Bu yöntem çift optogenetik ve genetik olarak kodlanmış kalsiyum sensörleri görüntü bazal sitosolik kalsiyum düzeyleri ve model organizma C. elegansvücut duvarı kasları uyarılmış kalsiyum geçici değişiklikler için bir yol sağlar.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu yöntem çift optogenetik ve genetik olarak kodlanmış kalsiyum sensörleri görüntü bazal sitosolik kalsiyum düzeyleri ve model organizma C. elegansvücut duvarı kasları uyarılmış kalsiyum geçici değişiklikler için bir yol sağlar.
Model organizma C. elegans in vivo kalsiyum görüntüleme gerçekleştirmek için mükemmel bir sistem sağlar. Şeffaf gövdesi ve genetik manipulability genetik olarak kodlanmış kalsiyum sensörleri hedefli ifade sağlar. Bu protokol, hedeflenen hücrelerde kalsiyum dinamiklerinin in vivo görüntüleme için bu sensörlerin kullanımını özetliyor, özellikle solucanların vücut duvarı kasları. Presinaptik kanalrodopsin inko-ekspresyonu kullanılarak, uyarıcı motor nöronlardan asetilkolin salınımının uyarılması mavi ışık darbeleri kullanılarak indüklenebilir, kas depolarizasyonu ve sitoplazmik kalsiyumda tekrarlanabilir değişikliklerle sonuçlanabilir. Düzey. İki solucan immobilizasyon teknikleri zorluk değişen düzeylerde tartışılmıştır. Bu tekniklerin karşılaştırılması, her iki yaklaşımın da nöromüsküler kavşak fizyolojisini koruduğunu ve kalsiyum geçicilerinin tekrarlanabilir nicelifikasyonuna olanak sağladığını göstermektedir. Optogenetik ve fonksiyonel kalsiyum görüntüleme ile postsinaptik kalsiyum kullanımı ve homeostazdaki değişiklikler çeşitli mutant arka planlarda değerlendirilebilir. Sunulan veriler hem immobilizasyon tekniklerini doğrular hem de özellikle C. elegans sarco(endo)plazmik retiküler kalsiyum ATPaz ve vücut duvarı kas kalsiyum regülasyonundaki kalsiyum aktive Edilmiş BK potasyum kanalının rollerini inceler.
Bu yazıda optogenetik nöronal stimülasyon kullanarak C. elegans vücut duvarı kaslarının in vivo kalsiyum görüntüleme yöntemleri sunmaktadır. Genetik olarak kodlanmış kalsiyum indikatörü (GECI) ile mavi ışık la eşleşen bir kasın eşleşmesi nöronal depolarizasyonu tetikler ve uyarılmış postsinaptik kalsiyum geçicilerini net bir şekilde gözlemleyen bir sistem sağlar. Bu, postinaptik kalsiyum dinamiklerini etkileyen mutantların non-invaziv analizini sağlayarak elektriksel stimülasyonkullanımını önler.
GCaMP gibi tek floroforem GECIs, C-terminus'ta n-terminal ucunda ve calmodulin (CaM) miyozin ışık zinciri kimyazının M13 etki alanına erimiş tek bir floresan protein molekülü kullanır. Kalsiyum bağlanması üzerine, kalsiyum afiniteyüksek olan CaM etki alanı, floresan protein sonraki konformasyonel değişim indükleyen bir konformasyonel değişim uğrarfloresanyoğunluğu nda bir artışa yol açan 1 . GCaMP floresan 488 nm heyecanlı, channelrhodopsin ile birlikte kullanılmak üzere uygun hale, hangi benzer bir uyarma dalga boyu vardır 473 nm. Bu nedenle, kalsiyum ölçümlerini kanaloidsin stimülasyonu ile çifte ayırmak için, GCaMP'ın yeşil floresan proteininin kırmızı floresan proteini mRuby (RCaMP) ile değiştirilmesi gerekir. Kas ifade RCaMP kullanarak, channelrhodopsin kolinerjik motor nöron ekspresyonu ile birlikte, aynı hayvan içinde optogenetik ve fonksiyonel görüntüleme eşzamanlı kullanımı ile solucan nöromüsküler kavşak (NMJ) çalışmaları izin verir 2 .
Channelrhodopsin kullanımı C. elegansnöromüsküler kavşaklar depolarize etmek için elektrikstimülasyon ihtiyacını atlar , sadece diseksiyon preparatları elde edilebilir, böylece bu tekniği hem daha kolay istihdam ve daha hassas hale belirli dokuları hedef alırken. Örneğin, channelrhodopsin daha önce C. elegans geri belirli nöronları etkinleştirmek için kullanılmıştır, uyarıcı veya inhibitör nöronların ya sağlam aktivasyonu yolaçan 3,4. Işık uyarılmış depolarizasyon kullanımı da doğrudan elektriksel stimülasyon nedeniyle nöronal hasar sorunu atlatMaktadır. Bu postsinaptik kalsiyumdinamikleri4, sürekli ve tekrarlanan stimülasyonlar da dahil olmak üzere birçok farklı stimülasyon protokolleri, etkilerini incelemek için bir fırsat sağlar.
C. elegans şeffaf doğası floresan görüntüleme fonksiyonel analiz için ideal hale getirir. Ancak, NMJ de uyarıcı asetilkolin nöronlar uyarıcı, hayvanların ani bir kas kasılması ile yanıt bekleniyor4, ayrık kalsiyum değişiklikleri görselleştirme solucanların immobilizasyon kritik hale. Geleneksel olarak, farmakolojik ajanlar hayvanları felç etmek için kullanılmıştır. Kullanılan böyle bir ilaç levamisole, bir kolinerjik asetilkolin reseptör agonist5,6,7. Levamisole uyarıcı kas reseptörlerinin bir alt tipinin kalıcı aktivasyonuna yol açtığından, bu reaktif kas kalsiyum dinamiğinin incelenmesi için uygun değildir. Levamisole eylem postsinaptik depolarizasyon neden olur, sitosolik kalsiyum yükselterek, ve presinaptik stimülasyon aşağıdaki gözlemler oklüt. Felç edici ilaçların kullanılmasını önlemek için C. elegans'ıetkisiz hale getirmek için iki alternatif yöntem irdeledik. Hayvanlar ya yapıştırılmış ve daha sonra vücut duvar kasları ortaya çıkarmak için açık, mevcut C. elegans NMJ elektrofizyoloji yöntemi8benzer, ya da nanoboncuklar bozulmamış hayvanları hareketsiz leştirmek için kullanılmıştır9. Her iki prosedür kolayca ölçülebilir olan istirahat ve uyarılmış kas kalsiyum geçici tekrarlanabilir ölçümler için izin verdi.
Bu yazıda yöntemler Temel sitosolik kalsiyum düzeyleri ve Geçici olarak m. eleganspostsinaptik vücut duvarı kas hücrelerinde ölçmek için kullanılabilir. İki farklı immobilizasyon tekniğini kullanan veri örnekleri verilmiştir. Her iki teknik elektriksel stimülasyon kullanmadan kas hücrelerini depolarize etmek için optogenetik yararlanmak. Bu örnekler, solucanlarda postinaptik kalsiyum kullanımını etkileyen mutasyonların değerlendirilmesinde bu yöntemin fizibilitesini göstermekte ve iki immobilizasyon yaklaşımının artılarını ve eksilerini göstermektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Mikroskop kurulumu
2. C. elegans örnek hazırlama ve veri toplama
3. Veri analizi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu teknik, kalsiyum işleme veya kas depolarizasyonunu etkilediği düşünülen mutantlardaki değişiklikleri değerlendirmiştir. Bazal floresan düzeyleri ve floresan geçiciler görselleştirildi ve kas içinde sitosolik kalsiyum ve kalsiyum kinetik dinlendirildi. Hayvanların retinanın başarılı bir şekilde birleşmesini sağlamak için en az üç gün boyunca all-trans retinal olarak yetiştirilmesi ve daha sonra kanaloidin aktive edilmesi önemlidir(Şekil 2A).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
GECIs C. elegans nörobiyoloji güçlü bir araçtır. Önceki çalışmalarda, duyusal ve davranışsal tepkiler de dahil olmak üzere, hem nöronlarda hem de kas hücrelerinde çeşitli fonksiyonlar ve çeşitli stimülasyon yöntemleri ile incelemek için kalsiyum görüntüleme teknikleri kullanılmıştır. Bazı çalışmalar da duyusal ASH nöronlarda kalsiyum geçici tetiklemek için kimyasal uyaranlar kullandık22,23 veya faringeal kaslarda kalsiyum dalgaları neden
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Yazarlar ZX1659 için Dr Alexander Gottschalk teşekkür, RCaMP ve kanalrhodopsin solucan suşu içeren, Dr Hongkyun Kim slo-1 (örneğin142) solucan suşu için, ve Sca-1 (tm5339) solucan suşu için Ulusal Biyokaynak Projesi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| all-trans retinal | Sigma-Aldrich | R2500 | Kanal rodopsinin uyarılması için gerekli |
| Amber LED | RCaMP aydınlatma | ||
| Arduino UNO | Mouser | 782-A000066 | Floresan aydınlatmasını kontrol eder |
| Mavi LED | channelrhodopsin aydınlatması | ||
| BX51WI mikroskop | Olympus | Sabit durumlu bileşik mikroskop | |
| Akım kontrollü düşük gürültülü doğrusal güç kaynağı | Ametek | Sorenson | LED yoğunluğunu kontrol eder |
| Igor Pro | Wavemetrics | Wavemetrics.com | Grafik yazılımı |
| ImageJ | NIH | imagej.nih.gov | Görüntü işleme yazılımı |
| LUMFLN 60x su NA 1.4 | Olympus | Suya daldırma hedefi diseksiyon preparasyonu | |
| Master-8 Stimülatör | A.M.P.I | Görüntü alma ve LED aydınlatma için ana zamanlayıcı | |
| Micro-Manager | micro-manager.org | Kontroller kamera alımı ve LED uyarımı | |
| Microsoft Excel | Microsoft | Tablo yazılımı | |
| pco.edge 4.2 CMOS kamera | pco. | 4.2 | Yüksek hızlı kamera |
| PlanApo N 60x yağ NA 1.4 | Olympus | Nanoboncuk hazırlama için yağa daldırma hedefi | |
| Polybead mikro küreler | Polysciences, Inc. | 00876-15 | Solucan immobilizasyonu için |
| katı hal anahtarları | Sensata Technologies | Crydom CMX100D6 | LED aydınlatmanın zamanlamasını kontrol eder |
| Transgenik gerinim, sca-1(tm5339); [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Richmond Lab | SY1627 | SERCA mutant aleli |
| Transgenik suş, slo-1 (eg142); [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Richmond Lab | Kalsiyumla aktive edilmiş BK potasyum kanalı mutant aleli | |
| Transgeneik suş, [zxIs6{Punc17::chop-2 (h134R)::yfp,lin-15(+)}; Pmyo3::RCaMP35] | Gottschalk Lab | ZX1659 | Uyarıcı nöronal channelrhodopsin ve vücut duvarı kası RCaMP ifade eden solucan hattı |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.