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Method Article
En este protocolo, actualizamos los recientes avances en imágenes Ca 2 + Señales de neuronas GFP-etiquetados en cortes de tejido cerebral con un rojo fluorescente Ca 2 + Indicador de tinte.
A pesar de un aumento enorme en nuestro conocimiento sobre los mecanismos subyacentes a la codificación de la información en el cerebro, una cuestión fundamental en relación con los pasos precisos molecular, así como la actividad de neuronas específicas en multi-funcional núcleos de áreas del cerebro tales como el hipotálamo permanecer. Este problema se incluye la identificación de los componentes moleculares implicados en la regulación de diversas neurohormonas cascadas de transducción de señales. Las elevaciones de Ca 2 + intracelular desempeñan un papel importante en la regulación de la sensibilidad de las neuronas, tanto en el nivel de transducción de señales y en los sitios sinápticos.
Han surgido nuevas herramientas para ayudar a identificar las neuronas en la miríada de neuronas cerebrales mediante la expresión de la proteína verde fluorescente (GFP) bajo el control de un promotor particular. Para supervisar tanto espacial como temporalmente estímulo inducido por Ca 2 + respuestas en GFP-etiquetados neuronas, un no-verde fluorescente Ca 2 + colorante indicador nEEDS para ser utilizado. Además, la microscopía confocal es un método preferido de formación de imágenes de las neuronas individuales en rodajas de tejido debido a su capacidad para visualizar las neuronas en distintos planos de profundidad dentro del tejido y para limitar fuera de foco de fluorescencia. El ratiométrica Ca 2 + indicador fura-2 se ha utilizado en combinación con GFP-etiquetados neuronas 1. Sin embargo, el colorante es excitado por la luz ultravioleta (UV). El coste del láser y la limitada profundidad de penetración óptica de la luz UV impedido su uso en muchos laboratorios. Además, la fluorescencia de GFP puede interferir con las señales de fura-2 2. Por lo tanto, se decidió utilizar un color rojo fluorescente Ca 2 + colorante indicador. El cambio Strokes enorme de fura-rojo multicolor permite el análisis de la fluorescencia de color rojo en combinación con GFP usando una longitud de onda de excitación única. Hemos tenido resultados buenos previamente utilizando fura-rojo en combinación con GFP-etiquetados neuronas olfativas 3. Los protocolos para cortes de tejido olfativo parecía funcionar equally bien en las neuronas hipotalámicas 4. Fura-red basada Ca 2 + de imágenes también fue combinado con éxito con GFP-etiquetados β pancreáticas y células GFP-etiquetados receptores expresados en células HEK 5,6. Una peculiaridad de fura-red es que la intensidad de fluorescencia a 650 nm disminuye una vez que el indicador se une al calcio 7. Por lo tanto, la fluorescencia de las neuronas en reposo con baja concentración de Ca 2 + tiene una intensidad relativamente alta. Cabe señalar, que los otros rojos Ca 2 +-indicador tintes existen o se están desarrollando, que podría dar mejores resultados o mejores en las neuronas y áreas diferentes del cerebro.
1. Preparación de la solución y gel de agarosa
Nombre de reactivo | Abreviatura | Mol. peso | Conc. | Empresa | Cat. N ° |
De cloruro de sodio | NaCl | 58,44 g / mol | 120 mM | VWR | 27810 |
Hidrógeno carbonato de sodio | NaHCO 3 | 84,01 g / mol | 25 mM | Merck | 106329 |
El cloruro de potasio | KCl | 74,55 g / mol | 5 mM | Merck | 104936 |
BES * | C 6 H 15 NO S 5 | 213,25 g / mol | 5 mM | Sigma | 14853 |
El sulfato de magnesio, anhidro | MgSO 4 | 120,37 g / mol | 1 mM | Sigma | M7506 |
Cloruro de calcio dihidrato | * De CaCl 2 H 2 O | 147,02 g / mol | 1 mM | Merck | 102382 |
D (+)-Glucosa monohidrato | C 6 H 12 O 8 * H 2 O | 198,17 g / mol | 10 mM | Merck | 108342 |
*N, N-bis (2-hidroxietil)-2-aminoethansulfonic ácido
2. La disección del cerebro de ratón
Por favor, asegúrese de que todos los procedimientos experimentales con animales se realizan de acuerdo con las directrices establecidas por los comités de bienestar de los animales de las respectivas instituciones.
