Здесь мы представляем подробный протокол исследования нейронной активности в областях мозга трансгенных рыбок данио, экспрессирующих кальциевые показатели GCaMP с помощью конфокальной микроскопии.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь мы представляем подробный протокол исследования нейронной активности в областях мозга трансгенных рыбок данио, экспрессирующих кальциевые показатели GCaMP с помощью конфокальной микроскопии.
Личинки данио-рерио являются перспективной модельной системой позвоночных для изучения нейронных механизмов поведения. Их полупрозрачность и относительно простая нейронная схема облегчают использование оптогенетических методов в клеточном анализе поведения. Флуоресцентные индикаторы нейронной активности in vivo , такие как GCaMP6s, широко используются для изучения нейронной активности, связанной с простым поведением личинок рыбок данио. В данной работе мы представляем протокол обнаружения сенсорно-индуцированной активности у полусдержанных личинок данио-рерио с использованием трансгенной линии Tg(elav3:GCaMP6s). В частности, мы используем химическое вещество аллилизотиоцианат, чтобы вызвать устойчивый, воспроизводимый флуоресцентный ответ в области мозга на границе заднего и спинного мозга. Мы обсуждаем потенциальное использование GCaMP6 для оптического мониторинга нейронной активности в различных поведенческих парадигмах и ограничения этого метода. Наш протокол описывает доступный подход к мониторингу динамической, связанной с поведением нейронной активности in vivo в мозге личинки данио-рерио.
Рыбки данио представляют собой модель позвоночного животного с податливостью для детальных клеточно-молекулярных нейробиологических исследований. Личинки данио обладают ~100 000 нейронов через 5 дней после оплодотворения (dpf), что значительно меньше, чем мозг млекопитающих. Кроме того, рыбки данио относительно полупрозрачны, что облегчает оптические исследования нейронной структуры и функций 1,2,3,4,5. Для использования у рыбок данио было разработано несколько оптогенетических инструментов, в том числе высокоточные показатели кальция6, датчики напряжения 7,8 и активно-зависимые маркеры нейронной активности 9,10,11,12,13. Эти инструменты дополняют другие преимущества, которыми обладает данная модель, такие как податливость к генетическим модификациям 14,15,16,17 и готовность, с которой личинки рыбок данио рерио поглощают химические вещества, присутствующие в растворах для купания 18,19,20,21.
Для оптической физиологии рыбок данио полезны различные методы, в частности, двухфотонная, световая листовая и конфокальная микроскопия. Каждая из этих технологий должна уравновешивать две взаимосвязанные проблемы разрешения: оптический доступ, включая рассеяние света окружающими тканями, и скорость дискретизации, особенно для захвата потенциальной кинетики действияв масштабе долей миллисекунды. Были достигнуты значительные успехи в визуализации кальция in vivo с использованием двухфотонной микроскопии, но этот метод часто ограничен полем зрения <1мм2, и, как правило, можно получить только одну плоскость глубины, что ограничивает захват активности в больших областях нейронной сети22. Для световой листовой микроскопии возможность записи активности почти всех нейронов в мозге устраняет ограничение поля зрения двухфотонной микроскопии, но современные скорости камеры физически ограничивают захват примерно тремя объемами мозга в секунду при 40 плоскостях на объем мозга у личинки данио-рерио 1,23. Конфокальная микроскопия уступает как по глубинному разрешению, так и по скорости захвата двухфотонной и световой листовой микроскопии. Преимущества конфокальной микроскопии заключаются в широкой доступности лабораторий по всему миру и возможности для реконструкции нейронной активности всего мозга с использованием репортеров нейронной активности, таких как cFos и p-ERK9. Кроме того, если мишенью являются небольшие области мозга, конфокальный микроскоп может обеспечить адекватное временное разрешение нейронной активности.
