Mehrere Personen trugen zu der Arbeit in diesem Papier beschrieben. CVG baute den Versuchsaufbau und LS, SHC und CVG führten die Experimente. CVG und SHC schrieb das Manuskript. Alle Autoren anschließend nahmen an der Überarbeitung und genehmigt die endgültige Kopie des Manuskripts. Wir danken Paul Sternberg für die GCaMP Belastung. Einige Nematoden Stämme in dieser Arbeit verwendet wurden vom Caenorhabditis Genetics Center (CGC), die durch die NIH National Center for Research Resources (NCRR) finanziert ist. Die MATLAB Bildanalyse-Programm wurde von dem in 18 abgestimmt sind. Die Autoren wurden von der Boston University und dem Massachusetts Life Sciences Center unterstützt.

Ein. Optischer Aufbau <ol><li> Verwenden Sie eine Standard-Verbindung Mikroskop mit Epifluoreszenz Imaging-Funktionen. Wir verwenden eine Nikon Eclipse Ti-U inverse Mikroskop mit einem Intensilight HG Illuminator. </li><li> Für optimale Bild-und Signal-Qualität mit einem hohen Vergrößerung, mit hoher numerischer Apertur Ziel. Wir verwenden in der Regel eine Nikon X60 1,4 NA Ölimmersionsobjektiv. In einigen Fällen ist es möglich, geringere Vergrößerung verwenden (X40, X20), je nach Expressionsniveau des Fluorophors und Signalstärke. </li><li> Verwenden eine hohe Empfindlichkeit gekühlte CCD-Kamera, wie beispielsweise eine Kamera, um Andor Clara Bildempfindlichkeit maximieren und Hintergrundrauschen. </li><li> Für einfarbige Fluorophore die Standard-Mikroskop-Fluoreszenz-Filter gesetzt konzipiert für die jeweilige Wellenlänge des Fluorophors. Für GCaMP verwenden eine Standard-GFP Filter gesetzt optimiert für Anregung bei 488 nm und Emission bei 525 nm. Keine weiteren optischen Modifikationen erforderlich sind. </li><li&gt; Für ratiometrisch Fluorophore, wie cameleon, verwenden Sie ein Dual Imaging System, so dass identische Bilder können gleichzeitig an zwei verschiedenen Wellenlängen erfasst werden. Dies wird durch Projizieren der dualen Bildern Seite an Seite auf die Kamera erreicht. Ein einfaches Setup, dies zu erreichen, mit einfachen optischen Komponenten auf einer optischen Qualität Steckbrett, ist in Abbildung 1 dargestellt. Es besteht aus: <ol class="ualpha"><li> Ein Mikroskop Filter mit 440 ± 20 nm Anregungsfilter und 455 nm eingestellt langen Pass dichroitischen Spiegel. </li><li> Ein Bild Maske an der ersten Bildebene unmittelbar außerhalb des Mikroskopabbildanordnung Hafens (wo die Kamera CCD-Sensor würde in der Regel sitzen) platziert. Dies schränkt das Sichtfeld derart, dass sie nur die Hälfte des Kamerasensors füllen. Anordnen diese Maske an der ersten Bildebene führt scharfes Bild Grenzen und ohne Überlappung, wenn die zwei Bildern Seite an Seite projiziert werden. </li><li> Das erste Relais Objektiv eingestellt einer Brennweite von ter erste Bildebene derart, daß sie das Licht kollimiert. </li><li> Ein dichroitischer Spiegel, der das Licht teilt sich in die beiden separaten bildgebenden Wellenlängen oder Kanälen Reflektieren einer Farbe (&gt; 515 nm, gelb) während der Übertragung des anderen (&lt;515 nm, cyan). </li><li> Emissionsfilter (Bandpassfilter) weiteren Einschränkung des übertragenen Lichts auf die spezifischen Wellenlängen Bildgebung (Cyan bei 485 ± 40 nm und gelb bei 535 ± 30 nm), </li><li> Die zweiten Relaislinsen (eine für jeden Kanal) in den Strahlengängen, daß sie das Licht refokussiert einer zweiten Bildebene an der CCD-Kamera angeordnet. </li><li> Ein Paar von Spiegeln und einen zweiten dichroitischen Spiegel lenkt die Strahlengänge derart, dass die zwei Bilder projiziert werden rekombiniert und Seite-an-Seite auf die Kamera CCD-Sensor. 4A zeigt ein Beispiel des resultierenden Bildes. </li></ol></li><li> Initial Optische Ausrichtung: Initiieren Setup und Ausrichtung der Optik mit einem hohen Kontrast image mit einem niedrigen Vergrößerungslinse und übertragen Weitfeld-Licht-Beleuchtungssystem (ein schwarzer sharpie auf einem Objektträger gezogen gut funktioniert). Bringen des Bildes, um durch die Okulare Mikroskop konzentrieren und dann an das Mikroskop zu verwendenden Port geschaltet. Mit hoher Beleuchtung sehen Sie das Bild auf eine Karteikarte in der Anfangsphase Brennebene (wenige cm außerhalb des Mikroskops Port). Platzieren des ersten Relais-Linse (C) im Strahlengang, so daß es zu einem fokalen Abstand von dem ersten Brennebene liegt und kollimiert das Licht zwar nicht Ablenken des Strahlengangs (dh direkt im Strahlengang zentriert). Legen der Maske auf der ersten Brennebene, eingestellt auf die Hälfte des Sichtfeldes zu beschränken und erzeugen eine scharfe Grenze in dem Bild. Positionieren der Spiegel und Filter (D, E, G) derart, daß der Strahlengang parallel zur Tischoberfläche bleibt und läuft in zwei parallelen Bahnen Seite an Seite, wie in 1B gezeigt. Zentrieren der zweiten Relais-Linsen (F) in ihrer jeweiligen Strahlengänge undbewegt sie hin und her entlang der Wege, um die Bilder zu einem Fokus auf eine Karteikarte platziert waren die Kamera CCD-Sensor wird zu bringen. Wenn es richtig gemacht die beiden Bilder sollten parfokal mit dem Mikroskop Okulare und andere Kamera-Ports. Schließlich stellen Sie die Kamera in Position und Feinabstimmung der Ausrichtung. </li><li> Fine Tuning Optische Ausrichtung: Verwenden Sie den Dual-Bild durch die CCD-Kamera betrachtet die Feineinstellung der optischen Ausrichtung. Verwenden eines Bild mit hohem Kontrast und beginnen mit geringer Vergrößerung, die Umstellung auf eine stärkere Vergrößerung zur endgültigen Ausrichtung. Positionieren Sie die übertragene Bild (cyan Kanal in Abbildung 1B) auf die Hälfte der Kamera Sichtfeld durch Bewegen der Kamera in X und Y. Position das reflektierte Bild (gelber Kanal in Abbildung 1B), die andere Hälfte des Feldes cover cover anzuzeigen, indem die beiden letzten Spiegel (G) in seinem Strahlengang. Optimieren, indem das zweite Relais-Linse für jeden Kanal vor und zurück entlang dem Strahlengang zu konzentrieren. Bleibtunverändert der optische Aufbau sollte stabil und erfordern nur selten eine Feinabstimmung Einstellung. </li></ol> 2. Probenvorbereitung und Datenkommunikation. <ol><li> Erwerben Tieren Ausdruck einer Kalzium-sensitives Fluorophor im Neuron von Zinsen aus dem Caenorhabditis Genetics Center (CGC) oder anderen Quellen. Alternativ können transgene Tiere hergestellt werden unter Verwendung von Standard C. elegans Techniken. Einzelzelle Expression ist nicht erforderlich (und manchmal auch nicht wünschenswert, wenn mehrere Neuronen untersucht werden sollen, siehe 12), solange Bilder und Messungen von mehreren Zellen können leicht abgetrennt werden. Wenn das Fluorophor Transgen nicht in das Genom integriert ist, können erhebliche Unterschiede in der Expression von Tier zu Tier auftreten. In diesem Fall Vorauswählen Tiere mit höheren Expressionsniveaus unter Verwendung eines fluoreszierenden Präpariermikroskop erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und die Messungen. Fluorophor Expression need ausreichend sein, um ohne weiteres mit der Kamera unter den Erfassungsparameter durch das Experiment erforderlich abgebildet. </li><li> Nehmen Sie die Agarose-Pads für die gewünschte Immobilisierung Technik (siehe Abschnitt 2.3), indem Sie einen kleinen Tropfen geschmolzenen Agarose zwischen zwei Glasplatten durch zwei Stücke von Labor-Band Abstand erforderlich. Falls erforderlich, kann Agarose Pads einem Deckglas vor der Montage die Tiere übertragen werden. Siehe Abbildung 2. </li><li> Immobilisieren C. elegans zur Bildgebung unter Verwendung einer der folgenden Techniken: <ol class="ualpha"><li> Pharmakologische Erstarrung: In 0,05% Levamisole bis 2% Agarose-Pads (Mischen in das geschmolzene Agarose, bevor Sie die Pads in 2,2). Wählen 5-10 Tiere auf dem Pad und decken mit einem Deckglas. Anwenden geringe Mengen von heißem Wachs-Gemisch (50% Paraffinwachs und 50% Vaseline) zu den Ecken des Deckglases zu in Position halten. Lassen 5-10 min für die Levamisol zur Wirkung und die Tiere b nehmenecome komplett still. </li><li> Stiff Agarose Immobilisierung: C. elegans kann physikalisch immobilisiert werden mit steifen 10% igen Pads und 0,05 Mikrometer Durchmesser Polystyrol-Nanopartikeln. Machen Sie 10% igen Pads (10% Agarose in NGM-Puffer nach Gewicht) wie in 2.2. Hinzufügen ~ 3 ul Bead-Lösung (1:10 Polystyrol Mikrokügelchen in NGM Vol.) an die Oberseite des Pads. Schnell, holen 5-10 C. elegans in den Pool der Bead-Lösung auf dem Pad und vorsichtig mit einem Deckglas abdecken. Verwenden geschmolzenes Wachs aufgebracht zu den Ecken des Deckglases um in Position halten. (Für weitere Details zu dieser Technik finden Sie 7 sowie einer früheren JoVE Artikel 8) </li><li> Kleben: C. elegans kann anstelle mit geringen Mengen an veterinärmedizinischen Gradkleber die auf eine Seite des Tieres verklebt werden. </li><li> Mikrofluidiksysteme: Zahlreiche Mikrofluidik-Geräte wurden entwickelt, um physisch zu halten C. elegans an Ort und Stelle für die Bildgebung. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Legen Sie die vorbereitete Folie auf dem Mikroskop und konzentrieren sich auf die gewünschte Neurons. Es ist oft am einfachsten, die C. finden elegans mit Hellfeldbeleuchtung und geringe Vergrößerung. Dann Wechsel zu hoher Vergrößerung und Fluoreszenz-Imaging zu finden und sich auf die spezifischen Neurons. </li><li> Stimulus: Wenn eine neuronale Antwort auf einen bestimmten Stimulus erwünscht ist (Licht, elektrischem Feld, Geschmacks-und Geruchssinn, Temperatur etc.), muß die Vorrichtung in den Stimulus Mikroskopaufbau, so daß es den Tieren kann die verabreichte ausgebildet sein Probenvorbereitung, während Bildgebung. </li><li> Erwerben Sie Bilder mit dem Mikroskop CCD-Kamera. Belichtungszeiten und Anregungslicht Ebene auf der Grundlinie Signal und Expressionsniveau des Fluorophors ab, wobei schwächere Signale erfordern längere Belichtungszeiten mit konkordant weniger Zeitauflösung. Wir verwenden in der Regel ~ 300 msec Belichtungszeiten. </li><li> Bilder aufzunehmen, entweder einzeln oder als time-Videovorlauf. Weil C. elegans Neuronen in der Regel angezeigt langsame Aktivierung Dynamik (dh es fehlt Natrium-basierte Aktionspotentiale), sind relativ langsam Bildraten von ~ 1 sec reicht oft zu Neuron Dynamik zu messen. Abtastraten bis zu ~ 90 Frames pro Sekunde verwendet wurden, obwohl diese durch die Integration notwendige Zeit für schwache Fluoreszenz begrenzt werden kann. Einzelne Filme eines einzelnen Neurons kann leicht für mehrere Minuten (~ 5-10 min) oder mehr erstrecken, wenn die Immobilisierung Zubereitung ist stabil und die Bildrate relativ langsam. </li></ol> 3. Data Analysis <ol><li> Es gibt eine Reihe von verschiedenen Fluoreszenz-Imaging-Software-Pakete mit dynamischen und ratiometrische Analyse-Funktionen einschließlich ImageJ und NIS-Elements. Wir verwenden ein einfaches Programm, das individuelle MATLAB die durchschnittliche Fluoreszenzsignal über einen ausgewählten Bereich von Interesse misst. </li><li> Für einzelne Bilder (oder Zeitraffer-Filme, die bleibenabsolut still) Auswählen einer interessierenden Region (ROI) innerhalb des abgebildeten Neuron und einem separaten Nähe Region für die Hintergrundmessung. Für ratiometrisch Bilder auszuwählen ähnlichen ROI und Hintergrund Regionen für jedes der zwei Bilder. </li><li> Leichte Bewegung des abgebildeten Neuronen innerhalb einer Zeitraffer-Film erfordert eine zusätzliche Analyse, um automatisch die ROI in jedem Frame, die unter Verwendung von zahlreichen Objektverfolgung Systeme werden können. Unser Programm zeigt ein komprimiertes Bild aller Bilder in dem Film, von dem eine grobe Grenze (umfasst das Objekt des Interesses in allen Frames) manuell ausgewählt wird und eine unabhängige Hintergrund Region ausgewählt. Für den ersten Rahmen, wird ein ROI manuell aus dem Grenzbereich ausgewählt. Für jeden nachfolgenden Rahmen, wählt das Programm den hellsten Pixel innerhalb des Randbereiches einen ROI von der richtigen Größe (dh die gleiche Anzahl von Pixeln wie die manuelle ersten Rahmen ROI) zu erzeugen. Bei Bildern, wo die Zielet der Interessen ausreichend heller als die umgebenden Hintergrund im Randbereich dieses Protokoll wählt einen vernünftigen ROI für jeden Frame. </li><li> Das Fluoreszenzsignal, F, für jeden Rahmen wird als die durchschnittliche Pixelintensität in dem ROI minus der mittleren Intensität in dem Hintergrundbereich berechnet. Ratiometrische Werte als das Verhältnis der beiden Signale (YFP-YFP Hintergrund) / (GFP GFP-Hintergrund) -0,65 berechnet. Der Faktor von 0,65 kompensiert Durchscheinen des GFP YFP Kanal in den Kanal, die abhängig von den Fluorophoren sowie insbesondere Filtersatz verwendet werden (dieser Wert typischerweise ~ 0,6 für cameleon Setups) sein wird. </li><li> Die relative Calciumspiegel für jeden Rahmen wird als die prozentuale Änderung in der Intensität zu einer anfänglichen normalisierten Ausgangswert von dem ersten Rahmen (oder eine Serie von Frames) gemessen wird, berechnet: &amp;Dgr; F / F = (F (t)-F o) / F o, wobei F (t) ist die Fluoreszenz zum Zeitpunkt t und F oist die erste Ausgangswert. </li><li> Ein Auswählen des ROI Zellkörper erzeugt die stärksten Signale robustesten aber es ist auch möglich, auszuwählen und zu messen Signale von einem ROI entlang der Nervenprozesse. </li></ol> 4. Problemlösung <ol><li> Bleaching: Exposition gegenüber Anregungslicht kann Bleichen des Fluorophors und wird von einer stetigen Abnahme des Signals, die abhängig von Exposition ist markiert. Ratiometrische Messungen helfen, dies zu kompensieren. Allerdings selektive Bleichen von einer Wellenlänge können immer noch auftreten (typischerweise CFP Bleichmittel schneller als YFP). Wenn Bleichmittel reduzieren Lichtexpositions-Niveau durch Reduzieren Belichtungszeiten und / oder Anregungsintensität (mit Neutralfilter im Beleuchtungs-Weg) auftritt. Falls erforderlich, kann ein zum Bleichen indem Schauprozesse (mit der gleichen Anregung Exposition aber keine neuronalen Reiz) und Quantifizierung der Zeitkonstante Signalabfall kompensieren. </li><li><strong&gt; Immobilisierung: Für die einfache Bildanalyse hier beschriebenen ist es wichtig, das Tier bleibt relativ ruhig in der gesamten Aufzeichnungsdauer C.. elegans der Belichtung und experimentelle Reize reagieren, so dass sie am wahrscheinlichsten zum Zeitpunkt der Aufnahme zu bewegen. Leichte Bewegung kann erhebliche Rauschen in der Messung führen vor allem bei der Messung von Axon Prozesse. Ratiometrische Analyse hilft, diese Folgen zu einem gewissen Grad und Messungen vom Zellkörper sind robuster zu mildern. Sorgfältige Ausführung und Verfeinerung der Immobilisierung Verfahren werden in ganz still Tieren führen. </li><li> Hintergrundauswahl: Eine sorgfältige Auswahl eines Hintergrundes Region ist für erfolgreiche Bildanalyse. Hintergrund Regionen sollten einigermaßen einheitliche und dunkler als das abgebildete Neuron. Es muss ausreichend entfernt werden, um Streulicht (und somit ein Signal Pickup) aus dem abgebildeten Neuron vermeiden. Wir finden eine einheitliche Region 20-50 um aus dem ROI funktioniert in den meisten Fällen. </li><li> Ratiometric Optik: Die korrekte Ausrichtung der Abbildungsoptik ist entscheidend für die Erzeugung eine klare duale Bild. Kommerzielle Mikroskop Anhänge für ratiometrische Bildgebung zur Verfügung. Eine alternative Technik ist es, eine schnelle sequentielle Bildgebung unter Verwendung einer schnellen Filterrad rasch zwischen Emissionswellenlängen zu schalten, während der Aufnahme getrennten Bildern für jeden einzusetzen. </li><li> Ratiometrische Analyse: Die hier beschriebene Analyse ist eine relativ einfache Technik, robuste Signale generiert durch Mittelung über eine ROI. Es erfordert eine erkennbar helles Objekt, um den ROI zu wählen. Weitere anspruchsvolle ratiometrische Analyse ist durch präzise Ausrichten und Kartierung der dualen Bildern, so dass das fluoreszierende Verhältnis Pixel kann durch Pixel berechnet werden kann. </li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

Genetisch kodierte Kalzium-Indikatoren wurden weitgehend in C genutzt elegans Neurobiologie. Zahlreiche Gruppen haben diese Techniken verwendet werden, um Reaktion der primären sensorischen Neuronen auf äußere Reize zu studieren, wie hier mit dem ASJ Reaktion auf ein elektrisches Feld demonstriert. Prominente Beispiele umfassen Empfindung mechanische Berührung, bestimmte Chemikalien, die Temperatur und ein elektrisches Feld 12, 16-19. Aktivität von Interneuronen und Muskelzellen haben a...

Hier präsentieren wir Ihnen praktische Methoden zur in vivo Calcium Imaging in C. elegans Neuronen. Die Entwicklung von genetisch kodierte Calcium-sensitiven Fluorophore mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis macht C. elegans eine vergleichsweise einfache und kostengünstige System zur Messung von neurophysiologischen und Aktivität. Unsere Bildgebung ist mit einem Standardsubstanzsampler Mikroskop unter Verwendung Weitfeld-Fluoreszenzabbildung allgemein verfügbarer Fluorophore getan. Wir präsentieren verschiedene Techniken unter Verwendung verschiedener Fluorophore und verschiedenen Probenvorbereitung, diskutieren die Stärken und Schwächen der einzelnen. Daten werden dann aus zwei Experimenten Beispiel vorgestellt. Eine ausgezeichnete zusätzliche Ressource auf den hier beschriebenen Techniken können in WormBook, &quot;Imaging die Aktivität der Nervenzellen und Muskeln&quot; von R. Kerr, (gefunden werden <a href="http://www.wormbook.org" target="_blank">http://www.wormbook.org</a> ) 3. Zwei Hauptklassen von gentechnischtisch kodierte fluoreszierende Kalzium-Reporter sind häufig in C eingesetzt elegans: Einkanal GCaMP und FRET-basierten cameleon. Wir beschreiben Methoden und zeigen Beispiele für Daten, die von jedem erzeugt. GCaMP basiert auf einer modifizierten Green Fluorescent Protein (GFP), die empfindlich auf die umgebende Calciumkonzentration basiert. Dies wird durch Fusion von GFP und dem hohen Calcium-Calmodulin Protein Affinität, so dass die Bindung von Calcium durch Calmodulin das GFP-Molekül bringt in einen effizienten fluoreszierenden Bestätigung 2 bewerkstelligt. Die jüngsten Fortschritte in dieser Fluorophore erzeugen außergewöhnlich gutes Signal Größe mit bis zu 500% Anstieg der Fluoreszenzintensität über einen physiologischen Bereich von Kalzium und einigermaßen schnell Kinetik ~ 95 ms Anstiegszeit und ~ 650 ms Abklingzeit 4. Über relativ kurze Zeiträume (Minuten), können diese großen Signale für niedrigere Auflösung Bildgebung ermöglichen (untere Vergrößerung) und bei einem wohlerzogenen initial Baseline-Messung, negieren die Notwendigkeit ständiger Grundlinie oder Vergleichsmessungen. Cameleon hat den Vorteil, eine FRET-Fluorophor, das eine Quotientenmeßschaltung Vergleichens zwei unabhängige Kanäle oder Wellenlängen 1 erzeugt. Es besteht aus zwei separaten Fluorophore (Cyan-und Gelb-emittierende fluoreszierende Proteine, CFP und YFP) durch eine Calmodulin Protein verknüpft ist. Der Komplex wird mit blauem Licht (440 nm), die die GFP regt beleuchtet. Bindung von Calcium bringt die Fluorophore näher zusammen, wodurch Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) von dem GFP (Donor) zum YFP (Akzeptor) und Veranlassen des GFP-Emission (480 nm) zu verringern und das YFP-Emission (535 nm) bis zu erhöhen . Relative Kalziumspiegel werden als das Verhältnis des YFP / GFP Intensität gemessen. Cameleon Kinetik langsamer als die GCaMP, in vivo gemessen werden, um eine Anstiegszeit von ~ 1 sec und eine Abfallzeit von ~ 3 sec 5 haben. Jedochdas Verhältnis der gegenläufigen Signale erhöht die Signalgröße und kompensiert einer Anzahl möglicher Artefakte aufgrund veränderter Fluorophorkonzentration, Bewegung oder Fokusdrift und Bleichen. Genetisch codierte fluoreszierende Reporter zu negieren viel von der Probenvorbereitung mit exogen verabreichtem Sonden und C geforderten elegans kleinen transparenten Körper ermöglicht die Abbildung innerhalb des intakten Tier mit einfachen weites Feld Fluoreszenz. Die wichtigste technische Herausforderung in der Probenvorbereitung ist daher sicher fixieren die Tiere. Es gibt eine Anzahl von unterschiedlichen häufigsten verwendeten Techniken mit jeweils Vorteile und Nachteile. Verwendung eines pharmakologischen Agens, um die Tiere zu lähmen ist einfach zu implementieren und ermöglicht die Montage mehrerer Tiere an einer Zubereitung (Levamisol, ein cholinerger Agonist, Muskelgewebe führt zu ergreifen ist typischerweise 6 verwendet). C. elegans kann auch physisch durch die Montage ihnen immobilisiert werdenauf steifen 10% igen 7, 8. Dies minimiert Auswirkungen auf die Physiologie von Tieren, ermöglicht langfristige Bildgebung (Stunden) und Rückgewinnung von mehreren Tieren ist aber technisch schwierig. Beide Techniken den physischen Zugriff auf die Tiere (die unter einem Deckglas) und kann daher nur mit bestimmten experimentellen Stimuli (wie Licht, Temperatur, elektrisches Feld oder Laser-Schaden) verwendet werden. Für Impulse in der physischer Zugriff erforderlich ist, wie Touch-oder die Verabreichung von Chemikalien, haben viele Studien erfolgreich C. geklebt elegans in Ort (mit Veterinär-Grade-Kleber) 9. Dies ist technisch anspruchsvoller, ist nur ein einziges Tier Vorbereitung und erlaubt keine tierischen Erholung. Schließlich haben zahlreiche mikrofluidischen Bauteilen eingesetzt, dass körperlich zurückzuhalten C. elegans, kann die Erhaltung Tierphysiologie, so dass die Exposition gegenüber den meisten Arten von Stimuli (je nach Geräteausführung) und ermöglichen einen schnellen Austausch und Erholung der Tiere <sup&gt; 10, 11. Allerdings Mikrofluidik erfordern zusätzliche technische Kenntnisse und Fähigkeiten in Design, Herstellung und Implementierung. In immobilisierten Tieren Aktivität und Stimulus-Antwort kann in der Regel in den sensorischen und Interneuronen gemessen werden. Aktivität von Motoneuronen erfordert ausgefeiltere Techniken zur Bildgebung in bewegenden Tieren. Hier präsentieren wir Ihnen detaillierte Methoden unter Verwendung der beiden am einfachsten Techniken der pharmakologischen Lähmung und Immobilisierung mit steifen Agarose. Die hier vorgestellten Methoden können verwendet werden, um neuronale Aktivität und Zellphysiologie in C messen elegans. Wir geben jeweils ein Beispiel: Verwendung GCaMP die sensorische Reaktion des ASJ Neuron zu einem äußeren elektrischen Feld zu messen, und Verwenden cameleon die physiologische Reaktion auf Calcium Laserschaden eines Neurons zu messen. Diese Beispiele zeigen die Vorteile und Nachteile der beiden Arten von Fluorophoren und zeigen, was möglich ist mit dem System.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Reagent/Material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Eclipse Ti-U inverted 
 microscope</td>
 <td>Nikon</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Intensilight HG Illuminator</td>
 <td>Nikon</td>
 <td>C-HGFI</td>
 <td>Fluorescent light source</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CFI Plan Apo VC 60X Oil</td>
 <td>Nikon</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Optical table or 3'X3' optical 
 grade breadboard</td>
 <td>Thor Labs</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>If an optical table is not used an 
 optical grade breadboard on a 
 solid laboratory bench should 
 suffice.</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Clara Interline Camera</td>
 <td>Andor 
 Technology</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>High-sensitivity CCD camera</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>wtGFP Longpass Emission</td>
 <td>Chroma Technology 
 Corp.</td>
 <td>41015</td>
 <td>GFP filter set for imaging GCaMP</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Filter 440 +/- 10 nm</td>
 <td>Chroma</td>
 <td>D440/20x EX</td>
 <td>excitation filter for cameleon</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dichroic mirror &gt; 455 nm 
 longpass</td>
 <td>Chroma</td>
 <td>455DCLP BS</td>
 <td>microscope dichroic for cameleon 
 imaging</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dichroic mirror &gt; 515 nm 
 longpass</td>
 <td>Chroma</td>
 <td>515DCLP BS</td>
 <td>dichroic mirror for cameleon 
 imaging</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Filter 535 +/- 15 nm</td>
 <td>Chroma</td>
 <td>D535/30m EM</td>
 <td>YFP emission filter</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Filter 480 +/- 20 nm</td>
 <td>Chroma</td>
 <td>D485/40m EM</td>
 <td>CFP emission filter</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Lens, 200 mm, Achromat</td>
 <td>Thor Labs</td>
 <td>AC508-200-A1</td>
 <td>Relay lens for FRET optics (3)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Silver broadband mirror</td>
 <td>Thor Labs</td>
 <td>ME2S-P01</td>
 <td>FRET optics (2)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>NGM buffer</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Levamisole</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Polybead Microspheres</td>
 <td>Polysciences, Inc.</td>
 <td>08691-10, 2.5% by 
 volume, 50 nm 
 diameter</td>
 <td>polystyrene nanoparticles for C. 
 elegans immobilization</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Transgenic strain, Strain 
 gpa-9::GCaMP3(in pha-1; 
 him-5 bkg) </td>
 <td>Sternberg Lab</td>
 <td>Strain PS6388</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Transgenic strain, mec- 
 4::YC3.60</td>
 <td>Gabel Lab</td>
 <td>Strain CG1B</td>
 <td>&nbsp;</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

