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Method Article
Die Fülle von Neurotransmitter-Rezeptoren an den Synapsen stark beeinflusst geclusterten synaptischen Stärke. Diese Methode quantifiziert fluoreszenzmarkierten Neurotransmitter-Rezeptoren in drei Dimensionen mit Single-Auflösung in Synapsen C elegans, So dass Hunderte von Synapsen zu schnell innerhalb einer einzigen Probe, ohne Verzerrungen, die durch z-Ebene Projektion eingeführt wird.
Synapse Stärke bezieht sich auf die Amplitude des postsynaptischen Antworten auf präsynaptische Freisetzung von Neurotransmittern Ereignisse, und hat einen großen Einfluss auf die Gesamt-neuronalen Schaltkreis-Funktion. Synapse Stärke hängt entscheidend von der Fülle von Neurotransmitter-Rezeptoren an Synapsen auf der postsynaptischen Membran gruppierten. Rezeptor-Ebenen sind entwicklungsgeschichtlich, etabliert und kann durch Rezeptortransport zwischen Oberflächen-lokalisierten, subsynaptischen und intrazellulären Pools, die für wichtige Mechanismen der synaptischen Plastizität und Neuromodulation verändert werden. Rigorosen Methoden zur synaptisch-lokalisierte Neurotransmitter-Rezeptor Fülle quantifizieren sind unerlässlich, um synaptischen Entwicklung und Plastizität zu studieren. Die Fluoreszenzmikroskopie ist optimal, weil es räumliche Information erhält, unterscheiden synaptischen aus nicht-synaptischen Pools und Unterscheiden zwischen Rezeptorpopulationen lokalisiert, um verschiedene Arten von Synapsen. Die genetischen Modellorganismus Caenorhabditis elegans ist besonders gut für diese Studien aufgrund der geringen Größe und der relativen Einfachheit seines Nervensystems, seine Transparenz, und die Verfügbarkeit von leistungsfähigen genetischen Techniken geeignet und ermöglicht Untersuchung der nativen Synapsen in intakten Tieren.
Hier präsentieren wir eine Methode zur Quantifizierung von fluoreszenzmarkierten synaptischen Neurotransmitter-Rezeptoren in C. elegans. Sein wesentliches Merkmal ist die automatisierte Identifikation und Analyse einzelner Synapsen in drei Dimensionen in mehreren Ebenen konfokalen Mikroskop Ausgabedateien, Tabellieren Position, Volumen, Intensität der Fluoreszenz, Fluoreszenz und insgesamt für jede Synapse. Dieser Ansatz hat zwei wesentliche Vorteile gegenüber der manuellen Analyse der z-Ebene konfokale Projektionen von Daten. Erstens, weil jede Ebene des konfokalen Datensatz enthalten ist, werden keine Daten über z-Ebene Projektion verloren, in der Regel auf Pixelintensität Durchschnitte oder Maxima basiert. Zweitens Identifizierung von Synapsen automatisiert ist, aber durch die ex überprüft werdenperimenter wie die Datenanalyse geht, so dass eine schnelle und genaue Extrahierung von Daten aus einer großen Anzahl von Synapsen. Hunderte bis Tausende von Synapsen pro Probe leicht erhalten werden, produzieren große Datensätze statistische Energie zu maximieren. Überlegungen zur Vorbereitung C. elegans zur Analyse und Durchführung konfokale Bildgebung an Variabilität zwischen den Tieren innerhalb Behandlungsgruppen zu minimieren werden ebenfalls diskutiert. Zwar entwickelt, um C zu analysieren elegans postsynaptischen Rezeptoren, ist dieses Verfahren im Allgemeinen für jede Art von synaptisch-lokalisierten Protein oder Tat, einem Fluoreszenz-Signal, das diskrete Cluster, Punkte oder Organellen lokalisiert ist nützlich.
Das Verfahren wird in drei Schritten durchgeführt: 1) Herstellung von Proben, 2) konfokale Abbildung, und 3) Bildanalyse. Schritt 1 und 2 sind spezifisch für C elegans, und Stufe 3 ist allgemein anwendbar auf jede punktförmige Fluoreszenz-Signal in der konfokalen Aufnahmen.
1. Preparation of Worms for Imaging
This segment of the protocol is based on published C. elegans culture techniques1,2, and is outlined in Figure 1.
2. Confocal Imaging
3. Automated Identification and Analysis of Individual Synaptic Clusters
4. Representative Results
The quantification method presented should be able to distinguish between cluster populations of different brightness and different volumes. Representative images and corresponding quantitative data presented in Figure 3 demonstrate examples of differentiation on the basis of these parameters. As a general rule the results should conform to what is evident to the eye. In the case of UNC-49 GABA receptor immunostaining the ventral nerve cord of C. elegans, all animals typically appeared very similar in size and maturity, and total synaptic fluorescence values for a group of five worms (normalized to the length of nerve cord analyzed) showed Standard Error values of about 10% of the mean 4. Genetic mutation and other experimental treatments (e.g. drug exposure) may alter not only the volume and intensity values and frequency distributions of synaptic clusters, but possibly the developmental time-course and synchrony of the worms, leading to higher variability. However the quantitative results should always reflect what can be appreciated visually and if not, inspection of the images and the objects identified by Volocity should reveal where the error occurred and suggest corrective action such as re-thresholding or removal of artefactual objects.
Figure 1. Preparation of synchronous C. elegans cultures. Synchronous cultures are obtained from this procedure because C. elegans development arrests and the L1 larval stage in the absence of food, and resumes when food is introduced.
Figure 2. Quantitation of synaptic puncta.
Figure 3. Representative results. Representative micrographs from wild-type C. elegans stained for UNC-49 GABA receptors before (A) and after (B) treatment with muscimol, a GABA receptor agonist that causes receptors to become downregulated after long exposure. Panels show cropped images before (left) and after (right) thresholding and removal of small background specks. (C) Plots of quantitative synaptic parameters for the specimens shown in (A) and (B): total fluorescence normalized to nerve cord length (left), and cumulative probability histograms of individual synapse fluorescence content (middle) and synapse volume (right), demonstrating statistically significant reduction in synaptic content and volume induced by agonist exposure (n = 60 synapses for untreated, n = 115 synapses for muscimol-treated; p < 0.001, Kolmogorov-Smirnov test http://www.physics.csbsju.edu/stats/KS-test.html).
Die hier vorgestellte Methode wurde entwickelt, um quantitative Multi-Parameter-Daten für große Populationen von Synapsen in C extrahieren elegans, bei gleichzeitiger Maximierung der Konsistenz innerhalb Behandlungsgruppen. Drei Merkmale tragen zu diesen Zielen. Zunächst wird Immunfärbung auf synchrone Wurm Populationen durchgeführt, um sicherzustellen, dass alle Tiere gleich alt sind. Dieser Schritt ist wichtig, weil Entwicklungs-Regulierung der Expression Effekte der experimentellen Behandlung z...
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Die Autoren bedanken sich bei A. Benham für die Unterstützung bei der Entwicklung des Protokolls zu danken. Diese Arbeit wurde vom NIH finanziert NS06747 auf BAB
Name | Company | Catalog Number | Comments | ||||||
Name der Software | Firma | Kommentare (optional) | |||||||
Endgeschwindigkeit, v4.0 oder höher | PerkinElmer / Improvision | Überprüfen Sie Ihre lokalen Imaging Core Facility für den Zugang zu dieser Software. Demo-Software ist auf der Website von PerkinElmer zur Verfügung. Diese Methode erfordert nur die Quantifizierung des Moduls Endgeschwindigkeit. | |||||||
Tabelle 2. Spezifischen Reagenzien und Geräte. | |||||||||
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Tabelle 1. Solutions. |
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