7 Şubat 2018
Bu iletişim kuralı Caenorhabditis elegans solucanlar davranışlar içinde sinirsel aktivite içinde genetik olarak kodlanmış Ca2 + gazetecilere kayıt değişiklikleri açıklar.
Bu prosedürün genel amacı, hermafrodit spesifik nöronun veya HSN aktivitesinin Caenorhabditis elegans davranışı üzerindeki etkilerinin Oransal Kalsiyum Görüntülemesini gerçekleştirmektir. Bu yöntem, Davranışsal Sinirbilim alanında, hayvanlar davranışsal durumlar arasında geçiş yaparken nöro devre aktivitesinin hayvan davranışlarında nasıl değişiklikler ürettiğine dair temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Bu teknik, hücre içi kalsiyum aktivitesindeki değişikliklerin yüksek sinyal-gürültü oranıyla kaydedilmesine izin verirken, aynı zamanda hayvan davranışını ve hareketini de izler.
Bu yöntem C.elegans'taki nöronal aktivite hakkında bilgi sağlayabilse de, Drosophila larvaları ve Zebra balıkları dahil olmak üzere diğer şeffaf model sistemlere de uygulanabilir. Prosedürü benimle birlikte gösterecek olan Collin's Labs Öğrencileri: Richard Kopcock, Pravat Dhakal ve Layla Nassar. Hayvanları monte etmek için, önce tohumlanmış bir nematod büyüme ortamı agar plakasından OP50 bakteriyel gıdayı bir platin solucan penasının dibine uygulayın ve hassas kalsiyum raportörü GCaMP5 ve HSN'deki mCherry'yi eksprese eden hayvanlar için yaklaşık 20 geç L dört LX 2, 000'i N-L üç P promotöründen tohumlanmış bir nematod büyüme ortamı plakasına aktarmak için kazmayı kullanın.
Gelişmekte olan vulvanın varlığını stereo mikroskop altında beyaz bir hilal ile çevrili net bir karanlık nokta olarak onaylayın ve solucanları 24-40 saat boyunca 20 santigrat derecede inkübe edin. Kuluçka süresinin sonunda, OP50'yi yeni bir penaya uygulayın ve üç solucanı, görüntüleme sırasında solucanların beslenmesi için yeni tabakta küçük bir porsiyon yiyecek bırakarak tohumlanmamış bir nematod büyüme ortamı plakasına aktarın. Daha sonra, tohumlanmamış plakadan 20 x 20 milimetrelik bir parça kesmek için düz yuvarlak bir spatula kullanın ve parçayı, solucan tarafı aşağı bakacak şekilde, 24 x 60 milimetre numaralı 1.5 lamel temiz bir kenarına yerleştirin.
Ardından, agar yığınını dikkatlice kapak fişinin ortasına kaydırın ve yapışmayı ve buharlaşmayı azaltmak için agar parçasının üzerine 22 x 22 milimetre bir numaralı bir kapak fişi yerleştirin. Görüntüleyiciyi kurmak için, solucanları ters çevrilmiş bir mikroskop tablasına yerleştirin ve 20x subjektif olanı seçin. Görüntüleme için bir solucan seçmek için dürbün göz merceklerini kullanın ve kızılötesi filtreyi kaydırın ve kondansatörün üzerine yerleştirin.
Uygun bir video analiz programı açın ve seri aşama XY aşaması son iletişim komut dosyasını çalıştırın. CsvWriter'a tıklayın ve kaydedilen X ve Y aşama bilgilerini kaydetmek için bir klasör seçin. Ardından, dijital satın alma aygıtını başlatmak için yeşil ok başlığına tıklayın.
Kızılötesi kamera kayıt yazılımında ayarlar altında, Kamera Kontrol İletişim Kutusunu Aç/Kapat'ı seçin. Ardından Özel Video Modları menüsünü seçin ve Mod 1 ile Piksel Formatı Ham sekiz'i seçin. Tetik Vuruşu altında, Tetik Giriş Satırı'nı üçe, Polarite'yi yüksek ve Modu 14'e ayarlayın.
Floresan kameradan voltaj tetikleme sinyali alınana kadar kare alımını durdurmak için Etkinleştir'i açın. Görüntü görüntüleme penceresi açıkken, Kaydet'i tıklatın ve görüntü dizilerinin kaydedileceği klasörü seçin. Tamponlu Kayıt Modu'nu seçin ve görüntüleri JPEG formatında kaydedin.
Ardından, tıklayın Kayda başla edinmeyi başlatmak için. Ardından, Florescence Acquisition Yazılımındaki Capture sekmesini açın ve pozlama süresini 10 milisaniyeye, Binning'i dört X'e ve Görüntü Derinliğini 16 bit olarak ayarlayın. 512 piksel genişliğinde ve 256 piksel yüksekliğinde ortalanmış bir kamera Alt Dizisi seçin.
Program, ayrı floresan kanalları oluşturmak için geniş görüntüyü otomatik olarak ikiye bölecektir. Çıkış Tetikleyici Seçeneklerini Göster'e tıklayın ve tüm tetikleyicileri pozitif olarak ayarlayın. Birinci ve ikinci tetikleyicinin Pozlama olarak ayarlandığını ve üçüncü tetikleyicinin 25 milisaniyelik bir süre ile Programlanabilir olarak ayarlandığını onaylayın.
Ardından, sıra sekmesi altında, Tarama Ayarları altında Hızlandırılmış Çekim'i seçin, görüntüleri 20 hertz'de toplamak için Alan Gecikmesi'ni bir ila 50 milisaniye arasında ayarlayın. Geçici Arabelleğe kaydet'i seçin. Ratiometric Calcium Imaging için, Sıra sekmesi altında, kayda başlamak ve ilgilenilen hücrelerin ve sinapsların görüş alanının merkezinde odakta tutarak joystick ile solucanı izlemek için Başlat'a tıklayın.
Floresan kaydı başladığı anda, senkronize görüntüleri ve sahne konumunu toplamaya başlayan bekleyen parlak alan kamerasına ve sahne kontrolörüne tetikleyiciler gönderilir. Her kanalın piksel istatistiklerini göstermek için Histogram penceresindeki İstatistikler düğmesini tıklayın. LED gücünü, arka plan üzerinde yaklaşık 12 bit dinamik aralık veren kırmızı kanalda 8.000'e eşit veya daha büyük presinaptik terminalde maksimum tek piksel mCherry floresan sağlayacak şekilde ayarlayın.
Dinlenme veya düşük kalsiyum sırasında presinaptik terminaldeki Kalsiyum Raportör Sinyalleri yeşil kanalda yaklaşık 2.500 sayım olmalıdır. Bir yumurta yumurtlama aktif durumuna ulaşılana kadar davranışı kaydedin. Ardından, ilk yumurtlama olayından önce 6.000 kare ve sonra 6.001 kare içeren 10 dakikalık bir alt küme kaydedin.
Solucan davranışının parlak alan görüntülerinin aynı alt kümesini ve X-Y aşaması konumunun zaman noktalarını tutmaya dikkat edin, aksi takdirde veri akışlarının kesin senkronizasyonu kaybolur. Görüntü Segmentasyonu için, görüntü dizilerini uygun bir Oransal Niceleme Yazılım Programına aktarın ve zaman serisini saniyede 20 kare ve piksel başına 1.25 mikrometre olarak ayarlamak için dizi sekmesindeki zaman serisine sağ tıklayın. Araçlar menüsünde Oran'ı seçin, ardından Kanal A için mCherry'yi ve Kanal B için GCaMP5'i seçin ve her görüntü dizisinden arka planı çıkarmak için Hesapla'ya tıklayın.
Oran kanalına bir gökkuşağı arama tablosu uygula'yı seçin ve oran rengini mCherry kanalının parlaklığıyla eşleştirmek için yoğunluk modülasyonlu bir oran kanalı oluşturmak için mCherry Kanalı'nı kullanın. İki kanalı oluşturmak için Oran'a tıklayın. Nesne bulma protokolü oluşturmak için, ölçümler sekmesi altındaki Yoğunluk aracını kullanarak Nesneleri Bul'u protokol bölmesine sürükleyin ve mCherry yoğunluk değerleri penceresini ayarlamak ve Nesneleri Bul'a gitmek için dişli çarkı tıklayın.
Hücre gövdesinin ve presinaptik terminalin algılanmasına dikkat ederek arka planın üzerindeki iki standart sapmaya eşit veya daha büyük yoğunluk değerlerini seçin. mCherry kanalını hedefleyen ek filtreleri, yalnızca baş, kuyruk veya bağırsak çiçeklenme gibi istenmeyen nesneleri hariç tutmak için gerektiği kadar ekleyin. Ardından, Ölçümler menüsünü açın ve Ölçüm Öğesi Yap'ı seçin ve görüntü Niceleme Analizi Protokolünü yürütmek için tüm zaman noktalarını seçin.
GCaMP5 ve mCherry floresan sinyallerinin aynı anda alınması, hayvan hareketi ve odağındaki değişiklikleri telafi eden bir piksel piksel oran kanalı oluşturmak için kullanılır. Her hayvan için, presinaptik hücre içi HSN kalsiyumundaki değişiklikler, yumurta salınımı ve hareket değişiklikleri dahil olmak üzere parlak alan görüntülemede belirgin olan davranışlarla ilişkilendirilebilir. Gerçekten de, yumurtlama aktif durumundan önce, sırasında ve sonrasında solucan hızında önemli farklılıklar gözlenebilir.
Bir yumurtlama olayına yakınlaştırmak, yumurtlama olayından önce GCaMP5 çiçeklenmesinde güçlü bir değişiklik olduğunu ortaya koymaktadır. mCherry çiçeklenme nispeten değişmeden kalırken. Ek olarak, GCaMP5: mCherry oranındaki ölçülen değişiklikler, yumurta salınımından yaklaşık 4 saniye önce bir HSN kalsiyum geçişini açıkça göstermektedir.
İlerleyen vulval kas kasılması, yumurta salınımı ile sona eren solucan hareketinde belirgin bir yavaşlamanın kanıtıdır. Ayrıca, solucanların az önce gösterildiği gibi görüntülenmesi ve izlenmesi, yiyecek arama, geçici HSM kalsiyum değişiklikleri ve yumurtlama yerine hareketten önce patlama ateşlemeye geçiş yapan HSN aktivitesinden kaynaklanan yumurtlama davranışının uzamsal organizasyonunun görselleştirilmesine olanak tanır. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde uygulanırsa bir veya iki saat içinde tamamlanabilir.
Bu prosedürü denerken, görüntüleme adımları sırasında ilgilenilen hücrelere ve presinaptik terminallerine odaklanmayı unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, HSN'nin presinaptik stimülasyona nasıl yanıt verdiği ile ilgili ek soruları yanıtlamak için Optogenetik Aktivasyon gibi diğer yöntemler gerçekleştirilebilir. Bu teknik, Nörobilim alanındaki araştırmacıların C.elegans'ta yumurtlama devresi işlevini keşfetmelerinin yolunu açmıştır.
Bu videoyu izledikten sonra, aktif Caenorhabditis elegans'ta HSN'nin Oransal Kalsiyum Görüntülemesinin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız.
Bu çalışma, hareket eden Caenorhabditis elegans solucanlarındaki sinir aktivitesini değerlendirmek için oransal kalsiyum görüntülemede genetik olarak kodlanmış Ca2+ raportörlerini kullanan bir protokol sunmaktadır. Bu yöntem, hermafrodit spesifik nöron (HSN) aktivitesinin solucanların davranışını nasıl etkilediğini araştırmakta ve Davranışsal Sinirbilim'deki temel soruları ele almaktadır.
Ratiometric calcium imaging in behaving C. elegans enables direct correlation of single-neuron activity with behavioral states, providing a scalable platform for target validation in neurotherapeutic discovery. By quantifying HSN-driven calcium transients preceding egg-laying events, the method supports mechanistic de-risking of serotonergic pathway modulators. This approach enhances predictive confidence in early-stage screening by linking molecular targets to quantifiable behavioral outputs in a genetically tractable system.
The method integrates into early discovery workflows by providing real-time, neuron-specific calcium readouts that inform lead identification and preclinical prioritization through behavioral correlation.