Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada zebra balığı embriyonik beynini larva ve çocuk evrelerine kadar in vivo olarak görüntüleyen bir yöntem sunuyoruz. Elektrofizyolojik yaklaşımlardan uyarlanan bu mikroinvaziv prosedür, olgun nöronun hücresel ve hücre altı ayrıntılarına erişim sağlar ve beyin fonksiyonu ve ilaç müdahalesini karakterize etmek için optogenetik ve nörofarmakolojik çalışmalarla birleştirilebilir.
Beyin gelişimi ve olgunlaşma sırasında meydana gelen kısa ömürlü değişiklikleri anlamak, hücresel ve hücre altı çözünürlükte uzay ve zamanda ayrıntılı yüksek çözünürlüklü görüntüleme gerektirir. Moleküler ve görüntüleme teknolojilerindeki gelişmeler, şeffaf zebra balığı embriyosunda beyin gelişiminin hücresel ve moleküler mekanizmaları hakkında çok sayıda ayrıntılı içgörü elde etmemizi sağladı. Son zamanlarda, döllenmeden birkaç hafta sonra daha sonraki larva aşamalarında meydana gelen nöronal bağlantının iyileştirilmesi süreçleri, örneğin sosyal davranış, karar verme veya motivasyon odaklı davranışların kontrolü, araştırma odağına taşınmıştır. Bu aşamalarda, zebra balığı derisinin pigmentasyonu beyin dokusuna ışık penetrasyonunu engeller ve embriyonik aşamalar için çözümler, örneğin pigmentasyonun farmakolojik inhibisyonu artık mümkün değildir.
Bu nedenle, uyanık zebra balıklarının beynine mikroskopi erişimi için elektrofizyolojik yaklaşımlardan elde edilen minimal invaziv bir cerrahi çözüm sağlanır. Teleostlarda, cilt ve yumuşak kafatası kıkırdağı, bu katmanların mikro soyulmasıyla, alttaki nöronların ve aksonal yolların hasar görmeden açığa çıkarılmasıyla dikkatlice çıkarılabilir. Bu, sinaptik yapılar ve moleküler içerikleri de dahil olmak üzere nöronal morfolojinin kaydedilip Ca2+ geçici veya hücre içi taşıma olayları gibi fizyolojik değişikliklerin gözlemlenmesine izin verir. Ayrıca bu süreçlerin farmakolojik inhibisyon veya optogenetik manipülasyon ile sorgulanması mümkündür. Bu beyin maruziyeti yaklaşımı, nöronlardaki yapısal ve fizyolojik değişikliklerin yanı sıra bu olayların canlı beyin dokusunda dakika veya saat aralığında korelasyonu ve birbirine bağımlılıkları hakkında bilgi sağlar. Teknik, şimdiye kadar test edilen en son gelişim aşaması olan döllenmeden 30 güne kadar zebra balığı larvalarının in vivo beyin görüntülemesi için uygundur. Bu nedenle, sinaptik arıtma ve ölçekleme, aksonal ve dendritik taşıma, sitoskeletal kargonun sinaptik hedeflemesi veya yerel aktiviteye bağımlı ifade gibi önemli sorulara erişim sağlar. Bu nedenle, bu montaj ve görüntüleme yaklaşımı için geniş bir kullanım beklenebilir.
Son yıllarda, zebra balığı (Danio rerio) embriyonik ve larva gelişimsel çalışmalar için en popüler omurgalı model organizmalardan biri olarak evrimleşmiştir. Zebra balığı dişilerinin büyük doğurganlığı, embriyonun hızlı ex utero gelişimi ve erken embriyonik gelişim aşamalarında şeffaflığı ile birleştiğinde, zebra balığını gelişimsel soruları ele almak için güçlü bir model organizma haline getiren sadece birkaç temel faktördür1. Moleküler genetik teknolojilerdeki gelişmeler, yüksek çözünürlüklü in vivo görüntüleme çalışmaları ile birlikte, gelişimsel süreçlerin altında kalan hücre biyolojik mekanizmalarının ele alınmasına izin verilir2. Özellikle, nöronal farklılaşma, fizyoloji, bağlantı ve işlev alanında zebra balığı, moleküler dinamiklerin, beyin fonksiyonlarının ve organizma davranışlarının benzeri görülmemiş ayrıntılarla etkileşimine ışık tutmaktadır.
Bununla birlikte, bu çalışmaların çoğu, sinir sistemi dokusunun şeffaflığı giderek kaybolduğundan, gelişimin ilk haftasında embriyonik ve erken larva aşamaları ile sınırlıdır. Bu aşamalarda, kafatası farklılaşması ve pigmentasyon ile korunan yüksek çözünürlüklü mikroskopi yaklaşımları ile beyin dokusunun erişimi engellenir3.
Bu nedenle, nöronal farklılaşma, olgunlaşma ve nöronal bağlantının iyileştirilmesi veya sinaptik ölçekleme gibi plastisite ile ilgili temel soruların incelenmesi zordur. Bu hücresel süreçler, örneğin sosyal davranış, karar verme veya motivasyona dayalı davranış gibi hücresel mekanizmaları tanımlamak için önemlidir, zebra balığının birkaç haftalık larvalar üzerinde yaptığı araştırmaların son zamanlarda davranışsal çalışmalara dayanan temel bulgulara katkıda bulunduğu alanlar4.
Zebra balığı larvalarında pigmentasyonu birkaç hafta boyunca inhibe etmek için farmakolojik yaklaşımlar zar zor uygulanabilir veya hatta zararlı etkilere neden olabilir5,6,7,8. Casper9 veya kristal10gibi spesifik pigmentasyon kusurlarına sahip çift veya üçlü mutant suşları, çok değerli araçlar haline gelmiştir, ancak üremede zahmetlidir, az sayıda yavru sağlar ve aşırı akraba evliliği nedeniyle genetik malformasyonların birikmesi tehlikesi oluşturur.
Burada, herhangi bir zebra balığı türü için geçerli olan alternatif olarak minimal bir invaziv prosedür sağlanır. Bu prosedür, canlı ve uyanık zebra balığı larvalarında nöronal aktiviteyi kaydetmek için elektrofizyolojik çalışmalardan uyarlanmıştır. Teleostlarda, deri ve yumuşak kafatası kıkırdağı, beyin vaskülatıyla sıkıca iç içe olmadıkları için bu katmanların mikro soyulmasıyla dikkatlice çıkarılabilir. Bu, nöronlar ve aksonal yollar içeren beyin dokusunun hasar görmeden açığa çıkıp sinaptik yapılar ve moleküler içerikleri de dahil olmak üzere nöronal morfolojinin kaydedillenmesine izin verir, bu da Ca2+ geçicileri veya hücre içi taşıma olayları gibi fizyolojik değişikliklerin birkaç saate kadar gözlemini içerir. Ayrıca, tanımlayıcı nitelemelerin ötesinde, beyin dokusuna doğrudan erişim, nörofarmakolojik madde yönetimi ve optogenetik yaklaşımlar yoluyla olgun nöronal fonksiyonların sorgulanmasını sağlar. Bu nedenle, bu beyin maruziyet stratejisi kullanılarak yavru zebra balığı beyninde gerçek yapı fonksiyon ilişkileri ortaya çıkarılabilir.
Burada açıklanan tüm hayvan çalışmaları yasal düzenlemelere uygundur (AB Direktifi 2010/63). Balıkların bakımı ve elleçlenimi yerel yetkililer ve Technische Universität Braunschweig hayvan refahı temsilcisi tarafından onaylanmıştır.
1. Yapay serebro omurilik sıvısının (ACSF), düşük erime agarose ve keskin cam iğnelerin hazırlanması
2. Larvaların anestezisi ve gömme hazırlıkları
3. Larvaların gömülmesi
4. Beyni açığa çıkarmak
NOT: Aşağıdaki adımların tümü larvaları gereksiz yere yaralamamak için büyük bir dikkatle yapılmalıdır. Deney için tamamen aktif bir beyin gerekiyorsa, geçen her saniye, balık hala agarose'a tamamen monte edilmişken ve oksijenli ACSF olmadan açık bir kafatasına sahipken, beynin oksijen eksikliğinden muzdarip olacağını ve ayrıca kuruyacağını unutmayın. Oksijen eksikliğinin etkileri daha da dramatik hale gelecektir, gömülü larvalar ne kadar yaşlı olursa. Bu nedenle iğne ile mekanik beyin hasarı uyandırmamak için ameliyatın sadece mümkün olan en kısa sürede değil, maksimum hassasiyetle yapılması önemlidir. Eğitildiğinde, 4.2-4.4 adımları balık başına 30 s'den fazla almamalıdır.
Şekil 1: In vivo görüntüleme için açık kafatası zebra balıklarının adım adım hazırlanması için şematik prosedür. Farklı adımlar için çalışma yönergeleri grafiğin kendisinde bulunabilir. Florian Hetsch tarafından tasarlanan ve Paul Schramm tarafından uyarlanan grafik. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: İlgi çekici beyin bölgesinin üzerindeki deri ve kafatası parçalarını çıkarmak için yapılan mikro cerrahinin ayrıntılı şematik gösterimi. Kırmızı daire, ilk kesimin yapılması gereken noktayı işaretler. Kırmızı noktalı çizgi, beyinciklere zarar vermeden serbest erişim elde etmek için iğne ile birlikte kesmek için en uygun yolu açıklar. Yeşil ok, aşırı cilt ve kafatası parçalarının kolayca itilebileceği yönü işaretler. Tüm işlem sırasında beyin dokusuna asla nüfuz etmeyin. Cildi başarıyla soyduktan sonra, ilgi çekici beyin bölgesine (burada, beyincik) her türlü yüksek çözünürlüklü in vivo görüntüleme için serbestçe erişilebilir olacaktır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3A,C transgenik çizginin 14 dpf larvasını göster Tg[-7.5Ca8:GFP]bz12[15] Kafatası hala sağlamken. Kaplama derisindeki pigment hücreleri başın her yerine dağılmıştır ve ilgi çekici bölgedeki floresan sinyaline müdahale etmektedir (burada, beyincik). Bu durumdaki larva ile beynin yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde etmek mümkün değildir. ?...
Sunulan yöntem, beyin izolasyonuna veya zebra balığı larvalarının in vivo ortamlarında yüksek çözünürlüklü nöron görüntülerini kaydetmek için pigmentasyonu engelleyen farmasötiklerle tedavisine alternatif bir yaklaşım sağlar. Bu yöntemle kaydedilen görüntülerin kalitesi, ekilmiş beyinlerden gelen görüntülerle karşılaştırılabilir, ancak doğal koşullar altında.
Ayrıca, floresan yoğunluğunda bir kayıp önlenir, çünkü fiksatiflerle tedaviye ge...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Özellikle timo Fritsch'e mükemmel hayvan bakımı için ve Hermann Döring, Mohamed Elsaey, Sol Pose-Méndez, Jakob von Trotha, Komali Valishetti ve Barbara Winter'a yardımsever destekleri için teşekkür ederiz. Köster laboratuvarının diğer tüm üyelerine de geri bildirimleri için minnettarız. Proje kısmen Alman Araştırma Vakfı (DFG, KO1949/7-2) 241961032 (RWK'ya) ve Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF; Era-Net NEURON II CIPRESS projesi 01EW1520 to JCM) kabul edilmektedir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Calcium chloride | Roth | A119.1 | |
Confocal Laser scanning microscope | Leica | TCS SP8 | |
d-Glucose | Sigma | G8270-1KG | |
d-Tubocurare | Sigma-Aldrich | T2379-100MG | |
Glass Capillary type 1 | WPI | 1B150F-4 | |
Glass Capillary type 2 | Harvard Apparatus | GC100F-10 | |
Glass Coverslip | deltalab | D102424 | |
HEPES | Roth | 9105.4 | |
Hoechst 33342 | Invitrogen (Thermo Fischer) | H3570 | |
Imaging chamber | Ibidi | 81156 | |
Potassium chloride | Normapur | 26764298 | |
LM-Agarose | Condalab | 8050.55 | |
Magnesium chloride (Hexahydrate) | Roth | A537.4 | |
Microscope Camera | Leica | DFC9000 GTC | |
Needle-Puller type 1 | NARISHIGE | Model PC-10 | |
Needle-Puller type 2 | Sutter Instruments | Model P-2000 | |
Pasteur-Pipettes 3ml | A.Hartenstein | 20170718 | |
Sodium chloride | Roth | P029.2 | |
Sodium hydroxide | Normapur | 28244262 | |
Tricain | Sigma-Aldrich | E10521-50G | |
Waterbath | Phoenix Instrument | WB-12 | |
35 mm petri dish | Sarstedt | 833900 | |
90 mm petri dish | Sarstedt | 821473001 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır