В этом протоколе, мы обновляем последние достижения в области обработки изображений Ca 2 + Сигналы GFP с метками нейронов в мозговой ткани срезов при использовании красного флуоресцентного Са 2 + Индикатор красителя.
Методическая статья
В этом протоколе, мы обновляем последние достижения в области обработки изображений Ca 2 + Сигналы GFP с метками нейронов в мозговой ткани срезов при использовании красного флуоресцентного Са 2 + Индикатор красителя.
Несмотря на колоссальный рост знаний о механизмах, лежащих в основе кодирования информации в мозге, центральным остается вопрос о точных молекулярных этапах, а также об активности конкретных нейронов в многофункциональных ядрах областей мозга, таких как гипоталамус. Эта проблема включает идентификацию молекулярных компонентов, участвующих в регуляции различных каскадов передачи сигналов нейрогормонов. Повышение уровня внутриклеточного Ca2+ играет важную роль в регуляции чувствительности нейронов как на уровне передачи сигнала, так и в синаптических сайтах.
Появились новые инструменты, позволяющие идентифицировать нейроны среди огромного множества клеток мозга путем экспрессии зеленого флуоресцентного белка (GFP) под контролем определенного промотора. Для пространственного и временного мониторинга индуцированных стимулом ответов Ca2+ в нейронах, меченных GFP, необходимо использовать индикаторный краситель Ca2+, флуоресценция которого не совпадает с зеленой. Кроме того, конфокальная микроскопия является предпочтительным методом визуализации отдельных нейронов в срезах тканей благодаря возможности визуализировать нейроны в различных плоскостях глубины ткани и ограничить внефокусную флуоресценцию. Ратиометрический индикатор Ca2+ fura-2 использовался в сочетании с нейронами, меченными GFP1. Однако этот краситель возбуждается ультрафиолетовым (УФ) светом. Стоимость лазера и ограниченная глубина оптического проникновения УФ-излучения препятствовали его использованию во многих лабораториях. Более того, флуоресценция GFP может создавать помехи для сигналов fura-22. Поэтому мы решили использовать красный флуоресцентный индикаторный краситель Ca2+. Значительный стоксов сдвиг fura-red позволяет проводить многоцветный анализ красной флуоресценции в сочетании с GFP с использованием одной длины волны возбуждения. Ранее мы получили хорошие результаты, используя fura-red в сочетании с обонятельными нейронами, меченными GFP3. Протоколы для срезов обонятельной ткани оказались столь же эффективными и для гипоталамических нейронов4. Визуализация Ca2+ на основе fura-red также была успешно применена для β-клеток поджелудочной железы, меченных GFP, и рецепторов, экспрессируемых в клетках HEK и меченных GFP5,6. Особенностью fura-red является то, что интенсивность его флуоресценции при 650 nm снижается после связывания индикатора с кальцием7. Следовательно, флуоресценция нейронов в состоянии покоя с низкой концентрацией Ca2+ обладает относительно высокой интенсивностью. Следует отметить, что существуют или в настоящее время разрабатываются другие красные индикаторные красители Ca2+, которые могут дать лучшие или улучшенные результаты в различных нейронах и областях мозга.
1. Приготовление раствора и в агарозном геле
| Название реагента | Сокращение | Мол. вес | Конц. | Компания | Кат. N ° |
| Хлористый натрий | NaCl | 58,44 г / моль | 120 мМ | VWR | 27810 |
| Натрия гидрокарбонат | NaHCO 3 | 84,01 г / моль | 25 мМ | Merck | 106329 |
| Хлористый калий | KCl | 74,55 г / моль | 5 мМ | Merck | 104936 |
| BES * | C 6 H 15 NO 5 S | 213,25 г / моль | 5 мМ | Сигма | 14853 |
| Сульфат магния, безводный | MgSO 4 | 120,37 г / моль | 1 мМ | Сигма | M7506 |
| Дигидрата хлорида кальция | CaCl * 2H 2 O | 147,02 г / моль | 1 мМ | Merck | 102382 |
| D (+)-Глюкоза моногидрат | C 6 H 12 O 8 * H 2 O | 198,17 г / моль | 10 мМ | Merck | 108342 |
*N, N-бис (2-гидроксиэтил)-2-aminoethansulfonic кислоты
2. Препарирование мозга мыши
Пожалуйста, убедитесь, что все животные экспериментальные процедуры выполняются в соответствии с руководящими принципами, установленными животных комитетов соответствующих учреждений.
