A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
جعلت من الممكن Optogenetic تقنيات لدراسة الخلايا العصبية مساهمة محددة لسلوك. وصفنا أسلوب في الزرد اليرقات الخلايا العصبية الحسية الجسدية لتفعيل واحدة تعبر عن البديل channelrhodopsin (الشيف) مع ليزر (DPSS) الصمام الثنائي ضخ الحالة الصلبة وتسجيل السلوكيات أثار مع كاميرا فيديو عالية السرعة.
الزرد اليرقات تظهر كنموذج لوصف وضع وظيفة الدارات العصبية البسيطة. بسبب التسميد الخارجية، التطور السريع، والشفافية، وبشكل خاص مناسبة الزرد لنهج optogenetic للتحقيق الوظيفة العصبية الدائرة. في هذا النهج، يتم التعبير عن القنوات الأيونية الحساسة للضوء في الخلايا العصبية المحددة، مما يتيح للمجرب لتنشيط أو تثبيط لهم في الإرادة، وبالتالي مساهمتها في تقييم سلوكيات معينة. تطبيق هذه الأساليب في الزرد اليرقات المفهوم بسيط ولكنه يتطلب الاستفادة المثلى من التفاصيل التقنية. نحن هنا يبرهن على وجود إجراءات التعبير عن البديل channelrhodopsin في الخلايا العصبية الحسية الجسدية اليرقات الزرد، الصور تفعيل الخلايا واحدة، وتسجيل السلوكيات الناتجة عن ذلك. من خلال إدخال بعض التعديلات على أساليب المحددة سابقا، يمكن أن تستخدم هذه الطريقة للحصول الاستجابات السلوكية واحدة من الخلايا العصبية تصل تنشيطعلى الأقل 4 أيام بعد الإخصاب (DPF). على وجه التحديد، أنشأنا التحوير باستخدام الخلايا العصبية الحسية الجسدية محسن، CREST3، لدفع التعبير عن المتغير channelrhodopsin الموسومة، الشيف، tdTomato. حقن هذا التحوير في الخلية 1-مرحلة الأجنة النتائج في التعبير في الخلايا العصبية الحسية الجسدية الفسيفساء، والتي يمكن تصويرها مع المجهري متحد البؤر. تحديد الخلايا في إلقاء الضوء على هذه الحيوانات مع ضوء ليزر من DPSS نانومتر 473، يسترشد من خلال كابل من الألياف البصرية، يثير السلوكيات التي يمكن تسجيلها مع كاميرا فيديو عالية السرعة وتحليلها كميا. يمكن تعديل هذا الأسلوب لدراسة السلوكيات التي تسببها تفعيل أي الخلايا العصبية الزرد. سوف يجمع هذا النهج مع الاضطرابات الوراثية أو الدوائية تكون وسيلة قوية للتحقيق في تشكيل الدوائر وظيفة.
جعلت تطوير أساليب optogenetic لتعزيز أو تثبيط الخلايا العصبية مع استثارة موجات محددة من الضوء من الممكن دراسة وظيفة للسكان متميزة من الخلايا العصبية في الدارات العصبية السيطرة على السلوك 1، 19، 21. وغالبا ما تستخدم هذه التقنية لتفعيل مجموعات من الخلايا العصبية، ولكن يمكن أن تستخدم أيضا لتنشيط الخلايا العصبية الفردية. اليرقات الزرد هي أكثر ملاءمة لهذه الأساليب لأنها شفافة، الجهاز العصبي يتطور بسرعة، وخلق الحيوانات المعدلة وراثيا بسرعة والروتينية. ومع ذلك، لا بد من التغلب على العقبات الفنية الهامة لتحقيق موثوق واحد تفعيل الخلايا العصبية.