В настоящей статье описывается метод, который использует конфокальную микроскопию для регистрации нейронной активности у трансгенных рыбок данио-рерио, экспрессирующих GCaMP6s паннейронально. Несколько подобных протоколов с использованием личинок рыбок данио были разработаны для понимания функции нейронных путей 24,25,26,27,28,29. Ключевые особенности некоторых из этих протоколов, таких как покадровая визуализация, флуоресцентные индикаторы динамики кальция и живая визуализация, были объединены для измерения нейронной активности в небольшой популяции нейронов в центральной нервной системе рыбок данио в ответ на аллилизотиоцианат (AITC), аверсивный химический раздражитель 11,26,27,29,30,31 . АКИТ вызывает реакцию всего мозга, сфокусированную в области заднего мозга11. Один кластер нейронов, расположенный ближе к заднему мозгу, играет роль в передвижении и длительной реакции на AITC. Эта реакция длится дольше, чем устранение аверсивного стимула30. Ограничивая поле зрения, нам удалось обнаружить нейронную активность в этом нейронном кластере, которая отражается в изменении флуоресценции в нейронах, экспрессирующих GCaMP6. Мы предоставляем методы, рекомендации и передовой опыт для достижения достаточного пространственно-временного разрешения с помощью конфокальной микроскопии. Кроме того, мы обсудим ограничения нашего оптического метода записи. Несмотря на эти ограничения, метод должен позволить исследовать различные нейробиологические феномены, включая память и сенсомоторную обработку.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры с использованием животных были одобрены Комитетом по использованию институционального ухода за животными в Калифорнийском государственном университете в Фуллертоне (протокол # 2023-1310).
1. Стадирование личинок данио рерио в агарозе с низкой температурой плавления
2. Постановка и визуализация в условиях конфокальной микроскопии с применением стимула
3. Анализ сигнала GCaMP с использованием FIJI
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Введение аллилизотиоцианата вызывает кальций-ассоциированный нервный сигнал у личинок рыбок данио
Введение AITC (шаг 2.6) вызывает значительное увеличение GCaMP6s-ассоциированной нейронной активности в головном мозге личинки данио-рерио 11,30. Мы наблюдали повышенный флуоресцентный сигнал в небольшой области мозга после применения AITC, как показано на рисунке 4.
Балансировка ра...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы показали, что нейронная активность может быть зарегистрирована в мозге личинок данио-рерио с помощью GCaMP6s в сочетании с конфокальной микроскопией; более низкая скорость захвата, необходимая из-за более медленной кинетики GCaMP, может быть компенсирована уменьшением наблюдаемой области мозга6. Репортеры с более быстрой временной динамикой (т.е. GCaMP6f) доступны, но более высокое временное разрешение обычно достигается за счет сниженного флуоресцентного сигна...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Эта работа была поддержана грантом ACR от Национальных институтов здравоохранения (SC2GM1304854) и грантом DLG от Национального научного фонда (2050850).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Низкая температура плавления Агарозный | инвитроген | 16520-100 | Разбавленный до 3% |
| Аллилизотиоцианат (AITC) | Sigma Aldrich | 377430 | Химический стимулятор |
| E3 | Н/Д | /Д | Водная среда для личинок данио-рерио |
| Стеклянные донные тарелки | Thermo Fisher Scientific | 12-567-400 | Используется для удержания рыбок данио во время экспериментов |
| по визуализацииМикропипетка (10-100 мкл) | Cole-Parmer | 21600-14 | Аппарат, используемый для создания разведений AITC Предметные |
| стекла для микроскопа | Fisherbrand | 12-550-A3 | Используется для скрининга на фенотип |
| Щипцы с зеркальной отделкой | DUMONT | 11251-23 | Используется для ориентации рыбок данио в агарозе |
| myTEMP Mini Digital Incubators Benchmark | H2200-HC | Область хранения для рыбок данио; установлено на 28,5°; C | |
| Нитриловые перчатки | MedPRIDE | MPR-50504 | Основные СИЗ |
| Чашки Петри | VWR | 89107-632 | Контейнер для рыбок данио-рерио |
| Трубки Posi-Click | DENVILLE | C-2171 | Используется для разведения AITC |
| Полиуретановые трансферные пипетки Samco | Thermo Fisher Scientific | 225 | Аппарат используется для отбора животных/введения разбавленного болюса AITC |
| Stemi SV11 Микроскоп Apo | Zeiss | 1.25496E+11 | Используется для определения стадии |
| трансгенных личинок данио-рерио (от 2 до 7 DPF) | Н/Д | Н/Д | Подопытные животные; Tg(elav3:GCaMP6s) |
| штамм Конфокальный микроскоп Zeiss (модель LSM9) | Zeiss | 3523004097 | Визуализация рыб |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.