É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
Ca2 + indicadores geneticamente codificados (GECIs) mudaram radicalmente como in situ Ca2 + imagem é executada. Para maximizar a recuperação de dados de tais gravações, a análise adequada dos sinais de Ca2 + é necessária. Os protocolos neste papel facilitam a quantificação de Ca2 + sinais gravados em situ usando spatiotemporal mapeamento e análise baseada em partículas.
CA2 + imagens de células isoladas ou tipos específicos de células dentro de tecidos intactos, muitas vezes revela padrões complexos de Ca2 + sinalização. Esta atividade requer cuidadosa e detalhada análise e quantificação de capturar o máximo de informação possível sobre os eventos subjacentes. Espacial, temporal e intensidade parâmetros intrínsecos ao Ca2 + sinais, tais como frequência, duração, propagação, velocidade e amplitude podem fornecer algumas informações biológicas necessárias para sinalização intracelular. De alta resolução Ca2 + imagem normalmente resultados na aquisição de grandes arquivos de dados que são demorados para processo em termos de traduzir as informações de imagem em dados quantificáveis e este processo pode ser suscetível a preconceitos e erro humano. Análise de Ca2 + sinais de células no local normalmente se baseia em medições de intensidade simples de arbitrariamente selecionadas regiões de interesse (ROI) dentro de um campo de visão (FOV). Esta abordagem ignora grande parte das informações de sinalização importantes contidas no FOV. Assim, a fim de maximizar a recuperação de informações de tais gravações de alta resolução obtidas com Ca2 +corantes ou optogenetic Ca2 + análise espacial e temporal de imagens, o caso dos sinais de Ca2 + é necessária. Os protocolos descritos neste artigo vou descrever como um alto volume de dados pode ser obtido de Ca2 + imagem gravações para facilitar a mais completa análise e quantificação de Ca2 + sinais gravado a partir de células usando uma combinação de mapa spatiotemporal (STM)-com base em análise e análise baseada em partículas. Os protocolos também descrevem como diferentes padrões de Ca2 + sinalização observados em células diferentes populações in situ podem ser analisadas de forma adequada. Para ilustração, o método examinará Ca2 + sinalização numa população de células no intestino, células intersticiais de Cajal (ICC), usando o GECIs especializada.
CA2 + é um mensageiro intracelular onipresente que controla uma grande variedade de processos celulares, tais como músculo contração1,2, metabolismo3, célula proliferação3,4, factores de 5, estimulação da liberação de neurotransmissores no nervo terminais6,7e a ativação da transcrição no núcleo. 7 intracelular Ca2 + sinais muitas vezes tomam a forma de elevações transientes em citosólico Ca2 +, e estas podem ser espontâneos ou decorrentes de estimulação agonista, dependendo do tipo de célula8. Espacial, temporal e intensidade parâmetros intrínsecos ao Ca2 + sinais, tais como frequência, duração, propagação, velocidade e amplitude podem fornecer as informações biológicas necessárias para sinalização intracelular5, 7 , 9. citoplasmática Ca2 + sinais podem resultar do influxo de Ca2 + do espaço extracelular ou via Ca2 + lançamento do retículo endoplasmático (ER) através de canais de Ca2 + lançamento como receptores de ryanodine (RyRs) e receptores de inositol-tri-fosfato (IP3Rs)10. RyRs e IP3Rs podem contribuir para a geração de sinais de Ca2 + e a abertura concertada destes canais, o que combinado com vários Ca2 + influxo mecanismos pode resultar em uma miríade de Ca2 + padrões de sinalização que são formados pelos números e abrir a probabilidade de Ca2 + influxo canais, o perfil de expressão deCa 2 + lançamento canais, a proximidade entre o influxo de Ca2 + e canais de liberação e expressão e distribuição de Ca2 + proteínas recaptação e extrusão. CA2 + sinais podem assumir a forma de uniforme, duradouro, oscilações de alta intensidade global que pode durar vários segundos ou até minutos, propagação intracelulares e intercelulares Ca2 + ondas que podem atravessar distâncias intracelulares mais de 100 µm10,11,12,13,14,15,16, ou mais breves, espacialmente localizados eventos tais como Ca2 + sparks e Ca2 + sopros que ocorrem em dezenas de milissegundos prazos e espalhar a menos de 5 µm17,18,19,20.
