Method Article
Aqui, descrevemos um método para carregar um corante sensível ao cálcio através do coto nervoso do sapo nas terminações nervosas. Também apresentamos um protocolo para a gravação e análise de transientes de cálcio rápidos nas terminações nervosas periféricas.
Um dos métodos mais viáveis de medir os níveis de cálcio pré-sinápticos nos terminais do nervo pré-sináptico é a gravação óptica. Baseia-se no uso de corantes fluorescentes sensíveis ao cálcio que alteram a intensidade de emissão ou o comprimento de onda dependendo da concentração de cálcio livre na célula. Existem vários métodos utilizados para colorir células com corantes de cálcio. Os mais comuns são os processos de carregamento de corantes através de uma micropipeta ou pré-incubação com as formas de ésteres de acetoximetilo das corantes. No entanto, esses métodos não são bastante aplicáveis às junções neuromusculares (NMJs) devido a problemas metodológicos que surgem. Neste artigo, apresentamos um método para carregar um corante sensível ao cálcio através do tronco nervoso do nervo no nervo da rã nas terminações nervosas. Uma vez que a entrada de cálcio externo nos terminais nervosos e a subsequente ligação ao corante de cálcio ocorrem dentro da escala de tempo do milissegundo, é necessário usar um sistema de imagem rápido para registrar essas interaçõesNs. Aqui, descrevemos um protocolo para registrar o transiente de cálcio com uma câmera CCD rápida.
Os íons de cálcio (Ca 2+ ) participam de muitos processos de sinalização neuronal, incluindo a iniciação, manutenção e plasticidade da libertação do mediador 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . Após a chegada do potencial de ação, o Ca 2+ extracelular entra no terminal nervoso e inicia a liberação do neurotransmissor. Em algumas sinapses, a corrente de cálcio pode ser medida diretamente por métodos eletrofisiológicos 6 , 7 , 8 . No caso da junção neuromuscular (NMJ), não se pode usar pinça direta e técnicas de grampo de tensão de dois eletrodos devido ao tamanho minúsculo das terminações nervosas.
As gravações das correntes internas de Ca 2+ das terminações nervosas no NMJ podem ser feitas por eletrofícios indiretosMétodos 9 , 10 . No entanto, estes métodos requerem o pré-tratamento da sinapse pelos bloqueadores dos canais de iões de sódio e potássio. Os métodos ópticos não requerem a separação farmacológica das correntes iónicas no terminal nervoso e permitem gravações do influxo de Ca 2+ , desencadeadas por potenciais de ação e a elevação subseqüente de íons Ca 2+ no axoplasma 11 , 12 , 13 , 14 . Esses métodos são baseados em gravações de alterações na fluorescência de corantes sensíveis ao Ca 2 + específicos após a ligação de íons livres de Ca 2 + 15 , 16 , 17 , 18 , 19 .
Os indicadores de Ca 2+ podem ser carregados no cAtravés de uma variedade de métodos, dependendo da finalidade do experimento. Os pesquisadores usam a aplicação do banho de formas de corante permeáveis à membrana 20 , 21 , carregando através da pipeta 22 , ou microinjeção 23 , 24 , 25 . No entanto, todos esses métodos têm algumas limitações no caso do NMJ devido às suas peculiaridades em arquiteturas sinápticas. Para o NMJ, o método mais conveniente e bem sucedido é carregar o corante através do tronco nervoso, um método de preenchimento direto 26 , 27 , 28 , 29 . Esta técnica pode ser usada para carregar vários corantes de fluorescência nas terminações nervosas periféricas. Este método foi utilizado com sucesso para os terminais do nervo Drosophila 28 , o nervo do motor de lagarto28 e terminais do nervo do motor rã 17 , 26 , 27 , 30 . Dependendo do objeto em estudo, os detalhes metódicos podem variar. Uma micro-pipeta de vidro pode ser empregada para pequenos nervos das larvas 28 . Vários pesquisadores descreveram um método 27 , 28 em que uma extremidade recém-cortada de nervo inervando um músculo é imerso em um pré-cheio com um corante. A preparação é deixada por várias horas para absorver o corante. O corante é absorvido pelos axônios e transportado para os terminais do nervo. Neste artigo, descrevemos um método de carregar um indicador de fluorescência em terminais do nervo do motor de rã através do tronco nervoso. Nosso protocolo usa uma ponta de pipeta de plástico para a incubação do tecido com um corante. Também descrevemos como adquirir e analisar o traço de fluorescência de Ca 2+Nsients.
Experimentos foram realizados em preparações isoladas do músculo nervoso do peito cutâneo musculus do Rana ridibunda rrog . O tamanho dos animais de ambos os sexos era de cerca de 5-9 cm. Os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as diretrizes para o uso de animais de laboratório da Universidade Federal de Kazan e da Universidade Médica de Kazan, de acordo com o Guia NIH para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. O protocolo experimental atendeu aos requisitos da Directiva 86/609 / CEE do Conselho das Comunidades Europeias e foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Médica de Kazan.
1. Preparação das soluções
2. Procedimento de carregamento de tintura
3. Preparando o Tecido para Microscopia
Figura 1 : Nervo e terminais com indicador de Ca 2+ carregado. ( A ) Nervo preenchido com indicador de Ca 2 + após o procedimento de carregamento. Barra de escala = 200 μm. ( B ) terminações nervosas cheias com indicador de Ca 2+ . Barra de escala = 20 μm. ( C ) A fluorescência de Ca 2+ -indicador é claramente visível na terminação do nervo. Barra de escala = 20 μm._blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Captura de vídeo com a câmera digital CCD
Nota: Os detalhes da captura de sinais de fluorescência são específicos para cada microscópio e tipo de câmera, mas a consideração de chave é a velocidade de captura de imagem.
5. Análise de dados
NOOTE: Para análise de dados, use o software da câmera CCD e o ImageJ; Os dados são representados como uma curva em uma planilha eletrônica. No software da câmera CCD, a média 20 repete e exporta os resultados para um arquivo de suporte ImageJ. No ImageJ, selecione o ROI e o plano de fundo. Subtrair o plano de fundo do ROI. Representar os dados como uma proporção: (ΔF / F 0 -1) x 100%, onde ΔF é a intensidade da fluorescência durante a estimulação e F 0 é a intensidade da fluorescência em repouso.
Após o carregamento do corante e após a estimulação do nervo motor, um aumento na amplitude do sinal fluorescente (Ca 2+ transitório) pode ser detectado nos terminais nervosos (ver Figura 2 ). Os parâmetros dos transientes de Ca 2+ são apresentados na Tabela 1 . Quantitativamente, os parâmetros dos transientes de Ca 2+ medidos em nosso estudo são próximos dos dados obtidos por outros cientistas em sinapses de animais de sangue frio 15 , 34 . Os parâmetros dos transientes de Ca 2+ dependem da taxa de ligação de Ca 2+ com o corante e a subsequente dissociação. A taxa de entrada de Ca 2 + na terminação do nervo, a interação com o corante e a difusão no citoplasma afetam o tempo de subida do transiente Ca 2+ . O tempo de decaimento do sinal fluorescente depende da afinidade do corante,A velocidade da interação do Ca 2+ com tampões intracelulares e a remoção por bombas de íons 35 . A análise de amplitude dos transientes de Ca 2+ pode ser utilizada para estudar a influência de várias substâncias na entrada de cálcio que participa na liberação do neurotransmissor 33 .
Figura 2 : Ca2 + médio Transiente medido no sapo NMJ. O transiente de Ca 2+ foi calculado com base na média de sinais de 13 NMJ de sapo. Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.
PicoΔF / F (%) | Tempo de ascensão 20% -80% (ms) | Τ (ms) |
12,6 ± 1,1 (n = 13) | 4,6 ± 0,5 (n = 13) | 115,3 ± 8,3 (n = 13) |
Tabela 1: Os parâmetros médios do transiente Ca 2+ . Os dados são apresentados como a média ± SE; N é o número de medidas em NMJs distintos. O pico ΔF / F é a amplitude média de ΔF / F.
Neste artigo, apresentamos o método de realização de carvão de corante sensível ao Ca 2 + nas terminações nervosas dos rãs através do tronco nervoso. Ao final do procedimento de carregamento, todos os terminais na parte proximal do nervo possuem níveis significativos de fluorescência. Estima-se que a concentração intra-terminal da sonda varia entre 40 e 150 μM 17 .
O procedimento de incubação é realizado em duas etapas: à temperatura ambiente e depois a uma temperatura mais baixa no refrigerador. É importante controlar o tempo de incubação do tecido com o corante à temperatura ambiente. Dependendo do comprimento real do coto nervoso, do corante específico e da temperatura, o tempo de incubação pode variar. Se sobreposto, os terminais nas partes proximais próximas ao tronco nervoso podem ser sobrecarregados. No entanto, na parte central do nervo, ainda é possível encontrar terminais carregados satisfatoriamente. Durante o períodoE longa incubação na geladeira, o corante é uniformemente distribuído nas terminações nervosas.
Nossas próprias observações 33 , 35 , bem como os dados de outros pesquisadores 30 , comprovam a falta de qualquer influência apreciável do procedimento de carregamento na amplitude da resposta pós-sináptica ou na freqüência dos potenciais de placa final em miniatura. Uma boa longevidade foi documentada nos preparativos carregados. Existem alguns pontos importantes sobre os quais gostaríamos de chamar a atenção. É muito essencial colocar o coto nervoso na solução de carga de tintas dentro de alguns minutos após a excisão para permitir que o corante entre nos axônios do nervo cortado; Os atrasos podem causar um carregamento ineficaz, presumivelmente devido ao resealing dos axônios nervosos 27 , 36 . Alguns investigadores imergem o tronco nervoso em 100 mM de EDTA (um Ca2 + e Mg 2 + -chelator) Imediatamente após a excisão do nervo para impedir que os axônios cortados se fechem novamente. O buffer é removido após 1-2 min e substituído por uma solução de carga de corante 37 . O uso de um poço de gelatina de petróleo em vez de tubos de plástico para o procedimento de carregamento permite o uso de um tronco nervoso mais curto. Ao usar esta abordagem, o nervo é cortado depois de ser imerso na solução de HEPES com corante e os axônios não são ressuscitados por causa da falta de íons divalentes na solução de corante 27 , 28 .
Em nosso estudo, utilizamos a forma de sal solúvel em água do indicador de Ca 2 + em vez de dextrano. Os conjugados de dextrano difundem no axônio mais lentamente do que as formas de sal. No entanto, o uso do conjugado de dextrano reduz a compartimentação e manuseio de corantes pelo nervo e NMJs. O cálcio Green 1-3,000 MW dextrano conjugado tem uma boa taxa de difusão e demonstra compartimentação reduzida Up class = "xref"> 38.
É muito importante evitar um longo período de iluminação fluorescente do tecido, pois isso afeta sua saúde e sobrevivência. Usamos a óptica Nomarski no canal de luz visível para procurar terminais nervosos. Durante a gravação, limitamos o campo iluminado usando um diafragma.
Vale ressaltar que este método de carga é adequado apenas para preparações que podem suportar incubações longas. Para reduzir o tempo de carregamento de corantes quando estudos estão sendo realizados em tecidos mais frágeis ( por exemplo, sinapses de animais de sangue quente), é necessário reduzir o comprimento do toco nervoso e usar micropipetas para carregar 29 , 39 .
Esta técnica de carga é adequada para alterações de imagem no Ca 2+ citosólico, com indicadores fluorescentes sob estimulação com um único nervo e atividade sináptica rítmicaEfetuado "17 , 27 , 35. A análise da amplitude transitória do Ca2 + pode ser utilizada para estudar a influência de diferentes substâncias na entrada de cálcio que participa na liberação do neurotransmissor 33 .
Os autores não têm nada a divulgar.
Esta pesquisa foi realizada no âmbito do Programa do Governo Russo para o Crescimento Competitivo da Universidade Federal de Kazan e uma doação da Fundação Russa para Pesquisas Básicas (16-04-01051; 16-34-00817; 15-04-02983). Agradecemos a quatro revisores anônimos por fornecer comentários úteis sobre rascunhos anteriores do manuscrito. Expressamos nossa gratidão a Yuliya Aratskaya pela gravação de voz. Agradecemos ao Dr. Victor Ilyin por muitos comentários úteis e ajuda com a edição final do manuscrito.
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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