3. Нарезка Корональные гипоталамуса разделы мозга мыши
4. Подготовка Ca 2 + раствора индикатора загрузки краска
Важным шагом в загрузке нейронов остается часто на здоровье клеток, которые зависят от количества повреждений, вызванных и скоростьвскрытие процедуры. Другим важным шагом представляется использование свежих Pluronic F-127 решения (см. 4.1). Она в настоящее время рекомендуется делать это решение в лаборатории, а не использовать готовые решения от поставщика. В зависимости от температуры, влажности и шельфа жизни Pluronic F-127 решение, мы отметили ухудшение обоняния и нейронов головного мозга во время Ca 2 + процедура загрузки.
5. Микроскопии и анализа
В этом протоколе, интенсивность флуоресценции GFP, который определяет ячейку интерес, и Са 2 + индикатор краситель будет измеряться одновременно в срезах мозга. Таким образом, конфокальной микроскопии должны быть оборудованы правильный лазер, фильтры и две трубки фотоумножителя собрать два emissiна сигналы. GFP и изменение интенсивности флуоресценции фура-красный может быть измерена с помощью одной длине волны возбуждения 488 нм. Выбросы флуоресценции от флуорофоров могут собираться с помощью 522/DF35 нм фильтр для GFP и длинный фильтр для длин волн больше 600 нм для фура-красный.
Ca 2 + сигналы могут быть представлены в виде произвольных единицах флуоресценции или значения (f / F) относительного изменения интенсивности флуоресценции (ΔF), нормированная к базовому флуоресценции (F). Эта процедура приводит к отрицательным отклонением, когда внутриклеточные концентрации Са 2 + увеличивает использование фура-красные, как Ca 2 + краситель индикатор. Чтобы облегчить интерпретацию результатов, мы рекомендуем умножения f / F значений от -1 до получения положительных сигналов флуоресценции для отображения рост Ca 2 + (рис. 4в).
Для сравнения результатов между нейронами амплитуды и частоты Ca 2 + сигналы обычно анализируются. Тем не менее, некоторые Ca 2 + сигналы не происходят с регулярной период или сопоставимой амплитуды. Некоторые сигналы могут быть под сильным влиянием случайных процессов внутри клетки. Таким образом, для количественной оценки общего изменения Ca 2 + в данной клетке и дать возможность сравнения Ca 2 + ответы между нейронами в различных регионах мозга, анализ площади под кривой (AUC) является более целесообразным. Эта мера на сумму Ca 2 + включает в себя любые начальные Ca 2 + преходящее, второй фаз и устойчивый повышенный Ca 2 + ответы и колебания. В этом случае следует позаботиться, чтобы проанализировать тот же период времени для того, чтобы сравнение между нейронами.