Microscopia fluorescente tem sido usada amplamente para monitorar Ca2 + sinalização em células isoladas e cultivadas e em tecidos intactos. Tradicionalmente, estas experiências envolveram o uso de Ca2 + indicadores fluorescentes, ratiometric e não-ratiometric corantes como Fura2, Fluo3/4 ou Rhod2, entre outros 21,22,23. Estes indicadores foram projetados para ser permeável para as membranas celulares e depois ficam presos em células pela clivagem de um grupo éster via endógenas esterases. Vinculação de Ca2 + para os indicadores de alta afinidade causou mudanças na fluorescência quando as células e tecidos foram iluminados pelo apropriado comprimentos de onda da luz. O uso de célula permeável Ca2 + indicadores bastante reforçada a nossa compreensão de Ca2 + permitido resolução espacial e quantificação destes sinais que não era possível pela análise do Ca2 + sinais e sinalização em células vivas através de outros meios, tais como a eletrofisiologia. No entanto, o tradicional Ca2 + indicadores têm várias limitações, tais como fotobranqueamento que ocorre ao longo de períodos de gravação estendida24. Enquanto o indicador de Ca2 + novo corantes tais como Cal520/590 têm sinal melhorou muito a índices de ruído e a capacidade de detectar o local Ca2 + sinais25, problemas com o fotobranqueamento permanecem uma preocupação para alguns investigadores 26de27,,28. Fotobranqueamento precipitado também restringe a ampliação, a taxa de aquisição de imagem, e a resolução que pode ser usada para gravações, como o aumento de potência objectivo e taxas mais elevadas de aquisição de imagem exigem aumento de intensidade de luz de excitação que aumenta o fotobranqueamento.
Estas limitações do tradicional Ca2 + indicador corantes são exacerbados durante a gravação de Ca2 + sinais no local, por exemplo quando gravação intracelular Ca2 + sinais de tecidos intactos. Devido aos problemas acima, visualização de Ca2 + sinais em situ usando célula permeável Ca2 + indicadores tem sido limitada a ampliação de baixa potência e reduzidas taxas de captura de imagem, restringindo a capacidade de investigadores para gravar e quantificar o temporal ou espacialmente restrita subcellular Ca2 + sinais. Assim, tem sido difícil de capturar, analisar e apreciar a complexidade espacial e temporal de Ca2 + sinais, que pode ser importante na geração de respostas biológicas desejadas, conforme descrito acima. Análise de Ca2 + sinais de células no local normalmente se baseia em medições de intensidade simples de regiões selecionadas de interesse (ROI) dentro de um campo de visão (FOV). A escolha arbitrária do número, tamanho e posição de ROIs, dependentes do capricho do pesquisador, severamente pode influenciar os resultados obtidos. Assim como a tendência inerente com análise ROI, esta abordagem ignora grande parte da importante sinalização informação contida o FOV, como dinâmico Ca2 + eventos dentro de um arbitrariamente escolhida ROI são selecionados para análise. Além disso, a análise de ROIs falha fornecer informações sobre as características espaciais dos Ca2 + sinais observados. Por exemplo, pode não ser possível distinguir entre um aumento de Ca2 + resultante da propagação de uma onda de Ca2 + e um altamente localizadas Ca2 + liberam o evento de tabulações de Ca2 + sinais dentro de um ROI.
O advento da geneticamente codificado Ca2 + indicadores (GECIs) mudou radicalmente como Ca2 + imagem latente pode ser realizada em situ29,30,31,32,33 . Existem várias vantagens em usar GECIs sobre corantes. O mais importante talvez seja que a expressão de Lino pode ser executada de maneira específica de célula, que reduz a contaminação de fundo indesejados de células não turísticos. Outra vantagem do GECIs sobre indicadores de Ca2 + tradicionais é aquele fotobranqueamento é reduzido (como fluorescência e, consequentemente, fotobranqueamento só ocorre quando as células são ativas), em comparação com espécimes de corante-carregado, particularmente em alta ampliação e altas taxas de imagem capturam34. Assim, imagem latente com GECIs, tais como a série GCaMP de sensores optogenetic, proporciona a investigadores a capacidade de gravar breve, localizadas sub celular Ca2 + sinais em situ e investigar Ca2 + sinalização em células dentro deles ambientes nativos que não tem sido possíveis anteriormente. Para maximizar a recuperação de informações de tais gravações de alta resolução, análise espacial e temporal adequada dos sinais de Ca2 + é necessária. Deve-se notar que, enquanto o GECIs podem oferecer que algumas claras vantagens, estudos recentes têm revelado que Ca2 + imagem latente pode ser realizada com sucesso de grandes populações de diferentes classes neuroquímicas dos neurônios simultaneamente usando convencional CA2 + indicadores que não são geneticamente codificados para o animal,35. Esta abordagem usado post hoc imuno-histoquímica para revelar várias classes diferentes de neurônios disparando em alta frequência em rajadas sincronizadas e evitou o potencial que as modificações genéticas para o animal podem ter interferido com o fisiológico comportamento, o investigador procura entender35,36.