3. Rebanar Coronal secciones del hipotálamo del cerebro del ratón
4. Preparación de la solución indicadora de Ca 2 + colorante de carga
Un paso crítico en las neuronas de carga sigue siendo a menudo la salud de las células, que depende de la cantidad de daño inducido por el y la velocidad deel procedimiento de disección. Otra etapa esencial parece ser el uso de Pluronic F-127 fresco solución (ver 4,1). Se está recomendado para hacer esta solución en el laboratorio y no utilizar una solución prefabricada de un proveedor. Dependiendo de la temperatura, la humedad y el tiempo de vida útil de la Pluronic F-127 solución, se observó degradación de las neuronas olfativas y el cerebro durante el Ca 2 + loading procedimiento.
5. Microscopía y análisis
En este protocolo, la intensidad de la fluorescencia de GFP, que identifica la célula de interés, y de la Ca 2 + colorante indicador se midió simultáneamente en rodajas de cerebro. Por lo tanto, el microscopio confocal debe estar equipado con el láser correcta, filtros y dos tubos fotomultiplicadores para recoger los dos emissien las señales. GFP y el cambio en la intensidad de fluorescencia de fura-rojo se puede medir usando una longitud de onda de excitación única de 488 nm. La emisión de fluorescencia de los fluoróforos pueden ser recolectados usando un filtro 522/DF35 nm para GFP y un filtro de paso largo para longitudes de onda superiores a 600 nm para fura-rojo.
Ca 2 + señales pueden ser presentadas como unidades arbitrarias de fluorescencia o como valores (Df / F) de la variación relativa de la intensidad de fluorescencia (Df) normalizaron a la fluorescencia de referencia (F). Este procedimiento resulta en una desviación negativa cuando la intracelular de Ca 2 + aumenta la concentración con fura-rojo como el Ca 2 + colorante indicador. Para facilitar la interpretación de los resultados, se recomienda multiplicar los valores Df / F con -1 para obtener señales positivas de fluorescencia para mostrar un aumento de Ca 2 + (Figura 4C).
Para comparar los resultados entre las neuronas de la amplitud y la frecuencia de la Ca 2 + señales se suelen analizar. Sin embargo, algunos de Ca 2 + señales no ocurren con un periodo regular o amplitudes comparables. Algunas señales pueden estar fuertemente influenciada por procesos estocásticos dentro de la célula. Por lo tanto, para cuantificar el cambio total de Ca 2 + en una célula dada y para permitir la comparación de Ca 2 + respuestas entre las neuronas en diferentes regiones del cerebro, el análisis de la área bajo la curva-(AUC) es más apropiado. Esta medida de la cantidad de Ca 2 + abarca cualquier inicial de Ca 2 + transitorios, las fases segunda y sostenida elevación de Ca 2 + respuestas y oscilaciones. En este caso, la atención se debe tomar para analizar el mismo período de tiempo para permitir la comparación entre las neuronas.
