Name: in vivo calcium imaging in c. elegans body wall muscles
Uploaded: 2019-10-20T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles at JoVE.com

De auteurs bedanken Dr. Alexander Gottschalk voor ZX1659, de RCaMP en channelrhodopsin met worm stam, Dr. Hongkyun Kim voor de SLO-1 (eg142) worm stam, en het nationale Bioresource project voor de SCA-1 (tm5339) worm stam.

1. Microscoop-installatie
<ol><li>Gebruik een samengestelde microscoop met fluorescentie mogelijkheden. Voor deze studie werden gegevens verzameld op een rechtopstaande Microscoop (tabel van materialen) uitgerust met led's voor excitatie.</li>
	<li>Om fluorescentie veranderingen in de spieren van het lichaam goed te visualiseren, gebruik een hoge vergroting doelstelling.<ol>
<li>Voor ontleed preparaten, gebruik een 60x NA 1,0 water onderdompeling doel (tabel van materialen).</li>
		<li...

<ol>
	<li>Nakai, J., Ohkura, M., Imoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high+signal-to-noise+Ca2++probe+composed+of+a+single+green+fluorescent+protein.">A high signal-to-noise Ca2+ probe composed of a single green fluorescent protein.</a> Nature Biotechnology. 19 (2), 137-141 (2001).</li><li>Akerboom, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+encoded+calcium+indicators+for+multi-color+neural+activity+imaging+and+combination+with+optogenetics.">Genetically encoded calcium indicators for multi-color neural activity imaging and combination with optogenetics.</a> Frontiers in Molecular Neuroscience. 6, 1-29 (2013).</li><li>Nagel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Activation+of+Channelrhodopsin-2+in+Excitable+Cells+of+Caenorhabditis+elegans+Triggers+Rapid+Behavioral+Responses.">Light Activation of Channelrhodopsin-2 in Excitable Cells of Caenorhabditis elegans Triggers Rapid Behavioral Responses.</a> Current Biology. 15 (24), 2279-2284 (2005).</li><li>Liewald, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+analysis+of+synaptic+function.">Optogenetic analysis of synaptic function.</a> Nature Methods. 5 (10), 895-902 (2008).</li><li>Fang-Yen, C., Gabel, C. V., Samuel, A. D. T., Bargmann, C. I., Avery, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+Microsurgery+in+Caenorhabditis+elegans.">Laser Microsurgery in Caenorhabditis elegans.</a> Methods Cell Biology. 107, 177-206 (2012).</li><li>Lewis, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cholinergic+Receptor+Mutants+of+the+Nematode+Caenorhabditis+elegans.">Cholinergic Receptor Mutants of the Nematode Caenorhabditis elegans.</a> The Journal of Neuroscience. 7 (10), 3059-3071 (1987).</li><li>Lewis, J. A., Wu, C. H., Berg, H., Levine, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetics+of+levamisole+resistance+in+the+nematode+Caenorhabditis+elegans.">The genetics of levamisole resistance in the nematode Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 95 (4), 905-928 (1980).</li><li>Richmond, J. E., Jorgensen, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One+GABA+and+two+acetylcholine+receptors+function+at+the+C.+elegans+neuromuscular+junction.">One GABA and two acetylcholine receptors function at the C. elegans neuromuscular junction.</a> Nature Neuroscience. 9, 791-798 (1999).</li><li>Kim, E., Sun, L., Gabel, C. V., Fang-Yen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Term+Imaging+of+Caenorhabditis+elegans+Using+Nanoparticle-Mediated+Immobilization.">Long-Term Imaging of Caenorhabditis elegans Using Nanoparticle-Mediated Immobilization.</a> PLoS ONE. 8 (1), 1-6 (2013).</li><li>Edelstein, A., Amodaj, N., Hoover, K., Vale, R., Stuurman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+control+of+microscopes+using+umanager.">Computer control of microscopes using umanager.</a> Current Protocols in Molecular Biology. (Suppl 92), 1-17 (2010).</li><li>Richmond, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissecting+and+Recording+from+The+C.+Elegans+Neuromuscular+Junction.">Dissecting and Recording from The C. Elegans Neuromuscular Junction.</a> Journal of Visualized Experiments. (24), 1-4 (2009).</li><li>Hoon Cho, J., Bandyopadhyay, J., Lee, J., Park, C. S., Ahnn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+isoforms+of+sarco/endoplasmic+reticulum+calcium+ATPase+(SERCA)+are+essential+in+Caenorhabditis+elegans.">Two isoforms of sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA) are essential in Caenorhabditis elegans.</a> Gene. 261, 211-219 (2000).</li><li>Zwaal, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Sarco-Endoplasmic+Reticulum+Ca2++ATPase+Is+Required+for+Development+and+Muscle+Function+in+Caenorhabditis+elegans.">The Sarco-Endoplasmic Reticulum Ca2+ ATPase Is Required for Development and Muscle Function in Caenorhabditis elegans.</a> The Journal of Biological Chemistry. 276 (47), 43557-43563 (2001).</li><li>Stammers, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+regulation+of+sarco(endo)plasmic+reticulum+calcium-ATPases+(SERCA).">The regulation of sarco(endo)plasmic reticulum calcium-ATPases (SERCA).</a> Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 93, 1-12 (2015).</li><li>Clapham, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+Signaling.">Calcium Signaling.</a> Cell. 131, 1047-1058 (2007).</li><li>Hovnanian, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serca+pumps+and+human+diseases.">Serca pumps and human diseases.</a> Calcium Signalling and Disease: Molecular Pathology of Calcium. , 337-363 (2007).</li><li>Periasamy, M., Kalyanasundaram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SERCA+pump+isoforms:+Their+role+in+calcium+transport+and+disease.">SERCA pump isoforms: Their role in calcium transport and disease.</a> Muscle and Nerve. 35 (4), 430-442 (2007).</li><li>Gehlert, S., Bloch, W., Suhr, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ca2+-Dependent+Regulations+and+Signaling+in+Skeletal+Muscle:+From+Electro-Mechanical+Coupling+to+Adaptation.">Ca2+-Dependent Regulations and Signaling in Skeletal Muscle: From Electro-Mechanical Coupling to Adaptation.</a> International Journal of Molecular Sciences. 16, 1066-1095 (2015).</li><li>Martin, A. A., Richmond, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sarco(endo)plasmic+reticulum+calcium+ATPase+SCA-1+regulates+the+Caenorhabditis+elegans+nicotinic+acetylcholine+receptor+ACR-16.">The sarco(endo)plasmic reticulum calcium ATPase SCA-1 regulates the Caenorhabditis elegans nicotinic acetylcholine receptor ACR-16.</a> Cell Calcium. 72, 104-115 (2018).</li><li>Wang, Z., Saifee, O., Nonet, M. L., Salkoff, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SLO-1+Potassium+Channels+Control+Quantal+Content+of+Neurotransmitter+Release+at+the+C.+elegans+Neuromuscular+Junction.">SLO-1 Potassium Channels Control Quantal Content of Neurotransmitter Release at the C. elegans Neuromuscular Junction.</a> Neuron. 32, 867-881 (2001).</li><li>Abraham, L. S., Oh, H. J., Sancar, F., Richmond, J. E., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Alpha-Catulin+Homologue+Controls+Neuromuscular+Function+through+Localization+of+the+Dystrophin+Complex+and+BK+Channels+in+Caenorhabditis+elegans.">An Alpha-Catulin Homologue Controls Neuromuscular Function through Localization of the Dystrophin Complex and BK Channels in Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Genetics. 6 (8), 1-13 (2010).</li><li>Gourgou, E., Chronis, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemically+induced+oxidative+stress+affects+ASH+neuronal+function+and+behavior+in+C.+elegans.">Chemically induced oxidative stress affects ASH neuronal function and behavior in C. elegans.</a> Scientific Reports. 6, 1-9 (2016).</li><li>Zahratka, J. A., Williams, P. D. E., Summers, P. J., Komuniecki, R. W., Bamber, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serotonin+differentially+modulates+Ca2++transients+and+depolarization+in+a+C.+elegans+nociceptor.">Serotonin differentially modulates Ca2+ transients and depolarization in a C. elegans nociceptor.</a> Journal of Neurophysiology. 113 (4), 1041-1050 (2015).</li><li>Kerr, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+of+calcium+transients+in+neurons+and+pharyngeal+muscle+of+C.+elegans.">Optical imaging of calcium transients in neurons and pharyngeal muscle of C. elegans.</a> Neuron. 26 (3), 583-594 (2000).</li><li>Nekimken, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pneumatic+stimulation+of+C.+elegans+mechanoreceptor+neurons+in+a+microfluidic+trap.">Pneumatic stimulation of C. elegans mechanoreceptor neurons in a microfluidic trap.</a> Lab Chip. 17 (6), 1116-1127 (2017).</li><li>Chung, S. H., Sun, L., Gabel, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+Neuronal+Calcium+Imaging+in+C.+elegans.">In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans.</a> Journal of Visualized Experiments. (74), 1-9 (2013).</li><li>Jospin, M., Jacquemond, V., Mariol, M. C., S&#233;galat, L., Allard, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+L-type+voltage-dependent+Ca2+channel+EGL-19+controls+body+wall+muscle+function+in+Caenorhabditis+elegans.">The L-type voltage-dependent Ca2+channel EGL-19 controls body wall muscle function in Caenorhabditis elegans.</a> Journal of Cell Biology. 159 (2), 337-347 (2002).</li><li>Wabnig, S., Liewald, J. F., Yu, S., Gottschalk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Throughput+All-Optical+Analysis+of+Synaptic+Transmission+and+Synaptic+Vesicle+Recycling+in+Caenorhabditis+elegans.">High-Throughput All-Optical Analysis of Synaptic Transmission and Synaptic Vesicle Recycling in Caenorhabditis elegans.</a> PLoS ONE. , 1-26 (2015).</li></ol>

GECIs zijn een krachtig hulpmiddel in C. elegans neurobiologie. Vorige werk heeft gebruikt calcium Imaging technieken om een breed scala van functies in zowel neuronen en spiercellen, met inbegrip van zintuiglijke en gedragsmatige reacties, met gevarieerde methoden van stimulatie te onderzoeken. Sommige studies hebben chemische stimuli gebruikt om te leiden tot calcium transiënten in sensorische as neuronen22,23 of voor het opwekken van calcium golven i...

Dit document presenteert methoden voor in vivo calcium beeldvorming van C. elegans lichaam wand spieren met behulp van optogenetische neuronale stimulatie. Het koppelen van een spier uitgedrukt genetisch gecodeerde calcium indicator (GECI) met blauw licht veroorzaakte neuronale depolarisatie en biedt een systeem om de Evoked postsynaptisch calcium transiënten duidelijk te observeren. Dit vermijdt het gebruik van elektrische stimulatie, waardoor een niet-invasieve analyse van mutanten die de postsynaptische calcium dynamiek beïnvloeden.
Single-fluorophore GECIs, zoals GCaMP, maakt gebruik van een enkele fluorescerende proteïne molecuul gesmolten tot de M13 domein van myosin Light Chain kinase aan de N-Terminal einde en Calmoduline (CaM) op de C-Terminus. Bij calcium binding ondergaat het CaM-domein, dat een hoge affiniteit heeft met calcium, een conformationele verandering die een daaropvolgende conformationele verandering in het fluorescerende eiwit veroorzaakt, wat leidt tot een toename van de intensiteit van de fluorescentie1. GCaMP fluorescentie is opgewonden op 488 nm, waardoor het ongeschikt is om te worden gebruikt in combinatie met channelrhodopsin, die een vergelijkbare excitatie golflengte van 473 nm heeft. Daarom moet het groene fluorescerende eiwit van GCaMP worden vervangen door een rood fluorescerende proteïne, mRuby (RCaMP), om de calcium metingen met channelrhodopsine stimulatie te kunnen koppel. Met behulp van de spier uitgedrukt RCaMP, in combinatie met de cholinerge motorische neuron expressie van channelrhodopsin, maakt studies mogelijk op de worm neuromusculaire kruising (NMJ) met gelijktijdig gebruik van optogenetica en functionele beeldvorming binnen hetzelfde dier 2.
Het gebruik van channelrhodopsin omzeilt de noodzaak van de elektrische stimulatie om de neuromusculaire knooppunten van C. eleganste depolariseren, wat alleen kan worden bereikt in ontleed preparaten, waardoor deze techniek zowel eenvoudiger in gebruik en preciezer bij het targeten van specifieke weefsels. Bijvoorbeeld, channelrhodopsin is eerder gebruikt in C. elegans om reversibel activeren specifieke neuronen, leidt tot ofwel robuuste activering van excitatory of remmende neuronen3,4. Het gebruik van lichtgestimuleerde depolarisatie omzeilt ook de kwestie van neuronale schade als gevolg van de directe elektrische stimulatie. Dit biedt de mogelijkheid om de effecten van veel verschillende stimulatie protocollen, met inbegrip van aanhoudende en herhaalde stimulaties, op postsynaptisch calcium Dynamics4te onderzoeken.
Het transparante karakter van C. elegans maakt het ideaal voor de fluorescerende beeldvormende functionaalanalyse. Echter, bij het stimuleren van de excitatory acetylcholine neuronen op de NMJ, dieren worden verwacht te reageren met een onmiddellijke spiercontractie4, waardoor de immobilisatie van de wormen kritisch in het visualiseren van discrete calcium veranderingen. Traditioneel, farmacologische agenten zijn gebruikt voor het verlammen van de dieren. Een dergelijke drug gebruikt is Levamisole, een cholinerge acetylcholine receptor agonist5,6,7. Aangezien levamisol leidt tot de aanhoudende activering van een subtype van excitatory spier receptoren, is dit reagens ongeschikt voor de studie van de spier calcium dynamiek. De werking van levamisol induceert postsynaptische depolarisatie, verheffende het cytosolische calcium en occluderende waarnemingen na presynaptische stimulatie. Om het gebruik van verlamde drugs te voorkomen, we onderzochten twee alternatieve methoden om te immobiliseren C. elegans. Dieren werden ofwel gelijmd en vervolgens ontleed open om de lichaamsspieren bloot te stellen, vergelijkbaar met de bestaande C. elegans nmj elektrofysiologie methode8, of nano kralen werden gebruikt om intacte dieren te immobiliseren9. Beide procedures toegestaan voor de reproduceerbare metingen van de rust en Evoked spier calcium transiënten die gemakkelijk kwantificeerbaar waren.
De methoden in dit papier kunnen worden gebruikt om de baseline cytosolische calciumspiegels en transiënten in postsynaptisch Body Wall spiercellen in C. eleganste meten. Voorbeelden van gegevens met de twee verschillende immobilisatie technieken worden gegeven. Beide technieken maken gebruik van optogenetics om de spiercellen te depolariseren zonder het gebruik van elektrische stimulatie. Deze voorbeelden tonen de haalbaarheid van deze methode aan bij het evalueren van mutaties die de postsynaptische behandeling van calcium in de wormen beïnvloeden en wijzen op de voors en tegens van de twee immobilisatie benaderingen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>all-trans retinal</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>R2500</td>
			<td>Necessary for excitation of channel rhodopsin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amber LED</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>RCaMP illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino UNO</td>
			<td>Mouser</td>
			<td>782-A000066</td>
			<td>Controls fluorescence illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue LED</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>channelrhodopsin illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BX51WI microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Fixed state compound microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Current controlled low noise linear power supply</td>
			<td>Ametek</td>
			<td>Sorenson</td>
			<td>Controls LED intensity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Igor Pro</td>
			<td>Wavemetrics</td>
			<td>Wavemetrics.com</td>
			<td>Graphing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td>imagej.nih.gov</td>
			<td>Image processing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LUMFLN 60x water NA 1.4</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Water immersion objective for dissected preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Master-8 Stimulator</td>
			<td>A.M.P.I</td>
			<td></td>
			<td>Master timer for image acquisition and LED illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-Manager</td>
			<td></td>
			<td>micro-manager.org</td>
			<td>Controls camera acquisition and LED excitiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td></td>
			<td>Spreadsheet software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pco.edge 4.2 CMOS camera</td>
			<td>pco.</td>
			<td>4.2</td>
			<td>High-speed camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PlanApo N 60x oil NA 1.4</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Oil immersion objective for nanobead preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polybead microspheres</td>
			<td>Polysciences, Inc.</td>
			<td>00876-15</td>
			<td>For worm immobilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>solid state switches</td>
			<td>Sensata Technologies</td>
			<td>Crydom CMX100D6</td>
			<td>Controls timing of LED illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transgenic strain, sca-1(tm5339); [zxIs6{Punc17::chop-2 
			(h134R)::yfp,lin-15(+)}; 
			Pmyo3::RCaMP35]</td>
			<td>Richmond Lab</td>
			<td>SY1627</td>
			<td>Excitatory neuronal channelrhodopsin and body wall muscle RCaMP expressing worm line with SERCA mutant allele</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transgenic strain, slo-1 (eg142); [zxIs6{Punc17::chop-2 
			(h134R)::yfp,lin-15(+)}; 
			Pmyo3::RCaMP35]</td>
			<td>Richmond Lab</td>
			<td></td>
			<td>Excitatory neuronal channelrhodopsin and body wall muscle RCaMP expressing worm line with calcium-activated BK potassium channel mutant allele</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transgeneic strain, [zxIs6{Punc17::chop-2 
			(h134R)::yfp,lin-15(+)}; 
			Pmyo3::RCaMP35]</td>
			<td>Gottschalk Lab</td>
			<td>ZX1659</td>
			<td>Excitatory neuronal channelrhodopsin and body wall muscle RCaMP expressing worm line</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo calcium imaging in c. elegans body wall muscles

Het modelorganisme C. elegans biedt een uitstekend systeem om in vivo calcium beeldvorming uit te voeren. Het transparante lichaam en de genetische manipulability zorgen voor de gerichte expressie van genetisch gecodeerde calcium sensoren. Dit protocol schetst het gebruik van deze sensoren voor de in vivo beeldvorming van de calcium dynamica in gerichte cellen, met name de lichaamsspieren van de wormen. Door gebruik te maken van de co-expressie van presynaptische channelrhodopsin, stimulatie van acetylcholine vrijlating van excitatory motorneuronen kan worden geïnduceerd met behulp van blauw lichtpulsen, resulterend in spier depolarisatie en reproduceerbare veranderingen in cytoplasmatische calcium Niveaus. Twee worm immobilisatie technieken worden besproken met verschillende moeilijkheidsgraden. Vergelijking van deze technieken toont aan dat beide benaderingen de Fysiologie van het neuromusculaire knooppunt behouden en de reproduceerbare kwantificering van calcium transiënten mogelijk maken. Door optogenetica en functionele calcium beeldvorming te koppelen, kunnen veranderingen in postsynaptische calcium behandeling en homeostase worden geëvalueerd in een verscheidenheid aan Mutante achtergronden. Gepresenteerde gegevens valideert zowel immobilisatie technieken en onderzoekt specifiek de rollen van de C. elegans Sarco (endo) plasmische Reculaire calcium ATPase en het calcium-geactiveerde BK kalium kanaal in de Body Wall muscle calcium regulatie.

Deze techniek evalueerde veranderingen in mutanten die invloed hadden op de behandeling van calcium of spier depolarisatie. De baseline fluorescentie spiegels en de fluorescerende transiënten werden gevisualiseerd en de rust cytosolische calcium-en calcium kinetiek in de spier werden geëvalueerd. Het is belangrijk dat de dieren gedurende ten minste drie dagen op het all-trans retinale zijn geteeld om te zorgen voor een geslaagde opname van retinale, waardoor de channelrhodopsin vervolge...

Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles at JoVE.com

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles

Deze methode biedt een manier om te koppel optogenetics en genetisch gecodeerde calcium sensoren om beeld Baseline cytosolische calcium niveaus en veranderingen in opgeroepen calcium transiënten in het lichaam muur spieren van het modelorganisme C. elegans.

In vivo calcium beeldvorming in C. elegans lichaam muur spieren

The model organism C. elegans provides an excellent system to perform in vivo calcium imaging. Its transparent body and genetic manipulability allow for ...

Dit protocol biedt twee methoden om C.Elegans te mobiliseren om in vivo calciumbeeldvorming van lichaamswandspieren uit te voeren. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van vragen met betrekking tot calcium homeostase en calcium behandeling, en een toegankelijke synaps in genetisch goed bereikbaar organisme. Deze techniek kan een beter begrip bieden van de mechanismen die spiercalciumhomeostase reguleren en kan daarom belangrijk zijn bij het identificeren van omstandigheden of moleculaire paden die van invloed zijn op de samentrekking van opwinding door de verkeerde regulering van calciumfietsen.Deze methoden kunnen inzicht geven in onderzoeksgebieden, waaronder, maar ook niet beperkt, neurobiologie, ontwikkelingsbiologie en celbiologie. Deze technieken kunnen worden aangepast om een verscheidenheid aan celtypen en C.elegans, andere verwante aaltjes en filsafatlarven te bestuderen. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang, zodat de onderzoeker de dessectietechniek kan begrijpen en calciumtransiënten van goed geïmmobiliseerde dieren nauwkeurig kan beoordelen.Begin met het opzetten van de microscoop voor fluorescerende beeldvorming. Gebruik een wetenschappelijke CMOS-camera die full frame imaging op 100 hertz kan gebruiken om snelle veranderingen in calciumniveaus bij te houden. Controle camera acquisitie en LED fluorescerende excitatie met een micromanager software draait in ImageJ.Gebruik een opensource elektronische platform plug-in die verbinding maakt met een externe opensource microcontroller bord om de externe timing pulsen die fluorescerende excitaties controle te beheren. Als u de timinglogica wilt beheren, activeert u het micromanager-acquisitieprotocol in de software volgens de instructies van de fabrikant. Gebruik twee LED's om kanaalodopsine met blauw licht te stimuleren en RCaMP-veranderingen op te nemen.Activeer kanaal rhodopsin met am LED met de piek toelating golflengte van 470 nanometer en een bandpass filter, en prikkel RCaMP met een LED met een piek toelating golflengte van 594 nanometer en een bandpass filter. Co-verlicht beide LED's en zend het licht naar hetzelfde optische pad met behulp van een dichroic beam combiner. Bedien de timing van de LED-verlichting met een solid state switches die worden aangestuurd door TTL-signalen volgens de hand van manuscriptaanwijzingen en stel de LED-intensiteit in met de huidige gecontroleerde load noise lineaire voedingen en programmeer vervolgens het blauwe lichtsimulatieprotocol in een simulator.In dit experiment zet de blauwe lichtsimulatie aan na twee seconden van het vangen van RCaMP fluorescentie alleen en gebruik een trein van vijf, twee milliseconden blauwe lichtpulsen met 50 milliseconde intervallen om kanaal rhodopsine te activeren. Bij gebruik van de dissectie voorbereiding, uitvoeren C.elegans dissectie bij weinig licht. Plaats de dieren in de dissectieschaal met de met siliconen gecoate coverslipbasis die is gevuld met een één millimole calcium extracellulaire oplossing bereid volgens manuscriptaanwijzingen.Lijm de dieren met behulp van de vloeibare actuele huid lijm met blauwe kleur langs de rug kant van de worm. En maak een laterale cuticula incisie langs de lijm en worm interface met behulp van glazen naalden. Gebruik een mondpipet om de interne ingewanden uit de wormholte te halen en lijm vervolgens de cuticulaflap van het dier om de ventrale middenwandspieren bloot te leggen voor beeldvorming.Bij gebruik van de nano-kraal preparaat, maak een gesmolten 5%Agra oplossing met behulp van gedestilleerd water tot een eindvolume van 100 milliliter. Gebruik een Pasteur pipet om een druppel gesmolten-Agra oplossing op een glazen glijbaan te plaatsen en onmiddellijk plaats een tweede glazen glijbaan over de top met behulp van voorzichtig druk om een zelfs Agra's pad te creëren. Verwijder de bovenste dia en op ongeveer vier microliters van polystyreen nano-kralen naar het midden van de pad.Voeg bij weinig licht vier tot zes C.elegans toe aan de nano-kralenoplossing, om ervoor te zorgen dat de dieren niet op elkaar liggen en leg voorzichtig een coverlip op de top. Wanneer wanneer klaar om beeld, plaats de voorbereide dia of dissectie schotel op de microscoop en vinden en richten op een worm met behulp van 10 keer vergroting en dim heldere veld verlichting. Schakel over op 60 keer vergroting in RCaMP fluorescerende opwinding om een ventrum mediale lichaamswandspier te identificeren die voor de vulva en in het juiste vocale vlak is.Verander vervolgens de beeldroute van het oculair naar de camera door de schakelaar uit te trekken en live te klikken binnen de software voor gegevensverwerving. Klik op de ORI-knop in de software voor gegevensverwerving en maak een vak rond de spier waarop wordt gefocust. Schakel op de stimulator het eerder geprogrammeerde blauwe lichtstimulatiepad in en klik vervolgens op Acquire op de beeldsoftware om het beeld vast te leggen.Wanneer C.elegans worden geteeld op all-trans netvlies, met succes waarin retinale en het activeren van het kanaal rhodopsine, een calcium voorbijgaande kan worden opgeroepen. Als dieren niet worden blootgesteld aan all-trans retinale geen spier calcium voorbijgaande wordt geactiveerd. Dit protocol werd gebruikt om verlies van functie sca-1 mutanten te onderzoeken, die invloed hebben op de sarcoplasmatische reticulum calciumpomp gecodeerd door het sca-1 gen.Maar, de dissectie voorbereiding toeneemt in baseline niveaus van RCaMP fluorescentie werden waargenomen in de mutant in vergelijking met de controle, wat suggereert dat de mutatie de verhoogde niveaus van rustende cytoplasma calcium nodig heeft. Er was een significante afname van piekcalciumniveaus in de sca-1 mutanten in vergelijking met de controle. Echter, geen verandering werd gezien in de stijging van de piektijd of de helft verval tijd.Belangrijk is dat vergelijkbare resultaten kunnen worden waargenomen met behulp van de minder technisch uitdagende nano-kraal voorbereiding. Verlies van functieslo-mutanten, die de calcium geactiveerde grote kaliumkanalen verstoren, werden geëvalueerd om mutanten te onderzoeken die indirect van invloed zijn op de behandeling van calcium in C.elegans. Toen de basisniveaus van RCaMP werden gemeten, vertoonden de mutanten een verhoogde fluorescentie in vergelijking met de controles.Bij de evaluatie van de kinetiek van het calcium voorbijgaande geen veranderingen in piek calciumniveaus werden gezien. De slo-1(eg142)mutanten vertoonden echter een aanzienlijk verhoogde stijging tot piektijd. De belangrijkste stap om te onthouden bij het voltooien van de procedure is om proefdieren klaar in all-trans retinale.Zonder deze stap zal het kanaal rhodopsine inactief zijn, voorkomen dat licht geïnduceerde calcium voorbijgaand wordt geactiveerd. Na deze procedure kunnen elektrofysiologie en gedragsanalyse worden gedaan om de functionele impact van waargenomen veranderingen in calciumhomeostase te evalueren. Met behulp van de immobilisatie methoden hier beschreven, effent de weg voor verdere verkenning van calcium dynamiek en toont aan dat vergelijkbare resultaten kunnen worden waargenomen in reactie op optogenetische neuronale stimulatie en het vastleggen van spier calcium voorbijgaande stoffen met behulp van de veel minder uitdagende kraal immobilisatie techniek.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

In Vivo Calcium Imaging in C. elegans Body Wall Muscles

Detection of the pH-dependent Activity of Escherichia coli Chaperone HdeB In Vitro and In Vivo

Detection of the pH-dependent Activity of Escherichia coli Chaperone HdeB In Vitro and In Vivo

Detectie van de pH-afhankelijke activiteit van<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Chaperone HdeB<em&gt; In Vitro</em&gt; en<em&gt; In Vivo</em

Bacteria are frequently exposed to environmental changes, such as alterations in pH, temperature, redox status, light exposure or mechanical force. Many ...

Combining Raman Imaging and Multivariate Analysis to Visualize Lignin, Cellulose, and Hemicellulose in the Plant Cell Wall

Combinatie van Raman Imaging en Multivariate Analysis om Lignine, Cellulose en Hemicellulose in de Plant Cell Wall te visualiseren

The application of Raman imaging to plant biomass is increasing because it can offer spatial and compositional information on aqueous solutions. The ...

Preparation of Keratin Hydrolysate from Chicken Feathers and Its Application in Cosmetics

Voorbereiding van keratine hydrolysaat van kippenveren en haar toepassing in cosmetica

Keratin hydrolysates (KHs) are established standard components in hair cosmetics. Understanding the moisturizing effects of KH is advantageous for ...

Structural Characterization of Mannan Cell Wall Polysaccharides in Plants Using PACE

Structurele karakterisering van Mannan celwand polysacchariden in installaties die gebruikmaken van tempo

Plant cell wall polysaccharides are notoriously difficult to analyze, and most methods require expensive equipment, skilled operators, and large amounts ...

Growing Protein Crystals with Distinct Dimensions Using Automated Crystallization Coupled with In Situ Dynamic Light Scattering

Growing Protein Crystals with Distinct Dimensions Using Automated Crystallization Coupled with In Situ Dynamic Light Scattering

Groeiende eiwit kristallen met verschillende afmetingen, met behulp van geautomatiseerde kristallisatie in combinatie met In Situ Dynamische lichtverstrooiing

The automated crystallization device is a patented technique1 especially developed for monitoring protein crystallization experiments with the aim to ...

A Colorimetric Method for Measuring Iron Content in Plants

Een colorimetrische methode voor het meten van ijzergehalte in planten

Iron, one of the most important micronutrients in living organisms, is involved in basic processes, such as respiration and photosynthesis. Iron content ...

Calibration-free In Vitro Quantification of Protein Homo-oligomerization Using Commercial Instrumentation and Free, Open Source Brightness Analysis Software

Calibration-free In Vitro Quantification of Protein Homo-oligomerization Using Commercial Instrumentation and Free, Open Source Brightness Analysis Software

Kalibratie-gratis In Vitro kwantificering van eiwit Homo-oligomerisatie met behulp van commerciële instrumentatie en Software van de analyse van de helderheid van gratis, Open Source

Number and brightness is a calibration-free fluorescence fluctuation spectroscopy (FFS) technique for detecting protein homo-oligomerization. It can be ...

Detection of Phospholipase C Activity in the Brain Homogenate from the Honeybee

Detectie van Phospholipase C activiteit in de hersenen homogenaat van de honingbij

The honeybee is a model organism for evaluating complex behaviors and higher brain function, such as learning, memory, and division of labor. The mushroom ...

In Vivo Hydroxyl Radical Protein Footprinting for the Study of Protein Interactions in Caenorhabditis elegans

In Vivo Hydroxyl Radical Protein Footprinting for the Study of Protein Interactions in Caenorhabditis elegans

In Vivo Hydroxyl Radical Protein Footprinting voor de studie van eiwitinteracties in Caenorhabditis elegans

Fast oxidation of proteins (FPOP) is a hydroxyl radical protein footprinting (HRPF) method used to study protein structure, protein-ligand interactions, ...

Characterization of Amyloid Structures in Aging C. Elegans Using Fluorescence Lifetime Imaging

Characterization of Amyloid Structures in Aging C. Elegans Using Fluorescence Lifetime Imaging

Karakterisering van Amyloïde Structuren in Aging C. Elegans met behulp van Fluorescentie Lifetime Imaging

Amyloid fibrils are associated with a number of neurodegenerative diseases such as Huntington&#39;s, Parkinson&#39;s, or Alzheimer&#39;s disease. These ...