторонне описанная молекулярная, электрофизиологические и нейроанатомических свойства 2,4,17. Эти журналисты могут быть выборочно выражается через двоичный транскрипционных систем управления (например, GAL4/UAS 18 LexA / LexAop 19,20, Q системы 21) в определенной популяции нейронов в обонятельных схему препарировать с высоким пространственным и временным разрешением как запах вызывал нейронной активности представляется, модулированные и превратил 22-24 </ Sup>.
Здесь мы опишем приготовление и анализ методов измерения запах вызывал ответ у дрозофилы усиков доли использования G-лагерь 25-27. Животных препарат минимально инвазивных и может быть адаптирована для визуализации с использованием широкого поля флуоресценции, конфокальной и двухфотонной микроскопов.
1. Монтаж блоков Ассамблеи
2. Подготовка животных
3. Доставка Запах Стимул
4. В естественных изображений
5. Обработки и анализа данных
Данные обработаны с помощью ImageJ (с Mac биофотоники плагин, www.macbiophotonics.ca ) и пользовательских программ написаны в Matlab и R следующим образом:
6. Представитель Результаты
Мы использовали протоколы выше для записи и анализа пропионовой кислоты вызвало реакцию мух выражения G-CaMP1.6 28 под контролем промотора на обонятельные рецепторы со-IR8a, который принимает активное участие в различных популяциях OSNs 29,30 ( Цифры 3-5). Стимуляция с 1% пропионовой кислоты вызывает увеличение G-Camp флуоресценции - указывает увеличение внутриклеточного кальция - в OSNs иннервирующих два клубочков, DC4 и DP1l (рис. 3В). Проиллюстрируем различные способы представления данных из нескольких мух на рисунке 5: линии следов активности, heatmaps и бар участок пик ответов. Пропионовой кислоты вызывали ответы имеют различные амплитуды пика и временная динамика в DC4 и DP1l. Кроме того, хотя ответы, как правило, надежные, изменчивость между отдельными животными можно наблюдать как в клубочках (см. егоatmaps на рисунке 5А). Количественный пик ответов (рис. 5Б) позволяет простое статистическое сравнение между различными клубочков и различные отдушки через животных. Тем не менее, запах вызывал ответы кальция может быть неоднородным временную динамику, и количественно их величины с одним значением будет игнорировать эту сложность.

Рисунок 1. Схема монтажного блока (A) до и (б) после введения лету, и (C) вид сверху крупным планом (адаптировано из 31).

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки.

Рисунок 3. (А) Вид сверху лету подготовка после шага 2.8 (левая панель) и сырья флуоресценции образ ставкиnnal доли помечены G-CaMP1.6 (генотип: IR8a промоутер: GAL4; UAS: G-CaMP1.6). DC4 и DP1l клубочков можно отличить по их морфологии, размеров и положения и отмечены красным и синим соответственно.
(B) с цветовой кодировкой изображения ответ на пропионовой кислоты (1% объем / объем). Изображение соответствует f / F пика отклика рассчитывается как описано в пункте 5.6 (см. также рис 5А). Colorscale слева указывает на% f / F значение. Черные круги указывают положение и размер области интереса используется для количественной оценки ответов (см. Рисунок 5).

Рисунок 4. Исправление отбеливания флуоресцентного сигнала репортера. Примеры эффект отбеливания коррекцию, как описано в пункте 5.3. Пример данных на левой панели можно исправить без серьезных изменений в форме ответа. Пример данных на правой панели сильно влияет наред по отбеливатель коррекция, скорее всего, потому что сигнал падает и сохраняется ниже базового уровня после окончания стимула запах.

Рисунок 5 (А) Начало:. Временной динамики кальций ответы клубочков DC4 (слева) и DP1l (справа) пропионовой кислоты (1% объем / объем). Черные следы показывают средний среднего f / F в интересующей нас области (см. рис 3B) в восьми животных. Серая поверхность указывает на диапазон между первой и третьей квартили распределения. Презентация и средний квартиль значения предоставляет больше информации об изменчивости и распределения наблюдаемых откликов, чем средние и стандартные ошибки. Зеленый и пурпурный коробках показывают кадры среднем рассчитать пик ответов показано на рисунке 3b, и количественно на рисунке 5B. Внизу: heatmaps показывают данные ответа для всех отдельных животных в отдельных строках, при f / F значения Represented по colorscale (крайний справа). Горизонтальные черные полосы указывают время и длительность стимула. (B) Средний пик ответы на пропионовой кислоты в восьми животных DC4 и DP1l клубочков. Ошибка полоски показывают диапазон между первой и третьей квартили распределения.
Подготовка и анализ методов, описанных здесь, могут быть использованы для анализа запахов вызывало ответы в любой популяции нейронов в усиков доли (OSNs Л.Н., векселя), для которых соответствующие трансгенов драйвер. В то время как мы описываем свои приложения с помощью флуоресцентного микроскопа, оптического изображения этого препарата в равной степени могут быть выполнены с помощью конфокальной и двухфотонной микроскопии 22,32. Действительно, эти последние документы облегчить рассеяния света проблема широкого поля микроскопии, которая может уменьшить разрешение изображения, особенно при большом количестве нейронов экспресс-репортер. Этот препарат обычно позволяет записей запах вызывал ответы, по крайней мере полчаса, но на этот раз может быть значительно больше или меньше в зависимости от количества и продолжительности измерений регистрируются, время экспозиции для каждого кадра и между стимулом интервала. Кроме того, двухфотонного возбуждения может уменьшить фотообесцвечивания флуоресцентного репутацияorter, а также сотовые фототоксичности, чтобы позволить измерения в течение длительных периодов времени 22,32.
Независимо от выбора микроскоп, движение лету мозга в головной капсулы является наиболее актуальной проблемой, когда изображение в интактных животных. В то время как движение коррекция может исправить незначительные проблемы (шаг 5.1), как правило, лучше только для записи с высокой стабильностью препаратов. Стратегии сокращения движение артефакты включают в себя: (I), надлежащим образом ограничивает хоботок мухи с позвоночником кактус, (II) иммобилизации ноги мухи, фиксируя их на сцену с эйкозана (до шаг 2.6) (эйкозана можно расплавить при температуре ~ 37 ° C, использование серебряной проволоки, чтобы расширить и уточнить кончике паяльника для этой цели), (III), уменьшение поперечного сечения пищевода (видимые между усиков нервов) с тонкой пинцетом.
В дополнение к G-CaMP1.6 здесь используется целый ряд оптимизированных версий G-цАМФ и другие показатели кальция имеются,которые отличаются по своему сигнал-шум, базовые флуоресценции и временная динамика 12,28,33. Точный выбор датчиков необходимо учитывать все эти свойства, тип нейронов, которые будут проанализированы и биологические вопросы решаются. Датчики тока сообщают кальция изменения, которые коррелируют с достаточно хорошо потенциалы действия 12,34, и их дальнейшее совершенствование, в сочетании с увеличением числа специфических генетических линий водитель 35 будет и впредь укреплять потенциал оптических изображений нейронной активности в интактной лету.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Мы признаем, Силке Sachse и Беате Eisermann в развитии этой методологии, Пабло Traversa для нанесения монтажного блока чертежи и Даниэла Пельц за использование схемы на рисунке 1. Мы благодарны Силке Заксе, Pavan Ramdya и Рафаэля Rytz замечания по рукописи. Р. Белл поддерживает Boehringer Ingelheim Фонд PhD Fellowship. Исследования в лаборатории Р. Бентона финансируется Европейским исследовательским советом Начиная Независимый научный грант и Швейцарский национальный научный фонд.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Реагент | Поставщик | Номер по каталогу | Комментарии |
| Кактус позвоночника | Садовый центр | ~ 7 мм длинные тонкие и не слишком гибких | |
| Канифоль | Магазин Струнные музыкальные инструменты | ||
| Два компонента кремний | WPI | KWIK-SIL | |
| На заказ оргстекла монтажный блок | Чертежи доступны http://neuro.uni-konstanz.de/j ove_mountingblock_blueprint / | ||
| Медные сетки | Афина сетки | G220-5 | Обычно используется для электронного микроскопа образцы. |
| Винты | Хозяйственный магазин | 2 мм в диаметре | |
| Пластиковые покровные | Плано-ем | L4193 | 22 X 22 мм |
| Паяльников | Conrad Electronics | 830283-62 | |
| Регулируемый источник питания | Conrad Electronics | 511407-62 | |
| Тонкая проволока | Isabellenhütte | Иса-ом | 0,013 мм |
| Эйкозана | Сигма | 21,927-4 | |
| Микроскоп | Zeiss | Axioexaminer D1 | |
| CCD камеры | Visitron | CoolSnap HQ | |
| Metafluor | Visitron | Приобретение программного обеспечения | |
| Монохроматор | Visitron | Visichrome | |
| Breakable лезвия | Изобразительных средств наук | 10050-00 | |
| Держатель для лезвия | WPI | 14134 | |
| Sapphire лезвие | WPI | 500314 | Обоюдоострым лезвием 1мм |
| Мембранные насосы газ | KNF Neuberger AG | NMP 830 КВЕ | |
| Sapphire лезвие держатель | WPI | 500317 | |
| Трехходовый клапан | Компания Ли | LFAA1200118H | Конфигурация E |
| Ротаметр 500 мл / мин | Аналит-MTC | 112-08SA | |
| Ротаметр 5 л / мин | Аналит-MTC | 102-08SA | |
| Воск | Siladent Technik | 209212 | ; |
| Целлюлоза площадки | Kettenbach медицинской | 31003 | |
| Пинцет | Плано-ем | T5130 | Дюмон биологии # 5 |
| Шприцы | BD | 300928 | 2 мл, Discardit II, 2шт |
| Хвоя | Браун Sterican | 4665120 | 1,2 мм OD |