6. Los resultados representativos
Para iniciar la caracterización del receptor de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRHR) expresar las neuronas del hipotálamo hemos hecho uso de ratones transgénicos que expresan GFP después mediada por Cre excisión en GnRHR neuronas que expresan 4,11. GFP neuronas fluorescentes fueron identificados en varias zonas del cerebro, incluyendo el hipotálamo. Para investigar las propiedades fisiológicas de estas neuronas GnRHR, que primero registra Ca 2 + señales en rodajas del hipotálamo usando un microscopio confocal. En primer lugar, se obtuvieron cortes coronales de cerebro de estos ratones usando el protocolo descrito anteriormente. Figura 1 ilustra las herramientas necesarias material, y los pasos para la escisión de un cerebro de ratón. Los cortes coronales del hipotálamo del cerebro se redujeron (Figura 2) y luego se cargan de acuerdo con los pasos descritos en el punto 4 del protocolo. Cortes de cerebro individual del área adecuada se colocan en una cámara de registro, se fija con un arpa (figura 3) y, a continuación imágenes utilizando un microscopio confocal (ver los pasos 5.1 a 5.9). Figura 4 muestra un ejemplo de dos rebanadas individuales cerebro coronal identificación único GnRHR-τGFP cuerpos de las células, la fluorescencia en reposo después de loading el corte de cerebro con fura-red/AM y la imagen resultante de la concentración confocal indica que la neurona GFP habían tomado fura-rojo suficientemente para permitir la investigación de los estímulos inducidos por Ca 2 + señales en estas células. Usando el protocolo, se probó inicialmente si las neuronas GnRHR utilizar similares Ca 2 + señales de detección de los estímulos en las diferentes áreas del hipotálamo en respuesta a la activación directa con GnRH (4E Figura). Sin embargo, estas señales difieren en su forma de onda en función de fuerza del estímulo y 4 área del cerebro. Para cuantificar el cambio en la dinámica de la Ca 2 + respuestas, el área bajo la curva-(AUC) se puede calcular como una medida del aumento de la concentración intracelular de Ca 2 + (Figura 4E) 4. Hay estudios en curso para investigar las bases moleculares de la Ca 2 + oscilaciones y ondas, su dependencia en el sexo y el estado hormonal de los animales, y si pueden ser moduladospor otros estímulos naturales.
Figura 1. Herramientas, materiales y pasos para extirpar un cerebro de ratón. A. Herramientas y materiales utilizados para la disección del cerebro: 1, Loctite 406 pegamento extrafuerte, 2 cuchara, espátula micro, 3, hoja de afeitar solo borde, 4, tijeras de primavera pequeñas y medianas, 5, pinzas romas, 6, 7, tijeras, plato de Petri con agar gel bloque, 8, placa base para el cerebro de montaje en micrótomo. BF. Imágenes de algunos pasos que se describen en el punto 2 del protocolo. B. La fotografía de una cabeza de ratón que indica la posición de corte del cuero cabelludo (línea roja) y flechas (naranja) que indican la dirección debe ser la piel se separó de los huesos (ver paso 2.4). C. fotografía de la cabeza del ratón después de la piel se separa muestra las estructuras óseas (ver paso 2,4). Dirección de corte de la tijera y la dirección para romper el cráneo abierto con las pinzas romas se indica ya sea con el negroflechas o trazos grises flechas anchas, respectivamente. D. Fotografía del cerebro de ratón después de la eliminación de las diversas estructuras óseas (ver paso 2,5 - 2,7). Fotografía E. de la extracción del cerebro todavía conectado al cráneo a través de los nervios craneales. F. La fotografía de un cerebro de ratón relativamente indemne.
Figura 2. Cortar secciones coronales del hipotálamo del cerebro del ratón. A. Fotografiar que indica la posición de la cuchilla de afeitar de un solo filo para eliminar el cerebelo (ver paso 3,1). B. Posición del bloque de agar gel en relación con el cerebro pegado sobre la placa de base del microtomo (ver paso 3,2). C. corte de la rebanada del cerebro coronal (nótese aquí la ubicación de cerebro y posiciones de gel de bloque en lo que respecta a la cuchilla de corte de la microtomo; ver paso 3,4.). d, dorsal, v, ventral.
Figura 3. Cortes de cerebro colocado en la cámara de grabación. A, B. Descripción general (A) y un aumento mayor (B) de un Warner Instruments RC-27 cámara abierta grabación baño dando un amplio acceso a las áreas hipotalámicas del cerebro rebanada coronal (ver paso 5,1). C. metálico en forma de U arpa que contienen matrices paralelas de hilos de nylon que tienen la rebanada en posición en la cámara de registro (ver paso 5,2).
Figura 4. Ca 2 + señales en las neuronas τGFP de rodajas de cerebro de ratón hipotalámicas. AD. Identificación de una neurona GFP y adquisición simultánea de la fluorescencia de fura-rojo en rodajas coronales de cerebro de ratón. A. Confocal imagen de una sección coronal del cerebro identificar GnRHR-τGFP neuronas (verde). B. señal de fluorescencia relativamente uniforme (rojo) de la zona del cerebro se muestra en A observado después de cargar el corte de cerebro con fura-red/AM. C. Fusionada imagen que muestra la neuRon se muestra en una carga con el Ca 2 + colorante indicador (amarillento). Límites de GFP neurona somata se indican en líneas discontinuas blancas, mientras que ejemplos de dos no-GFP somata (flechas) se indican en líneas grises. D. Ejemplo de un GFP y GFP neurona no con mayores cantidades de fluorescencia de color rojo en comparación con el fondo. E. Ejemplos de estímulo somático inducida por Ca 2 + respuestas individuales de GFP-etiquetados neuronas en diferentes áreas del cerebro (hipotálamo Pe, núcleo periventricular; hipotálamo DM, dorsomedial, Arco, núcleo arqueado). Área bajo la curva (AUC) se representa por el área roja. La distinta Ca 2 + señales entre las neuronas que expresan GnRHR de núcleos hipotalámicos diferente puede ser comparado con las AUC como una estimación de la variación total de Ca 2 + en una célula dada durante el mismo período. F. esquemáticos dibujos y diagramas que indican la ubicación de las neuronas GFP-etiquetados analizados en AE. Panel superior: la ubicación de un cerebro s coronalexión que contiene regiones del hipotálamo del cerebro (línea roja) de medio e inferior del panel:. Esquema de un corte de cerebro (en el centro) y la ampliación de su área del recuadro rojo (panel inferior) que indica con puntos rojos la posición aproximada de las neuronas registradas GFP-etiquetados de Pe, DM y el Arco muestra en E; área de color negro en el esquema del panel inferior: 3 º ventrículo. Baja dos diagramas son una adaptación de Paxinos y Franklin 12. Menor número esquina izquierda indica la distancia (mm) desde Bregma.
Una cuestión importante de la neurociencia es comprender cómo el cerebro procesa la información social. Una fuente principal de información necesaria para el reconocimiento social está codificada mediante señales olfatorias o feromonas. La detección de estas señales por poblaciones neuronales en la nariz y el reconocimiento de las señales en el cerebro, especialmente el hipotálamo, juegan un papel clave en muchos procesos sociales y hormonas y otros factores de influencia neuroendocrinos 13-16. Un o...
No hay conflictos de interés declarado.
Agradecemos a nuestros colegas que participaron en el trabajo resumido aquí. Este trabajo fue apoyado por becas de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 894), «Análisis Integral del olfato 'la DFG Schwerpunktprogramm 1392 y por la Fundación Volkswagen (TLZ). TLZ es profesor Lichtenberg de la Fundación Volkswagen.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre | Empresa | Cat. N ° | |
Agar | Sigma | A1296 | |
Fura-red/AM | Invitrogen | F-3021 | |
Pluronic F-127 | Sigma | P2443 | |
Sulfóxido de dimetilo | Fisher Scientific | BP231 | |
Vibrante-Blade Micrótomo Hyrax V 50 | Zeiss | 9770170 | |
Dispositivo de enfriamiento CU 65 para Micrótomo Hyrax V 50 | Zeiss | 9920120 | |
O 2 / CO 2 incubadora, CB210-UL | Carpeta | 0019389 | |
Super Glue, Loctite 406TM | Henckel | 142580 | |
Espátulas dobles, forma de cuchara | Bochem | 3182 | |
Espátulas, forma cuchara Microspoon | Bochem | 3344 | |
Tijeras de primavera, Moria-Vannas-Wolff - Hojas 7mm | Herramientas Artes Ciencias | 15370-52 | |
Tijeras Vannas - Primavera, Hojas 3mm | Herramientas Artes Ciencias | 15000-00 | |
Tijeras Wagner | Herramientas Artes Ciencias | 14071-12 | |
Medical Forceps, 7b Dumont | Herramientas Artes Ciencias | 11270-20 | |
Gran cámara rectangular Open Bath (RC-27) | Warner Instruments | 64-0238 | |
Microscopio Confocal Resplandor BioRad 2100 | Zeiss | na |
There was a typo in the abstract of Imaging Calcium Responses in GFP-tagged Neurons of Hypothalamic Mouse Brain Slices.
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