Развитие optogenetic методы поощрения или подавления возбудимости нейронов с определенными длинами волн света дало возможность изучить функции различных популяций нейронов в нейронных цепях управления поведением 1, 19, 21. Этот метод часто используется для активации группы нейронов, но он также может быть использован для активации отдельных нейронов. Данио рерио Личинки особенно актуален в этих методах, так как они являются прозрачными, их нервная система развивается быстро, и создание трансгенных животных очень быстро и рутины. Тем не менее, значительные технические препятствия необходимо преодолеть, чтобы надежно достижения одной активации нейрона.
Для оптимизации процедуры optogenetic активации отдельных нейронов у рыбок данио, мы сосредоточились на соматосенсорной нейронов. Личинки данио рерио обнаружить различные соматосенсорной раздражители с помощью двух популяций нейронов: нейроны тройничного нерва, которые иннервируют голову, и Rohon-Борода (RB) нейроны, которые иннервируют остальные части тела. Каждый тройничного и RB нейронов проекты периферических аксонов, что ветви широко в кожу для обнаружения стимулов и центрального аксона, который подключается к вниз по течению нейронных цепей. Животные реагировать на прикосновение уже 21 часов после оплодотворения (HPF), указывая, что когерентное соматосенсорной схемы сформировали 5, 18. Во время развития личинок по крайней мере некоторые тройничного и RB нейроны синапсов на ячейку Mauthner для активации классического ответы побега, но накапливаются данные свидетельствуют о том, что существует несколько классов нейронов соматосенсорной с различными формами соединения, которые могут вызвать изменения на побег поведения 2, 4, 10, 12, 14, 15, 16, 17. Наша мотивация для развития этого метода было охарактеризовать поведенческие функции различных классов нейронов соматосенсорной, но такой подход в принципе может быть использован для изучения функций практически любой нейрон или популяции нейронов в ЛарВал рыбок данио.
Дуглас и соавт. Ранее описанного метода для активации Channelrhodopsin-2-выражения нейронов соматосенсорной с голубым светом, вызывая выход поведения 3. Их подход, используемый элемент усилителя от Isl1 генов для управления экспрессией ChR2-EYFP в соматосенсорной нейронов. Это трансгенов, однако, как сообщается, отображение относительно слабой флуоресценцией, требующих совместного введения второго докладчика, UAS :: GFP, чтобы обеспечить визуализацию клеток, экспрессирующих ChR2-EYFP. Этот подход был использован, чтобы вызвать поведение ответов между 24-48 HPF, но никогда не могли вызвать отклик последние 72 HPF. Таким образом, хотя этот метод работает для изучения нервной системы на ранних личиночных стадиях (24-48 HPF), оно является недостаточным для характеристики нейронных цепей и поведенческие реакции у пожилых личинки, когда более разнообразными поведенческими реакциями являются очевидными и нейронные цепи являются более зрелыми.
Мы стремилисьповысить чувствительность этого метода для того, чтобы охарактеризовать функции субпопуляций личинок нейронов РБ. Для улучшения выражения мы использовали соматосенсорной конкретного усилителя (CREST3) 20 для управления экспрессией LexA-VP16 и участок LexA оператор последовательности (4xLexAop) 11 для усиления экспрессии флуоресцентно отмеченных свет активированного канала. Эта конфигурация усиливается экспрессия каналов, устраняя необходимость для совместного выражения второго репортера и позволяющие непосредственно определить относительное содержание канала в каждый нейрон. Использование LexA / LexAop последовательность была дополнительным преимуществом, что позволяет нам ввести трансгенных данио рерио в линии репортеру, что использовать Gal4/UAS системы. Переходный выражение этого трансгена в результате различных уровней выражение, но, как правило, достаточно прочной, чтобы визуализировать как тело клетки и аксональной проекции отдельных нейронов в течение нескольких дней. Для оптимизации чувствительностиность на свет мы использовали свет активированного канала шеф-повара, вариант channelrhodopsin, состоящий из химеры channelopsin-1 (Chop1) и channelopsin-2 (Chop2) с кроссовером сайте спирали цикл EF 13. Этот канал активируется при той же длине волны, как ChR2, но требует низкой интенсивности света для активации, что делает его более чувствительным, чем другие широко используемые каналы, в том числе ChR2. Белка повар был слит с красным флуоресцентным белком, tdTomato, позволяя нам для выявления экспрессии белка без активации канала. В качестве источника света, мы использовали диодной накачкой твердотельным (DPSS) лазерный связан с волоконно-оптическим кабелем для доставки точным, мощным импульсом синего света на конкретный регион личинок. Это позволило нам сосредоточиться лазерного излучения на отдельных нейронов, устраняя необходимость в поиске редких трансгенных животных, выразив канал в одном нейроне. Используя этот подход, мы смогли активировать отдельных нейронов РБ, записывать поведенческая реакцияс, высокоскоростные видеокамеры, изображения и активированные нейроны в высоком разрешении с конфокальной микроскопии.