6. Представитель Результаты
Для начала характеризующих гонадотропин-рилизинг-гормон-рецептор (GnRHR), выражающая нейронов в гипоталамусе мы использовали трансгенных мышей, экспрессирующих GFP после Cre-опосредованной возбужденияния в GnRHR-экспрессирующих нейронов 4,11. GFP флуоресцентные нейроны были обнаружены в различных областях мозга, включая гипоталамус. Для изучения физиологических свойств этих GnRHR нейронов, мы сначала записали Ca 2 + сигналы в гипоталамус ломтики помощью конфокальной микроскопии. Во-первых, мы получили корональной кусочков мозга от этих мышей с использованием описанного выше протокола. Рисунке 1 показаны необходимые инструменты, материалы и шаги для вырезания мозга мыши. Корональных гипоталамус ломтики мозга были сокращены (рис. 2), а затем загружаются в соответствии с шагами в пункте 4 протокола. Одноместный срез мозга соответствующей области помещаются в записи камеры, крепится с арфой (рис. 3), а затем отображаемого помощью конфокальной микроскопии (см. шаги 5.1-5.9). Рисунок 4 показывает пример двух отдельных корональных ломтики мозга установления единых GnRHR-τGFP клеточных тел, флуоресценции на отдых после Loadinг среза мозга с fura-red/AM и объединенный конфокальной изображения о том, что GFP нейрона заняли фура-красные достаточно включить исследование стимул-индуцированной Ca 2 + сигналов в этих клетках. Используя наши протокола мы изначально проверяли, действительно ли GnRHR нейроны используют похожие Ca 2 + сигналов для обнаружения стимула в различных областях гипоталамуса в ответ на прямой активации с ГнРГ (рис. 4E). Тем не менее, эти сигналы отличаются по своим сигнала в зависимости от силы раздражителя и 4 области мозга. Для количественной оценки изменений в динамике Ca 2 + ответы, площади под кривой (AUC) может быть рассчитана как мера для увеличения внутриклеточного Ca 2 + (рис. 4E) 4. Исследования осуществляются в настоящее время для исследования молекулярной основы, лежащие в основе Ca 2 + волн и колебаний, их зависимости от пола и гормонального статуса животных, и могут ли они быть модулированнымдругие природные раздражители.

Рисунок 1. Инструменты, материалы и шаги для вырезания мозга мыши. A. Инструменты и материалы, используемые для рассечения мозга: 1, Loctite 406 клей, 2, микро шпателем ложки, 3, одно лезвие края, 4, малый и средний ножницы весной, 5, тупой пинцет, 6, ножницы, 7, чашки Петри, содержащей агар Гель блоков, 8, базовая пластина для монтажа мозга в микротоме. BF. Изображения некоторые шаги, описанные в пункте 2 протокола. B. Фотография мышь головы с указанием позиции резки волосистой части головы (красная линия) и стрелки (оранжевый), указывающий направление кожу следует оторвалась от кости (см. п. 2.4). С фотографией мыши головой после кожи оторвался показывает костных структур (см. п. 2.4). Резка направление ножниц и направление за нарушение открытой череп с тупой пинцет указывается либо с чернымпунктирными стрелками или серые широкие стрелки, соответственно. D. Фотография мозга мышей после устранения различных костных структур (см. шаг 2,5 - 2,7). Е. Фотография вынос мозга по-прежнему подключен к черепу через черепных нервов. F. Фотография относительно неповрежденный мозг мыши.

Рисунок 2. Нарезка из корональных участков гипоталамуса головного мозга мыши. A. Сфотографируйте, указывающие положение одним лезвием бритвы края для устранения мозжечка (см. п. 3.1). В. Позиция гель агара блока по отношению к мозгу наклеиваются на плиту из микротома (см. п. 3.2). C. резки корональных срез головного мозга (отметим здесь расположение головного мозга и гель блок должности в связи с лезвием из микротома, см. шаг 3.4.). г спины, V, вентральный.

Рисунок 3. Среза мозга расположены в записи камеры., B. Обзор (А) и большим увеличением (B) из Warner Instruments RC-27 с открытой камерой запись ванна дает широкий доступ к гипоталамической области корональных срез головного мозга (см. п. 5.1). С U-образной металлической арфы содержащие параллельные массивы из нейлона темы, которые будет проводить срез в положении в записи камеры (см. п. 5.2).

