Method Article
Qui descriviamo un metodo per caricare un colorante sensibile al calcio attraverso il ceppo nervoso della rana nelle estremità nervose. Presentiamo inoltre un protocollo per la registrazione e l'analisi dei rapidi transitori di calcio nei terminali nervosi periferici.
Uno dei metodi più efficaci per misurare i livelli di calcio presinaptici nei terminali nervosi presinaptici è la registrazione ottica. Si basa sull'utilizzo di coloranti fluorescenti sensibili al calcio che cambiano l'intensità di emissione o la lunghezza d'onda a seconda della concentrazione di calcio libero nella cella. Ci sono diversi metodi usati per macchiare le cellule con coloranti di calcio. I più comuni sono i processi di caricamento dei coloranti attraverso una micropipetta o pre-incubazione con le forme di acetossimetil estere dei coloranti. Tuttavia, questi metodi non sono abbastanza applicabili alle giunzioni neuromuscolari (NMJ) a causa di problemi metodologici che si presentano. In questo articolo, abbiamo presentato un metodo per caricare un colorante sensibile al calcio attraverso il ceppo nervoso della rana del nervo della rana nelle terminazioni nervose. Poiché l'ingresso di calcio esterno nei terminali nervosi e il successivo legame con il colorante di calcio si verificano entro la scala temporale di millisecondi, è necessario utilizzare un sistema di imaging veloce per registrare tali interazionins. Qui descriviamo un protocollo per la registrazione del transitorio di calcio con una veloce CCD.
Gli ioni di calcio (Ca 2+ ) partecipano a molti processi di segnalazione neuronale, tra cui l'iniziazione, la manutenzione e la plasticità del rilascio del mediatore 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . All'arrivo del potenziale d'azione, Ca 2+ entra nel terminale nervoso e inizia la rilascio del neurotrasmettitore. In alcune sinapsi, la corrente di calcio può essere misurata direttamente con metodi elettrofisiologici 6 , 7 , 8 . Nel caso della giunzione neuromuscolare (NMJ), non si può usare il morsetto di patch diretto e le tecniche di morsetto di tensione a due elettrodi a causa della minima dimensione delle terminazioni nervose.
Le registrazioni delle correnti Ca 2+ all'interno delle estremità del nervo nel NMJ possono essere effettuate mediante elettrodi indiretteMetodi iologici 9 , 10 . Tuttavia, questi metodi richiedono il pretrattamento della sinapsi da parte dei bloccanti del canale di sodio e di potassio. I metodi ottici non richiedono la separazione farmacologica delle correnti ioniche nel terminale nervoso e permettono di registrare l'afflusso di Ca 2+ , innescato da potenziali d'azione e la successiva elevazione degli ioni Ca 2+ negli axoplasmi 11 , 12 , 13 , 14 . Questi metodi sono basati su registrazioni di cambiamenti nella fluorescenza di coloranti specifici Ca 2+ sensibili al legame di ioni liberi Ca 2+ 15 , 16 , 17 , 18 , 19 .
Gli indicatori Ca 2+ possono essere caricati nella cAttraverso una varietà di metodi, a seconda dello scopo dell'esperimento. I ricercatori utilizzano l'applicazione del bagno di forme permeabili per membrana 20 , 21 , caricamento tramite pipetta patch 22 o microinjection 23 , 24 , 25 . Tuttavia, tutti questi metodi hanno alcune limitazioni nel caso del NMJ a causa delle sue peculiarità nell'architettura sinaptica. Per il NMJ, il metodo più conveniente e di successo è quello di caricare il colorante attraverso il ceppo nervoso, un metodo di riempimento in avanti 26 , 27 , 28 , 29 . Questa tecnica può essere utilizzata per il caricamento di vari coloranti fluorescenti nelle finali nervose periferiche. Questo metodo è stato utilizzato con successo per i terminali nervosi Drosophila 28 , il nervo motorio della lucertola28 e terminali nervi motori rana 17 , 26 , 27 , 30 . A seconda dell'oggetto in oggetto, i dettagli metodici possono variare. È possibile impiegare una micro-pipetta di vetro per i piccoli nervi delle larve 28 . Molti ricercatori hanno descritto un metodo 27 , 28 in cui una fine tagliata di nervo che innerva un muscolo è immersa in un pozzo pre-riempito con un colorante. La preparazione viene quindi lasciata per diverse ore per immergere il colorante. Il colorante è assorbito dagli assoni e trasportato ai terminali nervosi. In questo documento descriviamo un metodo di caricamento di un indicatore di fluorescenza in terminali nervosi motori rane attraverso il ceppo nervoso. Il nostro protocollo utilizza una punta di pipetta di plastica per l'incubazione del tessuto con un colorante. Descriviamo anche come acquisire ed analizzare la fluorescenza Ca 2+nsients.
Sono stati eseguiti esperimenti su preparati isolati dal nervo muscolare del muscolo cutaneo pectoris dalla rana Rana ridibunda . La dimensione degli animali di entrambi i generi era di circa 5-9 cm. Le procedure sperimentali sono state eseguite secondo le linee guida per l'uso degli animali da laboratorio dell'Università Federale Kazan e dell'Università di Kazan, in conformità alla Guida NIH per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. Il protocollo sperimentale ha soddisfatto i requisiti della direttiva del Consiglio europeo 86/609 / CEE ed è stato approvato dal comitato etico dell'Università medica di Kazan.
1. Preparazione delle soluzioni
2. Procedura di caricamento del colore
3. Preparazione del tessuto per la microscopia
Figura 1 : nervo e terminali con indicatore Ca 2+ caricato. ( A ) Il nervo è riempito con l'indicatore Ca 2+ dopo la procedura di caricamento. Barra di scala = 200 μm. ( B ) Terminazioni nervose riempite con indicatore Ca 2+ . Barra di scala = 20 μm. ( C ) La fluorescenza dell'indicatore Ca 2+ è chiaramente visibile nella fine del nervo. Barra di scala = 20 μm._blank "> Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Cattura video con la fotocamera digitale CCD
Nota: i dettagli di acquisizione dei segnali di fluorescenza sono specifici per ciascun tipo di microscopio e fotocamera, ma la considerazione chiave è la velocità di acquisizione delle immagini.
5. Analisi dei dati
NoOTE: Per l'analisi dei dati, utilizzare il software CCD e ImageJ; I dati vengono rappresentati come una curva in un programma di fogli di calcolo. Nel software della fotocamera CCD, la media 20 ripete e esporta i risultati in un file di supporto ImageJ. In ImageJ, selezionare il ROI e lo sfondo. Sottrai lo sfondo dal ROI. Rappresentare i dati come rapporto: (ΔF / F 0-1) x 100%, dove ΔF è l'intensità della fluorescenza durante la stimolazione e F 0 è l'intensità della fluorescenza in riposo.
Dopo il caricamento del tinture e sulla stimolazione del nervo del motore, è possibile rilevare un aumento dell'ampiezza del segnale fluorescente (Ca 2+ transiente) nei terminali nervosi (vedi Figura 2 ). I parametri dei transienti Ca 2+ sono riportati nella Tabella 1 . Quantitativamente, i parametri dei transitori Ca 2+ misurati nel nostro studio sono vicini ai dati ottenuti da altri scienziati in sinapsi degli animali a sangue freddo 15 , 34 . I parametri dei transitori Ca 2+ dipendono dalla velocità di legame di Ca 2+ con il colorante e dalla successiva dissociazione. Il tasso di ingresso di Ca 2+ nella terminazione del nervo, l'interazione con il colorante e la diffusione nel citoplasma influenzano tutti i tempi di salita del transitorio Ca 2+ . Il tempo di decadimento del segnale fluorescente dipende dall'affinità del colorante,La velocità dell'interazione Ca 2+ con i tamponi intracellulari e la rimozione delle pompe ioniche 35 . L'analisi di ampiezza dei transitori Ca 2+ può essere utilizzata per studiare l'influenza di varie sostanze sull'entrata del calcio che partecipa al rilascio del neurotrasmettitore 33 .
