1. Çözelti hazırlama
- Tabloya göre 10X R1, 10X R2 ve 10X R3 çözeltilerini hazırlayın.
R1
| Kimyasallar | MW(g/mol) | mM (1X) | 10X stok (g/L) |
| NaCl | 58.44 | 125 | 73.05 |
| KCl | 74.55 | 2.5 | 1.86 |
| MgCl2 | 1 M stok | 1 | 10 ml |
| CaCl2·2H2O | 147.02 | 2 | 2.94 |
| NaH2PO4·H2O | 137.99 | 1.25 | 1.72 |
R2
| Kimyasal | MW(g/mol) | mM (1X) | 10X stok (g/L) |
| NaHCO3 | 84.01 | 25 | 21 |
R3
| Kimyasallar | MW(g/mol) | mM (1X) | 10X stok (g/L) |
| NaCl | 58.44 | 125 | 73.05 |
| KCl | 74.55 | 2.5 | 1.86 |
| MgCl2 | 1 M stok | 2 | 20 ml |
| CaCl2·2H2O | 147.02 | 2 | 2.94 |
| HEPES | 1 M stok | 5 | 50 ml |
- Deney günü, 100 ml 10X R1 ve 100 ml 10X R2'yi çift distile su (DDW) içinde karıştırıp 1.8 g dekstroz (final 10 mM) ekleyerek 1 litre fare yapay beyin-omurilik sıvısı (mACSF) hazırlayın. Bu hazırlama yöntemi, yüksek pH'de kalsiyum karbonat çökelmesini önler. mACSF'nin osmolaritesi yaklaşık 310-315 mOsm/L civarındadır. Gerekiyorsa osmolariteyi dekstroz veya su ile ayarlayın. Çözeltinin pH değerini 7.2-7.4'e ayarlamadan önce, çözeltiyi en az 30 dakika boyunca Karboksijen gazı (%95 oksijen ve %5 karbondioksit) ile havalandırın.
- Deney günü, 100 ml 10X R2 ve 100 ml 10X R3'ü DDW içinde karıştırıp 1.8 g dekstroz (10 mM) ekleyerek 1 litre Ringer çözeltisi hazırlayın. Ringer çözeltisinin osmolaritesi ve pH değeri mACSF ile benzer olmalıdır. Çözeltiyi Karboksijen gazı ile havalandırın.
- mACSF veya Ringer çözeltisi içinde %4 düşük erime noktalı agaroz (LMA) hazırlayın. Eritilmiş agarozu eppendorf tüplerine paylaştırın ve kullanıma kadar 4°C'de saklayın. Saflaştırılmış polisakkaritten oluşan LMA, 37°C'de sıvı halde kalır ve 25°C'nin altındaki sıcaklıklarda hızla katılaşır. Bu özellikler, LMA'yı VNO gömme ve canlı doku fizyolojisi için ideal kılar. Agar gibi diğer saf olmayan materyaller, tanımlanmamış bileşenler nöronal yanıtı etkileyebileceği için canlı doku deneylerinde tercih edilmemelidir.
- Feromon stimülasyonlarını Ringer çözeltisi içinde hazırlayın. Fare idrarı için 1:100 dilüsyon güçlü yanıtlar verir.
2. VNO kesitinin hazırlanması
- Hayvanı sakrifiye etmeden önce, agarozu eritmek için iki tüp LMA'yı bir ısıtıcı bloğa yerleştirin ve sıcaklığı >60°C olarak ayarlayın. Jel sıvılaştığında, tüpleri 37°C'lik bir ısıtıcı bloğa aktarın.
- CO2 ötanazisinin ardından bir G-CaMP2 faresinin kafasını kesin. Alt çeneyi çıkarmak için mandibula kemiklerini makasla kesin. Nazal boşluğu açığa çıkarmak için tırtıklı üst damak dokusunu soyun (Şekil 1A). İki ön kesici dişin arasına cerrahi bir bistüri yerleştirerek çene kemiklerini ayırın. VNO'yu açığa çıkarmak için çene kemiklerini dikkatlice çıkarın. Bu noktada, tüm VNO, kuyruk kemiğinden tutularak nazal boşluktan yukarı kaldırılabilir (Şekil 1B). VNO'yu hemen soğuk, oksijenlendirilmiş mACSF solüsyonuna aktarın.
- Diseksiyon mikroskobu altında, #5 pensetin ucunu septal kemik duvarı boyunca nazikçe kaydırarak iki VNO'yu birbirinden ayırın (Şekil 1C). VNO dokusunu çevreleyen vomer kemiğini soyun. Tüm VNO dokusunu kemik boşluğundan nazikçe kaldırın. Bu adımda nöroepitelyuma zarar vermemek için aşırı dikkatli olunmalıdır. Doku yüzeyinde kalan küçük kemik parçaları, gömme işleminden önce tamamen temizlenmelidir. Doku üzerinde kalan parçalar, kesme bıçağına takılarak dokunun agaroz bloktan dışarı çekilmesine neden olabilir.
- VNO dokusunun arka ucunu tutmak için penseti kullanın ve dokuyu nazikçe eritilmiş agarozun içine daldırın (Şekil 1D). Agarozu katılaştırmak için tüpü buz üzerinde hızla soğutun. Gömme ve soğutma işlemi 2 dakikadan kısa sürmelidir.
- Kesitler almak için VF300 doku dilimleyici (Precisionary Instruments, Greenville, NC) kullanılır. VNO'yu içeren agaroz bloğu uygun şekilde kesin ve doku tutucuya yapıştırın (Şekil 1E ve F). Doku tutucuyu metal silindire yerleştirin ve kalan boşluğu ek LMA ile doldurun. LMA buz üzerinde katılaştığında, hemen kesme işlemine geçin. Kesme haznesine soğuk, oksijenlendirilmiş mACSF verin ve dilim başına 180-200 μm kalınlığında kesmeye başlayın. Kesme sırasında dokunun sıkışmaması ve VNO'nun agarozdan ayrılmaması için ilerleme hızını ve vibrasyon frekansını ayarlayın. Kesilen dilimleri toplayın ve mACSF inkübasyon haznesine aktarın (Şekil 2A). Dilimler, oda sıcaklığında oksijenlendirilmiş mACSF içinde 6-8 saat boyunca canlı kalır. Şekil 2B ve C sırasıyla bir G-CaMP2 VNO diliminin DIC ve 2-foton görüntülerini göstermektedir.
3. Görüntüleme odası kurulumu
- VNO kesitini perfüzyon odasının (Siskiyou, Grants Pass, OR) ortasına yerleştirin ve kesiti bir kesit sabitleyicisi (Warner Instruments, Hamden, CT) ile aşağıda tutun (Şekil 3A). Sabitleyicinin iplikleri sadece kesitin LMA kısmına baskı yapmalı, VNO dokusuna temas etmemelidir. Oksijenlendirilmiş mACSF, giriş portu aracılığıyla perfüzyon odasına ∼100 μl/sec hızla iletilir ve taze mACSF'nin sürekli akışını sağlamak için sıvı, çıkış portu üzerinden bir vakum iğnesi ile tahliye edilir (Şekil 3A ve B).
- 30 ml'lik bir şırıngayı Ringer çözeltisi ile doldurun ve şırınga pompasına (New Era Pump Systems, Farmingdale, NY) sabitleyin. Kesit üzerine sürekli bir Ringer çözeltisi akışı sağlamak için pompa hızını 300-600 μl/min olarak ayarlayın (Şekil 3C).
- Ringer çıkışını bir HPLC enjeksiyon döngüsüne (Chromtech, Apple Valley, MN) bağlayın (Şekil 3D). İletilen hacmin hassas kontrolü için farklı döngü boyutları seçilebilir. Deneylerimizde 20 μl'lik bir döngü kullanıyoruz. Enjeksiyon döngüsü kontrolünün iki akış yolu vardır (Şekil 3E). "Yükleme" (load) konumunda, numuneler bir Hamilton hassas şırınga ile numune döngüsüne yüklenebilir. Fazla numune, atık çıkışından numune döngüsünü terk eder. Şırınga pompası tarafından enjekte edilen Ringer çözeltisi, numune döngüsünü baypas ederek doğrudan perfüzyon ucuna bağlı olan çıkışa gider (Şekil 3A ve E). "Enjeksiyon" (injection) konumunda, pompa çözeltisi numune döngüsü üzerinden akar ve stimülasyonları çıkışa iter (Şekil 3E). Görüntüleme deneyinden önce, perfüzyon sıvısının sorunsuz akışını sağlamak için hava kabarcıkları dışarı atılmalıdır. Stimülasyon iletimi için diğer ticari veya özel yapım enjeksiyon sistemleri de uygulanabilir.
- Perfüzyon ucunu 5X veya 10X objektif altında, uç VNO kesitinden yaklaşık 1 mm uzaklıkta olacak şekilde ayarlayın.
- Yeni bir perfüzyon sistemi kurulduğunda, numune gecikme süresinin ve süresinin floresan boya ile ölçülmesi önerilir. Numune döngüsüne %0,1 rhodamine 6G boyası yükleyin ve görüntüleme başlangıcından 5 saniye sonra valfi enjeksiyon konumuna getirin (Şekil 3F). Floresan sinyali 10-30 saniye arasında tespit edilir. Floresan sinyalinin pürüzsüz eğrisi, daldırma objektif altında çok az türbülans oluştuğunu ve oksijenlendirilmiş mACSF'nin kesite yeterli düzeyde perfüzyon sağladığını da gösterir.
4. Zaman ayarlı görüntüleme
- Zaman ayarlı görüntüleme için 10X veya 20X su daldırmalı lensli Zeiss AxioSkope FS2 mikroskobu kullanıyoruz. G-CaMP2 sinyalleri için standart GFP bant geçiren filtre (450-490nm) kullanılmaktadır. Epifloresan görüntüler, G-CaMP2 ekspresyon seviyelerine bağlı olarak 1X1 veya 2x2 binning ile bir CCD kamera (Zeiss HRM) aracılığıyla elde edilir.
- Kazanım hızını saniyede 1 kareye ayarlayın. G-CaMP2 sinyallerinin ağarmasını ve hücrelerin fotohasarar görmesini en aza indirmek için ışık yoğunluğunu ayarlayın. Her deney için normalde 60 karelik bir görüntü yığını (∼60-70 saniye) elde ederiz. Belirli bir zaman noktasında (örneğin, 5. saniyede) valfi enjeksiyon konumuna getirin. Şekil 3F) tüm denemelerde tutarlı bir zaman gecikmesi elde etmek için bir deney seti için.
- Uyaran olarak Ringer çözeltisi kullanarak bir deneme çalışması gerçekleştirin. Örnek enjeksiyonu sırasında hareket artefaktı oluşursa perfüzyon düzeneğini yeniden ayarlayın.
- Ringer çözeltisi ile 1:100 oranında seyreltilmiş fare idrarı ile bir pozitif kontrol çalışması gerçekleştirin. Fare idrarına karşı G-CaMP2 yanıtının tipik maksimum ΔF/F değeri yaklaşık %20-40 civarındadır. Gerektiğinde, deneylerin sonunda dilimleri stimüle etmek amacıyla Ringer çözeltisi içinde 10 mM KCl uygulanarak dilimlerin canlılığı doğrulanabilir.
- Tek bir stimülüs yüklendikten sonra Hamilton şırıngasını Ringer çözeltisi ile en az üç kez yıkayın. Farklı stimülüsler arasında örnek döngüsünü Ringer çözeltisi ile en az üç kez yıkayın. Bu adımlar, farklı örnekler arasında çapraz kontaminasyonu önler.
- Bir sonraki uyaranı uygulamadan önce VSN'lerin toparlanması için 4-10 dakika bekleyin.
5. Veri analizi
- Tek bir kesitten elde edilen tüm görüntülerin görüntü kaydını (image registration) gerçekleştirin. Bu işlemi otomatikleştirmek için AxioVision (Carl Zeiss, North America) içinde özel olarak yazılmış bir VBA betiği kullanıyoruz. Aynı deney kapsamındaki tüm görüntü kareleri, elastik kayıt (elastic registration) kullanılarak ortak seçilmiş bir referans kareye göre hizalanır (Şekil 4A). Doğrusal olmayan kayıt olarak da bilinen elastik kayıt, bir hedef görüntünün bir referans görüntüye rijit olmayan bir şekilde dönüştürülmesine odaklanan bir görüntü kayıt tekniği kategorisidir. Burada AxioVision'ın uygulamasını kullandık.
Bu referans kare, görüntü yığınları arasından rastgele seçilir.
- Yanıt veren hücreleri belirlemek için görüntü çıkarma (image subtraction) işlemini gerçekleştirin. Bu işlemi otomatikleştirmek için ImageJ v1.42 (http://rsb.info.nih.gov/ij/, NIH, Bethesda, MD) içerisinde özel olarak yazılmış makrolar kullanıyoruz. Her yığın için bir minimum projeksiyon görüntüsü oluşturulur. Ham yığınlardan minimum projeksiyon çıkarıldıktan sonra yanıt veren hücreler ortaya çıkar (Şekil 4B).
- Çıkarılmış yığınlardan ilgi bölgesini (ROI) belirleyin ve ImageJ'deki Multi-Measure eklentisini kullanarak ROI koordinatlarını elde edin. Bir deney için tüm yığınları işleyin ve tüm ROI koordinatlarını bir ROI ana listesine kaydedin (Şekil 4C).
- Özel olarak yazılmış makro ve ImageJ'deki Multi-Measure eklentisini kullanarak, ham görüntü yığınlarındaki hücre yanıtlarını ölçmek için ROI ana listesini kullanın (Şekil 4D). Yanıt eğrilerini ve ısı haritasını Matlab (Mathworks Inc., Natick, MA) programında çizin.
6. Temsili Sonuçlar
Dört farklı fareden toplanan idrar örneklerinin kullanıldığı VNO görüntüleme deneyine bir örnek Şekil 5'te gösterilmektedir. Kesit, idrar stimülasyonuna çeşitli aktivasyon modelleriyle yanıt vermektedir. İdrar stimülasyonlarından en az birine yanıt veren yaklaşık 80 hücre tanımlanmış ve bunların yanıt ΔF/F değerleri ısı haritasında grafiğe dökülmüştür (Şekil 5A). 1, 2 ve 3 numaralı hücrelerin yanıt izleri, idrar stimülasyonuyla gerçekleşen aktivasyonun zaman seyrini göstermek üzere Şekil 5B'de çizilmiştir. Hücre 1, her iki dişi idrar örneğine yanıt verirken erkek örneklerine yanıt vermemektedir; hücre 2 ise bunun tam tersi bir aktivasyon modeli sergileyerek yalnızca her iki erkek örneğe yanıt vermektedir. Hücre 3, hem bireysel erkek hem de dişi örnekler tarafından aktive edilmiştir. Hücre 1 ve 2, idrardaki cinsiyete özgü ipuçlarına karşı karakteristik yanıtlar sergilemektedir 15.

Şekil 1 VNO diseksiyon sürecinin şematik gösterimi. A. Fare kafasında VNO'nun anatomik konumu. Bir G-CaMP2 faresinin kafası diseke edilmiş ve VNO'yu açığa çıkarmak için damaktan yumuşak dokular uzaklaştırılarak ters şekilde yerleştirilmiştir. Küçük resim, aynı görüntünün floresan görüntüsünü göstermektedir. VNO'nun nöroepitelyumları parlak yeşildir. B. Vomer kemiği (üst) içinde yer alan izole edilmiş VNO'nun yan görünümü ve aynı VNO'nun floresan görüntüsü (alt). C. VNO'nun koronal görünümü ve diseksiyon süreci. Bir VNO septumdan ayrılır ve ardından nöroepitelyumu çıkarmak için vomer kemiği uzaklaştırılabilir. D. VNO, LMA içine gömülür. E. Gömülü blok, kesit almak için doku tutucuya yapıştırılır. Doku tutucu, agaroz bloğu kesim için metal namludan dışarı itecek şekilde kesit başına 180-200 μm ilerletilir. Kesici bıçak, metal namluya yakın konumlandırılır. F. VF300 doku dilimleme sisteminin yan görünümü. B.V., kan damarı. N.E., nöroepitelyum.

Şekil 2 VNO kesitleri. A. VNO kesitleri, oda sıcaklığında oksijenlendirilmiş mACSF içinde muhafaza edilir. B. VNO kesitinin bir DIC görüntüsü. C. G-CaMP2 faresinden alınan VNO'nun 2-foton görüntüsü. Ölçek çubuğu, 50 μm.

Şekil 3 Perfüzyon sistemi düzeneğinin gösterimi. A. Giriş ve çıkışı olan tipik bir perfüzyon odası. VNO dilimi odanın merkezine yerleştirilmiş ve bir doku sabitleyici ile aşağı doğru bastırılmıştır. VNO dokusunun ezilmemesi için doku sabitleyicinin orta dişleri çıkarılmıştır. B. Perfüzyon odası, daldırma objektifinin altında mikroskop tablasına yerleştirilmiştir. mACSF girişi, vakum çıkışı ve perfüzyon ucu belirtilmiştir. C. Tek kanallı şırınga pompası, perfüzyon ucu aracılığıyla sürekli Ringer çözeltisi akışı sağlar. D. Stimülüs örneğinin kolayca yüklenmesi ve enjeksiyonu için HPLC enjeksiyon döngü sistemi kullanılmıştır. E. Yükleme ve enjeksiyon konumlarındaki akış yönlerinin şematik gösterimi. Ringer çözeltisi, yeşil. Stimülüs örneği, macenta. Oklar akış yönünü göstermektedir. F. Perfüzyon sisteminin gecikme ve yıkanma süresinin ölçümü. Rhodamine 6G floresan boyası örnek döngüsüne yüklenmiş ve valf, okla belirtilen 5. saniyede enjeksiyon konumuna getirilmiştir. Floresan sinyal değişimi 10-30 saniyeler arasında tespit edilmiş ve sonrasında azalmıştır.

Şekil 4 Görüntü işleme hattı. A. Bir kesite ait tüm görüntü kareleri bir referans kareye göre kaydedilir. B. Bir yığının minimal projeksiyonunun ham karelerinden çıkarılması. Çıkarma işleminden sonra yanıt veren hücreler belirginleşir. C. ROI'ler seçilir ve koordinatları ana listede derlenir. D. Ham yığındaki ROI ana listesi kullanılarak yanıt veren hücrelerin ölçümü.

Şekil 5 Temsili bir G-CaMP2 VNO görüntüleme deneyi. A. Münferit erkek ve dişi idrarı ile stimüle edilen bir kesitten elde edilen ΔF/F yanıt ısı haritası. İdrar örnekleri münferit erkek ve dişi farelerden toplanmıştır. X-ekseni, kesitten tanımlanan yanıt veren hücreler. Y-ekseni, deneyde kullanılan idrar örnekleri. Renk çubuğu ΔF/F değerini göstermektedir. B. A'da işaretlenen 3 temsili hücrenin yanıt zaman seyri. Oklar stimülasyon uygulama zamanını göstermektedir. F-FVB, dişi FVB; F-CBA, dişi CBA; M-FVB, erkek FVB; M-BL6, erkek C57BL/6.
Spesifik reaktifler ve ekipman tablosu:
|
Reaktif adı |
Şirket |
Katalog numarası |
Yorumlar (isteğe bağlı) |
| perfüzyon odası | Siskiyou | PC-H | yatay |
| kesit sabitleme aparatı | Warner Instruments | SHD-22CL | |
| perfüzyon portu tutucu | ALA scientific, Inc. | MPIOH-S | |
| şırınga pompası | New Era Pump Systems, Inc. | NE-300 | |
| düşük basınçlı enjeksiyon valfi | Chromtech | V-451 | |
| PEEK tüp | Chromtech | 1531 | 1/16" OD, 0.25mm ID |
| PEEK örnek döngüsü | Chromtech | 1803 | 20 μL |
| Hamilton şırınga | Chromtech | 80630 | 100 μL |