Summary
시 냅 스 전류 초파리 3 탈피 애벌레 neuromuscular 접속점에 시각화 된 시 냅 스 boutons에서 focally 기록 될 수 있습니다. 이 기술은 단일 시 냅 시스 bouton의 활동을 모니터링 수 있습니다.
Abstract
Drosophila 신경 근육 학 교차로 (NMJ) glutamatergic 시 냅 스 전송 연구에 우수한 모델 시스템입니다. 초파리 애벌레 NMJ에 시각화 된 boutons 시 냅 스 전류 초점 macropatch 녹음 기술을 설명합니다. 이 기술은 micropipettes, 높은 배율, 장거리 물 침수 목표, 미분 간섭 콘트라스트 (DIC) 광학와 형광 화합물 현미경 녹음의 맞춤된 제작을 해야 합니다. 첨부 합니다. 기록 전극 선택된 시 냅 시스 bouton DIC 광학, epi-형광, 또는 둘 다 시각 위에 배치 됩니다. 이 기법의 장점은 릴리스의 사이트의 제한 된 수의 시 냅 스 활동을 모니터링을 허용 한다입니다. 기록 전극은 여러 미크론의 직경 그리고 전극 가장자리 밖에 배치 된 릴리스 사이트 크게 영향을 주지 않습니다 기록된 전류. 기록 된 시 냅 스 전류 빠른 속도 고 쉽게 해결 될 수 있습니다. 이러한 장점은 향상 된 자연 또는 비동기 시냅틱 활동 돌연변이 플라이 라인의 연구에 대 한 특히 중요 하다.
Introduction
초파리 는 시 냅 스 전송 제어 하는 분자 메커니즘을 연구 하는 우수한 모델 시스템입니다. 초파리 에서 신경 근육 학 시스템 glutamatergic, 이며 따라서 초파리 신경 근육 학 교차로 (NMJ) glutamatergic 자료의 보존된 기능을 공부를 사용할 수 있습니다. 1 월과 1 월의 연구1, 이후 세 번째 탈피 애벌레는 갖는 자발적 시 냅 스 전송 흥분 성의 접합 잠재력 (EJPs) 또는 전류 (EJCs)을 모니터링 하 여 공부 하 광범위 하 게 사용 되었습니다. EJPs는 일반적으로 기록 침 날카로운 유리 마이크로 전극, 그들은 주어진된 근육 섬유에서 시 냅 스를 만드는 모든 boutons를 포함 하 여 전체 NMJ의 활동을 반영 하 고.
대조적으로, 출시의 사이트의 제한 된 수의 활동 신경 터미널 또는 시 냅 스 varicosities 근처 micropipette 팁을 배치 하 여 focally 기록할 수 있습니다. 이 기술은 원래 캐츠와 Miledi2에 의해 고용 되었다 및 초점 세포 외 녹음 개구리3,,45, 마우스6 를 포함 한 여러 NMJ 준비에서 성공적으로 고용 되어 , 7 , 8, 갑각류9,10,11,12,13,,1415,16및 초파리17,18,19,20,21,,2223. 이 이렇게는 최적화 된 레코딩 전극24,25macropatch 누가 Dudel에 의해 더 개발 되었다. Dudel의 구현에서이 기술을 밀접 하 게 일치 하는 느슨한 패치 클램프 방법26.
초파리 애벌레 NMJ 시 냅 스 boutons, 명확 하 게 정의 하 고 유전자 인코딩된 신경 형광 태그 ( 테이블의 자료참조)와 유전자 변형 라인은 쉽게 사용할 수 있습니다. 이러한 장점이 우리 EJCs와 mEJCs는 선택 된 시 냅 시스 bouton20,,2122에서 기록를 활성화. 여기, 우리는이 기술을 자세히 설명합니다.
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Protocol
1. 제조의 기록 전극
microelectrode 끌어당기는 사람에 대 한- 사용 다음 유리 전극 당기
- 프로토콜 (재료의 표 참조):
- 1: 열 510 당겨-속도 30 시간 250; 2 호선: 열 490 풀-속도 30 250 시간.
참고: 단위; 당 0.5 ms에 해당 하는 시간 단위 다른 단위는 상대. 램프 테스트 수행 후 모든 필 라 멘 트에 대 한 열 값을 조정 한다.