Figura 2 : La media di Ca 2+ Transitorio misurato nella rana NMJ. Il transitorio Ca 2+ è stato calcolato sulla base della media dei segnali da 13 rane NMJ. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
PiccoΔF / F (%) | Tempo di salita 20% -80% (ms) | Τ (ms) |
12,6 ± 1,1 (n = 13) | 4,6 ± 0,5 (n = 13) | 115,3 ± 8,3 (n = 13) |
Tabella 1: I parametri medi del transitorio Ca 2+ . I dati sono presentati come la media ± SE; N è il numero di misurazioni in NMJ distinti. Il picco ΔF / F è l'ampiezza media di ΔF / F.
In questo lavoro abbiamo presentato il metodo di caricamento di coloranti sensibili al Ca 2+ nelle finali nervose delle rane attraverso il ceppo nervoso. Alla fine della procedura di caricamento, tutti i terminali nella parte prossimale del nervo hanno livelli significativi di fluorescenza. È stato stimato che la concentrazione intra-terminale della sonda varia tra 40 e 150 μM 17 .
La procedura di incubazione è condotta in due fasi: a temperatura ambiente e ad una temperatura inferiore in frigorifero. È importante controllare il tempo dell'incubazione dei tessuti con il colorante a temperatura ambiente. A seconda della lunghezza effettiva del ceppo del nervo, del colorante specifico e della temperatura, il tempo di incubazione può variare. Se sovraesposte, i terminali nelle parti prossimali vicine al ceppo nervoso possono essere sovraccaricate. Tuttavia, nella parte centrale del nervo, è ancora possibile trovare terminali caricati in modo soddisfacente. Durante la thLa lunga incubazione nel frigorifero, il colorante è distribuito uniformemente sulle terminazioni nervose.
Le nostre osservazioni 33 , 35 , nonché i dati di altri ricercatori 30 dimostrano la mancanza di un'influenza sensibile della procedura di caricamento sull'ampiezza della risposta postsinaptica o sulla frequenza dei potenziali miniaturizzati della lastra. La buona longevità è stata documentata nei preparati carichi. Ci sono alcuni punti importanti che vorremmo attirare l'attenzione su. È molto essenziale posizionare il ceppo nervoso nella soluzione di caricamento del tinture con diversi minuti dopo l'escissione per consentire al colorante di entrare negli assoni del nervo tagliato; I ritardi possono causare carichi inefficaci, presumibilmente dovuti alla recessione degli assoni nervosi 27 , 36 . Alcuni ricercatori immergono il ceppo nervoso in 100 mM di EDTA (un catalizzatore Ca 2+ e Mg 2+) Immediatamente dopo l'escissione del nervo per impedire l'assonamento degli assoni tagliati. Il tampone viene rimosso dopo 1-2 minuti e sostituito con una soluzione di carica del tintura 37 . L'uso di una gelatina di petrolio invece di tubi di plastica per la procedura di caricamento consente l'impiego di un ceppo nervoso più corto. Utilizzando questo approccio, il nervo viene tagliato dopo che è immerso nella soluzione HEPES con colorante e gli assoni non si risalgono a causa della mancanza di ioni bivalenti nella soluzione di coloranti 27 , 28 .
Nel nostro studio abbiamo usato la forma di sale solubile in acqua dell'indicatore Ca 2+ invece del dextran. I coniugati dextranici diffondono nell'assone più lentamente delle forme di sale. Tuttavia, l'uso del coniugato di dextran riduce la compartimentalizzazione e la manipolazione dei coloranti mediante il nervo e le NMJ. Calcio Vergine 1-3.000 MW di dextran coniugato ha un buon tasso di diffusione e dimostra la riduzione della compartimentalizzazione Up class = "xref"> 38.
È molto importante evitare un lungo periodo di illuminazione fluorescente del tessuto, perché questo influenza la sua salute e sopravvivenza. Usiamo l'ottica Nomarski nel canale di luce visibile per cercare terminali nervosi. Durante la registrazione, limitiamo il campo illuminato utilizzando un diaframma.
È interessante notare che questo metodo di caricamento è adatto solo per preparazioni in grado di sopportare lunghe incubazioni. Per ridurre il tempo di caricamento del colorante quando si stanno effettuando studi su tessuti più fragili ( ad es., Sinapsi di animali a sangue caldo), è necessario ridurre la lunghezza del ceppo nervoso e utilizzare micropipette per il caricamento 29 , 39 .
Questa tecnica di caricamento è adatta per i cambiamenti di immagine in Ca 2+ citosolica, con indicatori fluorescenti sotto la stimolazione singolo-nervo e attività sinaptica ritmicaEf "> 17 , 27 , 35. L'analisi dell'ampiezza Ca 2+ -transiente può essere utilizzata per studiare l'influenza di diverse sostanze sull'entrata del calcio che partecipa al rilascio del neurotrasmettitore 33 .
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questa ricerca è stata condotta nell'ambito del Programma governativo russo per la crescita competitiva dell'Università federale di Kazan e di una sovvenzione della Fondazione russa per la ricerca di base (16-04-01051, 16-34-00817, 15-04-02983). Ringraziamo i quattro recensori anonimi per aver fornito commenti utili su precedenti bozze del manoscritto. Esprimiamo la nostra gratitudine a Yuliya Aratskaya per la registrazione vocale. Siamo grati al dottor Victor Ilyin per i numerosi commenti utili e per l'aiuto alla redazione finale del manoscritto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ca2+ indicator | Molecular Probes, USA | Oregon Green 488 BAPTA-1 hexapotassium salt, O6806 | 500 μg |
Silicone Elastomer | Dow Corning, USA | Sylgard 184 elastomer | |
Pipette | Biohit, Russia | 720210 | 0.5-10µL |
Pipette tip | Fisher Scientific, USA | 02-707-175 | 10µL |
Pipette tip | Biohit, Russia | 781349 | 10µL |
Razor Blade | Fisher Scientific, USA | 12-640 | |
Minutien Pins | Fine scince tools, Canada | 26002-20 | |
Corneal Mini-Scissors | MT MEDI CORP, Canada | S-1111 | |
Jeweler Forceps | MT MEDI CORP, Canada | F-9610 | |
Jeweler Forceps | MT MEDI CORP, Canada | F-9611 | |
Modelling clay | local producer | can be replaced by any local producer | |
Petroleum jelly | local producer | can be replaced by any local producer | |
Microspin FV 2400 | Biosan, Latva | BS-010201-AAA | |
Multi-spin MSC 3000 | Biosan, Latva | BS-010205-AAN | |
Single-use hypodermic needles | Bbraun | 100 Sterican | 0.4×40mm |
Syrynge | local producer | 0.5 ml | |
HEPES | Sigma-Aldrich, USA | H0887 | 100ml |
Microscope, BX51 | Olympus, Japan | ||
Data acquisition system | Molecular Devices, USA | Digitdata 1550 | |
software | Molecular Devices, USA | pClamp software, Version 10 | protocol can be download from : http://kpfu.ru/portal/docs/F_230007060/Video.capture.with. RedShirt.Neuro.CCD.camera.pro |
Bath and bath temperature controler | Experimental Builder | can be replaced by any chamber with temperature control. For example from https://www.warneronline.com/ | |
Monochromator | Till Photonics, Germany | Polychrome V | no longer available, can be replaced by other sutable stable light source 488 nm |
monochromator control software | Till Photonics, Germany | Polycon | |
Digital CCD camera | Redshirt imaging, USA | Neuro CCD SMQ | |
Model 2100 Isolated Pulse Stimulator | A-M Systems, USA | ||
Acquisition software for CCD camera | Redshirt imaging, USA | Turbo SM software | |
ImageJ | National Institutes of Health, USA | http://rsb.info.nih.gov/ij/download.html | |
Spreadsheet program | Microsoft, USA | Microsoft Office Excel |
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