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Method Article
L’utilisation d’une « puce olfactive » adaptée pour l’imagerie calcique efficace de c. elegans mâles est décrite ici. Études sur l’exposition de glycérol et d’une phéromone mâle sont également indiqués.
L’utilisation d’indicateurs de calcium a grandement amélioré notre compréhension de la dynamique des neurones et de la réglementation. Le nématode Caenorhabditis elegans, avec ses entièrement cartographiée du système nerveux et l’anatomie transparent, présente un modèle idéal pour comprendre la dynamique neuronale en temps réel en utilisant des indicateurs de calcium. En combinaison avec les technologies microfluidiques et expérimentaux, les études d’imagerie calcique à l’aide de ces indicateurs sont réalisées chez l’animal de mouvement libre et pris au piège. Cependant, la plupart des études précédentes utilisant des dispositifs de piégeage, tels que la puce olfactive décrit dans Chronis et al., d’appareils conçus pour utilisation dans l’hermaphrodite plus commun, le mâle moins commun est à la fois structurellement et morphologiquement dissemblables. Une puce olfactive adaptée a été conçue et fabriquée pour une efficacité accrue dans l’imagerie neuronale mâle avec l’aide de jeunes animaux adultes. Un virage a été incorporé dans le ver port pour faire pivoter les animaux et pour permettre la séparation des neurones individuels au sein d’une paire bilatérale en imagerie 2D de chargement. Vers sont exposés à un écoulement contrôlé de substance odorante au sein du dispositif microfluidique, tel que décrit dans les précédentes études hermaphrodites. Transitoires de calcium sont ensuite analysées en utilisant le logiciel open source ImageJ. La procédure décrite ci-après devrait permettre une plus grande quantité de base mâle c. elegans calcium imagerie, approfondir notre compréhension des mécanismes de signalisation neuronale spécifique au sexe.
Dispositifs microfluidiques fournissent un accès accru à précisément les environnements maîtrisés, où animaux, tels que le nématode c. elegans, peut être manipulée expérimentalement1. Ces études comprennent des tests comportements, études d’imagerie calcique ou même des projections pour les phénotypes spécifiques, résultant en des mesures plus exactes des résultats expérimentaux1,2,3,4, 5,6. Microfluidique offrent des conditions liquides à petite échelle à travers lequel les expériences détaillées peuvent être exécutées tout en utilisant des quantités minimales de réactifs. Il y a une production constante de nouvelles conceptions de dispositif microfluidique, et l’utilisation de chacun varie, entre les arènes permettant le mouvement naturel sinusoïdal de c. elegans , des essais comportements et des études d’imagerie neuronales piéger les appareils utilisés en imagerie neurale et études olfactifs, aux appareils qui permettent de haut débit analyse phénotypique en génétique écrans4,5,6,7. Suite à la fabrication d’un moule maître, Dispositifs microfluidiques sont peu coûteux à construire, compte tenu de la réutilisabilité du maître — et facile à utiliser, permettant la génération de données rapide via des études de haut débit. La fabrication des dispositifs à l’aide de polymères comme le polydiméthylsiloxane (PDMS) permet la création de nouveaux dispositifs dans les heures.
Études d’imagerie calcique utilisent des indicateurs de calcium génétiquement encodé (GECIs) exprimés dans les cellules de cible pour mesurer la dynamique neuronale de ces cellules en temps réel8,9,10,11. La nature transparente de c. elegans permet l’enregistrement des niveaux fluorescents de ces protéines dans les animaux vivants. Traditionnellement, GECIs dépendent de la protéine fluorescente verte (GFP)-base de capteur GFP-calmoduline-M13 Peptide (GCaMP), bien que des études plus récentes ont adapté ces capteurs permettant de meilleurs ratios signal-bruit et profils d’excitation décalée vers le rouge. Suite au développement de GCaMP3, avec ces spécifications, les protéines ont varié, y compris les capteurs tels que GCaMP6s et GCaMP6f (lent et rapide de fluorescence hors-taux, respectivement), ainsi que de la DP-calmoduline-M13 Peptide (Patriot04), qui a une décalée vers le rouge Profil de l’activation. La combinaison de ces GECIs avec séquences promotrices de c. elegans gène spécifique des cellules peut cibler des cellules d’intérêt, les neurones sensoriels en particulier12,13,14,15 , 16.
Alors que la facilité d’utilisation de c. elegans en microfluidique études est apparente, presque toutes les études ont porté sur les hermaphrodites. Malgré les hommes représentaient seulement 0,01-0,02 % de la population de souche sauvage, conclusions inestimable peuvent découler de leur caractérisation. Tandis que le connectome physique du système nerveux hermaphrodite a été entièrement localisé pour des décennies17, le mâle connectome reste incomplète, en particulier dans la région céphalique des animaux18. L’utilisation d’imagerie calcique chez les mâles aideront à créer une compréhension du système nerveux mâle et les différences qui surviennent entre les deux sexes. La petite taille des mâles adultes de c. elegans empêche un piégeage efficace et fiable dans les ports de chargement des appareils olfactifs traditionnels conçus pour agrandissement hermaphrodites. Pour y remédier, une version modifiée de la puce olfactif Chronis19 a été développée avec un orifice de chargement plus étroit, une hauteur inférieure à canal et se transforme dans l’orifice de chargement du ver (qui tournent l’animal), permettant la visualisation de bilatérale gauche/droite paires neuronales. Cette conception permet : (1) le recouvrement efficace de jeunes mâles adultes, (2) une orientation plus fiable de l’animal pour la visualisation des deux membres de neurones paires bilatérales et (3) l’imagerie précise de l’activité neuronale dans les neurones masculins.
De plus en plus, des études montrent que le c. elegans mâles réagissent différemment des hermaphrodites à une variété d’ascarosides (RRSA) ou nématode phéromones20,21,22,23 ,,24. Par conséquent, développer une compréhension de la dynamique neuronale et les représentations au sein de la connectome mâle est devenu encore plus pertinente. Mâles de c. elegans contiennent 87 sexe neurones non présents dans les hermaphrodites25,26, altérant la connectome en tant que-façons encore indéterminé. Être capable à l’image de ces dynamiques de neurones uniques nous permettra à mieux comprendre les réponses selon le sexe et représentations neurales.
Ce protocole décrit l’utilisation d’une puce olfactive adaptées au mâle pour l’imagerie neurale du mâle c. elegans chémosensation. Le neurone nociceptif QU'ASH répond sûrement à 1 M glycérol chez les mâles, conformes aux précédentes hermaphrodite études27. Exposition à ascarosides peut provoquer des réponses qui sont variables d’un animal à l’autre, nécessitant un plus grand nombre d’animaux à tester. La réponse des neurones spécifiques aux mâles CEM a déjà été démontrée, par électrophysiologie et de calcium, imagerie, répondre variablement à ascaroside #323.
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1. Fabrication de dispositifs
Nota : voir référence 1.
Remarque : moules maîtres de silicium ont été fabriquées à l’aide de techniques photolithographiques standard pour le patterning SU-8 photorésine sur un silicium maître 1 , 7. Masques pour la structuration de la plaquette ont été imprimés à 25 000 dpi. Les fonctionnalités du dispositif adapté au mâle une puce olfactif Chronis conçoivent 19 avec un changement dans le ver port de chargement, d’adapter un dessin obtenu de M. Zimmer (correspondance personnelle, 2016). Un virage est inclus pour contrôler la rotation des animaux. La largeur du chenal du port de chargement ver est réduite à 50 μm. Tous les canaux sont hauteur 32 μm. Une fois un moule maître de silicium est disponible pour l’utilisateur, l’utilisateur peut suivre la suite du protocole, comme décrit plus haut 1.
2. Préparation de la mémoire tampon
3. Device Setup
Nota : voir 1.
figure 1. Installation de dispositif microfluidique. (A) réservoirs et tuyauterie. Un 30 mL seringue sans un piston sert le " réservoir. " ceci est attenant à une vanne Luer avec trois options de flux. Une sortie est reliée à une seringue de 3 mL avec un piston, tandis que l’autre est reliée à une aiguille (orange) qui s’insère dans le tuyau qui se connecte à l’appareil de la microfluidique. (B), l’ensemble le programme d’installation de la microfluidique imaging experiment. Le dispositif est placé sur une scène d’un microscope à épifluorescence inversé, au-dessus de l’objectif. Le " contrôle de flux " tampon se déplace à travers une vanne 3 voies qui est commandée par une unité sur l’étagère au-dessus de l’installation. Les lignes contenant des tampons sont ensuite insérés dans les ports de périphérique approprié. (C) les ports du dispositif microfluidique. Le " contrôle de flux " ports flanquent les autres ports d’entrée : le " stimulation " et " tampon " ports. La " prise " port est le plus à droite. En raison de l’emplacement de l’arène de chargement de ver, le " ver chargement " port est le port plus centrale sur l’appareil. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Une mâle adaptés olfactif puce microfluidique. Patrons de (A), le débit de l’appareil quand le ver est exposé au tampon. Tampon (B) apparaît en marron, tandis que le mousseur (FC) est indiqué en jaune, avec relance (S) en blanc. Le ver à l’orifice de chargement a été adapté pour inclure une courbe qui permet de mieux contrôler l’orientation ver. Modèles (B), le débit de l’appareil quand le ver est exposé au stimulus. Tampon (B) apparaît en marron, tandis que le mousseur (FC) est indiqué en jaune, avec relance (S) en blanc. (C) des mesures de l’appareil adapté comme mécano. Le ver à l’orifice de chargement se termine par un 42 µm d’ouverture, avec un canal µm 50, conçu pour la largeur de sexe masculine. La hauteur mesurée des canaux est 32 µm, malgré une cible de 25 µm dans la conception. (D-E) A pris au piège les hommes exprimant p sra-6 :: GCaMP3. Le promoteur sra-6 n’est pas spécifique au frêne, et certaines expressions peuvent être observé dans le neurone ASI, mais aucun transitoires de calcium ont été observés dans l’ASI. L’image est (D), une combinaison de l’éclairement lumineux-zone et fluorescent, tandis que (E) n’est fluorescent. Les barres d’échelle indiquent 42 The ASH µm. (F), neurone répond à la stimulation de glycérol de 1 M avec activité neurale robuste. La zone bleue désigne le temps de l’impulsion de glycérol de 1 M. La région ombrée indique l’écart-type, avec n = 20 impulsions de sept vers. Les traces rouges correspondent aux réponses dépolarisantes. Les axes des ordonnées montrent ΔF/F 0. La barre d’échelle représente 5 s. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
4. préparation de l’animal
Nota : voir référence 23.
5. Chargement animal
Nota : voir refefence 1.
6. Stimulation et Acquisition
7. Analyse d’image
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Un exemple de la configuration du dispositif global peut être vu dans la Figure 1 a-B. Figure 1 a dépeint la construction correcte de réservoir et configuration. Figure 1 b montre les connexions des réservoirs pour le dispositif microfluidique. La figure 1 représente un dispositif microfluidique avec différents ports étiquetés pour plus de clart?...
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La puce olfactive adaptées au mâle incorpore un virage dans un orifice de chargement plus étroit, qui permet plus de contrôle de l’orientation et le piégeage efficace des hommes c. elegans. Cela permet la visualisation des deux membres gauche et droite du neuronales paires bilatérales, sans besoin de z d’empilage. Cette courbe conduit à une orientation loin vertical 100 % du temps à worms où seule paire bilatérale s’adresse à un marqueur fluorescent, tels que les cendres (Fi...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous tenons à remercier Manuel Zimmer pour nous avoir fourni le fichier de conception initiale qui a été adapté pour une utilisation avec des mâles ; Frank Schroeder de synthèse et de fourniture de RRSA #3 ; Ross Lagoy de perspicacité et d’assistance avec l’imagerie et l’analyse ; et Laura Aurilio pour la fabrication de maître et qui, aux côtés de Christopher Chute, a contribué à l’examen de ce manuscrit. Ce travail a été financé sous le 1R01DC016058-01 de subvention du National Institutes of Health (J.S.), la National Science Foundation grant CBET 1605679 (D.R.A.) et le Burroughs Wellcome Career Award à l’Interface scientifiques (D.R.A.).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Silicon Wafer | University Wafer | 452 | |
SU-8 2035 | MicroChem | Y111070-0500L1GL | |
Developer | MicroChem | Y020100-4000L1PE | |
Wafer Mask | Cad/Art Services | - | Custom order. Printed at 25,000 dpi. |
Sylgard-184 | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
1.0 mm Dermal Punches | Acuderm Inc. | P150 | |
Soft Tubing | Cole-Palmer | EW-06419-01 | |
Hard Tubing | IDEX Health & Science | 1622 | |
Pins | New England Small Tube | NE-1027-12 | |
Blocking Pins | New England Small Tube | 0.415/0.425" OD x .500 Long | Batch PB07027 |
3 mL syringes | BD | 309657 | |
30 mL syringes | Vitality Medical | 302832 | Used as buffer reservoirs. |
Stainless Steel Blunt Needle 23 Gauge, Polyprolylene Luer | Component Supply Company | NE-231PL-50 | |
Stopcocks with Luer connections; 3-way; male lock; 5 flow pattern; non-sterile | Cole-Palmer | EW-30600-07 | |
Fisherfinest Premium Cover Glass | Fisher Scientific | 12-548-5M | |
Mercator Control System LF-5 Plasma System | Mercator | LF-5 | |
Scotch Tape | Scotch | BSN43575 | |
Series 20 Chamber | Warner Instruments | P-2 | |
Vacuum Desicator | Bel-Art Scienceware | 420250000 | 24 cm inner diameter. |
Weigh Boats | Cole-Palmer | EW-01017-27 | |
Classic Plus Balance | Mettler Toledo | PB1501-S/FACT | |
Glass Pasteur Pipettes | Cole-Palmer | EW-25554-06 | |
Transfer pipettes | Genesee Scientific | 30-202 | |
Oven | Sheldon Manufacturing Inc | 9120993 | Model Number: 1500E. |
60 mm, non-vented, sharp edge Petri dishes | TriTech Research | T3308 | |
Zeiss Axio Observer.A1 | Zeiss | - | |
Hammamatsu Orca Flash 4.0 Digital CMOS | Hammamatsu | C11440-22CU | |
Blue Fluorescent Light | Lumencor | SOLA SM6-LCR-SA | 24-30V/7.9A DC. |
Illumination Adaptor | Zeiss | 423302-0000 | |
Series 1 and 2 Miniature Inert PTFE Isolation Valve | Parker | 001-0017-900 | 3-way valve for controlling flow. |
ValveLink8.2® | AutoMate Scientific | 01-18 | Flow Switch Controller |
Micro Manager | Micro-Manager | - | Free software, can be downloaded at: https://www.micro-manager.org/wiki/Download_Micro-Manager_Latest_Release |
ImageJ | ImageJ | - | Free software, can be downloaded at: https://imagej.nih.gov/ij/download.html |
Agar, Bacteriological Grade | Apex | 9012-36-6 | |
Peptone | Apex | 20-260 | |
CaCl2 | VWR | BDH0224-1KG | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | 230391-1kg | |
Cholesterol | Alfa Aesar | A11470 | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 270741-4L | |
Tetramisole | Sigma-Aldrich | L9756-10(G) | Store at 4 °C. |
Fluorescein | Sigma-Aldrich | FD2000S-250mg | Light Sensitive. Store in photoprotective vials. |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G6279-1L | |
Ascaroside #3 | - | - | Synthesized in the Schroeder Lab (Cornell University). |
NaCl | Genesee Scientific | 18-215 | |
KH2PO4 | BDH | BDH9268.25 | |
K2HPO4 | J.T. Baker | 3252-025 | |
ASH GCaMP3 line | - | - | CX10979 (KyEx2865 [psra-6::GCAMP3 @ 100 ng/uL]). Developed in Bargmann lab. Provided from Albrecht Lab library. |
CEM GCaMP6 line | - | - | JSR49 (FkEx98[ppkd-2::GCaMP::SL2::dsRED + pBX-1]; pha-1(e2123ts); him-5(e1490); lite-1(ce314)). Developed by Robyn Lints. Provided from Srinivasan Lab library. |
E. coli (OP50) | Caenorhabditis Genetics Center | OP50 | |
"Reservoir" | - | - | To create a Reservoir: A "30 mL syringe", is connected to a "Stopcock with Luer connections; 3-way; male lock; 5 flow pattern; non-sterile", which is connected to a "3 mL syringe" and a "Stainless Steel Blunt Needle 23 Gauge, Polyprolylene Luer". The "Stainless Steel Blunt Needle 23 Gauge, Polyprolylene Luer" is then inserted into "Soft Tubing" approximately 1/3 of the way down the needle. |
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