Os protocolos descritos neste trabalho facilitam a análise mais completa e quantificação de Ca2 + sinais gravado a partir de células no local usando uma combinação de mapa spatiotemporal (STM)-com base em análise e análise baseada em partículas. Os protocolos também descrevem como diferentes padrões de Ca2 + sinalização observados em células diferentes populações in situ podem ser analisadas de forma adequada. Para ilustração, o método examinará Ca2 + sinalização em uma população especializada de células no intestino, células intersticiais de Cajal (ICC). ICC são células especializadas no trato gastrointestinal (GI) que apresentam dinâmica intracelular Ca2 + sinalização, como visualizado utilizando camundongos expressando GCaMPs37,38,39,40, 41,,42. Transientes de CA2 + no ICC estão ligados à ativação de Ca2 +-ativado Cl– canais (codificados por Ano1) que são importantes na regulação da excitabilidade do músculo de liso intestinal células (SMCs)43, 44,,45. Assim, o estudo de Ca2 + sinalização em ICC é fundamental para a compreensão da motilidade intestinal. O intestino delgado murino oferece um excelente exemplo para esta demonstração, como existem duas classes de ICC que estão anatomicamente separadas e podem ser visualizadas de forma independente: eu) ICC estão localizados na área entre o músculo liso circular e longitudinal camadas, em torno do Plexo mioentérico (ICC-MY). Estas células servem como as células do marcapasso e geram a atividade elétrica conhecida como ondas lentas46,,47,,48,49; II) ICC também estão localizados entre um plexo rico nos terminais dos neurônios motores (plexo muscular profunda, assim, ICC-DMP). Estas células servem como mediadores das respostas a neurotransmissão motor entérica37,39,40,50. ICC-MY ICC-DMP são morfologicamente distintos e seus Ca2 + sinalização comportamentos radicalmente diferem para realizar suas tarefas específicas. ICC-MY são estreladas em forma e formar uma rede de células interconectadas através de lacuna entroncamentos51,52. CA2 + sinais em ICC-MY manifesto como breves e espacialmente localizados Ca2 + lançamento eventos que ocorrem em vários locais de forma assíncrona, através da rede de ICC-MY como visualizado dentro um FOV (fotografada com um objetivo X 60)38. Estes sinais assíncronos são organizados temporalmente em 1 segundo de clusters que, quando juntos, tabulados, elevar-se a um líquido 1 s celular aumento de Ca2 +. Estes sinais propagam de célula para célula dentro da rede da ICC e, portanto, organizam Ca2 + sinalização, gerados a partir de sites sub celulares, em uma tecido grande Ca2 + onda. Temporal de clustering e soma de Ca2 + sinais em ICC-MY foi denominado Ca2 + aglomerados transitória (CTC)38. CTC ritmicamente ocorre (por exemplo, é bastante semelhantes durações e períodos semelhantes entre CTC) 30 vezes por minuto no mouse. Por outro lado, ICC-DMP são células fusiformes em forma, alguns com processos secundários, que distribuem entre SMCs e processos nervosos varizes e não independentemente formam uma rede51,52. ICC-DMP forma junções com SMCs, no entanto e função dentro deste sincício maior, conhecido como o SIP sincício53. CA2 + sinais ocorrem em vários locais ao longo dos comprimentos de células, mas estes transientes não são arrastados ou temporalmente em cluster, como observado no ICC-MY37. CA2 + sinais no ICC-DMP ocorrem de forma estocástica, com intensidade variável, durações e características espaciais. Os protocolos abaixo, usando o exemplo do Ca2 + sinalização no ICC-MY e ICC-DMP, descrever técnicas para analisar a complexa sinalização em tipos específicos de células no local. Utilizamos o sistema de p Cre-Lox inducible para expressar GCaMP6f exclusivamente no ICC, após provocar a ativação da Cre Recombinase (Cre) conduzido por um promotor específico de ICC (Kit).
Todos os animais utilizados e os protocolos realizados neste estudo estão de acordo com os institutos nacionais de guia da saúde para o cuidado e o uso de animais de laboratório. Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de cuidados na Universidade de Nevada, Reno e uso institucional do Animal.
1. geração de ratos KitGCaMP6f
2. preparação dos tecidos para Ca2 + imagens
3. análise de estocástico Ca2 + sinais no ICC-DMP usando mapeamento de espaço-Temporal (STM)
4. quantificação da CTC no ICC-meu usando partículas com base em análise
Usando ratos Kit-Cre-GCaMP6F (Figura 1), dinâmica Ca2 + sinalização de comportamentos de ICC no trato gastrointestinal podem ser fotografados no local. Com microscopia confocal, imagens de alta resolução de populações específicas de ICC podem ser adquiridas sem contaminar os sinais de outras populações de ICC dentro do mesmo tecido mas em planos anatomicamente distintos do foco (Figura 2A)37...
CA2 + imagem de tipos específicos de células em tecidos intactos ou dentro de redes de células, muitas vezes revela padrões complexos de transientes de Ca2 + . Esta atividade requer cuidadosa e detalhada análise e quantificação de capturar o máximo de informação possível sobre os eventos subjacentes e cinética destes eventos. STM e análise PTCL fornecem uma oportunidade para maximizar a quantidade de dados quantitativos, resultantes das gravações deste tipo.
Os autores não têm nada para divulgar.
Financiamento foi fornecido pelo NIDDK, através de DK41315 P01.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ImageJ software | NIH | 1.5a | ImageJ software |
Volumetry | GWH | Volumetry 8Gd | Custom made analysis software |
Isoflurane | Baxter, Deerfield, IL, USA | NDC 10019-360-60 | |
Tamoxifen | Sigma | T5648 | |
GCaMP6F mice | Jackson Laboratory | Ai95 (RCL-GCaMP6f)-D | |
Kit-Cre mice | Gifted From Dr. Dieter Saur | c-Kit+/Cre-ERT2 | |
Ethanol | Pharmco-Aaper | SDA 2B-6 |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados