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Method Article
In questo protocollo, che aggiorniamo i recenti progressi nel campo dell'imaging Ca 2 + Segnali di neuroni GFP-tagged in fettine di tessuto cerebrale con un rosso fluorescente Ca 2 + Indicatore di colorante.
Nonostante un aumento enorme nella nostra conoscenza dei meccanismi alla base della codifica delle informazioni nel cervello, una questione centrale relativa alle tappe precise molecolari così come l'attività dei neuroni specifici nuclei multi-funzionale delle aree cerebrali come l'ipotalamo rimangono. Questo problema si include l'identificazione dei componenti molecolari coinvolti nella regolazione delle cascate di trasduzione del segnale diverse neuro ormone. Elevazioni di Ca 2 + intracellulare svolgono un ruolo importante nella regolazione della sensibilità dei neuroni, sia a livello di trasduzione del segnale e nei siti sinaptici.
Sono emersi nuovi strumenti per identificare neuroni nel miriade di neuroni cerebrali esprimendo la proteina fluorescente verde (GFP) sotto il controllo di un promotore specifico. Per monitorare tempo e nello spazio stimolo-indotto di Ca 2 + risposte in GFP-tagged neuroni, un non-verde fluorescente Ca 2 + indicatore colorante nresponsabili politici da utilizzare. Inoltre, la microscopia confocale è un metodo preferito di neuroni immagini singole fette di tessuto a causa della sua capacità di visualizzare neuroni in diversi piani di profondità all'interno del tessuto e di limitare out-of-focus fluorescenza. Il raziometrico Ca 2 + indicatore fura-2 è stato usato in combinazione con GFP-tagged neuroni 1. Tuttavia, il colorante viene eccitato da raggi ultravioletti (UV). Il costo del laser e la limitata profondità di penetrazione della luce UV ottico ostacolato il suo uso in molti laboratori. Inoltre, fluorescenza GFP può interferire con le fura-2 segnali 2. Pertanto, abbiamo deciso di utilizzare un rosso fluorescente Ca 2 + indicatore colorante. L'enorme cambiamento Strokes di fura-rosso permette analisi multicolore della fluorescenza rossa in combinazione con GFP usando una singola lunghezza d'onda di eccitazione. Abbiamo avuto buoni risultati precedentemente con fura-rosso, in combinazione con GFP-tagged neuroni olfattivi 3. I protocolli di fettine di tessuto olfattivi sembrava funzionare equally bene in neuroni ipotalamici 4. Fura-rosso sulla base di Ca 2 + di imaging è successo anche in combinazione con GFP-tagged pancreatiche β-cellule e GFP-tagged recettori espressi in cellule HEK 5,6. Una peculiarità del piccolo fura-red è che la sua intensità di fluorescenza a 650 nm diminuisce per l'indicatore si lega calcio 7. Pertanto, la fluorescenza di neuroni di sosta con bassa concentrazione di Ca 2 + ha intensità relativamente elevata. Va notato, che gli altri rossi Ca 2 + indicatori di coloranti esistono o sono in fase di sviluppo, che potrebbe dare risultati migliori o migliorate di neuroni e aree cerebrali.
1. Preparazione della soluzione e gel di agarosio
Nome del reagente | Abbreviazione | Mol. peso | Conc.. | Azienda | Cat. N ° |
Cloruro di sodio | NaCl | 58,44 g / mol | 120 mM | VWR | 27810 |
Di sodio idrogeno | NaHCO 3 | 84,01 g / mol | 25 mM | Merck | 106329 |
Cloruro di potassio | KCl | 74,55 g / mol | 5 mM | Merck | 104936 |
BES * | C 6 H 15 NO 5 S | 213,25 g / mol | 5 mM | Sigma | 14853 |
Magnesio solfato, anidro | MgSO4 | 120,37 g / mol | 1 mM | Sigma | M7506 |
Cloruro di calcio diidrato | CaCl * 2H 2 O | 147,02 g / mol | 1 mM | Merck | 102382 |
D (+)-glucosio monoidrato | C 6 H 12 O 8 * H 2 O | 198,17 g / mol | 10 mM | Merck | 108342 |
*N, N-Bis (2-idrossietil)-2-acido aminoethansulfonic
2. Dissezione del cervello di topo
Assicurarsi che tutte le procedure sperimentali su animali sono eseguiti in conformità con le linee guida stabilite dai comitati al benessere degli animali delle rispettive istituzioni.
3. Affettare Sezioni coronali ipotalamica del cervello di topo
4. Preparazione della Soluzione 2 Indicatore di Ca + Loading Dye
Un punto critico in neuroni carico rimane spesso la salute delle cellule, che dipende dalla quantità di danno indotto da e la velocità dila procedura di dissezione. Un altro passo fondamentale sembra essere l'uso di Pluronic fresco F-127 soluzione (vedere 4.1). Viene consigliato di fare questa soluzione in laboratorio e non utilizzare una soluzione premade da un fornitore. A seconda della temperatura, l'umidità e la durata di conservazione del Pluronic F-127 soluzione, abbiamo notato degradazione dei neuroni olfattivi e cervello durante il Ca 2 + procedura di caricamento.
5. Microscopia e analisi
In questo protocollo, l'intensità di fluorescenza di GFP, che identifica la cella di interesse e del Ca 2 + colorante indicatore saranno misurati simultaneamente in fettine cerebrali. Così, il microscopio confocale deve essere equipaggiato con il laser corretta, filtri e due tubi fotomoltiplicatori per raccogliere i due emissisu segnali. GFP e la variazione di intensità di fluorescenza di fura-rosso può essere misurata usando una singola lunghezza d'onda di eccitazione di 488 nm. Fluorescenza di emissione dai fluorofori possono essere raccolti utilizzando un 522/DF35 nm filtro per GFP e una lunga filtro passa-per lunghezze d'onda superiori a 600 nm per il fura-rosso.
Ca 2 + segnali possono essere presentate come unità arbitrarie fluorescenza o come valori (Af / F) della variazione relativa intensità di fluorescenza (Af) normalizzati alla fluorescenza di linea di base (F). Questo procedimento in una deflessione negativa quando i intracellulari Ca 2 + aumenta la concentrazione con fura-rosso come indicatore 2 Ca + colorante. Per facilitare l'interpretazione dei risultati, si consiglia di moltiplicare le Af / F valori con -1 per ottenere positivi segnali di fluorescenza per visualizzare un aumento del Ca 2 + (Figura 4C).
Per confrontare i risultati tra i neuroni l'ampiezza e la frequenza della Ca 2 + segnali vengono analizzati. Tuttavia, alcuni segnali + Ca 2 non si verificano con un periodo normale o ampiezze comparabili. Alcuni segnali possono essere fortemente influenzate dai processi stocastici all'interno della cellula. Così, per quantificare la variazione totale di Ca 2 + in una determinata casella e per consentire un confronto di Ca 2 + risposte tra neuroni in differenti regioni del cervello, l'analisi della area sotto la curva (AUC) è più appropriato. Questa misura per la quantità di Ca 2 + comprende qualsiasi iniziale Ca 2 + transitori, seconde fasi e sostenuto elevati Ca 2 + risposte e oscillazioni. In questo caso la cura deve essere presa per analizzare lo stesso periodo di tempo per consentire il confronto tra i neuroni.
6. Risultati rappresentativi
Per avviare la caratterizzazione del recettore dell'ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRHR) che esprime i neuroni nell'ipotalamo abbiamo fatto uso di topi transgenici che esprimono GFP dopo Cre-mediata escissionesione in GnRHR esprimenti neuroni 4,11. GFP neuroni fluorescenti sono stati identificati in varie aree cerebrali, tra l'ipotalamo. Per studiare le proprietà fisiologiche di questi neuroni GnRHR, per prima cosa registrato Ca 2 + segnali in fette ipotalamici utilizzando un microscopio confocale. Prima, abbiamo ottenuto fettine cerebrali coronali da questi topi usando il protocollo descritto sopra. Figura 1 illustra la necessaria strumenti, materiale e passaggi per asportare un cervello di topo. Le fette coronali del cervello ipotalamici sono stati tagliati (Figura 2) e poi caricato in base alla procedura di cui al punto 4 del protocollo. Fetta cervello unico dell'area appropriate sono posti in una camera di registrazione, fissato con un arpa (Figura 3) e poi ripreso con un microscopio confocale (vedi fasi 5,1-5,9). Figura 4 mostra un esempio di due singole sezioni coronali di cervello di identificazione unico GnRHR-τGFP corpi cellulari, la fluorescenza a riposo dopo loading la fetta cervello con fura-red/AM e l'immagine unita confocale indicando che il neurone GFP aveva preso fura-rosso sufficientemente per consentire indagini di stimolo indotto Ca 2 + segnali in queste cellule. Usando il nostro protocollo abbiamo testato se inizialmente neuroni GnRHR utilizzare simili Ca 2 + segnali per la rilevazione stimolo in diverse zone dell'ipotalamo in risposta all'attivazione diretta con GnRH (figura 4E). Tuttavia, questi segnali hanno diversamente waveform seconda forza stimolo e la zona 4 del cervello. Per quantificare la variazione dinamica delle risposte Ca 2 +, l'area sotto la curva (AUC) può essere calcolata come misura per l'aumento intracellulare di Ca 2 + (Figura 4E) 4. Gli studi sono attualmente in corso per indagare le basi molecolari alla base delle 2 onde + Ca e oscillazioni, la loro dipendenza da sesso e lo stato ormonale dell'animale, e se possono essere modulatada altri stimoli naturali.
Figura 1. Strumenti, materiali e le operazioni necessarie per l'escissione di un cervello di topo. A. Strumenti e materiali utilizzati per la dissezione del cervello: 1, Loctite 406 supercolla, 2, spatola, cucchiaio, micro, 3, lama ad archetto, 4, forbici a molla piccole e medie imprese, 5, pinze contundenti, 6, 7, forbici, capsula di Petri contenente agar gel di blocco, 8, piastra di base per il cervello il montaggio in microtomo. BF. Immagini di alcuni passaggi che vengono descritti al punto 2 del protocollo. Fotografia B. di una testa del mouse che indica la posizione di taglio del cuoio capelluto (linea rossa) e le frecce (arancione) che indicano la direzione della pelle deve essere tirato e rimosso dalle ossa (vedi punto 2.4). Fotografia C. della testa del mouse dopo che la pelle è tirata via che mostra le strutture ossee (vedi passo 2.4). Direzione di taglio a forbice e la direzione per rompere aperto il cranio con la pinza smussati è indicato sia con il nerotratteggiato frecce o grigio frecce larghe, rispettivamente. Fotografia D. del cervello di topo dopo aver eliminato le strutture ossee varie (vedi passo 2,5-2,7). Fotografia E. della rimozione del cervello ancora collegato al cranio tramite i nervi cranici. Fotografia F. di un cervello di topo relativamente intatto.
Figura 2. Affettare di sezioni coronali ipotalamica del cervello di topo. A. Fotografare indicante la posizione della singola lama di rasoio bordo per eliminare il cervelletto (vedi passo 3.1). B. Posizione del blocco gel di agar in relazione al cervello incollato sulla piastra di base del microtomo (v. punto 3.2). C. Taglio della fetta cervello coronale (notare la posizione del cervello e le posizioni di blocco di gel per quanto riguarda la lama di taglio del microtomo, vedere il punto 3.4.). d, dorsale, v, ventrale.
Figura 3. Fetta cervello posizionato in camera di registrazione. A, B. Panoramica (A) e più alto ingrandimento (B) di un Warner Instruments RC-27 camera aperta registrazione bagno dà ampio accesso alle aree ipotalamiche della fetta cervello coronale (vedi punto 5.1). Metallo arpa C. a forma di U contenente matrici parallele di fili di nylon che detengono la fetta in posizione nella camera di registrazione (vedi punto 5.2).
Figura 4. Ca 2 + segnali in neuroni di topo τGFP fettine di cervello ipotalamico. AD. Identificazione di un neurone GFP e acquisizione simultanea del fura-fluorescenza rossa in fettine coronali di cervello di topo. A. immagine confocale di una fetta cervello coronale identificare GnRHR-τGFP neuroni (verde). B. relativamente uniforme del segnale di fluorescenza (rosso) della zona del cervello mostrato in A osservato dopo aver caricato la fetta cervello con fura-red/AM. C. Fusione immagine mostra la neuRons raffigurato in A caricato con il Ca 2 + indicatore colorante (giallo). I confini di GFP neurone somata sono indicati in linee bianche tratteggiate, mentre esempi di due non-GFP somata (frecce) sono indicate nelle linee grigie. D. Esempio di GFP e non-GFP neurone con una maggiore quantità di fluorescenza rossa rispetto allo sfondo. E. Esempi di stimolo somatico-indotta Ca 2 + risposte da singoli GFP-tagged neuroni in diverse aree cerebrali ipotalamici (Pe, periventricolare nucleo; DM, ipotalamo dorsomediale, Arco, nucleo arcuato). Area-sotto-la-curva (AUC) è rappresentata dalla zona rossa. La distinta Ca 2 + segnali tra i neuroni che esprimono GnRHR provenienti da diversi nuclei ipotalamici possono essere confrontati con l'AUC come stima per la variazione totale di Ca 2 + in una determinata casella durante lo stesso periodo. F. disegni schematici e diagrammi che indicano la posizione dei neuroni GFP-tagged analizzati in AE pannello superiore.: La sede di un s cervello coronaleezione contenente regioni cerebrali ipotalamici (linea rossa) Medio e pannello inferiore:. Disegno schematico di una fetta del cervello (al centro) e l'ingrandimento della sua zona rossa in scatola (pannello inferiore) indicando con puntini rossi la posizione approssimativa dei neuroni registrati GFP-tagged da il Pe, DM e Arc mostrato in E, nero zona nello schema pannello inferiore: 3 ° ventricolo. Minori diagrammi due sono adattato da Paxinos e Franklin 12. Basso numero a sinistra indica la distanza (mm) dal bregma.
Una questione importante nel campo delle neuroscienze è quello di capire come il cervello elabora le informazioni sociale. La fonte principale delle informazioni necessarie per il riconoscimento sociale è codificato da segnali olfattivi o feromonale. La rilevazione di questi segnali da parte delle popolazioni neuronali nel naso e il riconoscimento dei segnali nel cervello, in particolare l'ipotalamo, svolgono un ruolo fondamentale in molti processi sociali ed ormoni influenza e di altri fattori neuroendocrini
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Ringraziamo i nostri colleghi che hanno partecipato ai lavori qui riassunte. Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti della Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 894), 'analisi integrativa dell'olfatto' della DFG Schwerpunktprogramm 1392 e dalla Fondazione Volkswagen (TLZ). TLZ è professore Lichtenberg della Fondazione Volkswagen.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome | Azienda | Cat. N ° | |
Agar | Sigma | A1296 | |
Fura-red/AM | Invitrogen | F-3021 | |
Pluronic F-127 | Sigma | P2443 | |
Dimetilsolfossido | Fisher Scientific | BP231 | |
Vibrante-Blade Microtomo Hyrax V 50 | Zeiss | 9770170 | |
Dispositivo di raffreddamento CU 65 per Microtomo Hyrax V 50 | Zeiss | 9920120 | |
O 2 / CO 2 Incubatore, CB210-UL | Legante | 0019389 | |
Super colla, Loctite 406TM | Henckel | 142580 | |
Spatole doppia, a forma di cucchiaio | Bochem | 3182 | |
Spatole Microspoon, forma cucchiaio | Bochem | 3344 | |
Forbici di primavera, Moria-Vannas-Wolff - Lame 7 millimetri | Strumenti Scienza Belle | 15370-52 | |
Forbici di primavera, Vännäs - Lame 3 millimetri | Strumenti Scienza Belle | 15000-00 | |
Wagner Forbici | Strumenti Scienza Belle | 14071-12 | |
Medical Pinze, 7b Dumont | Strumenti Scienza Belle | 11270-20 | |
Grande camera rettangolare Open Bath (RC-27) | Warner Instruments | 64-0238 | |
Confocale BioRad Radiance Microscopio 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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