Method Article
Здесь мы описываем метод загрузки чувствительного к кальция красителя через пень нерва лягушки в нервные окончания. Мы также представляем протокол для регистрации и анализа быстрых переходных процессов кальция в периферических нервных окончаниях.
Одним из наиболее эффективных методов измерения уровня пресинаптического кальция в пресинаптических нервных терминалах является оптическая запись. Он основан на использовании чувствительных к кальции флуоресцентных красителей, которые изменяют их интенсивность излучения или длину волны в зависимости от концентрации свободного кальция в клетке. Существует несколько методов, используемых для окрашивания клеток кальциевыми красителями. Наиболее распространенными являются процессы загрузки красителей через микропипетку или предварительная инкубация с формами ацетоксиметилового эфира красителей. Однако эти методы не совсем применимы к нервно-мышечным переходам (NMJ) из-за возникающих методологических проблем. В этой статье мы представляем метод загрузки чувствительного к кальция красителя через нервный культ лягушки нерва лягушки в нервные окончания. Поскольку ввод внешнего кальция в нервные окончания и последующее связывание с кальциевым красителем происходят в миллисекундном масштабе времени, необходимо использовать быструю систему визуализации для записи этих взаимодействийнс. Здесь мы описываем протокол регистрации переходного процесса кальция с быстрой камерой CCD.
Ионы кальция (Ca 2+ ) участвуют во многих процессах нейронной сигнализации, включая инициирование, поддержание и пластичность релиза 1 , 2 , 3 , 4 , 5 медиатора. По прибытии потенциала действия внеклеточный Ca 2+ входит в нервный конец и инициирует высвобождение нейротрансмиттера. В некоторых синапсах ток кальция может быть измерен непосредственно электрофизиологическими методами 6 , 7 , 8 . В случае нервно-мышечного перехода (NMJ) нельзя использовать прямой патч-зажим и двухэлектродные зажимные методы за счет минимального размера нервных окончаний.
Записи внутренних токов Ca 2+ от нервных окончаний в NMJ могут выполняться косвенными электронамиИологические методы 9 , 10 . Однако эти методы требуют предварительной обработки синапса блокаторами ионов натрия и калия. Оптические методы не требуют фармакологического разделения ионных токов в нервном терминале и позволяют регистрировать приток Ca 2+ , вызванный потенциалами действия, и последующее повышение ионов Ca 2+ в аксоплазме 11 , 12 , 13 , 14 . Эти методы основаны на регистрации изменений флуоресценции конкретных Ca 2+ -чувствительных красителей при связывании свободных ионов Ca 2+ 15 , 16 , 17 , 18 , 19 .
Индикаторы Ca 2+ могут быть загружены в cEll с помощью различных методов, в зависимости от цели эксперимента. Исследователи используют ванновое применение мембранно-проницаемых форм красителей 20 , 21 , погрузка через патч-пипетку 22 или микроинъекцию 23 , 24 , 25 . Однако все эти методы имеют некоторые ограничения в случае NMJ из-за его особенностей в синаптической архитектонике. Для NMJ наиболее удобным и успешным методом является загрузка красителя через нервный культ, метод форвардного заполнения 26 , 27 , 28 , 29 . Этот метод можно использовать для загрузки различных флуоресцентных красителей в периферические нервные окончания. Этот метод был успешно использован для нервных терминалов Drosophila 28 , моторного нерва ящерицы28 , и клеммы 17 , 26 , 27 , 30 моторного нерва лягушки. В зависимости от исследуемого объекта, методические данные могут варьироваться. Стеклянную микропипетку можно использовать для небольших нервов у личинок 28 . Несколько исследователей описали способ 27 , 28, в котором свежесрезанный конец нерва, иннервирующий мышцу, погружен в колодец, предварительно заполненный красителем. Затем препарат оставляют на несколько часов для впитывания красителя. Краска впитывается аксонами и транспортируется к нервным окончаниям. В этой статье мы описываем метод загрузки индикатора флуоресценции в моторные нервные терминалы лягушки через нервный культи. В нашем протоколе используется наконечник пластиковой пипетки для инкубации ткани с красителем. Мы также описываем, как получить и проанализировать флуоресцентный тракт Са 2+nsients.
Эксперименты проводились на изолированных нервно-мышечных препаратах кожной грудной мышцы у лягушки рана-дзимибунды . Размер животных обоих полов составлял около 5-9 см. Экспериментальные процедуры проводились в соответствии с руководящими принципами использования лабораторных животных Казанского федерального университета и Казанского медицинского университета в соответствии с Руководством NIH по уходу и использованию лабораторных животных. Экспериментальный протокол соответствовал требованиям Директивы Совета Европейского сообщества 86/609 / EEC и был одобрен Этическим комитетом Казанского медицинского университета.
1. Подготовка решений
2. Порядок нанесения красителя
3. Подготовка ткани для микроскопии
Рисунок 1 : Нерв и клеммы с нагруженным индикатором Ca 2+ . ( A ) Нерв, заполненный индикатором Ca 2+ после процедуры загрузки. Шкала шкалы = 200 мкм. ( B ) Нервные окончания, заполненные индикатором Ca 2+ . Шкала шкалы = 20 мкм. ( C ) Ca 2+ -индикаторная флуоресценция хорошо видна в нервном окончании. Шкала шкалы = 20 мкм._blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этого рисунка.
4. Захват видео с помощью цифровой ПЗС-камеры
Примечание. Детали захвата сигналов флуоресценции специфичны для каждого микроскопа и типа камеры, но ключевым соображением является скорость захвата изображения.
5. Анализ данных
NoOTE: для анализа данных используйте программное обеспечение камеры CCD и ImageJ; Данные представлены в виде кривой в программе электронных таблиц. В программном обеспечении камеры CCD среднее значение 20 повторяется и экспортирует результаты в файл поддержки ImageJ. В ImageJ выберите ROI и фон. Вычтите фон из ROI. Представляют данные как отношение: (ΔF / F 0 -1) x 100%, где ΔF - интенсивность флуоресценции во время стимуляции, а F 0 - интенсивность флуоресценции в состоянии покоя.
После загрузки красителя и стимуляции двигательного нерва в нервных окончаниях может быть обнаружено увеличение амплитуды флуоресцентного сигнала (переход Ca 2+ ) (см. Рис. 2 ). Параметры переходных процессов Ca 2+ представлены в таблице 1 . Количественно параметры переходных процессов Ca 2+, измеренные в нашем исследовании, близки к данным, полученным другими учеными в синапсах хладнокровных животных 15 , 34 . Параметры переходных процессов Ca 2+ зависят от скорости связывания Ca 2+ с красителем и последующей диссоциации. Скорость поступления Ca 2+ в нервное окончание, взаимодействие с красителем и диффузия в цитоплазме влияют на время нарастания переходного процесса Ca 2+ . Время затухания флуоресцентного сигнала зависит от сродства красителя,Скорость взаимодействия Ca 2+ с внутриклеточными буферами и удаление ионными насосами 35 . Амплитудный анализ переходных процессов Ca 2+ можно использовать для изучения влияния различных веществ на вход кальция, который участвует в высвобождении нейротрансмиттера 33 .
Рисунок 2 : Среднее значение Ca 2+ Переходный, измеренный в лягуше NMJ. Переходный переход Ca 2+ рассчитывали на основе среднего значения сигналов от 13 NMGs лягушек. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Вершина горыΔF / F (%) | Время нарастания 20% -80% (мс) | Τ (ms) |
12,6 ± 1,1 (n = 13) | 4,6 ± 0,5 (n = 13) | 115,3 ± 8,3 (n = 13) |
Таблица 1: Усредненные параметры переходного процесса Ca 2+ . Данные представлены как среднее ± SE; N - количество измерений в отдельных NMJ. Пик ΔF / F представляет собой усредненную амплитуду ΔF / F.
В этой статье мы представили метод проведения насыщения Ca 2+ -чувствительным красителем в нервных окончаниях лягушки через нервный культи. К концу процедуры загрузки все терминалы в проксимальной части нерва имеют значительные уровни флуоресценции. Было подсчитано, что внутритерминальная концентрация зонда колеблется между 40 и 150 мкМ 17 .
Процедура инкубации проводится в два этапа: при комнатной температуре и затем при более низкой температуре в холодильнике. Важно контролировать время инкубации ткани с красителем при комнатной температуре. В зависимости от фактической длины культи нерва, специфического красителя и температуры время инкубации может изменяться. Если переэкспонировано, клеммы в проксимальных частях, близких к пням нерва, могут быть перегружены. Однако в средней части нерва все еще можно найти терминалы, которые удовлетворительно загружены. Во времяДлительная инкубация в холодильнике, краситель равномерно распределяется по нервным окончаниям.
Наши собственные наблюдения 33 , 35 , а также данные других исследователей 30 доказывают отсутствие какого-либо заметного влияния процедуры нагружения на амплитуду постсинаптического отклика или на частоту миниатюрных потенциалов концевых пластин. Хорошее долголетие было зафиксировано в загруженных препаратах. Есть несколько важных моментов, на которые мы хотели бы обратить внимание. Очень важно поместить нервный культ в раствор для загрузки красителя в течение нескольких минут после удаления, чтобы краска могла войти в аксоны срезанного нерва; Задержки могут привести к неэффективной нагрузке, по-видимому, из-за повторного запечатывания нервных аксонов 27 , 36 . Некоторые исследователи погружают нервную культуру в 100 мМ ЭДТА (Ca 2+ - и Mg 2+ -литератор) Сразу после удаления нерва, чтобы предотвратить резание разрезанных аксонов. Буфер удаляют через 1-2 мин и заменяют раствором для загрузки красителя 37 . Использование бутылки с нефтяным железом вместо пластиковых труб для процедуры загрузки позволяет использовать более короткий нервный культи. При использовании этого подхода нерв разрезается после того, как он погружен в раствор HEPES с красителем, и аксоны не запечатываются из-за отсутствия двухвалентных ионов в растворе красителя 27 , 28 .
В нашем исследовании мы использовали водорастворимую соль с индикатором Ca 2+ вместо декстрана. Конъюгаты декстрана диффундируют в аксоне медленнее, чем соли. Однако использование декстранового конъюгата уменьшает компартментализацию красителей и обработку нервами и NMJ. Кальций зеленый Конъюгат декстрана с энергией 1-3 000 МВт имеет хорошую скорость диффузии и демонстрирует снижение компартментализации Up class = "xref"> 38.
Очень важно избегать длительного периода флуоресцентного освещения ткани, поскольку это влияет на его здоровье и выживание. Мы используем оптику Nomarski в канале видимого света для поиска нервных терминалов. Во время записи мы ограничиваем освещенное поле с помощью диафрагмы.
Следует отметить, что этот метод загрузки подходит только для препаратов, которые могут выдерживать длительные инкубации. Чтобы уменьшить время загрузки красителя, когда исследования проводятся на более хрупких тканях ( например, синапсы теплокровных животных), необходимо уменьшить масштаб нервной культи и использовать микропипетки для загрузки 29 , 39 .
Эта методика загрузки хорошо подходит для визуализации изменений в цитозольном Ca 2+ , с флуоресцентными показателями как при стимуляции одной нервной системой, так и в ритмической синаптической активностиEf "> 17 , 27 , 35. Анализ амплитуды перехода Ca 2+ может быть использован для изучения влияния различных веществ на вход кальция, который участвует в высвобождении нейротрансмиттера 33 .
Авторам нечего раскрывать.
Это исследование проводилось в рамках Программы конкурентоспособности России при Казанском федеральном университете и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (16-04-01051, 16-34-00817, 15-04-02983). Мы благодарим четырех анонимных рецензентов за предоставление полезных комментариев по более ранним черновикам рукописи. Выражаем благодарность Юлии Арацской за запись голоса. Мы благодарны д-ру Виктору Ильину за многочисленные полезные комментарии и помощь в финальном редактировании рукописи.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены