Nöronal morfolojiyi ve zaman içindeki gelişimini görselleştirmek için koku alma duyu nöronlarının elektroporasyon ve ardından konfokal lazer tarama veya çoklu foton mikroskobu ile in vivo olarak etiketlenmesi için bir protokol açıklıyoruz.
Yöntem makalesi
Nöronal morfolojiyi ve zaman içindeki gelişimini görselleştirmek için koku alma duyu nöronlarının elektroporasyon ve ardından konfokal lazer tarama veya çoklu foton mikroskobu ile in vivo olarak etiketlenmesi için bir protokol açıklıyoruz.
Koku alma sistemi, bir organizmanın ömrü boyunca yeni nöronlar üretme konusunda alışılmadık bir kapasiteye sahiptir. Koku alma epitelinin bazal kısmındaki koku kök hücreleri, sürekli olarak aksonlarını koku soğancığına uzatan yeni duyusal nöronlara yol açar ve burada mevcut devrelere entegre olma zorluğuyla karşı karşıya kalırlar. Bu özel özellik nedeniyle, koku alma sistemi, aksonal kablolamayı ve rehberliği izlemek ve sinaps oluşumunu araştırmak için eşsiz bir fırsatı temsil eder. Burada, duyusal nöronların in vivo etiketlenmesi ve ardından amfibi Xenopus laevis'in larvalarının koku alma sistemindeki aksonların görselleştirilmesi için bir prosedürü açıklıyoruz. Koku alma organındaki duyusal nöronları boyamak için elektroporasyon tekniğini benimsiyoruz. İn vivo elektroporasyon, floroforla birleştirilmiş dekstran veya diğer makromolekülleri canlı hücrelere iletmek için yerleşik bir tekniktir. Lekeli duyusal nöronlar ve aksonal süreçleri daha sonra canlı hayvanda konfokal lazer tarama veya multifoton mikroskobu kullanılarak izlenebilir. Etiketli hücrelerin sayısını hayvan başına az veya tek hücreye indirgeyerek, tek aksonlar koku soğancığına kadar izlenebilir ve morfolojik değişiklikleri, bir dizi in vivo hızlandırılmış görüntüleme deneyi yapılarak haftalar boyunca izlenebilir. Açıklanan protokol, koku alma duyusal nöronlarının etiketlenmesini ve izlenmesini örneklendirirken, koku alma ve diğer sistemler içindeki diğer hücre tiplerine de uyarlanabilir.
Duyusal nöronların yaşam boyu döngüsü, koku alma sistemini diğer birçok duyusal ve nöronal sistemden ayırır1,2. Yeni oluşan duyusal nöronlar, koku alma epitelinin3 bazal kısmında sürekli olarak üretilir ve aksonlarını, koku alma sisteminin4 ilk röle istasyonu olan koku soğancığına uzatır. Bununla birlikte, koku haritasının oluşumunu ve sürdürülmesini kontrol eden hücresel ve moleküler mekanizmalar tam olarak anlaşılmaktan uzaktır4,5.
Burada, larva X. laevis'in koku alma organının duyusal nöronlarını, floroforla birleştirilmiş dekstransın in vivo elektroporasyonu ile etiketlemek için bir protokol açıklıyoruz. Sunulan protokol, aksonal morfoloji ve bağlantının görselleştirilmesine, zaman içindeki aksonal gelişimin izlenmesine ve aksonal kablolama ve rehberliği düzenleyen mekanizmaların incelenmesine olanak tanır.
Elektroporasyon, dekstran bağlı boyalar ve DNA gibi yüklü makromolekülleri6,7 hücrelerine sokmak için iyi bilinen bir yöntemdir. Hücre zarı, kısa voltaj darbelerinin uygulanmasıyla geçirgen hale getirilir ve moleküller elektroforetik olarak sitozol8'e iletilir. Bir mikropipet kullanılarak uzamsal olarak kısıtlanmış elektroporasyon, nöronlar dahil hücrelerin seçici olarak etiketlenmesine izin verir ve X. laevis9,10'un görsel sistemi de dahil olmak üzere çeşitli nöronal sistemlerde uygulanmıştır.
Elektroporasyonlu hayvanların, konfokal lazer tarama veya çoklu foton mikroskobu kullanarak canlı hayvanlarda aksonal büyüme paternlerini ve morfolojisini incelemek için nasıl kullanılabileceğini gösteriyoruz. Açıklanan prosedür, ana ve aksesuar koku alma sisteminin11,12 duyusal nöronlarının aksonal projeksiyonlarının kaba topolojisinin tanımlanmasına izin verir. İn vivo zaman atlamalı görüntüleme kullanılarak, tek olgun duyusal nöronların glomerüler bağlantılarını denetlemek ve olgunlaşmamış duyusal nöronların aksonal projeksiyon modellerinin evrimini izlemek de uygundur12. Açıklanan protokol, sağlam hayvanda koku alma devrelerinin yapısını ve oluşumunu araştırmak için uygulanabilir ve koku alma ve diğer nöronal sistemler içindeki diğer hücre tiplerine uyarlanabilir.
NOT: Hayvan Deneyleri Etik için Göttingen Üniversitesi Komite tarafından onaylanmış Hayvan taşıma ve deneyler yapıldı.
Göstergeler ve Pipet Fabrikasyon 1. Hazırlık
Elektroporasyon Çözüm 2. Hazırlık
Larva X. 3. Seçim laevis </ Em>
Florofor çiftli dekstranlar 4. Elektroporasyon
Hücreler ve Akson Süreçlerinin İn Vivo Görselleştirme 5. Montaj Hayvanlar
Hücreler ve Akson Süreçlerinin Ex Vivo Görsellik 6. Montaj Hayvanlar
7. Görüntü İşleme ve Veri Değerlendirme
Açıklanan protokol, başarılı bir elektroporasyon ve anestezi X'in koku alma sisteminin duyusal nöronların aksonal süreçleri in vivo görüntüleme uygulanabilir laevis, odaklı lazer-tarama veya multiphoton mikroskobu (Şekil 1) kullanılarak.
Elektroporasyon fluoroforla birleştiğinde dekstranları girmek için ve hızla koku organın hücreleri içinde yayılmasını sağlar. Bu voltaj darbeleri tetikleyen sonra başarılı etiketleme doğrulamak için floresan aydınlatma uygulamak yararlı olacaktır. , Elektroporasyon parametrelerine bağlı olarak örn., Pipet direnci, hücreleri (Şekil 2A, B) ya da koku organın tek hücreler (Şekil 2C) grupları etiketlenir. Etiketli duyu nöronlarının akson koku sinir (Şekil 2B) olarak görülebilir ve aksonal işlemler başarılı Elektroporasyondan sonra, koku ampul de, genellikle 24 saat gözlenebilir(Şekil 3). Duyusal nöronların gruplarının Elektroporasyon koku ampul (Şekil 3A) içindeki kaba kablo desenleri görselleştirme sağlar. Tek hücre elektroporasyon koku ampul (Şekil 3C-E), glomeruler yapılar tek tek aksonal projeksiyon desenler, aksonal dallanma ve bağlantı araştırmak için uygulanabilir.
X Şeffaf albino iribaşları vivo confocal veya anestezi tadpole bozulmamış beyin etiketli duyu nöronlarının multiphoton görüntülenmesinde laevis izni. Aynı etiketli duyu nöron (Şekil 4) in vivo görselleştirme tekrarlanan tarafından aksonal büyüme desen gelişimi birkaç gün / hafta içinde izlenebilir. Koku ampul akson desen önemli ölçüde değişebilir elektroporasyon zaman noktasında duyusal nöronun vadesine bağlı. Olgun nöronlar zaten bir tutam bulunuyor ayrıntılı akson dalları sahipglomerüllere bağlı ed alanları. Olgun nöronların aksonal büyüme paterni oldukça kararlı olduğunu, ancak akson dalları ve glomerüler kümelerinin inceliklerinin uzama (Şekil 4A-E) gözlenebilir. Duyu nöronlar, uzun süreler boyunca in vivo olarak görülebilir, örneğin., Üç haftadan daha uzun (Şekil 4F) elde edilir. Diğer taraftan, olgun olmayan nöron aksonları, bir araya getirilen arborizations sahip olmayan, ilk büyüme sürecinde hala ve henüz nihai glomerüler hedeflerine bağlı değil. Deneysel protokol, olgunlaşma sırasında bu nöronların gelişimini izlemeye olanak sağlar, örneğin., Akson uzama, çatallanma ve bir araya getirilen arborizations (Şekil 4 J-L) oluşturulması. Daha fazla örnek için de Hassenklöver ve Manzini 12 bkz.
Anestezi X'in koku organı deneysel protokol Şekil 1. şematik genel bakış. (A) ana koku epiteli Duyu nöronları (MEB) veya vomeronasal organı (VNO) laevis larva fluoresan dekstran çözeltisi ile dolu bir cam pipet kullanılarak elektroporasyon yoluyla etiketlenir. Etiketli nöronların aksonları koku sinir (ON) ile takip ve sonunda koku ampul (OB) ulaşır. (B), larva anesteziye tabi tutulmuş ve işaretli sinir art arda belli bir zaman aralığında, bir eş odaklı veya multiphoton mikroskop kullanılarak incelenmiştir edilebilir. (C) işaretli hücrelerin aksonal büyüme kalıpları artan gelişimi hafta gün zaman dönemlerini kapsayan takip edilebilir.

Şekil 2. ElecKoku alma organı duyusal nöronların troporation. düşük dirençli bir pipet (A) Elektroporasyon koku organda birden fazla hücre etiketlenmesi yol açar. Bu temsilci örnekte birden fazla koku reseptörü nöronlar (ORNs, dolu ok başları) ve iki sütunlu şeklindeki destekleyici hücreleri (AVM'ler, yıldız) boyandı. Kesikli çizgiler pipet direncini artırarak, etiketli hücrelerin sayısını sınırlar, koku epiteli (OE). (B) elektroporasyon parametreleri koyan örneğin. Sınırlarını ayırmak. Bu örnekte, tek bir duyu nöronu (dolu ok başları) ve bir bitişik destek hücresi (yıldız) elektroporasyon sonra boyandı. Koku epiteli (açık ok başları) bırakarak tek akson unutmayın. (C) Başarılı tek hücre elektroporasyon bireysel duyusal nöron (dolu ok başı) ve koku epiteli onun bağlı akson (açık ok başları) özel etiketleme yol açar.

Şekil 3. eksize koku ampul koku alma akson projeksiyonlar görselleştirme. (A) koku ampul duyu nöronlarının aksonal projeksiyonlar kaba topoloji düşük direnç elektroporasyon pipetler kullanılarak görülebilir. Bir koku ampul hemisfer ve ilişkili koku sinir (ON) tasvir edilmektedir. Farklı fluorophoresle bağlanmış dört dekstranları Koku alma organı dört uzak yerlerde elktroporatlandı: Lateral (yeşil), orta (sarı), Moe (kırmızı) ve VNO (turuncu) medial. Bu aksesuar koku ampul (AOB) ve ana koku ampul (MOB) olarak üç ana projeksiyon alanları görselleştirme sağlar. (CE) Örnekler. X dikkat ediniz koku aksonlar (dolu ok başları da Hassenklöver ve Manzini 12), bir, iki veya çoklu glomerül bağlanmadan önce düzenli (açık ok uçları) iki kola ayrılmış laevis.

Tek bir koku nöron akson vivo time-lapse görüntüleme Şekil 4.. (AE)Başarılı tek hücre Elektroporasyondan sonra etiketli akson defalarca koku ampul (OB) olarak görülebilir. Bu örnek, bir hafta boyunca araştırılmıştır bağımsız bir akson göstermektedir. Genel morfolojisi önemli ölçüde değişmez ve iki büyük dallanma noktaları (açık ok başları) tespit edilebilir. Diğer iki glomerüler kümeleri sabit (yıldız) olarak kalır süresi boyunca, tek bir glomerüler elyaf, sürekli bir azalma (dolu ok başı) maruz unutmayın. (FI) Bu temsili bir örneği, uzun süreli gözlemlerin canlılığını gösteren bu spesifik akson araştırılmıştır olarak fazla üç hafta boyunca. Büyüme modelinin belirgin bir değişiklik tespit edilebilir. (JL) büyüme sürecinde olgunlaşmamış duyusal akson bir örnek tasvir edilmiştir. Henüz glomerüllere ve karakteristik glomerüler püskülleri eksik bağlı değil. Aksonal dalları uzatılmış 5 gün sonra, akson birden çok kez, ince arborizations olan çatalkurdu.
Burada tarif edilen deney prosedürü, larva X'in koku organı etiketlenmesi duyu nöronları karşılaştırın fluoroforla birleştiğinde Dekstranların ve canlı hayvanın duyusal akson büyüme sonraki görselleştirme elektroporasyon ile laevis. In vivo elektroporasyon parametrelerinin değiştirilmesi ile, bu etiketlenmiş duyusal nöronların sayısını kontrol etmek mümkündür. Bu çok az ya da tek hücrelerin bir duyu epitel, nöron büyük gruplarını etiketlemek için mümkün olmaktadır.
O mikropipet özellikleri ve elektroporasyon bakliyat konusunda özellikle dikkatli olmak önemlidir nöronal etiketleme uzatmak arzu sağlamak. Yükseköğretim pipet dirençleri ve gerilim darbe genlik, süre ve tekrarlama sayısının azaltılması daha yaygın etiketlemeye neden olabilir pipet dirençleri ve yüksek gerilim darbe genliği, süresi ve bakliyat sayısının azaltılması ise, etiketli hücrelerin miktarını azaltabilirsiniz. Thelektroporasyon için floresan dekstranlardan e kullanılması uygulanan ayarlarının uygun olup olmadığını anında görsel geri bildirim sağlar. Dikkatli olun bu genlik, süre ve potansiyel hücre hasarına hatta ölüme 17 hücre olabilir protokolde verilen değerleri aşması darbelerinin sayısı parametreleri kullanılarak. Mikropipetlerin tıkanmış veya kırık uçlar da başarılı Elektroporasvon sürebiliyor.
X'in Koku alma organı in vivo elektroporasyon postmetamorphotic kurbağaların deri sert ve kolay bir mikropipet ile nüfuz edilemez çünkü laevis larva aşamasında sınırlıdır. Nöron in vivo görüntüleme derin beyin alanlarında ya da kan damarları ile uyarım / emisyon ışık saçılmasıyla engellenmiş edilebilir. Bu sorun, daha büyük bir beyin için daha yüksek bir larva aşamalarında, özellikle belirgin hale gelir ve ince aksonal süreçlerin açıkça tanımlanması daha zor hale gürültülü sinyallere neden olabilir.
Sunulan protokol izinler sınıf tüm hücre yama etiketleme gibi, hayvan diseksiyon etiketleme sırasında hücreler zarar, doku dilimleri hazırlamak veya alternatif yöntemleri için gerekli doku sabitleme olmadan sağlam koku sistemi duyusal nöronlar görselleştirmek için -clamp deneyleri 18. İn vivo zaman atlamalı görüntüleme ile veya çok az bir sensor nöronlarının etiketleme birleştirirken, bu uzun bir süre boyunca tek bir olgun duyu nöronlarının glomerüler bağlantıları görüntülemek mümkündür. Bu şekilde, bir kaç hafta boyunca olgunlaşmamış duyu nöronlarının akson projeksiyon desen gelişimini izlemek de mümkündür. Bu canlı bir hayvanda tek bir akson büyümesi düzeninin kaydedilerek olanak sağladığı için bu sonuncu seçenek, özellikle ilgi çekicidir. Bu akson rehberlik ve yol bulmanın kontrol hücresel ve moleküler mekanizmaları araştırmak için olasılık açılır. Koku reseptör ifadesi de dahil olmak üzere birçok faktör, çeşitli axon, rehberlik molekülleri ve duyu nöronlarının indüklenen-koku / spontan aktivite duyumsal nöron akson 4,5 hedef bulma regüle ettiği gösterilmiştir.Protokolün uygulanması koku duyusal nöronlar ile sınırlı değildir, aynı zamanda, örneğin, diğer hücre tipleri, çalışma için uygulanabilir., Gelişmekte olan beyin ya da koku ampul hücre mitral nörojenik bölgelerin / projenitör hücrelerini. Buna ek olarak gösterilen teknik de etiketli nöron ve / veya bağlı devre 7,19 ile ilgili işlevsel bilgi almak için zan-geçirgen kalsiyum boyalar kalsiyuma duyarlı dekstranlar ile kombinasyon halinde kullanılabilir ya da enjekte edilebilir. Dekstranlar bağlanmış florofor geniş kullanılabilirliği çoklu bireysel hücreler ya da farklı renklere sahip popülasyonlarının etiketleme izin verir. Ayrıca, flüoresan protein için, örneğin, kodlama için bir DNA çözeltisi, plazmit elektroporasyon için müsait olan ve bundan başka versatili artırabilirty ve tekniğin 6 kullanışlılığı. Protokol daha dekstranlar ve DNA ya da yüklü morpholinos birleşik elektroporasyon gen ekspresyonunu 13,17 işlemek için izin vermek için geliştirilmiş olabilir.
Anlatılan yöntem kesinlikle kompleksi ve omurgalı koku sistemi aksonal rehberlik düzenleyen hala tam olarak anlaşılmış değildir süreçlerini araştırmak için yeni bir araç temsil eder.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Bu çalışma, DFG Schwerpunktprogramm 1392 (proje MA 4113/2-2), Mükemmeliyet kümesi ve DFG Araştırma Merkezi Nano Ölçekli Mikroskopi ve Beynin Moleküler Fizyolojisi (proje B1-9) ve Alman Araştırma ve Eğitim Bakanlığı (BMBF; proje 1364480) tarafından desteklenmiştir.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Floresan aydınlatmalı | SZX16 | Olympus | |
| Axon Axoporator 800A | Moleküler Cihazlar | Tek hücreli elektroporatör | |
| ELP-01D | npi elektronik | Elektroporatör | |
| MMJ | Mä rzhä kullanıcı: Wetzlar | Manuel mikromanipülatör | |
| P-1000 | Sutter | Yatay mikropipet çektirme | |
| G150F-4 | Warner Instruments Elektroporasyon | pipeti üretimi için cam kılcal damarlar; iç filament geri doldurmayı kolaylaştırır | |
| Alexa 488-dekstran 10 kD | Yaşam Teknolojileri | D22910 | |
| Alexa 546-dekstran 10 kD | Yaşam Teknolojileri | D22911 | |
| Alexa 568-dekstran 10 kD | Yaşam Teknolojileri | D22912 | |
| Alexa 594-dekstran 10 kD | Yaşam Teknolojileri | D22913 | |
| TMR-dekstran 3 kD (mikro Yakut) | Yaşam Teknolojileri | D7162 | |
| Mikro yükleyici pipet uçları | Eppendorf | 930001007 | |
| Trikain (Etil 3-aminobenzoat metansülfonat) | Sigma-Aldrich | E10521 | Anestezik; eldiven kullanın |
| A1-MP | Nikon | Multifoton mikroskobu | |
| LSM 780 | Zeiss | Konfokal mikroskop | |
| Imaris | Bitplane | Nöronal izleme için alternatif yazılım |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste