Этот метод обеспечивает способ для пары оптогенетики и генетически закодированных датчиков кальция для изображения базовых уровней цитосолика кальция и изменения в вызванных переходных кальция в мышцах стенки тела модельного организма C. elegans.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот метод обеспечивает способ для пары оптогенетики и генетически закодированных датчиков кальция для изображения базовых уровней цитосолика кальция и изменения в вызванных переходных кальция в мышцах стенки тела модельного организма C. elegans.
Модель организма C. elegans обеспечивает отличную систему для выполнения виво-изображения кальция. Его прозрачное тело и генетическая манипулируемость позволяют целенаправленно выражать генетически закодированные датчики кальция. Этот протокол описывает использование этих датчиков для in vivo изображения динамики кальция в целевых клетках, в частности, мышцы стенки тела червей. Используя совместное выражение пресинаптического каналародопсина, стимуляция ацетилхолина от возбуждающих моторных нейронов может быть индуцирована с помощью импульсов синего света, что приводит к деполяризации мышц и воспроизводимым изменениям цитоплазмического кальция Уровней. Два червя иммобилизации методы обсуждаются с различными уровнями сложности. Сравнение этих методов показывает, что оба подхода сохраняют физиологию нервно-мышечного соединения и позволяют воспроизводимую количественную оценку переходных кальция. При сопряжении оптогенетики и функциональной визуализации кальция, изменения в постсинаптической обработки кальция и гомеостаза могут быть оценены в различных мутантных фонов. Представленные данные подтверждают как методы иммобилизации, так и конкретно рассматривают сяосматривает роли C. elegans sarco (endo)plasmic reticular calcium ATPase и кальциевый канал BK калия в регуляции кальция мышцы стенки тела.
В этой статье представлены методы для in vivo изображения кальция C. elegans мышцстены тела с использованием оптогенетической стимуляции нейронов. Сопряжение мышцы, выраженной генетически закодированным индикатором кальция (GECI) с синим светом, спровоцировав нейрональную деполяризацию и обеспечивает систему для четкого наблюдения вызываемых постсинаптических переходных кальций. Это позволяет избежать использования электрической стимуляции, что позволяет неинвазивный анализ мутантов, влияющих на динамику постсинаптического кальция.
Однофторофорные ГКИ, такие как GCaMP, используют одну флуоресцентную молекулу белка, сливную с доменом M13 миозиновой легкой цепи киназы в конце N-терминала и стодулина (CAM) в C-терминине. После связывания кальция, домен CaM, который имеет высокое сродство к кальцию, подвергается конформационным изменениям, вызывая последующее конформационное изменение флуоресцентного белка, что приводит к увеличению интенсивности флуоресценции1. GCaMP флуоресценция возбужденных на 488 нм, что делает его непригодным для использования в сочетании с channelrhodopsin, который имеет аналогичную длину волн возбуждения 473 нм. Таким образом, для того, чтобы соединить измерения кальция со стимуляцией channelrhodopsin, зеленый флуоресцентный белок GCAMP должен быть заменен красным флуоресцентным белком, мруби (RCaMP). Использование мышцы выразилRCaMP, в сочетании с холинергической двигательной нейронной экспрессии channelrhodopsin, позволяет исследования на червя нервно-мышечного соединения (NMJ) с одновременным использованием оптогенетики и функциональной визуализации в рамках одного и того же животного 2.
Использование channelrhodopsin обходит необходимость электрической стимуляции для деполяризации нервно-мышечных соединений C. elegans, которые могут быть достигнуты только в расчлененных препаратов, что делает этот метод как легче использовать и более точным при ориентации на конкретные ткани. Например, channelrhodopsin ранее был использован в C. elegans для обратимой активации конкретных нейронов, что приводит либо к надежной активации возбуждательных или ингибирующих нейронов3,4. Использование светостимулируемой деполяризации также обходит вопрос о повреждении нейронов из-за прямой электрической стимуляции. Это дает возможность изучить влияние многих различных протоколов стимуляции, в том числе устойчивых и повторяющихся стимуляций, на постсинаптической динамике кальция4.
Прозрачный характер C. elegans делает его идеальным для флуоресцентного изображения функционального анализа. Однако, при стимулировании возбуждающих ацетилхолина нейронов на NMJ, животные, как ожидается, реагировать с немедленной сокращения мышц4, что делает иммобилизацию червей решающее значение в визуализации дискретных изменений кальция. Традиционно, фармакологические агенты были использованы, чтобы парализовать животных. Одним из таких препаратов используется левамизол, холинергический ацетилхолин рецептор агониста5,6,7. Так как левамизол приводит к постоянной активации подтипа возбуждающих мышечных рецепторов, этот реагент не подходит для изучения динамики мышечного кальция. Действие левамизола вызывает постинаптическую деполяризацию, повышение цитозолического кальция и окклюзионные наблюдения после пресинаптической стимуляции. Чтобы избежать применения парализующих препаратов, мы рассмотрели два альтернативных метода обездвиживания C. elegans. Звери были либо склеены, а затем расчленены открытыми, чтобы разоблачить мышцы стенки тела, похожие на существующие C. elegans NMJ электрофизиологии метод8, или нанобусы были использованы для обездвиживания нетронутых животных9. Обе процедуры позволили для воспроизводимых измерений отдыха и вызвали мышечного кальция переходных, которые были легко поддаются количественной оценке.
Методы в этой работе могут быть использованы для измерения базовых уровней цитосолика кальция и переходных в постсинаптических клеток мышц стенки тела в C. elegans. Приводятся примеры данных, использующих два различных метода иммобилизации. Оба метода воспользоваться оптогенетики деполяризации мышечных клеток без использования электрической стимуляции. Эти примеры демонстрируют осуществимость этого метода при оценке мутаций, которые влияют на постсинаптическую обработку кальция у червей, и указывают на плюсы и минусы двух иммобилизационных подходов.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Установка микроскопа
2. C. elegans подготовка образца и получение данных
3. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот метод оценивал изменения в мутантах, как полагают, влияют на обработку кальция или деполяризацию мышц. Базовые уровни флуоресценции и флуоресцентные переходные были визуализированы и отдыхациозного кальция и кинетики кальция в мышцах были оценены. Важно, чтобы животные выращивались на всетрансрежной жене лежки в течение не менее трех дней, чтобы обеспечить успешное включение ретины, тем самым впоследствии активируя каналродопсин(рисунок 2А
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
GECIs являются мощным инструментом в C. elegans нейробиологии. Предыдущая работа использовала методы визуализации кальция для изучения широкого спектра функций в нейронах и мышечных клетках, включая сенсорные и поведенческие реакции, с различными методами стимуляции. Некоторые исследования использовали химические стимулы, чтобы вызвать переходные кальция в сенсорных нейронов ASH22,23 или вызвать кальциевые волны в мышцах фарингина24
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Авторы благодарят д-ра Александра Готтшалька за «X1659», RCaMP и channelrhodopsin, содержащий штамм червей, доктора Hongkyun Кима за штамм червей slo-1 (eg142) и Национальный проект биоресурсов для штамма червя sca-1 (tm5339).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| all-trans сетчатка | Sigma-Aldrich | R2500 | Необходим для возбуждения канала родопсина |
| Янтарный светодиод | RCaMP подсветка | ||
| Arduino UNO | Mouser | 782-A000066 | Управление флуоресцентной подсветкой |
| Синий светодиодный | каналродопсин подсветка | ||
| BX51WI микроскоп Olympus | Стационарный составной микроскоп | ||
| Управляемый током малошумящий линейный источник питания | Ametek | Sorenson | Управление интенсивностью светодиодов |
| Igor Pro | Wavemetrics | Wavemetrics.com | Программное обеспечение для построения графиков |
| ImageJ | NIH | imagej.nih.gov | Программное обеспечение для обработки изображений |
| LUMFLN 60x water NA 1.4 | Olympus | Водный иммерсионный объектив для препарированный препарат | |
| Мастер-8 Стимулятор | A.M.P.I | Мастер таймер для получения изображения и светодиодной подсветки | |
| Micro Manager | micro-manager.org | Управление камерой захвата и возбуждения светодиодов | |
| Microsoft Excel | Spreadsheet программное обеспечение | ||
| pco.edge 4.2 CMOS камера | pco. | 4.2 | Высокоскоростная камера |
| PlanApo N 60x oil NA 1.4 | Olympus | Масляный иммерсионный объектив для приготовления наногранул | |
| Polybead microspheres | Polysciences, Inc. | 00876-15 | Для иммобилизации червей |
| твердотельные переключатели | Sensata Technologies | Crydom CMX100D6 | Управляет синхронизацией светодиодного освещения |
| Трансгенная деформация, sca-1(tm5339); [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Richmond Lab | SY1627 | Возбуждающий нейрональный каналродопсин и мышцы стенки тела RCaMP, экспрессирующие червячную линию с мутантным аллелем SERCA |
| Трансгенный штамм, slo-1 (eg142); [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Richmond Lab | Возбуждающий нейрональный каналродопсин и мышцы стенки тела RCaMP, экспрессирующие червячную линию с активированным кальцием BK калийным каналом мутантным аллелем | |
| Трансгенный штамм, [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Gottschalk Lab | ZX1659 | Возбуждающий нейронный каналродопсин и мышцы стенки тела RCaMP, экспрессирующие червячную линию |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.