in vivo neuronal calcium imaging in c. elegans

Der Fadenwurm C. elegans ist ein idealer Modellorganismus für relativ einfache, kostengünstige neuronalen Bildgebung in vivo. Seine kleinen transparenten Körper und einfache, ermöglicht gut charakterisierten Nervensystems Identifikation und Fluoreszenz-Imaging von jedem Neuron im intakten Tier. Einfache Immobilisierungstechniken mit minimalen Auswirkungen auf die Tier-Physiologie ermöglichen erweiterte Zeitraffer-Aufnahmen. Die Entwicklung von genetisch-kodierten Kalzium Fluorophore wie cameleon 1 und GCaMP 2 ermöglichen in-vivo-Bildgebung neuronaler Calcium Zusammenhang sowohl Zellphysiologie und neuronaler Aktivität. Zahlreiche transgenen Stämme exprimieren diese Fluorophore in spezifischen Neuronen sind leicht erhältlich oder können unter Verwendung gut etablierter Techniken hergestellt werden. Hier beschreiben wir detaillierte Verfahren zur Messung Kalzium Dynamik innerhalb eines einzelnen Neurons in vivo sowohl mit GCaMP und cameleon. Wir diskutieren Vor-und disadvantAlter beider sowie verschiedene Verfahren zur Probenvorbereitung (tierische Immobilisierung) und Bildanalyse. Schließlich stellen wir die Ergebnisse von zwei Experimenten: 1) Verwenden GCaMP die sensorische Reaktion eines bestimmten Neurons mit einer externen elektrischen Feldes und 2) Verwenden cameleon die physiologische Calciumreaktion eines Neurons auf traumatische Laserschaden zu messen. Calcium bildgebenden Verfahren wie diese werden ausführlich in C eingesetzt elegans und sind Messungen in sich frei bewegenden Tieren, mehrere Neuronen gleichzeitig und Vergleich erstreckte sich über genetischen Hintergründen. C. elegans stellt eine robuste und flexible Anlage zur in vivo Bildgebung mit neuronalen Vorteile gegenüber anderen Modellsystemen in technische Einfachheit und Wirtschaftlichkeit.

Hier präsentieren wir die Ergebnisse von zwei getrennten Experimenten. Der erste beschäftigt GCaMP um die Reaktion eines bestimmten sensorischen Neurons zu einer definierten äußeren Reiz zu messen, die einen guten Beispiel, wie fluoreszierenden Calcium Reporter verwendet werden, um optisch zu überwachen neuronale Aktivität in intakten C werden elegans. Die zweite setzt cameleon zur Messung der intrazellulären Calcium transienten ausgelöst innerhalb eines Neurons in Reaktion auf spezifische Lase...

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In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

Mit seinem kleinen transparenten Körper, gut dokumentierte Neuroanatomie und einer Vielzahl von zugänglicher genetischen Techniken und Reagenzien<em&gt; C. elegans</em&gt; Ist ein idealer Modellorganismus für<em&gt; In vivo</em&gt; Neuronalen Bildgebung mit relativ einfachen, kostengünstigen Verfahren. Hier beschreiben wir einzelnes Neuron Bildgebung in intakten erwachsenen Tieren mit genetisch kodierten fluoreszierenden Kalzium-Indikatoren.

In vivo Neuronale Calcium Imaging in C. elegans

The nematode worm C. elegans is an ideal model organism  for relatively simple, low cost neuronal imaging in vivo. Its small transparent body and simple, ...

in-vivo-neuronal-calcium-imaging-in-c-elegans

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

24.8K Aufrufe.  Boston University School of Medicine. Mit seinem kleinen transparenten Körper, gut dokumentierte Neuroanatomie und einer Vielzahl von zugänglicher genetischen Techniken und Reagenzien C. elegans Ist ein idealer Modellorganismus für In vivo Neuronalen Bildgebung mit relativ einfachen, kostengünstigen Verfahren. Hier beschreiben wir einzelnes Neuron Bildgebung in intakten erwachsenen Tieren mit genetisch kodierten fluoreszierenden Kalzium-Indikatoren.