- 1: 열 510 당겨-속도 30 시간 250; 2 호선: 열 490 풀-속도 30 250 시간.
- 현미경 (35 x 배율)를 사용 하 여 가져온된 전극의 내경 ( 그림 1A) 7-10 µ m의 범위에 있는지 확인. 먼지 축적을 방지 하기 위해 단단히 닫힌된 용기에 모세를 저장.
- 화재 연마
- 화재 폴란드어 모세 (1-2에 대 한 최대 열 값의 80-90%)는 마이크로-포지를 사용 하 여 (재료의 표 참조). 세련 된 전극의 최종 내부 직경은 5 µ m ( 그림 1A) 27 확인.
- 굴곡
참고: 두 개의 굴절 높은 확대 목표 아래 근육 위에 전극 위치 하기 위해 만들어집니다. - 그림 1B에서 표시 하는 장치를 사용 하 여
- . 조작자에 전극을 수정 하 고 필 라 멘 트, 아니라 그것을만 지는 팁 놓고
- 집합 열 값의 최대 60-70%를 누르고 1-2에 대 한 마이크로-포지의 페달 (재료의 표 참조)는 필 라 멘 트가 열. L 자 모양의 바늘을 사용 하 여 부드럽게 풀 ( 그림 1B 확대) 전극의 팁 다운. 약 90 o ( 그림 1C)에 굴곡을 만들어.
- 전극 토치의 불꽃에 집게를 사용 하 여 손으로 누른 첫 번째 벤드에서 7-10 밀리미터의 거리에 두 번째 벤드 약 120 o ( 그림 1C)의 각도 확인.
그림 1. Micropipette 제조의 마지막 단계. (A) 전극 고 화재 연마 후 팁. (B.1) 팁 절곡에 대 한 설정. (B.2) 박스형된 영역 오른쪽에 확대 표시 됩니다. 전극과는 필 라 멘 트 전극 팁은 약간 와이어 위에 위치 하 고 감동 하지 있도록 고정 됩니다. (C.1) 기록 전극입니다. (C.2) 박스형된 영역 오른쪽에 확대 표시 됩니다. 첫 번째 벤드는 약 90 °의 각도 첫 번째 벤드와 전극의 끝 사이 거리가 약 1 m m. 규모 바 = 3 m m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
2. 추가 예비 단계
- 준비 (mM)에 heamolymph 같은 (HL3) 솔루션: 70 NaCl, 5 KCl, 20 MgCl 2, 10 NaHCO 3, 5 트 레 할 로스, 115 자당, 5 HEPES, 및 1mm CaCl 2; pH 7.3-를 조정 7.4. 냉장고에 솔루션을 유지 하 고 매주 신선한 게.
- 게 자극 pipets 같은 방법으로 녹음 유리 pipets, 그들을 구 부 필요가 없습니다 않습니다.
참고: 자극 전극의 준비는 28와 27에 자세히 설명 되어 있습니다. 마지막 지름 5-7 µ m의 범위에 있어야 화재 연마 후. - 삽입 주사기에 연결 된 microelectrode 홀더에서 자극 피 펫.
- 작은 접시 (35 x 10 m m) 실리콘 고무 에폭시 코팅에서 제조 해 부 접시 (재료의 표 참조) 28에 설명 된 대로.
참고: 실리콘 고무 사용 하기 전에 완전히 경화 되어야 합니다. - 방황 3 탈피 애벌레를 선택 하 고 27 , 28 , , 29 30에 설명 된 대로 그것을 해 부.
참고: boutons를 시각화 하려면 비행 스트레인 CD8-GFP (재료의 표 참조)- 사용 집게 (재료의 표 참조), 선택 3 rd 탈피 애벌레는 유리병에서.
- 핀 첫 번째 핀 후부 배치 애벌레와 다른 핀 앞쪽 (가까운 입 후크).
- 추가 HL3 솔루션.
- 애벌레의 등 쪽 측에 봄을가 위 (재료의 표 참조)에서 최고 핀 하단 하나를 사용 하 여 잘라 만들.
- 애벌레 필렛, 애벌레의 왼쪽과 오른쪽에 2 추가 핀 배치를 핀.
- 배 짱과 집게를 사용 하 여 tracheas 제거.
- 봄이 위를 사용 하 여 복 부 신경 코드 밖에 신경을 잘라.
3. EJCs의 전기 레코딩
그림 2. 녹음 설정. 샘플 NMJ 실리콘 코팅된 페 트리 접시 (화살표) epifluorescence 기능, 높은 확대 목표 및 2 개의 micromanipulators 수직 화합물 현미경의 이동식 무대 위에 위치에 고정. 현미경은 진동 방지 테이블에 배치 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 장소 현미경 단계 ( 그림 2)에 준비와 페 트리 접시
- . 목욕에서 참조 전극 삽입.
- 기록 전극 HL3 솔루션을 작성합니다. 10 배 목표 아래 (재료의 표 참조), 전극은 욕조에 담가 고 6-7 2, 3, 또는 4는 micromanipulator를 사용 하 여 복 부 세그먼트의 근육 이상 (재료의 표 참조) ( 그림 3 A.1, A.2).
- 60 x 목표 전환 (재료의 표 참조). 피-형광 또는 DIC 광학을 사용 하 여 관심사의 지역에 초점. 시 냅 시스 bouton ( 그림 3 B.1-3) 위에 전극의 끝을 놓습니다.
- 근육에 매우 부드럽게 전극을 누릅니다. 과도 한 압력은 NMJ를 손상 또는 자발적 시 냅 시스 활동에 증가 일으킬 수 있습니다. 전극의 팁은 안 막힌-그것은, 그것을 대체 하는 경우 확인
- 앰프, A/D 보드, 그리고 컴퓨터에 전환.
- 앰프에 전압 클램프 모드를 선택 하십시오.
- 수집 소프트웨어를 시작 하 고 선택은 ' 간격-무료 ' 모드.
- 컴퓨터 화면에 mEJCs의 모양을 관찰.
- 0.2-의 범위에는 mEJCs의 진폭은 없는지 0.7 없음.
참고: 작은 EJCs 나타냅니다 기록 전극 결함이 있다 또는 그것이 제대로 위치 하지은.
그림 3. 시 냅 스 boutons의 시각화. Hemi-세그먼트 확대 (A.1)와 근육 6 및 7을 보여주는 확대 박스형된 영역 아래 10의 (A) A 명시 이미지 (A.2, 화살표 표시 기록 전극). 눈금 막대 = 50 µ m. (B) 시 냅 스 boutons는 유전으로 인코딩된 신경 마커 (CD8-GFP)와 초파리 라인에 시각 피 형광 이미징 (B.1) 또는 DIC 광학 (B.2)을 사용 하 여. 이미지는 객관적이 고 GFP 이미징에 대 한 필터 큐브 x 60 찍은 (재료의 표 참조). Synaptic boutons 화살표와 함께 표시 되 고 형광 및 DIC 이미지 오버레이 B.3에 표시 됩니다. 눈금 막대 = 10 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 자극
- 근처 복 부 세그먼트 2-4를 innervating 축 삭 자극 전극 배치 사용 시각적인 통제 micromanipulator.
- 주사기의 피스톤을 당겨서 적용 부정적인 압력에 연결 전극 홀더, 그래서 축 삭 ( 그림 2) 전극의 내부 뽑아.
- 는 자극에. 격리 단위에 노브를 설정 (재료의 표 참조) 제로 전류를 설정 하 여 다음 부드럽게 증가, EJCs 나타날 때까지 (또는 임계값에 도달할 때까지).
- 현재 자극 suprathreshold 정권에서 자극 증가 약 두 번, EJCs의 관찰에 대 한 임계값에 비해 수행.
참고: 우리의 경험에서 이러한 자극 강도 실패 활동 전위와 활동 전위 발생을 피하기 위해 최적입니다. 예를 들어, EJCs 0.2의 자극 전류에 나타납니다 0.4의 전류를 사용 하는 엄마, 실험을 통해 엄마.
- 물개 저항
- 앰프의 전극 저항 스위치를 설정 하 여 녹음 macropatch 전극의 인감 저항을 측정 " 테스트 봉인 " 위치. GΩ에 인감 저항의 값에 표시 됩니다 관찰 된 " 현재 " 창.
- 인감 저항 0.5-2 M의 범위에 있는지 확인 Ω. 값이이 범위를 벗어난 표시 전극 제대로 광택 또는 하지 제대로 위치.
- 인감 저항 녹음을 통해 모니터링, 실험을 통해 일정 하 게 유지 그것 다는 것을 확인.
4. 분석
분석용 소프트웨어 사용자 지정- 분석 녹음 채용 (재료의 표 참조).
참고: 연구소 사내 소프트웨어 Quantan 31, EJCs 및 mEJCs focally 기록 ( 그림 4)의 검출에 대 한 사용자 지정을 사용 합니다. 이 소프트웨어 가우스 디지털 필터를 포함 하 고 겹치는 다중 quantal 이벤트 ( 그림 4A)에서 quantal 봉우리의 탐지를 허용 한다. 다른 접근 17에 설명 되어 있습니다.
그림 4. Quantal 분석입니다. MEJCs (A)와 EJCs (B) Quantan 소프트웨어에 의해 감지. 이벤트 지역 녹색으로 표시 하 고 봉우리는 붉은 화살표에 의해 표시 된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Representative Results
초점 macropatch 녹음 선택 된 시 냅 스 boutons (그림 5)에서 모니터링 시 냅 시스 활동 가능 전극 (그림 5A, 사이트 1) 시 냅 시스 bouton 위에 가져갈 때 기록 된 mEJCs (그림 5C, 사이트 1)는 진폭 잡음 레벨을 크게 초과 하 고 (하위 밀리초 범위)에서 단계 상승 날카로운. 때 기록 전극은 이동 시 냅 시스 bouton 멀리 몇 미크론 (그림 5A, 사이트 2), 기록 된 mEJCs 감소의 진폭에 의해 거의 소음 수준 (그림 5B, 2). 기록 된 EJCs 겨우 소음에서 구별 될 수 있다 그리고 그들은 단계 (그림 5C, 사이트 2 사이트 1 대) 상승 연장 있다.
기록 된 EJCs 및 mEJCs, 뿐만 아니라 시 냅 스 전류의 급속 한 활동에 기여 하는 릴리스 사이트의 제한 된 수 focally 기록, 돌연변이에서 출시 이벤트의 정확한 탐지를 가능 하 게 높은 시 냅 시스 활동. 이 명확 하 게 complexin null 돌연변이 (그림 6A)에서 mEJCs의 녹음 하 여 그림 수 있습니다. 자발적인 활동은 크게이 돌연변이32, 상승 그리고 따라서 침 기록 mEJPs 중복 초점 녹음22 사용 정확한 서로 (그림 6B), 명확 하 게 구별 될 수 없다 자발적인 출시 이벤트 (그림 4A)의 탐지.
그림 5입니다. EJCs 및 mEJCs에서 선택한 bouton의. (A) 선택한 bouton (사이트 1) 전극 배치 하 고 (사이트 2) bouton 멀어. 이미지 표시 CD8-GFP 태그 NMJ 근육 섬유 (A.2)를 통해 전극 기록 피-형광 (A.1)와 시각 그리고 오버레이 (A.3, A.4), 전극으로 사이트 1 (A.3) 또는 2 ( A.4). 눈금 막대 = 10 µ m. (B) mEJCs (사이트 1) bouton에서 기록 녹음 잡음에 명확 하 게 구별 하 고 급속 한 상승 단계. 대조적으로, mEJCs 사이트 2에서에서 기록 녹음 잡음에서 안정적으로 구별 될 수 없습니다, 그들의 진폭은 감소 선택할, 그리고 그들은 느린 시간 코스. (C)는 진폭의 EJCs bouton (위치 1)에서 기록 된 많은 배 사이트 2에서 기록 된 EJCs의 진폭에 의해 초과 그리고 그들은 또한 더 빠른 속도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6입니다. 세포내 녹음 대 초점 macropatch. 초점 녹음 동안이 돌연변이 전시에서 세포내 기록 (B) 출시 이벤트를 중복 하 고 안정적으로 검출 될 수 없다 complexin null 돌연변이 (A)에 mEJCs의 정확한 탐지를 사용 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
초파리 는 공부 시 냅 스 전송에 유리한 모델 유기 체를 나타냅니다. 여러 녹음 구성 시 냅 스 전위, 시 냅 스 전류 두 전극 전압 클램프33,34, 및 초점 macropatch의 녹음의 세포내 녹음을 포함 한 애벌레 NMJ에 사용 되었습니다. 여기서 설명 하는 시 냅 스 전류 기록입니다. 후자의 방법을 시각화 된 boutons에 시 냅 시스 전송의 정확한 정량화를 허용합니다.
설명된 프로토콜의 성공을 비판적으로 관심의 영역을 명확 하 게 시각화 하 고 기록 전극의 준비를 사용자 지정 하는 기능에 따라 달라 집니다. 따라서, 품질 DIC 광학, 긴 작동 거리, 및 화재 연마 및 전극 녹음의 굽 힘에 대 한 사용자 지정 된 장비와 높은 확대 물 침수 목표는 매우 중요 하다.
이 방법의 장점은 기록 전극에서 위치는 몇 시 냅 스의 활동을 모니터링을 허용 한다입니다. 그러나 주목 해야 한다,, boutons 전극의 가장자리 근처 위치 또한 기록된 활동에 기여할 수 있습니다. 그것은 중요 한, 따라서, 인감 저항 뿐만 아니라, 전극의 위치는 실험 과정에서 변경 되지 않습니다.
최근 이미징 기술로 단일 bouton의 활동을 모니터 하는 능력을 잠재적으로 결합할 수 있습니다. 예를 들어 개별 활성 영역35 활동의 광학 탐지의 EJCs 및 mEJC, 초점 녹음 결합 될 수 있다 그리고이 전기 녹음의 시간 해상도 가진 광학 탐지의 공간 해상도 부부 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
NIH 보조금 R01 수소 099557에 의해 지원
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sutter P-97 | Sutter instrument | P-97 | Microelectrode puller |
Narishige MF-830 | Narishige | MF-830 | Microforge |
WPI MF200 | WPI | MF200 | Microforge |
Glass capilaries | WPI | B150-86-10 | Glass capilaries |
Microtorch 1WG61 | Grainer | 1WG61 | Microtorch |
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | SYLGARD 184 | Silicone for dissection plates preparation |
Dissection pins | Amazon | B00J5PMPJA | Pins for larvae positioning |
Tweezers | WPIINC | 500342 | Tweezers for placing pins, removing the guts and tracheas. |
Scissors | WPIINC | 501778 | Scissors for cutting the cuticula of the larvae and nerves. |
Olympus BX61WI | Olympus | BX61WI | Upright microscope |
Olympus Lumplan FL N 60x | Olympus | UPLFLN 60X | Microscope objective 60X |
Olympus UPlan FL N 10x | Olympus | Uplanfl N 10X | Microscope objective 10X |
Narishige Micromanipulator | Narishige | MHW-3 | Three-axis Water Hydraulic Micromanipulator |
npi Electronic GmbH ELC-03XS | npi Electronic GmbH | ELC-03XS | Electrophysiological amplifier |
A.M.P.I Master 8 | A.M.P.I. | Master 8 | Electrical stimulator |
A.M.P.I Iso-Flex | A.M.P.I. | Iso-Flex | Stimulus isolator |
TMC antivibration table | TMC | 63-9090 | Antivibration table |
TMC Faraday cage | TMC | 81-333-90 | Faraday cage |
Digidata 1322A | Axon Instruments | Digidata 1322A | Digidata |
Computer | Dell | Dell Dimension 5150 | Computer with Win XP OS |
Electrode holder | WPI | MEH3SW | Electrode holder |
Optical filter | Omega optical | XF 115-2 | Filter cube for Green Fluorescent Protein (GFP) detection |
pCLAMP 8 | Axon Instruments | 8.0.0.81 | Software for signal recording |
Quantan | In-house software | - | Software for signal processing |
Canton-S (Wildtype) | Bloomington Stock Center | 64349 | Control fly line |
cpx SH1 | Generous Gift of J.T. Littleton | - | Complexin knock-out fly line with increased spontaneous exocytosis |
CD8-GFP | Bloomington Stock Center | 5137 | Fly line with neuronal fluorescent (GFP) Tag |
References
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