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Method Article
Dans ce protocole, nous mettons à jour les progrès récents de l'imagerie Ca 2 + Signaux des neurones GFP-marqués dans les tranches de tissus du cerveau en utilisant un rouge fluorescent Ca 2 + Indicateur de colorant.
Malgré une augmentation considérable de nos connaissances sur les mécanismes qui sous-tendent l'encodage de l'information dans le cerveau, une question centrale concernant les mesures précises moléculaires ainsi que l'activité des neurones spécifiques dans multi-fonctionnel des noyaux de zones du cerveau comme l'hypothalamus reste. Ce problème comprend l'identification des composants moléculaires impliqués dans la régulation des cascades de transduction du signal neurohormone différentes. Des élévations des intracellulaire de Ca 2 + jouent un rôle important dans la régulation de la sensibilité des neurones, tant au niveau de la transduction du signal et sur les sites synaptiques.
De nouveaux outils ont vu le jour pour aider à identifier les neurones dans la myriade de neurones du cerveau en exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) sous le contrôle d'un promoteur particulier. Pour surveiller à la fois spatialement et temporellement stimulus induit par Ca 2 + dans les réponses des neurones marqués GFP, un non-fluorescente verte Ca 2 + colorant indicateur needs à être utilisé. En outre, la microscopie confocale est une méthode préférée de neurones individuels d'imagerie dans des tranches de tissu en raison de sa capacité de visualiser des neurones dans des plans distincts de profondeur dans le tissu et pour limiter l'extérieur de la mise au point de fluorescence. La ratiométrique Ca 2 + indicateur fura-2 a été utilisée en combinaison avec GFP-1 marqué neurones. Toutefois, le colorant est excité par le rayonnement ultraviolet (UV). Le coût du laser et de la profondeur de pénétration limitée optique de la lumière UV empêché son utilisation dans de nombreux laboratoires. En outre, fluorescence de la GFP peut interférer avec les signaux de fura-2 2. Par conséquent, nous avons décidé d'utiliser un rouge fluorescent Ca 2 + colorant indicateur. L'énorme changement Strokes de fura-rouge permet une analyse de la fluorescence multicolore rouge en combinaison avec la GFP en utilisant une longueur d'onde d'excitation unique. Nous avons eu de bons résultats précédemment en utilisant le fura-rouge en combinaison avec GFP-étiqueté neurones olfactifs 3. Les protocoles de tranches de tissus olfactifs semble fonctionner eQually bien dans les neurones hypothalamiques 4. Fura-rouge à base de Ca 2 + imagerie a également réussi à combiner avec pancréatiques GFP-β-cellules marqués et étiquetés GFP-récepteurs exprimés dans des cellules HEK 5,6. Une petite bizarrerie de fura-rouge, c'est que son intensité de fluorescence à 650 nm diminue une fois l'indicateur fixe le calcium 7. Par conséquent, la fluorescence des neurones au repos avec une faible concentration de Ca 2 + a une intensité relativement élevée. Il est à noter, que les autres rouges Ca 2 + indicateurs de colorants existent ou sont en cours d'élaboration, qui pourraient donner de meilleurs résultats ou améliorés dans les neurones du cerveau et de régions différentes.
1. Préparation de la solution et gel d'agarose
Nom du réactif | Abréviation | Mol. poids | Conc. | Entreprise | Cat. N ° |
De chlorure de sodium | NaCl | 58,44 g / mole | 120 mM | VWR | 27810 |
NaHCO 3 | 84,01 g / mol | 25 mM | Merck | 106329 | |
Le chlorure de potassium | KCl | 74,55 g / mole | 5 mM | Merck | 104936 |
BES * | C 6 H 15 NO S 5 | 213,25 g / mol | 5 mM | Sigma | 14853 |
Le sulfate de magnésium anhydre | MgSO 4 | 120,37 g / mol | 1 mM | Sigma | M7506 |
Chlorure de calcium dihydraté | CaCl * 2H 2 O | 147,02 g / mol | 1 mM | Merck | 102382 |
D (+)-glucose monohydraté | C 6 H 12 O 8 * H 2 O | 198,17 g / mol | 10 mM | Merck | 108342 |
*N, N-bis (2-hydroxyéthyl)-2-acide aminoethansulfonic
2. Dissection du cerveau de souris
S'il vous plaît assurez-vous que toutes les procédures expérimentales chez l'animal sont effectuées conformément aux lignes directrices établies par les comités de protection des animaux de leurs institutions respectives.
3. Tranchage coupes coronales hypothalamique du cerveau de la souris
4. Préparation du Ca 2 + Indicator Solution de colorant de charge
Une étape cruciale dans les neurones de chargement demeure souvent la santé des cellules qui dépend de la quantité de dommages induits par la vitesse et dela procédure de dissection. Une autre étape essentielle semble être l'utilisation de Pluronic frais F-127 solution (voir 4.1). Il est recommandé de faire cette solution en laboratoire et de ne pas utiliser une solution premade auprès d'un fournisseur. Selon la température, l'humidité et la durée de vie en rayon du Pluronic F-127 solution, nous avons constaté la dégradation des neurones olfactifs et le cerveau au cours de la Ca 2 + chargement procédure.
5. Microscopie et analyse
Dans ce protocole, l'intensité de fluorescence de la GFP, qui identifie la cellule d'intérêt, et de la Ca 2 + colorant indicateur est mesuré simultanément dans des tranches de cerveau. Ainsi, le microscope confocal doit être équipé du laser correcte, filtres et deux tubes photomultiplicateurs à collecter les deux emissisur les signaux. GFP et le changement de l'intensité de fluorescence du fura-rouge peut être mesurée à l'aide d'une longueur d'onde d'excitation de 488 nm unique. Émission de fluorescence de fluorophores peuvent être recueillies à l'aide d'un filtre 522/DF35 nm pour la GFP et un filtre passe-haut pour les longueurs d'onde supérieures à 600 nm pour le fura-rouge.
Ca 2 + signaux peuvent être présentées comme unités arbitraires de fluorescence ou en tant que valeurs (AF / F) de la variation relative de l'intensité de fluorescence (AF) normalisée par rapport à la fluorescence de base (F). Cette procédure entraîne une déviation négative lorsque les intracellulaire de Ca 2 + augmentation de la concentration en utilisant le fura-rouge comme le Ca 2 + colorant indicateur. Pour faciliter l'interprétation des résultats, nous recommandons multipliant les valeurs de Af / F avec -1 pour obtenir des résultats positifs signaux de fluorescence pour afficher une hausse de Ca 2 + (figure 4C).
Pour comparer les résultats entre les neurones, l'amplitude et la fréquence du Ca 2 + signaux sont généralement analysées. Pourtant, certains signaux Ca + 2 ne se produit pas avec une période régulière ou amplitudes comparables. Certains signaux peuvent être fortement influencées par des processus stochastiques au sein de la cellule. Ainsi, pour quantifier la variation totale de Ca 2 + dans une cellule donnée et pour permettre la comparaison de Ca 2 + réponses entre les neurones dans différentes régions du cerveau, l'analyse de l'aire sous la courbe (AUC) est plus approprié. Cette mesure de la quantité de Ca 2 + englobe toute initial Ca 2 + transitoires, les deuxièmes phases et soutenue élevées de Ca 2 + des réponses et des oscillations. Dans ce cas, les soins devraient être prises pour analyser la même période de temps pour permettre la comparaison entre les neurones.
6. Les résultats représentatifs
Pour commencer à caractériser récepteur de l'hormone de libération des gonadotrophines (RGnRH) exprimant neurones dans l'hypothalamus nous avons utilisé des souris transgéniques qui expriment la GFP après Cre médiée par excisionsion dans RGnRH-neurones exprimant 4,11. GFP neurones fluorescents ont été identifiés dans différentes zones du cerveau, y compris l'hypothalamus. Pour étudier les propriétés physiologiques de ces neurones RGnRH, nous avons enregistré des signaux Ca 2 + dans les tranches hypothalamiques l'aide d'un microscope confocal. Tout d'abord, nous avons obtenu des tranches de cerveau de ces souris coronales en utilisant le protocole décrit ci-dessus. Figure 1 illustre le besoin d'outils, le matériel et les étapes pour exciser un cerveau de souris. Les coupes coronales du cerveau hypothalamiques ont été coupés (figure 2), puis chargé selon la procédure décrite dans le point 4 du protocole. Tranche de cerveau unique de la zone appropriée sont placés dans une chambre d'enregistrement, fixé avec une harpe (figure 3), puis imagées par un microscope confocal (voir les étapes 5.1 à 5.9). Figure 4 montre un exemple de deux tranches de cerveau coronale individuels d'identification unique corps cellulaires RGnRH-τGFP, la fluorescence au repos après loading la tranche de cerveau avec fura-red/AM et l'image fusionnée confocale indiquant que le neurone GFP avait pris fura-rouge suffisamment pour permettre à l'enquête de stimulation induite par le Ca 2 + des signaux dans ces cellules. En utilisant notre protocole, nous avons d'abord testé si les neurones utilisent RGnRH similaires Ca 2 + pour la détection des signaux de stimulation dans différentes zones de l'hypothalamus en réponse à l'activation directe avec la GnRH (figure 4E). Cependant, ces signaux diffèrent dans leur forme d'onde en fonction de la force de stimulation et 4 zones du cerveau. Afin de quantifier l'évolution de la dynamique des Ca 2 + réponses, l'aire sous la courbe (AUC) peut être calculée comme une mesure de l'augmentation de la concentration intracellulaire de Ca 2 + (figure 4E) 4. Des études sont actuellement en cours pour étudier les bases moléculaires qui sous-tendent les vagues Ca + 2 et des oscillations, leur dépendance sur le sexe et le statut hormonal de l'animal, et si elles peuvent être moduléespar d'autres stimuli naturels.
Figure 1. Outils, le matériel et les étapes pour exciser un cerveau de souris. A. Outils et matériaux utilisés pour la dissection du cerveau: 1, Loctite 406 superglue, 2, spatule cuillère micro, 3, seule lame de rasoir, des ciseaux, 4 ressorts de petites et moyennes entreprises; 5, forceps émoussé, 6, 7, ciseaux, boîte de Pétri contenant de la gélose gel de bloc, 8, plaque de base pour le montage dans le cerveau microtome. BF. Images de certaines étapes devraient être décrits au point 2 du protocole. Photo B. d'une tête de souris indiquant la position de découpe du cuir chevelu (ligne rouge) et des flèches (orange) indiquant la direction de la peau doit être retirée de l'os (voir l'étape 2.4). Photographie C. de la tête de la souris après la peau est arrachée montrant les structures osseuses (voir l'étape 2,4). Le sens de coupe des ciseaux et la direction pour rompre le crâne avec les forceps émoussé est indiquée par la couleur noire, soitpointillés flèches ou gris flèches larges, respectivement. Photographie D. du cerveau de souris après avoir éliminé les structures osseuses diverses (voir l'étape 2,5 à 2,7). Photographie E. de l'élimination du cerveau toujours connecté au crâne par l'intermédiaire des nerfs crâniens. Photographie F. d'un cerveau de souris relativement intact.
Figure 2. Le découpage des coupes coronales hypothalamiques du cerveau de souris. A. Photographier indiquant la position de la lame de rasoir bord unique pour éliminer le cervelet (voir l'étape 3,1). B. La position de bloc en gélose par rapport au cerveau collée sur la plaque de base du microtome (voir l'étape 3,2). C. coupe de tranches de cerveau coronale (notons ici l'emplacement du cerveau et des positions du bloc de gel à l'égard de la lame de coupe du microtome; voir l'étape 3.4.). d, dorsale, v, ventrale.
Figure 3. De section de cerveau positionné dans la chambre d'enregistrement. B. A, Vue d'ensemble (A) et un plus fort grossissement (B) d'une Warner Instruments RC-27 chambre de bain enregistrement ouvert donner un large accès aux zones hypothalamiques de la tranche de cerveau coronale (voir étape 5.1). C. harpe métallique en forme de U contenant rangées parallèles de fils de nylon qui possèdent la tranche en position dans la chambre de l'enregistrement (étape 5,2).
Figure 4. Signaux Ca 2 + dans les neurones τGFP des tranches de cerveau de souris. Hypothalamiques AD. Identification d'un neurone GFP et l'acquisition simultanée de la fluorescence fura-rouge en tranches coronales de cerveau de souris. A. Image confocale d'une tranche de cerveau coronale identifier RGnRH-τGFP neurones (en vert). B. signal de fluorescence relativement uniforme (rouge) de la zone du cerveau montre une observés après le chargement de la tranche de cerveau avec fura-red/AM. C. Fusion image montrant la neurons représenté sur Colorant chargé avec le Ca 2 + indicateur (jaunâtre). Limites de la GFP neurone somata sont indiqués en pointillés blancs, tandis que les exemples de deux non-GFP somata (flèches) sont indiqués dans les lignes grises. D. Exemple de GFP et non-GFP neurone avec des montants plus élevés de fluorescence rouge par rapport à l'arrière-plan. E. Exemples de stimuli somatiques induites par le Ca 2 + réponses individuelles GFP-taggés neurones dans différentes régions du cerveau (hypothalamus Pe, le noyau périventriculaire; DM, l'hypothalamus dorso; Arc, noyau arqué). L'aire sous la courbe (AUC) est représenté par la zone rouge. Le distincte Ca 2 + des signaux entre les neurones exprimant RGnRH de noyaux hypothalamiques différents peuvent être comparés à l'aide de l'AUC comme une estimation de la variation totale de Ca 2 + dans une cellule donnée au cours de la même période. F. dessins schématiques et schéma indiquant l'emplacement des neurones GFP-taggés analysés en AE supérieure du panneau:. Emplacement d'un coronale du cerveau section contenant régions du cerveau hypothalamiques (ligne rouge) Moyen et le panneau inférieur:. Schéma d'une coupe de cerveau (au milieu) et de l'agrandissement de sa zone encadrée rouge (en bas) avec des points rouges indiquant la position approximative des neurones enregistrés GFP-marqués de Pe, DM et de l'Arc montré dans E; zone noire dans le schéma panneau inférieur: 3 ème ventricule. La baisse des diagrammes deux sont adaptés de Paxinos et Franklin 12. Nombre inférieur gauche indique la distance (mm) entre bregma.
Une question majeure en neurosciences est de comprendre comment le cerveau traite l'information sociale. Une source prédominante de l'information nécessaire à la reconnaissance sociale est codé par des signaux olfactifs ou phéromones. La détection de ces signaux par des populations neuronales dans le nez et la reconnaissance des signaux dans le cerveau, en particulier l'hypothalamus, jouent un rôle essentiel dans de nombreux processus sociaux et les hormones influencent et d'autres facteurs neuroe...
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Nous remercions nos collègues qui ont participé aux travaux résumés ici. Ce travail a été soutenu par des subventions de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 894), «l'analyse intégrative de l'olfaction» du DFG Schwerpunktprogramm 1392 et par la Fondation Volkswagen (TLZ). TLZ est professeur Lichtenberg de la Fondation Volkswagen.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom | Entreprise | Cat. N ° | |
Gélose | Sigma | A1296 | |
Fura-red/AM | Invitrogen | F-3021 | |
Pluronic F-127 | Sigma | P2443 | |
Le diméthylsulfoxyde | Fisher Scientific | BP231 | |
Vibrante de la lame de microtome Hyrax V 50 | Zeiss | 9770170 | |
Dispositif de refroidissement CU 65 pour Microtome Hyrax V 50 | Zeiss | 9920120 | |
O 2 / CO 2 incubateur, CB210-UL | Liant | 0019389 | |
Super colle, Loctite 406TM | Henckel | 142580 | |
Spatules doubles, forme cuillère | Bochem | 3182 | |
Spatules Microspoon, forme cuillère | Bochem | 3344 | |
Ciseaux Spring, Moria Vannas-Wolff - Lames 7mm | Outils Fine Science | 15370-52 | |
Ciseaux Spring, Vannas - Lames 3mm | Outils Fine Science | 15000-00 | |
Ciseaux Wagner | Outils Fine Science | 14071-12 | |
Pince médicale, 7b Dumont | Outils Fine Science | 11270-20 | |
Grande Chambre rectangulaire Open Bath (RC-27) | Warner Instruments | 64-0238 | |
Confocale Radiance BioRad Microscope 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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