Рисунок 4. Ca 2 + сигналов в τGFP нейронов гипоталамуса мыши кусочки мозга. Нашей эры. Определение GFP нейрона и одновременное приобретение фура-красной флуоресценции в корональных ломтики мозга мыши. А. конфокальной изображения корональных срез мозга выявления GnRHR-τGFP нейроны (зеленый). B. Относительно равномерное флуоресцентного сигнала (красный) области мозга показаны на наблюдалась после загрузки среза мозга с fura-red/AM. C. Объединенные изображение, показывающее нейтроновадроны изображенные на загружается с Ca 2 + индикатор красителя (желтоватый). Границы GFP нейрона somata указаны в пунктирные белые линии, в то время как примеры двух не-GFP somata (стрелки) указаны в серых линий. D. Пример GFP и не-GFP нейронов с более высоким количеством красной флуоресценции по сравнению с фоном. E. Примеры соматических стимул-индуцированной Ca 2 + ответы от отдельных GFP с метками нейронов в различных областях мозга гипоталамус (Pe, перивентрикулярной ядра, DM, дорсомедиального гипоталамуса; Arc, дугообразные ядра). Площади под кривой (AUC) изображается красной зоне. Различных Ca 2 + сигналов между GnRHR-экспрессирующих нейронов из различных ядрах гипоталамуса могут быть сравнены с использованием AUC, как оценка общего изменения Ca 2 + в данной клетке за тот же период. F. схемы и диаграммы с указанием расположения GFP с метками нейронов проанализированы в AE Верхняя панель: Местоположение. Корональной мозга сперегиба содержащие гипоталамической областях мозга (красная линия) средние и нижние панели. Схематическое изображение среза мозга (в центре) и увеличения его красной коробке область (нижняя панель) с указанием красными точками примерное положение записанных GFP с метками нейронов Пе, DM и Триумфальной показан на E; черная область в нижней панели схеме: 3-го желудочка. Нижние две диаграммы взяты из Paxinos и Франклин 12. Нижний левый угол число указывает расстояние (мм) от брегмы.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Главный вопрос в неврологии, чтобы понять, как мозг обрабатывает социальную информацию. Основным источником информации, необходимой для социального признания кодируется обонятельный или феромонов сигналов. Обнаружение этих сигналов популяций нейронов в носу и признание сигналы в мозге, особенно в гипоталамусе, играют ключевую роль во многих социальных процессах и влиянии гормонов и других нейроэндокринных факторов 13-16. Существенным препятствием анализа ответов нейронов в областях мозга, как гипоталамус соде...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Нет конфликта интересов объявлены.
Мы благодарим наших коллег, которые принимали участие в работе приведены здесь. Эта работа была поддержана грантами от Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 894), «Интегративная анализа обоняния" DFG Schwerpunktprogramm 1392 и Фондом Фольксваген (TLZ). TLZ является профессор Лихтенберг от Volkswagen Foundation.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Имя | Компания | Кат. N ° | |
| Агар | Сигма | A1296 | |
| Fura-red/AM | Invitrogen | F-3021 | |
| Pluronic F-127 | Сигма | P2443 | |
| Диметилсульфоксид | Fisher Scientific | BP231 | |
| Вибрационный-Blade Микротом Hyrax V 50 | Zeiss | 9770170 | |
| Охлаждающее устройство CU 65 для Микротом Hyrax V 50 | Zeiss | 9920120 | |
| O 2 / CO 2 инкубаторе, CB210-UL | Связующее вещество | 0019389 | |
| Супер-клей, Loctite 406TM | Хенкель | 142580 | |
| Двухместный шпатели, ложки форму | Bochem | 3182 | |
| Microspoon шпатели, ложки форму | Bochem | 3344 | |
| Весна Ножницы, Мория-Vannas-Вольфа - 7 мм Лезвия | Средства изобразительных наук | 15370-52 | |
| Весна Ножницы, Vannas - 3 мм Лезвия | Средства изобразительных наук | 15000-00 | |
| Вагнер ножницы | Средства изобразительных наук | 14071-12 | |
| Медицинские щипцы, Дюмон 7b | Средства изобразительных наук | 11270-20 | |
| Большие прямоугольные ванны с открытой камерой (RC-27) | Warner Instruments | 64-0238 | |
| Конфокальный микроскоп Сияние BioRad 2100 | Zeiss | не доступно |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешениеThere was a typo in the abstract of Imaging Calcium Responses in GFP-tagged Neurons of Hypothalamic Mouse Brain Slices.