Serie: In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

The targeting and refinement of RGC projections to the midbrain is a popular and powerful model system for studying how precise patterns of neural connectivity form during development. In mice, retinofugal projections are arranged in a topographic manner and form eye-specific layers in the Lateral Geniculate Nucleus (dLGN) of the thalamus and the Superior Colliculus (SC). The development of these precise patterns of retinofugal projections has typically been studied by labeling populations of RGCs with fluorescent dyes and tracers, such as horseradish peroxidase1-4. However, these methods are too coarse to provide insight into developmental changes in individual RGC axonal arbor morphology that are the basis of retinotopic map formation. They also do not allow for the genetic manipulation of RGCs.
Recently, electroporation has become an effective method for providing precise spatial and temporal control for delivery of charged molecules into the retina5-11. Current retinal electroporation protocols do not allow for genetic manipulation and tracing of retinofugal projections of a single or small cluster of RGCs in postnatal mice. It has been argued that postnatal in vivo electroporation is not a viable method for transfecting RGCs since the labeling efficiency is extremely low and hence requires targeting at embryonic ages when RGC progenitors are undergoing differentiation and proliferation6. 
In this video we describe an in vivo electroporation protocol for targeted delivery of genes, shRNA, and fluorescent dextrans to murine RGCs postnatally. This technique provides a cost effective, fast and relatively easy platform for efficient screening of candidate genes involved in several aspects of neural development including axon retraction, branching, lamination, regeneration and synapse formation at various stages of circuit development. In summary we describe here a valuable tool which will provide further insights into the molecular mechanisms underlying sensory map development.

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

We demonstrate an in vivo electroporation protocol for transfecting single or small clusters of retinal ganglion cells (RGCs) and other retinal cell types in postnatal mice over a wide range of ages. The ability to label and genetically manipulate postnatal RGCs in vivo is a powerful tool for developmental studies.

Die Transfektion von Maus retinalen Ganglienzellen durch In vivo Elektroporation

The targeting and refinement of RGC projections to the midbrain is a popular and powerful model system for studying how precise patterns of neural ...

Forschung

Neurowissenschaften

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

Neurons communicate with other cells via axons and dendrites, slender membrane extensions that contain pre- or post-synaptic specializations. If a neuron is damaged by injury or disease, it may regenerate. Cell-intrinsic and extrinsic factors influence the ability of a neuron to regenerate and restore function. Recently, the nematode C. elegans has emerged as an excellent model organism to identify genes and signaling pathways that influence the regeneration of neurons1-6. The main way to initiate neuronal regeneration in C. elegans is laser-mediated cutting, or axotomy. During axotomy, a fluorescently-labeled neuronal process is severed using high-energy pulses. Initially, neuronal regeneration in C. elegans was examined using an amplified femtosecond laser5. However, subsequent regeneration studies have shown that a conventional pulsed laser can be used to accurately sever neurons in vivo and elicit a similar regenerative response1,3,7.
We present a protocol for performing in vivo laser axotomy in the worm using a MicroPoint pulsed laser, a turnkey system that is readily available and that has been widely used for targeted cell ablation. We describe aligning the laser, mounting the worms, cutting specific neurons, and assessing subsequent regeneration. The system provides the ability to cut large numbers of neurons in multiple worms during one experiment. Thus, laser axotomy as described herein is an efficient system for initiating and analyzing the process of regeneration.

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

A protocol to cut neurons in C. elegans with a MicroPoint pulsed laser is presented. We describe setting up the system, immobilizing worms, and severing labeled neurons. Advantages include a relatively low-cost system and the ability to sever neuronal processes or ablate cells in vivo.

In-vivo-Laser Axotomie in C. elegans

Neurons communicate with other cells via axons and dendrites, slender membrane extensions that contain pre- or post-synaptic specializations. If a neuron ...

Imaging Neuronal Responses in Slice Preparations of Vomeronasal Organ Expressing a Genetically Encoded Calcium Sensor

The vomeronasal organ (VNO) detects chemosensory signals that carry information about the social, sexual and reproductive status of the individuals within the same species 1,2. These intraspecies signals, the pheromones, as well as signals from some predators 3, activate the vomeronasal sensory neurons (VSNs) with high levels of specificity and sensitivity 4. At least three distinct families of G-protein coupled receptors, V1R, V2R and FPR 5-14, are expressed in VNO neurons to mediate the detection of the chemosensory cues. To understand how pheromone information is encoded by the VNO, it is critical to analyze the response profiles of individual VSNs to various stimuli and identify the specific receptors that mediate these responses.
The neuroepithelia of VNO are enclosed in a pair of vomer bones. The semi-blind tubular structure of VNO has one open end (the vomeronasal duct) connecting to the nasal cavity. VSNs extend their dendrites to the lumen part of the VNO, where the pheromone cues are in contact with the receptors expressed at the dendritic knobs. The cell bodies of the VSNs form pseudo-stratified layers with V1R and V2R expressed in the apical and basal layers respectively 6-8. Several techniques have been utilized to monitor responses of VSNs to sensory stimuli 4,12,15-19. Among these techniques, acute slice preparation offers several advantages. First, compared to dissociated VSNs 3,17, slice preparations maintain the neurons in their native morphology and the dendrites of the cells stay relatively intact. Second, the cell bodies of the VSNs are easily accessible in coronal slice of the VNO to allow electrophysiology studies and imaging experiments as compared to whole epithelium and whole-mount preparations 12,20. Third, this method can be combined with molecular cloning techniques to allow receptor identification.
Sensory stimulation elicits strong Ca2+ influx in VSNs that is indicative of receptor activation 4,21. We thus develop transgenic mice that express G-CaMP2 in the olfactory sensory neurons, including the VSNs 15,22. The sensitivity and the genetic nature of the probe greatly facilitate Ca2+ imaging experiments. This method has eliminated the dye loading process used in previous studies 4,21. We also employ a ligand delivery system that enables application of various stimuli to the VNO slices. The combination of the two techniques allows us to monitor multiple neurons simultaneously in response to large numbers of stimuli. Finally, we have established a semi-automated analysis pipeline to assist image processing.

The vomeronasal organ (VNO) detects intraspecies chemical signals that convey social and reproductive information. We have performed Ca2+ imaging experiments using transgenic mice expressing G-CaMP2 in VNO tissue. This approach allows us to analyze the complicated response patterns of the vomeronasal neurons to large numbers of pheromone stimuli.

Imaging neuronalen Antworten in Scheiben Zubereitungen von Vomeronasalorgan Ausdruck eines genetisch kodierte Kalzium-Sensor

The vomeronasal organ (VNO) detects chemosensory signals that carry information about the social, sexual and reproductive status of the individuals within ...

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

Synapse strength refers to the amplitude of postsynaptic responses to presynaptic neurotransmitter release events, and has a major impact on overall neural circuit function. Synapse strength critically depends on the abundance of neurotransmitter receptors clustered at synaptic sites on the postsynaptic membrane. Receptor levels are established developmentally, and can be altered by receptor trafficking between surface-localized, subsynaptic, and intracellular pools, representing important mechanisms of synaptic plasticity and neuromodulation. Rigorous methods to quantify synaptically-localized neurotransmitter receptor abundance are essential to study synaptic development and plasticity. Fluorescence microscopy is an optimal approach because it preserves spatial information, distinguishing synaptic from non-synaptic pools, and discriminating among receptor populations localized to different types of synapses. The genetic model organism Caenorhabditis elegans is particularly well suited for these studies due to the small size and relative simplicity of its nervous system, its transparency, and the availability of powerful genetic techniques, allowing examination of native synapses in intact animals.
Here we present a method for quantifying fluorescently-labeled synaptic neurotransmitter receptors in C. elegans. Its key feature is the automated identification and analysis of individual synapses in three dimensions in multi-plane confocal microscope output files, tabulating position, volume, fluorescence intensity, and total fluorescence for each synapse. This approach has two principal advantages over manual analysis of z-plane projections of confocal data. First, because every plane of the confocal data set is included, no data are lost through z-plane projection, typically based on pixel intensity averages or maxima. Second, identification of synapses is automated, but can be inspected by the experimenter as the data analysis proceeds, allowing fast and accurate extraction of data from large numbers of synapses. Hundreds to thousands of synapses per sample can easily be obtained, producing large data sets to maximize statistical power. Considerations for preparing C. elegans for analysis, and performing confocal imaging to minimize variability between animals within treatment groups are also discussed. Although developed to analyze C. elegans postsynaptic receptors, this method is generally useful for any type of synaptically-localized protein, or indeed, any fluorescence signal that is localized to discrete clusters, puncta, or organelles.
The procedure is performed in three steps: 1) preparation of samples, 2) confocal imaging, and 3) image analysis. Steps 1 and 2 are specific to C. elegans, while step 3 is generally applicable to any punctate fluorescence signal in confocal micrographs.

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

The abundance of neurotransmitter receptors clustered at synapses strongly influences synaptic strength. This method quantifies fluorescently-labeled neurotransmitter receptors in three dimensions with single-synapse resolution in C. elegans, allowing hundreds of synapses to be rapidly characterized within a single sample without distortions introduced by z-plane projection.

Automatisierte Quantifizierung der Fluoreszenz-in Synaptic<em&gt; C elegans</em

Synapse strength refers to the amplitude of postsynaptic responses to presynaptic neurotransmitter release events, and has a major impact on overall ...

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

The mechanisms controlling stress-induced phenotypic plasticity in animals are frequently complex and difficult to study in vivo. A classic example of stress-induced plasticity is the dauer stage of C. elegans. Dauers are an alternative developmental larval stage formed under conditions of low concentrations of bacterial food and high concentrations of a dauer pheromone. Dauers display extensive developmental and behavioral plasticity. For example, a set of four inner-labial quadrant (IL2Q) neurons undergo extensive reversible remodeling during dauer formation. Utilizing the well-known environmental pathways regulating dauer entry, a previously established method for the production of crude dauer pheromone from large-scale liquid nematode cultures is demonstrated. With this method, a concentration of 50,000 - 75,000 nematodes/ml of liquid culture is sufficient to produce a highly potent crude dauer pheromone. The crude pheromone potency is determined by a dose-response bioassay. Finally, the methods used for in vivo time-lapse imaging of the IL2Qs during dauer formation are described.

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

Following exposure to specific environmental stressors, the nematode Caenorhabditis elegans undergoes extensive phenotypic plasticity to enter into a stress-resistant &#8216;dauer&#8217; juvenile stage. We present methods for the controlled induction and imaging of neuroplasticity during dauer.

In-vivo-Imaging von Dauer-spezifische neuronale Remodeling in C. elegans

The mechanisms controlling stress-induced phenotypic plasticity in animals are frequently complex and difficult to study in vivo. A classic example of ...

In Vivo Functional Brain Imaging Approach Based on Bioluminescent Calcium Indicator GFP-aequorin

Functional in vivo imaging has become a powerful approach to study the function and physiology of brain cells and structures of interest. Recently a new method of Ca2+-imaging using the bioluminescent reporter GFP-aequorin (GA) has been developed. This new technique relies on the fusion of the GFP and aequorin genes, producing a molecule capable of binding calcium and&#160;&#8212; with the addition of its cofactor coelenterazine &#8212; emitting bright light that can be monitored through a photon collector. Transgenic lines carrying the GFP-aequorin gene have been generated for both mice and Drosophila. In Drosophila, the GFP-aequorin gene has been placed under the control of the GAL4/UAS binary expression system allowing for targeted expression and imaging within the brain. This method has subsequently been shown to be capable of detecting both inward Ca2+-transients and Ca2+-released from inner stores. Most importantly it allows for a greater duration in continuous recording, imaging at greater depths within the brain, and recording at high temporal resolutions (up to 8.3 msec). Here we present the basic method for using bioluminescent imaging to record and analyze Ca2+-activity within the mushroom bodies, a structure central to learning and memory in the fly brain.

In Vivo Functional Brain Imaging Approach Based on Bioluminescent Calcium Indicator GFP-aequorin

Here we present a novel Ca2+-imaging approach using a bioluminescent reporter. This approach uses a fused construct GFP-aequorin which binds to Ca2+ and emits light, eliminating the need for light excitation. Significantly this method permits long continuous imaging, access to deep brain structures and high temporal resolution.

In Vivo Functional Brain Imaging Ansatz, der auf Bioluminescent Calciumindikator GFP-Aequorin

Functional in vivo imaging has become a powerful approach to study the function and physiology of brain cells and structures of interest. Recently a new ...

Using an Adapted Microfluidic Olfactory Chip for the Imaging of Neuronal Activity in Response to Pheromones in Male C. Elegans Head Neurons

The use of calcium indicators has greatly enhanced our understanding of neural dynamics and regulation. The nematode Caenorhabditis elegans, with its completely mapped nervous system and transparent anatomy, presents an ideal model for understanding real-time neural dynamics using calcium indicators. In combination with microfluidic technologies and experimental designs, calcium-imaging studies using these indicators are performed in both free-moving and trapped animals. However, most previous studies utilizing trapping devices, such as the olfactory chip described in Chronis et al., have devices designed for use in the more common hermaphrodite, as the less common male is both morphologically and structurally dissimilar. An adapted olfactory chip was designed and fabricated for increased efficiency in male neuronal imaging with using young adult animals. A turn was incorporated into the worm loading port to rotate the animals and to allow for the separation of the individual neurons within a bilateral pair in 2D imaging. Worms are exposed to a controlled flow of odorant within the microfluidic device, as described in previous hermaphrodite studies. Calcium transients are then analyzed using the open-source software ImageJ. The procedure described herein should allow for an increased amount of male-based C. elegans calcium imaging studies, deepening our understanding of the mechanisms of sex-specific neuronal signaling.

Using an Adapted Microfluidic Olfactory Chip for the Imaging of Neuronal Activity in Response to Pheromones in Male C. Elegans Head Neurons

The use of an adapted &#34;olfactory chip&#34; for the efficient calcium imaging of C. elegans males is described here. Studies of male exposure to glycerol and a pheromone are also shown.

Verwenden einen angepasste mikrofluidischen olfaktorische Chip für die Bildgebung neuronaler Aktivität als Reaktion auf Pheromone in männlichen C. Elegans Kopf Neuronen

The use of calcium indicators has greatly enhanced our understanding of neural dynamics and regulation. The nematode Caenorhabditis elegans, with its ...

Two-photon Calcium Imaging in Neuronal Dendrites in Brain Slices

Calcium (Ca2+) imaging is a powerful tool to investigate the spatiotemporal dynamics of intracellular Ca2+ signals in neuronal dendrites. Ca2+ fluctuations can occur through a variety of membrane and intracellular mechanisms and play a crucial role in the induction of synaptic plasticity and regulation of dendritic excitability. Hence, the ability to record different types of Ca2+ signals in dendritic branches is valuable for groups studying how dendrites integrate information. The advent of two-photon microscopy has made such studies significantly easier by solving the problems inherent to imaging in live tissue, such as light scattering and photodamage. Moreover, through combination of conventional electrophysiological techniques with two-photon Ca2+ imaging, it is possible to investigate local Ca2+ fluctuations in neuronal dendrites in parallel with recordings of synaptic activity in soma. Here, we describe how to use this method to study the dynamics of local Ca2+ transients (CaTs) in dendrites of GABAergic inhibitory interneurons. The method can be also applied to studying dendritic Ca2+ signaling in different neuronal types in acute brain slices.

We present a method combining whole-cell patch-clamp recordings and two-photon imaging to record Ca2+ transients in neuronal dendrites in acute brain slices.

Zwei-Photonen-Kalzium Imaging in neuronalen Dendriten in Hirnschnitten

Calcium (Ca2+) imaging is a powerful tool to investigate the spatiotemporal dynamics of intracellular Ca2+ signals in neuronal dendrites. Ca2+ ...

Ratiometric Calcium Imaging of Individual Neurons in Behaving Caenorhabditis Elegans

It has become increasingly clear that neural circuit activity in behaving animals differs substantially from that seen in anesthetized or immobilized animals. Highly sensitive, genetically encoded fluorescent reporters of Ca2+ have revolutionized the recording of cell and synaptic activity using non-invasive optical approaches in behaving animals. When combined with genetic and optogenetic techniques, the molecular mechanisms that modulate cell and circuit activity during different behavior states can be identified.
Here we describe methods for ratiometric Ca2+ imaging of single neurons in freely behaving Caenorhabditis elegans worms. We demonstrate a simple mounting technique that gently overlays worms growing on a standard Nematode Growth Media (NGM) agar block with a glass coverslip, permitting animals to be recorded at high-resolution during unrestricted movement and behavior. With this technique, we use the sensitive Ca2+ reporter GCaMP5 to record changes in intracellular Ca2+ in the serotonergic Hermaphrodite Specific Neurons (HSNs) as they drive egg-laying behavior. By co-expressing mCherry, a Ca2+-insensitive fluorescent protein, we can track the position of the HSN within ~ 1 &#181;m and correct for fluctuations in fluorescence caused by changes in focus or movement. Simultaneous, infrared brightfield imaging allows for behavior recording and animal tracking using a motorized stage. By integrating these microscopic techniques and data streams, we can record Ca2+ activity in the C. elegans egg-laying circuit as it progresses between inactive and active behavior states over tens of minutes.

Ratiometric Calcium Imaging of Individual Neurons in Behaving Caenorhabditis Elegans

This protocol describes the use of genetically encoded Ca2+ reporters to record changes in neural activity in behaving Caenorhabditis elegans worms. &#8195;

Ratiometrischen Kalzium Imaging einzelner Neuronen im Verhalten Caenorhabditis Elegans

It has become increasingly clear that neural circuit activity in behaving animals differs substantially from that seen in anesthetized or immobilized ...

Quantitative Approaches for Scoring in vivo Neuronal Aggregate and Organelle Extrusion in Large Exopher Vesicles in C. elegans

Toxicity of misfolded proteins and mitochondrial dysfunction are pivotal factors that promote age-associated functional neuronal decline and neurodegenerative disease across species. Although these neurotoxic challenges have long been considered to be cell-intrinsic, considerable evidence now supports that misfolded human disease proteins originating in one neuron can appear in neighboring cells, a phenomenon proposed to promote pathology spread in human neurodegenerative disease.
C. elegans adult neurons that express aggregating proteins can extrude large (~4 &#181;m) membrane-surrounded vesicles that can include the aggregated protein, mitochondria, and lysosomes. These large vesicles are called &#8220;exophers&#8221; and are distinct from exosomes (which are about 100x smaller and have different biogenesis). Throwing out cellular debris in exophers may occur by a conserved mechanism that constitutes a fundamental, but formerly unrecognized, branch of neuronal proteostasis and mitochondrial quality control, relevant to processes by which aggregates spread in human neurodegenerative diseases.
While exophers have been mostly studied in animals that express high copy transgenic mCherry within touch neurons, these protocols are equally useful in the study of exophergenesis using fluorescently tagged organelles or other proteins of interest in various classes of neurons.
Described here are the physical features of C. elegans exophers, strategies for their detection, identification criteria, optimal timing for quantitation, and animal growth protocols that control for stresses that can modulate exopher production levels. Together, details of protocols outlined here should serve to establish a standard for quantitative analysis of exophers across laboratories. This document seeks to serve as a resource in the field for laboratories seeking to elaborate molecular mechanisms by which exophers are produced and by which exophers are reacted to by neighboring and distant cells.

Quantitative Approaches for Scoring in vivo Neuronal Aggregate and Organelle Extrusion in Large Exopher Vesicles in C. elegans

This protocol describes approaches for detection and quantitation of large aggregate and/or organelle extrusions (~4 &#181;m) produced by C. elegans cells in the form of membrane-bound exophers. We describe strains, growth conditions, scoring criteria, timing, and microscopy considerations needed to facilitate dissection of this debris expulsion mechanism.