لتحسين إجراء لتفعيل optogenetic من الخلايا العصبية الزرد واحد، ركزنا على الخلايا العصبية الحسية الجسدية. اليرقات الزرد كشف مجموعة متنوعة من المحفزات الحسية الجسدية باستخدام اثنين من السكان من الخلايا العصبية: مثلث التوائم الخلايا العصبية، والتي يعصب رأسه، وحية Rohon-(RB) الخلايا العصبية، وهي عصب باقي الجسم. كل الخلايا العصبية والعصب الثلاثي التوائم RB مشاريع محور عصبي الطرفية التي الفروع على نطاق واسع في الجلد للكشف عن المنبهات ومحور عصبي المركزي الذي يتصل الدوائر العصبية المصب. الحيوانات تستجيب للمس في وقت مبكر الى 21 ساعة بعد الإخصاب (HPF)، مشيرا إلى أن دوائر متماسكة الحسية الجسدية شكلت 5، 18. خلال نمو اليرقات على الأقل بعض الخلايا العصبية المشبك الثلاثي التوائم وعلى RB الخلية ماوتنر لتفعيل استجابات الهروب الكلاسيكي، ولكن تراكم الأدلة تشير إلى أن هناك فئات متعددة من الخلايا العصبية الحسية الجسدية مع أنماط مختلفة من الاتصال التي قد تثير اختلافات على سلوك الهروب 2، 4، 10 و 12 و 14 و 15 و 16 و 17. كان لدينا الدافع لتطوير هذه الطريقة لتوصيف وظيفة السلوكية لفئات مختلفة من الخلايا العصبية الحسية الجسدية، ولكن من حيث المبدأ يمكن أن تستخدم هذه الطريقة لدراسة وظيفة الخلايا العصبية من أي تقريبا أو السكان من الخلايا العصبية في لارفال الزرد.
دوغلاس وآخرون. سبق وصفها وسيلة لتفعيل Channelrhodopsin-2-معربا عن الخلايا العصبية الحسية الجسدية مع الضوء الأزرق، انتزاع السلوك هروب 3. تستخدم نهجها عنصر محسن من الجين isl1 لدفع التعبير عن ChR2-EYFP في الخلايا العصبية الحسية الجسدية. هذا التحوير، ومع ذلك، أفادت التقارير لعرض مضان ضعيفة نسبيا، وتتطلب المشاركة في حقن مراسل الثاني، UAS GFP ::، للسماح التصور من الخلايا معربا عن ChR2-EYFP. وقد استخدم هذا النهج الحصول على ردود السلوك بين 24-48 HPF، ولكن لا يمكن أبدا أن استثارة رد فعل الماضي 72 HPF. وهكذا، في حين أن هذا الأسلوب يعمل لدراسة الدوائر العصبية في مراحل اليرقات في وقت مبكر جدا (24-48 HPF)، فإنه غير كاف لوصف الدوائر العصبية واستجابات سلوكية لدى كبار السن اليرقات، عند أكثر الاستجابات السلوكية المتنوعة واضحة والدوائر العصبية هي أكثر نضجا.
سعينا إلىتحسين حساسية هذه التقنية من أجل تميز وظيفة الخلايا العصبية مجموعات سكانية فرعية RB اليرقات. لتحسين التعبير استخدمنا محسن الحسية الجسدية الخاصة (CREST3) 20 لطرد التعبير عن وبه lexa-VP16 امتداد تسلسل المشغل به lexa (4xLexAop) 11 لتضخيم التعبير عن قناة ضوء تنشيط الموسومة fluorescently. هذا التكوين تضخيم التعبير عن القناة، مما يلغي الحاجة لمشاركتها في التعبير عن مراسل الثاني والسماح لنا مباشرة لتحديد الوفرة النسبية للقناة في كل الخلايا العصبية. باستخدام تسلسل به lexa / LexAop كان ميزة إضافية تتمثل في السماح لنا لتقديم التحوير إلى خطوط مراسل الزرد التي تستخدم نظام Gal4/UAS. أدى هذا التعبير عابرة التحوير في مستويات مختلفة من التعبير، ولكن عادة ما كان قويا بما يكفي لتصور كل من جسم الخلية والتوقعات من الخلايا العصبية محواري الفردية على مدى عدة أيام. لتحسين sensitivإيتي إلى النور استخدمنا ضوء تنشيط قناة الشيف، وهو البديل channelrhodopsin يتألف من الوهم من channelopsin-1 (Chop1) وchannelopsin-2 (Chop2) مع موقع كروس في حلقة الحلزون EF 13. يتم تنشيط هذه القناة في نفس الطول الموجي ChR2، ولكنها تتطلب كثافة أقل للتنشيط ضوء، مما يجعلها أكثر حساسية من غيرها من القنوات شائعة الاستخدام، بما في ذلك ChR2. وتنصهر البروتين الشيف لبروتين فلوري الأحمر، tdTomato، مما يمكننا من فحص للتعبير البروتين دون تنشيط القناة. كمصدر الضوء، كنا الصمام الثنائي ضخ الحالة الصلبة (DPSS) الليزر بالإضافة إلى كابل من الألياف البصرية لتقديم دقة، عالية القدرة نبض أزرق خفيف إلى منطقة محددة من اليرقات. هذا سمح لنا للتركيز ضوء الليزر على الخلايا العصبية الفردية، مما يلغي الحاجة لإيجاد الحيوانات المعدلة وراثيا نادرة معربا عن الخلايا العصبيه في قناة واحدة. باستخدام هذا النهج، كنا قادرين على تنشيط الخلايا العصبية RB واحدة، دون الإجابة السلوكيةق مع كاميرا الفيديو عالية السرعة، والصورة الخلايا العصبية المنشط بدقة عالية مع المجهري متحد البؤر.
إعداد ما يلي في وقت مبكر.
1. إعداد كابل الألياف البصرية
الإجراءات 2-8 تصف طريقة لحقن الجينات المحورة في الأجنة المطبقة عادة على التجارب الزرد كثيرة. الاختلافات على هذا الأسلوب، مثل تلك الموضحة في الفيديو إن الرب الأخرى 6، 7، 8، 9، 22 هي نفس القدر من الفعالية.
2. سحب حقن الإبر
3. صب قوالب حقن
4. جعل البلازميد الحمض النووي لحقن مزيج
1.0 مل | بلازميد الحمض النووي (250 نانوغرام / مل) |
0.5 مل | الفينول الأحمر |
3،5 مل | DDH 2 O |
5. إعداد أزواج التزاوج
وينبغي أن يتم هذا المساء قبل كنت تخطط للقيام الحقن.
6. (يمكن القيام أثناء انتظار الأجنة) الاستعداد للحقن
7. جمع الأجنة
8. حقن الأجنة في مرحلة الخلية 1-2
9. الشاشة للتعبير التحوير
10. تحميل ليرقات التجارب السلوك
11. إعداد الكاميرا فائقة السرعة وبرامج التصوير
12. تنشيط الخلايا العصبية واحدة باستخدام الليزر نانومتر 473
13. صورة الخلية العصبية (ق) مع مجهر متحد البؤر
الشكل 1. تعيين ما يصل كابلات الالياف. (A) من الطبقات كابل من الألياف البصرية. (B) كابلات الألياف البصرية في عاري ماصة باستور. (C) وضع كابلات الالياف البصرية في ماصة باستور باستخدام مياداة مجهرية.
وقد وصفت لنا نهجا لتفعيل optogenetic من الخلايا العصبية RB واحد في الزرد الحية. لدينا أسلوب يستخدم للتعبير عن transgenesis عابرة البديل channelrhodopsin الموسومة fluorescently، الشيف، tdTomato 13، في الخلايا العصبية الحسية الجسدية المحددة. ويمكن بسهولة أن تتكيف هذا النهج لاستخدامها في غيرها...
الكتاب يعلن أن لديهم أي اهتمام المتنافسة المالية.
نشكر فومي كوبو، وتود تييلي HerwigBaier (UCSF / معهد ماكس بلانك) للحصول على المشورة بشأن التجارب السلوك وDPSS الليزر إنشاؤها؛ Heesoo كيم وCERRI كيارا من ملعب البيولوجيا العصبية للمساعدة في MBL الشيف-tdTomato التجارب؛ PetronellaKettunen (جامعة غوتنبرغ ) للتعاون الأولي على التجارب optogenetic؛ BaljitKhakh، اريك هدسون، وجون مايك باكا ميليغان (UCLA) للحصول على المشورة التقنية، وروجر تسين (جامعة كاليفورنيا سان دييغو) لبناء الشيف-tdTomato. وأيد هذا العمل من قبل على جائزة (5F31NS064817) NRSA لAMSP ومنحة من NSF (RIG: 0819010) لAS.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم الكاشف / المواد | شركة | كتالوج رقم | تعليقات |
المواد | |||
الزجاج ماصة باستور | الصياد | 1367820B | أو ما يعادلها (10-15 مم) |
200 ميكرومتر الألياف البصرية | ThorLabs | AFS200/220Y-CUSTOM | التصحيح الحبل، المدة: 3 متر، انهاء: FC / PC، نهاية B: FC / PC، سترات: FT030 |
50 ميكرومتر الألياف البصرية | ThorLabs | AFS50/125Y-CUSTOM | التصحيح الحبل، المدة: 3 متر، انهاء: FC / PC، نهاية B: FC / PC، سترات: FT030 |
تجريد أداة للتعديل | ThorLabs | AFS900 | أو ثلاثة هول أداة تجريد (FTS4) |
الوتد الماس الكاتب | ThorLabs | S90W | |
المشتعلة / براون Micropipette بولير | سوتر الآلات | P-97 | أو ما يعادلها |
البورسليكات أنابيب الزجاج مع خيوط | سوتر الآلات | BF-100-78-10 | |
حقن القالب | N / A | N / A | الشكل 5 |
1.5 مل أنابيب الطرد المركزي | أي | أي | |
طبق بتري (100x15 ملم) | أي | أي | |
طبق بتري (60x15 ملم) | أي | أي | |
ضغط حاقن | ASI | MPPI-3 | أو ما يعادلها |
مياداة مجهرية والمعادن موقف | Narashige | M152 | أو ما يعادلها |
البلاستيك القابل للتصرف ماصات | Fisherbrand | 13-711-7 | أو ما يعادلها |
لعبة البوكر (حامل دبوس دبوس والحشرات) | غرامة العلوم أدوات، وشركة | 26018-17 26000-70 و | أو ما يعادلها |
ملقط الجراح | غرامة العلوم أدوات، وشركة | 11255-20 | أو ما يعادلها |
Microloader ماصة نصائح | إيبندورف | 9300001007 | |
28.5 ° C الحاضنة | أي | أي | |
42 ° C الحرارة كتلة | أي | أي | |
غير معقمة شفرات المشرط رقم 11 | الأدوات العلمية الدقيقة، وشركة | 10011-00 | أو ما يعادلها |
تشريح قتغلب | زايس | STEMI | أو ما يعادلها |
الفلورسنت نطاق تشريح مع فلتر القياسية | أي | أي | أو ما يعادلها |
مبائر المجهر | زايس | 510 أو 710 LSM | أو ما يعادلها مع أهداف الليزر لGFP وطلب تقديم العروض، و10X، 20X 40X و |
كاميرا عالية السرعة | AOS تكنولوجيز، وشركة | X-PRI (130025-10) | أو ما يعادلها |
473 نانومتر ليزر محمول | الكريستال الليزر | CL-473-050 | أو أعلى السلطة، مع خيار TTL |
S48 محفز | استرو المتوسطية، آلات العشب شركة الانقسام | S48K | أو ما يعادلها |
FC / PC لكم التزاوج FC / PC | ThorLabs | ADAFC1 | شمال شرق مايوإد للاتصال الكابل البصري |
الليزر السلامة نظارات | ThorLabs | LG10 | أو ما يعادلها |
لوحات الثقافة 24 | جينيسي | 25-102 | أو ما يعادلها |
الاكتئاب واحد الشرائح | الصياد | S175201 | أو ما يعادلها |
كاشف | |||
الفورية المحيط | النظم البيئية المائية | IS50 | |
الميثيلين الأزرق | الصياد | S71325 | |
الفينول الأحمر | سيجما | P4758 | |
الاغاروز | EMD | 2125 | أو ما يعادلها |
انخفاض نذوب الاغاروز | سيجما | A9045 | أو ما يعادلها |
PTU | سيجما | P7629 | |
Tricaine | سيجما | A5040 | |
المياه الزرقاء / جنين | 10 L DDH 2 O 0،6 ز الفوري المحيط الميثيلين الأزرق 6 قطرات | ||
الفينول الأحمر | (5 ملغ / مل في بوكل M 0.2) | ||
100X PTU | 0،150 ز PTU 50 مل DDH 2 O حل في 70 ° C، ويهز في كثير من الأحيان قسامة وتخزينها في -20 درجة مئوية | ||
1X PTU | 1 مل 100X PTU 99 مل أزرق / أسماك المياه | ||
Tricaine الأسهم الحل | 400 ملغ tricaine 97،9 DDH 2 O | ||
~ 2،1 مل 1M تريس، pH9.0 | ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 7.0 ~ متجر في 4 ° C -20 ° C أو للتخزين على المدى الطويل |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved