Summary

Электроретинограммы Анализ визуальной ответ в данио рерио Личинки

Published: March 16, 2015
doi:

Summary

We present a method for the electroretinographic (ERG) analysis of zebrafish larvae utilizing micromanipulation and electroretinography techniques. This is a simple and straightforward method for assaying visual function of zebrafish larvae in vivo.

Abstract

Электроретинограммы (ERG) является неинвазивного электрофизиологического метода определения функции сетчатки. Путем размещения электрода на поверхности роговицы, электрической активности генерируется в ответ на света может быть измерена и использована для оценки активности клеток сетчатки в естественных условиях. Эта рукопись описывает использование ЭРГ для измерения зрительную функцию у рыбок данио. Данио рерио уже давно используется в качестве модели для позвоночных развития из-за легкости подавления генов с помощью морфолино олигонуклеотидов и фармакологической манипуляции. У 5-10 DPF, только шишки функционал в личиночной сетчатки. Таким образом, данио, в отличие от других животных, является мощным модельной системой для изучения конуса зрительной функции в живом организме. Этот протокол использует стандартный анестезии, микроманипуляция и стереомикроскопия протоколы, которые являются общими в лаборатории, которые проводят данио исследования. Изложенные методы использовать стандартный электрофизиологии эквоборудования, а также малой освещенности для направления размещения записи микроэлектрода на личиночной роговицы. Наконец, показано, как коммерчески доступный ЭРГ стимулятор / записывающее устройство первоначально разработана для использования с мышами могут быть легко адаптированы для использования с данио. ERG личинок рыбок данио обеспечивает отличную метод опробования конуса зрительную функцию у животных, которые были изменены морфолиновой инъекции олигонуклеотидов, а также новые технические методы, генома, такие как цинковый палец нуклеаз (ZFNs), активатора транскрипции-Like Effector Нуклеазы (Таленс), и Кластерные Регулярно Interspaced Короткие палиндромную повторов (CRISPR) / Cas9, все из которых привели к значительному увеличению эффективности и действенности генного таргетинга у рыбок данио. Кроме того, мы воспользуемся возможностью фармакологических агентов проникнуть данио личинки оценить молекулярные компоненты, которые способствуют фотоотклике. Этот протокол описывает установку, которая может быть изменена и используется исследователямис различных экспериментальных целей.

Introduction

Электроретинограммы (ERG) является неинвазивного электрофизиологического метода, который широко используется в клинике для определения функции сетчатки у людей. Электрической активности в ответ на световой раздражитель измеряется путем помещения записи электродов на внешней поверхности роговицы. Характеристики стимула парадигмы и сигнала отклика определить нейронов сетчатки, способствующих ответ. Этот метод был адаптирован для использования с рядом моделей животных, включая мышей и данио. Типичный позвоночных ответ ERG имеет четыре основных компонента: а-волна, которая роговица-отрицательный потенциал происходит от фоторецепторов активности клеток; б-волна, роговица-положительный потенциал происходит от биполярного клеток; D-Wave, роговица-положительный потенциал интерпретируется как деятельности ВЫКЛ биполярных клеток; и C-волна, которая наступает через несколько секунд после того, как б-волны и отражает деятельность в Müller глии и в отставкеИнал пигментный эпителий 1-4. Дополнительные ссылки для понимания истории и принципы анализа ERG в организме человека и модельных животных онлайн учебник, WebVision из Университета штата Юта и текстов, таких как Принципы и практика клинического электрофизиологии Видение 4, 5.

Danio rerio (данио) уже давно выступает в качестве модели для позвоночных развития, в связи с быстрым созреванием и прозрачность, что позволяет для неинвазивной морфологического анализа систем органов, поведенческих тестов и прямом и обратном генетических экранов (для обзора см Fadool и Даулинг 6). Данио рерио личинки очень поддается генетической и фармакологической манипуляции, которые, в сочетании с их высокой плодовитостью, сделать их отличная модель животного для высокопроизводительного биологического анализа. Чем выше отношение конусам, чтобы стержней в личиночной данио – примерно 1: 1 по сравнению с мышами (~ 3% конусаS) – делают их особенно полезными при изучении функции конуса 7-9.

В сетчатки позвоночных, конусы развивать до стержней 10. Интересно, что данио конусы действуют уже в 4 денье, позволяя селективного электрофизиологического анализа конусов на этом этапе 6, 11,12. В отличие от этого, ответы эрг стержней появляются между 11 и 21 DPF 13. Таким образом, данио личинки 4-7 DPF служить функционально, как все-конуса сетчатки. Тем не менее, родной фотопического ERG ответ 4-7 DPF личинок преобладают б-волны. Применение фармакологических агентов, таких как L – (+) – 2-амино-4-фосфоно-масл ную кислоту (L-АР4), агонист для метаботропного глутамата (mGluR6) рецептора выражается ПО биполярных клеток, эффективно блокирует генерации В-волны и раскрывает изолированный рецепторный потенциал конус массу, ("волны") 14-17.

Здесь мы опишем простой и reliablе метод анализа ERG с использованием коммерчески доступного ERG оборудование, предназначенное для использования с мышами, которые были адаптированы для использования с данио личинок. Эта система может быть использована на данио личинок различной генетический фон, а также у пациентов, получавших фармакологических агентов, чтобы помочь исследователей в определении путей, которые способствуют визуальной чувствительности и световой сигнализации 16 адаптации. Экспериментальные методики, изложенные в этом протоколе поможет следователям в использовании анализа ERG, чтобы ответить на различные биологические вопросов, относящихся к видению, а также продемонстрировать строительство гибкой настройки ERG.

Protocol

Животное содержание и экспериментальные протоколы были одобрены уходу и использованию Институциональные комитеты животных университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, и отвечают всем требованиям NIH Управления лабораторных животных благосостояния и ассоциации по оценке и аккредитации лаборат…

Representative Results

Как правило, эрг, записанные на рыбок данио личинок 5 DPF, так как ряд исследований опубликованы ЭРГ записи на данном этапе 9, 16,20. Личиночные ответы были измерены в соответствии адаптируются к темноте условиях без фоновой подсветки с использованием 20 мс стимул белый светодиод. Мы ис?…

Discussion

В этом протоколе простая процедура ERG записи личинок рыбок данио подробно. Эта процедура позволяет быстро и всестороннего анализа визуального function.There несколько важных шагов в течение всей процедуры, которые должны храниться в памяти. Личинки данио должны быть здоровыми, прежде чем эк?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank members of the UNC Zebrafish Aquaculture facility for maintenance of the zebrafish. We would also like to thank Diagnosys, LLC for assistance with the setup of the ERG apparatus. Additional thanks go to Dr. Portia McCoy and the laboratory of Dr. Ben Philpot for assistance with electrophysiological methods. We also wish to thank Lizzy Griffiths for her illustration of a larval zebrafish. This work was supported by National Institutes of Health awards F32 EY022279 (to J.D.C) and R21 EY019758 (to E.R.W).

Materials

Name of the Material/Equipment Company Catalog Number Comments/ Description (optional)
Faraday cage 80/20 Inc custom Custom designed aluminum "Industrial Erector Set" for Cage framework
PVA sponge Amazon B000ZOWG1C Provides a soft, moist platform for placement of zebrafish larvae
150 ml Sterile Filter systems Corning 431154 Filtering solutions to prevent small articulates from blocking micropipettes
Espion E2 Diagnosys, LLC contact Modular electrophysiology system capable of generating visual stimuli for any stimulator and digital recording and analysis of responses using propietary software, more information at http://www.diagnosysllc.com
Colordome Diagnosys, LLC contact Light stimulator with RGB LED and Xenon light sources for Ganzfeld ERG, more information at http://www.diagnosysllc.com
Micromanipulator Drummond 3-000-024-R Holding and positioning the recording microelectrode
Magnetic ring stand Drummond 3-000-025-MB Holding and positioning of the camera and refrence electrode
Lead extensions Grass Technologies F-LX Spare female to male 1.5 mm lead cables for connecting electrodes
Male Pin to Female SAFELEAD Adaptor Grass Technologies DF-215/10 Connecting 2 mm pins to 1.5 headboard pins
Window screen frame (metal) and spline Lowes or Home Depot various For attaching copper mesh to Faraday cage framework
Steriflip 50 ml filters Millipore SCGP00525 Filtering solutions to prevent small articulates from blocking micropipettes
BNC adaptor Monoprice 4127 Connecting camera to BNC cable
BNC cable Monoprice 626 Connecting camera to video adaptor
Camera lens Navitar 1582232 Visualizing the positioning of the recording microelectrode onto the larval cornea
Camera coupler Navitar 1501149 Visualizing the positioning of the recording microelectrode onto the larval cornea
Luna BNC to VGA + HDMI Converter Sewell SW-29297-PRO BNC to VGA adaptor allowing camera image to project on computer monitor
APB Sigma A1910 mGluR6 agonist, blocks b-wave allowing analysis of the isolated cone mass receptor potential
Borosilicate glass Sutter BF-150-86-10 Fire- polished borosilicate glass (metling temperature = 821°C) with filament and dimensions of 1.5mm x 0.86 mm (outer diameter by inner diameter) 
P97 Flaming/Brown puller Sutter P97 For pulling glass micropipettes
Sorbothane sheet Thorlabs SB12A Synthetic viscoelastic urethane polymer, placed under Passive Isolation Mounts and ERG platform to absorb shock and prevent slipping, can be cut to size
Breadboard Thorlabs B2436F Vibration isolation platfrom for ERG stimulator and zebrafish specimen
Passive Isolation Mounts Thorlabs PWA074 Provides vibration isolation to breadboard
Copper mesh TWP 022X022C0150W36T To line Faraday Cage
Pipette pump VWR 53502-233 Used with Pasteur pipettes to carefully transfer zebrafish larvae
Pasteur pipettes VWR 14672-608 Used with Pipette pump to carefully transfer zebrafish larvae
Camera Watec WAT-902B Visualizing the positioning of the recording microelectrode onto the larval cornea
Tricaine (MS-222) Western Chemical Tricaine-S Pharmaceutical-grade anesthetic,
Micro-fil WPI MF28G-5 Filling microelectrode holder and microelectrode glass
Microelectrode holder WPI MEH2SW15 Holds glass microelectrode, connects to ERG equipment
Reference Electrode WPI DRIREF-5SH Carefully break off last centimeter of casing to drain electrolyte and expose sintered Ag/AgCl pellet electrode
Reference Electrode (alternative) WPI EP1 Alternative to DRIREF-5SH. Ag/AgCl electrode that must be wired/soldered to connecting lead
Low-noise cable for Microelectrode holder WPI 13620 Connecting recording microelctrode holder to adaptor/headboard

References

  1. Dowling, J. E. . The retina: an approachable part of the brain. , (1987).
  2. Makhankov, Y. V., Rinner, O., Neuhauss, S. C. An inexpensive device for non-invasive electroretinography in small aquatic vertebrates. J Neurosci. Methods. 135, 205-210 (2004).
  3. Wu, J., Peachey, N. S., Marmorstein, A. D. Light-evoked responses of the mouse retinal pigment epithelium. J Neurophysiol. 91, 1134-1142 (2004).
  4. Heckenlively, J. R., Arden, G. B. . Principles and Practice of Clinical Electrophysiology of Vision. , (2006).
  5. Perlman, I., Kolb, H., Nelson, R., Fernandez, E., Jones, B. . Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. , (1995).
  6. Fadool, J. M., Dowling, J. E. Zebrafish: a model system for the study of eye genetics. ProgRetin. Eye Res. 27, 89-110 (2008).
  7. Doerre, G., Malicki, J. Genetic analysis of photoreceptor cell development in the zebrafish retina. Mech. Dev. 110, 125-138 (2002).
  8. Brockerhoff, S. E., et al. Light stimulates a transducin-independent increase of cytoplasmic Ca2+ and suppression of current in cones from the zebrafish mutant nof. J Neurosci. 23, 470-480 (2003).
  9. Rinner, O., Makhankov, Y. V., Biehlmaier, O., Neuhauss, S. C. Knockdown of cone-specific kinase GRK7 in larval zebrafish leads to impaired cone response recovery and delayed dark adaptation. Neuron. 47, 231-242 (2005).
  10. Harada, T., Harada, C., Parada, L. F. Molecular regulation of visual system development: more than meets the eye. Genes Dev. 21, 367-378 (2007).
  11. Branchek, T. The development of photoreceptors in the zebrafish, brachydaniorerio. II. Function. J Comp Neurol. 224, 116-122 (1984).
  12. Schmitt, E. A., Dowling, J. E. Early retinal development in the zebrafish, Daniorerio: light and electron microscopic analyses. J Comp Neurol. 404, 515-536 (1999).
  13. Bilotta, J., Saszik, S., Sutherland, S. E. Rod contributions to the electroretinogram of the dark-adapted developing zebrafish. Dev Dyn. 222, 564-570 (2001).
  14. Wong, K. Y., Adolph, A. R., Dowling, J. E. Retinal bipolar cell input mechanisms in giant danio. I. Electroretinographic analysis. J Neurophysiol. 93, 84-93 (2005).
  15. Nelson, R. F., Singla, N. A spectral model for signal elements isolated from zebrafish photopicelectroretinogram. Vis Neurosci. 26, 349-363 (2009).
  16. Korenbrot, J. I., Mehta, M., Tserentsoodol, N., Postlethwait, J. H., Rebrik, T. I. EML1 (CNG-modulin) controls light sensitivity in darkness and under continuous illumination in zebrafish retinal cone photoreceptors. J Neurosci. 33, 17763-17776 (2013).
  17. Gurevich, L., Slaughter, M. M. Comparison of the waveforms of the ON bipolar neuron and the b-wave of the electroretinogram. Vision Res. 33, 2431-2435 (1993).
  18. Westerfield, M. . The Zebrafish Book: A guide for the laboratory use of zebrafish (Daniorerio). , (2007).
  19. Kim, D. Y., Jung, C. S. Gap junction contributions to the goldfish electroretinogram at the photopic illumination level. Korean J PhysiolPharmacol. 16, 219-224 (2012).
  20. Brockerhoff, S. E., Dowling, J. E., Hurley, J. B. Zebrafish retinal mutants. Vision Res. 38, 1335-1339 (1998).
  21. Naka, K. I., Rushton, W. A. S-potentials from colour units in the retina of fish (Cyprinidae). J Physiol. 185, 536-555 (1966).
  22. Naka, K. I., Rushton, W. A. S-potentials from luminosity units in the retina of fish (Cyprinidae). J Physiol. 185, 587-599 (1966).
  23. Shao, X. M., Feldman, J. L. Micro-agar salt bridge in patch-clamp electrode holder stabilizes electrode potentials. J Neurosci. Methods. 159, 108-115 (2007).
  24. Brockerhoff, S. E., et al. A behavioral screen for isolating zebrafish mutants with visual system defects. ProcNatlAcadSci. U S A. 92, 10545-10549 (1995).
  25. Fleisch, V. C., Jametti, T., Neuhauss, S. C. Electroretinogram (ERG) Measurements in Larval Zebrafish. CSH protocols. , (2008).
  26. Seeliger, M. W., Rilk, A., Neuhauss, S. C. Ganzfeld ERG in zebrafish larvae. Doc Ophthalmol. 104, 57-68 (2002).
  27. Kainz, P. M., Adolph, A. R., Wong, K. Y., Dowling, J. E. Lazy eyes zebrafish mutation affects Müller glial cells, compromising photoreceptor function and causing partial blindness. J Comp Neurol. 463, 265-280 (2003).
  28. Lewis, A., et al. Celsr3 is required for normal development of GABA circuits in the inner retina. PLoS. genetics. 7, e1002239 (2011).

Play Video

Cite This Article
Chrispell, J. D., Rebrik, T. I., Weiss, E. R. Electroretinogram Analysis of the Visual Response in Zebrafish Larvae. J. Vis. Exp. (97), e52662, doi:10.3791/52662 (2015).

View Video