Biz fare retinanın ex-vivo dilim hazırlık kullanarak koni fotoreseptörlerin akson terminallerinde Ca 2 + dinamiklerini izlemek için bir protokol açıklar. Bu protokol önemli bir memeli model sisteminde koni Ca 2 + sinyalizasyon kapsamlı çalışmalar, fare verir.
Retina koni fotoreseptör (koni) günışığı vizyon hizmet ve renk ayrımcılığı temelini oluşturur. Bunlar genellikle çok sayıda retinal hastalıklarda körlüğe yol açan, dejenerasyon tabidir. Kalsiyum (Ca2 +), fotoreseptör sinyal ve metabolizmada önemli bir ikinci mesajcı dolaylı çeşitli hayvan modellerinde fotoreseptör dejenerasyonu ile bağlantılı olduğu ileri sürülmüştür. Sistematik koni fizyolojisinin bu yönlerini incelemek ve patofizyolojisi elektriksel retina çubuk fotoreseptör hakimdir fare, özellikle bu küçük hücrelerden kayıt zorluklar tarafından engellenmiştir. Bu sorunu aşmak için, biz kozalakları münhasıran genetik olarak kodlanmış Ca 2 + biyosensör TN-XL ifade ve fotoreseptör dejenerasyonu için fare modelleri ile melez edilebilir transgenik fare hattı kullanarak bir iki foton Ca 2 + görüntüleme protokolü kurdu. Burada açıklanan protokol dikey kesitler hazırlamak üzere şunları içerir: (R,20, fareler ve koni Ca 2 + seviyesinde hafif uyarıcı uyarılmış değişikliklerin optik görüntüleme gelen retina dilim "). protokol aynı zamanda mutlak Ca 2 + konsantrasyonları "in dilim Ölçümü" sağlar; kayıtları kalibrasyon takip edilebilir. Bu protokol, fonksiyonel koni özellikleri içine çalışmalar sağlar ve koni anlayışı Ca 2 + sinyalizasyon yanı sıra fotoreseptör ölümü ve retina dejenerasyonu Ca 2+ potansiyel tutulumuna katkıda bulunması beklenmektedir.
Görüş retina fotoreseptör fototransdüksiyon kaskadının ışık kaynaklı aktive olması ile başlar. Koni fotoreseptör renk ve yüksek çözünürlüklü gündüz vizyon aracılık oysa Rod fotoreseptör, düşük ışık seviyelerinde vizyon sağlar. Birçok fotoreseptör özgü genler bu hücrelerin dejenerasyonuna yol mutasyonlara karşı hassastır. Fotoreseptör kaybı ile ilişkili moleküler belirteçlerin bir dizi 1 tanımlanmıştır, ama şimdiye kadar ayrıntılı moleküler mekanizmaları ve olaylar dizisi belirsizliğini koruyor. Altered Ca2 + homeostazı fotoreseptör hücre ölümü, bir tetik, dejenerasyon süreci 2,3 sırasında Ca aktivitesi 2 + -bağımlı kalpain tip proteazların yukarı regülasyonu ile desteklenen bir hipotez olarak öne sürülmüştür. Ancak, bugüne kadar, bu hipotez Ca 2 + fizyolojik ölçümleri ile desteklenmemektedir. Re Ca 2+ kanal blokerleri etkisi üzerinde çeşitli çalışmalarda tutarsızlıklarintestinal hastalıklar daha doğrudan memeli koni fotoreseptör Ca 2+ değerlendirmek için yöntemler çağrısında hücre ölümü 4-6 Ca 2+ katılımı meydan okudu.
Daha önce, en elektrik kayıt ve Ca 2+ görüntüleme çalışmaları nedeniyle koni 7-9 daha kolay erişim kurbağa ve sürüngen modellerinde yapılmıştır. Ancak, memeli fotoreseptör fizyolojisi olmayan memelilerde 10, özellikle de bu farklı olabilir, insan kalıtsal retinal dejenerasyon bağlamında memeli fotoreseptör fizyolojisi hakkında daha iyi bir anlayış yenilikçi tedavilerin geliştirilmesi için bir anahtardır. İnsan retina hastalıkları taklit eden pek çok fare modelleri mevcuttur, ancak küçük fare konileri 11 Ca 2+ dinamikleri hakkında bilinmektedir. Elektrik teknikler, özellikle olmayan farelerde,, koni yüksek verimli kayıtlar için uygun değildir burada çubuklar (~% 97) önemli ölçüde koni (~% 3) sayıca 12 </s> yedekleyin. Ayrıca, bu tür tüm hücre yama-kelepçe kayıtları gibi hassas elektrofizyolojik teknikler, hücre içi ortamını rahatsız ve mutlak hücre içi Ca + 2 konsantrasyonları Ca 2+ akımlar veri değil sağlar. Koni Ca 2 + dinamikleri hakkında sorular ele alırken Dolayısıyla, alt temporal çözünürlük rağmen, görüntüleme tercih edilen bir yöntemdir. görüntüleme ile önemli bir konu seçici bir floresan Ca 2 + göstergesi boya ile kozalakları etiketlemek için nasıl. Uygun bölmelere ve hücre özgüllüğü dokuya "toplu yükleme" sentetik Ca 2 + göstergesi boyalarla elde etmek zordur. Sonuç olarak, etiketli kozalakları olarak 13,14 çubukları ve Müller glial hücreler güvenilir ayırt edilemez. Ayrıca, sentetik boyalar tutarlı şartlar altında uzun süreli kayıtları önlenmesi, hücre dışına sızıntı eğilimindedir. O de gerektirir Dahası, onların AM-ester formunda sentetik Ca 2 + göstergeleri yükleme, sorunluTERGENTR (örneğin, DMSO) ve formaldehit 15 oluşturur. Mutlak Ca 2 + ölçümler için, rasyometrik göstergeler zorunludur. Ancak, en iyi mevcut sentetik rasyometrik göstergesi Fura-2 şiddetine bağlı olarak, kendi içinde koniler uyarır ve bu şekilde çalışmaları engelleyebilir, 760 nm ile 700 aralığında uyarma ışık (iki foton uyarılması için) gerektirir koni Ca fizyolojik aydınlatma koşullarında 2+ dinamiği.
Sentetik boyalar farklı olarak, genetik olarak kodlanmış Ca2 + göstergeleri bir hücre tipine seçici biçimde ifade edilebilir. Onlar hücre dışına sızıntı yok ve ağartma kaçınılması, bu nedenle, uzun süreli ve güvenilir rasyometrik ölçümler mümkündür. İki foton mikroskopi ile kombine edildiğinde Hücre tipi seçici Ca 2 + biyosensörler ifadesi, büyük ölçüde fizyolojik şartlar altında 13,16,17 Ca 2 + değerlendirmek ve hücre içi çalışmak için güçlü bir araç temsil </> sup. Burada, biz ışık uyaran-uyarılmış koni Ca incelemek için bir protokol açıklar transgenik Ca 2 + biyosensör fare hattında 2+ dinamiği: FRET tabanlı Ca 2 + biyosensör TN-XL 18 ifade (HR2.1 TN-XL), seçici koniler, insan kırmızı opsin promotör HR2.1 19 altında. Koni terminallerini erişmek için, ex-vivo dilim hazırlık 20 kullanılmıştır. protokol zaten başarıyla sağlıklı farelerde 10,21,22 koni fonksiyonu üç çalışmalarında kullanılmıştır. Ayrıca, protokol koni Ca okuyan sağlar 2+ örneğin spesifik genetik koşullarda sinyalizasyon, HR2.1 ile kalıtsal retina dejenerasyonu için fare modelleri melezleme yoluyla: TN-XL fareler.
Elektrofizyolojik tek hücreli kayıtları veya sentetik floresan göstergeler Ca 2 + görüntüleme kullanarak Önceden var olan protokoller teknik nedenlerle (bkz) bir dizi için fare koni fotoreseptör Ca 2+ dinamiklerini kaydetmek için mücadele ediyoruz. Burada açıklanan protokol Ca 2 + sinyalleri ve verimli ve nispeten basit bir şekilde bireysel, belirlenen fare koni terminalleri bile mutlak Ca 2 + düzeyleri ölçülebilir.
Bu protokol zaten başarıyla sağlıklı fare retinadaki koni fonksiyonunun farklı yönlerini ele üç çalışmalarında kullanılmıştır. İlk çalışmada 10 yılında HR2.1: TN-XL fare Ca 2 + biyosensör koni özgü ifadesi engel olmadığını gösteren immünohistokimya, ERG kayıtları, iki foton Ca 2 + görüntüleme ve farmakoloji kullanılarak karakterize edildi koni anatomisi ve işlevi. İkinci çalışmada 21, kromatikve fare koni akromatik tepki özellikleri "yeşil" opsin hakim olduğu dorsal ve "mavi" opsin hakim olduğu ventral fare retina arasındaki koni fonksiyonu çarpıcı farklılıklar gösteren, retina üzerinde haritalanmıştır. Koni özelliklerinde Bu bölgesel farklılıklar fare kozalakları farklı spektral tipi dolayısıyla akromatik zıtlıkların (yakın) en uygun örnekleme sağlamak ve düşündüren, doğal ortamda diferansiyel kontrast dağılımı (yani, toprağa karşı gökyüzü) uyumlu bir sunabilir evrimsel bir avantaj. Koni akson terminalleri yatay hücrelerden aldığınız üçüncü çalışmada 22 karşılıklı geribildirim araştırıldı. Tüm önerilen yatay hücre geribildirim mekanizmaları koni akson terminallerinde 28 voltaj kapılı Ca 2+ kanalları üzerinde hareket gibi, koni terminali Ca 2 + yatay hücre-koni etkileşimleri için bir proxy olarak hizmet verebilir. Kemmler tarafından çalışma 22 destekler coworkersgörünüm yatay hücreler fotoreseptör glutamat salınımını kontrol etmek için çeşitli mekanizmalar içeren karmaşık bir geribildirim sistemi kullanmak olduğunu.
Bu çalışmalar, tarif edilen protokol çok yönlülüğünü göstermekte ve bu koni fonksiyonu ve sinaptik devreleri ilgili sorular geniş bir şekilde adapte edilebilir olduğunu göstermektedir. Buna ek olarak, protokol koni fizyolojisinin daha iyi anlama yolunda, farklı koni bölümlerinde yerel Ca 2 + sinyalizasyon okuyan mümkün kılar. Böyle bir bilginin sonunda koniler etkileyen dejeneratif hastalıklar için özellikle potansiyel terapötik yaklaşımların rasyonel gelişimi için izin, dejenere koniler patofizyolojik süreçleri anlamak önemlidir.
HR2.1 olarak: TN-XL, fare hattı, Ca 2 + biyosensör dış segmenti hariç olmak üzere, koni boyunca ifade edilir. Bu Ca 2 + dinamik doğrudan ve rasyometrik değerlendirilmesi için bir fırsat sağlarFarklı konik bölümlerinde s. Ca değişim yana dış segmente 2 + akımları membran potansiyeli ve voltaj kapılı Ca + 2 kanal elde edilen aktivasyonu yoluyla terminalleri yansıtılır, dış segmente işlemler dolaylı gözlenebilir.
Potansiyel tuzaklar:
retina diseksiyonu kritik bir adımdır: Fare, retina genellikle fotoreseptör dış segmentleri ve pigment epiteli arasındaki Göz yuvası ayrılır. Bu nedenle, izole retinanın ışığa duyarlı fotoreseptör dış segmentleri maruz kalır ve mekanik hasarlara karşı son derece duyarlı. Büyük bakım araçları ile fotoreseptör tarafı dokunarak veya yapışkan yüzeyinde yan (örneğin, bir filtre membran) doku taşıyarak zarar vermemeye dikkat edilmelidir.
Kaliteli retina dilim onların temiz kesim yüzeyi tarafından mikroskop altında kabul edilebilir veaçıkça tanımlanmış dış kesimleri ile iyi organize fotoreseptör tabakası ile. Dilim kalitesinin Fonksiyonel değerlendirme hızla (- 20 kozalakları 10 ile bir görüş alanı, örneğin), parlak ışık uyaranları yanıp sönen ve duyarlı koni yüzdesi belirlenerek yapılabilir. Burada, tepki kalitesi sinyal-gürültü oranı (S / N) (ışık tepkisi genliği vs ışık uyaran önce bazal gürültü genliği) hesaplanarak değerlendirilmelidir; S / 2 N – 3 minimum eşik olarak kabul edilmelidir. Tipik olarak, biz% 50'den az duyarlı konik dilimleri atın. Ayrıca aşırı spontan spike davranışı (10'a bakınız Şekil 4) atılmalıdır görüntüler kozalakları ile dilimler.
Söz konusu anatomik ve fonksiyonel kriterlere uygun kayıt odasında Dilimler 1 için tutarlı tepkiler göstermek – 2 saat (yanıt tutarlılık ile ilgili ayrıntılar için, 10 bakınız). Dilimler saat hayatta Çünkütutma odasına bizimki, başarılı bir deney 6 saat kadar sürebilir. Bu dilimleme kaçınılmaz retina ağlarda yanal bağlantıları koparır olarak koni ve yatay hücreler arasında uzun değişen mekânsal etkileşimleri inceleyerek açısından bazı sınırlamalar vardır dikkat çekicidir. Ancak, 300'e um retina dilim kalınlığını artırarak bu sorunu 22 iyileştirmektedir.
Dikey retina dilimlerinin kullanımı, büyük ölçüde (10,21 bkz detaylı bir tartışma için) opsin ağartma önler ve böylece, uyarım lazer ile ışık duyarlı konik dış bölümlerin tarama önler ve. Bununla birlikte, kaydedilen Ca 2 + sinyalleri sadece hafif uyaranlara bağlı değil, aynı zamanda tarama uyarma lazer tarafından oluşturulan bir arka plan aydınlatması bileşeni tarafından etkilenen olsun. Aslında, bu tür iki-fotonlu görüntüleme deneylerde etkili bir arka plan aydınlatması dağınık lazer ışığı, kaydedilen CE tarafından yayılan flüoresans ışınlarının bir kombinasyonu olup,lls ve herhangi bir LED arka plan uyaran bileşeni. Kayıttan önce (çalışır durumda, ışık uyarısının arka bileşenle) lazer taraması 30 s – Bu nedenle, koniler, en az 20 adapte izin verilmelidir.
Avantajları ve uygulamalar:
Koniler sinyal yolları 2 + Ca doğrulayabilir konik Ca 2 + görüntüleme ile kombinasyon halinde farmakolojik çalışmaları ve şunlar olabilir: Bu koni Ca 2 + -imaging protokolü için bazı uygulamalar 10,21,22, yukarıda tarif edilmiş olsa da, diğer uygulamaları tasavvur edilebilir etkinlik ve Ca farklı oyuncular hedefleme ilaçların gücünü test etmek için kullanılır 2+ 10'a -signaling. Ancak, anahtar uygulama koni işlevini etkileyen hastalıklar incelemek için olabilir. Insan hastalıkları taklit eden pek çok retina dejenerasyonu fare modelleri mevcuttur. Örneğin, koni fotoreseptör kaybı 1 (cpfl 1) fare primer koni dejenerasyon modeli acı olduğunuBir Pde6c mutasyon 29 arasında. Tersine, çubuk dejenerasyon 1 (rd 1) Fare Pde6b mutasyon muzdarip. Bu birincil çubuk fotoreseptör dejenerasyonu, 30 1'de rd 1 çubuk kaybı tamamlandığında, ikincil koni dejenerasyon setleri neden olurken. HR2.1 bu hayvanların melezleme: TN-XL hat okuyan ve hem birincil hem de ikincil koni dejenerasyon Ca 2+ dinamiklerini karşılaştırarak izin ve koni hücre ölümü sırasında Ca 2+ rolüne dair değerli içgörüler sağlamaya muhtemeldir olacaktır. Ayrıca, farmakolojik koni dejenerasyon kaynaklı – örneğin seçici PDE6 inhibitörleri kullanan – koni dejenerasyon 10,29,31 aşağı mekanizmaları tanımlamak için hizmet edebilir.
Özetle, protokol burada fare koni fotoreseptör hücre içi bölümlerinde Ca 2 + ölçmek izin verir ve geniş bir yelpazede altında koni fizyolojisini ortaya çıkarmak için büyük fırsatlar sunuyor tariffizyolojik ve patofizyolojik durumların. Buna ek olarak, bu protokol koni Ca 2 + -signaling müdahale ve böylece konik hastalıklar için yeni tedaviler kurmak için tasarlanmış farmakolojik maddelerin taranması için kullanılabilmektedir.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience Tübingen, EXC 307 to T.E. and T.S.; KFO 134 to B.W. and F.P.D.), the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) (BCCN Tübingen, FKZ 01GQ1002 to T.E and T.B.), and the European Union (DRUGSFORD; HEALTH-F2-2012-304963 to M.K. and F.P.D).
High vacuum grease | Dow Corning | 1018817 | http://www.dowcorning.com |
Cover slips | R. Langenbrinck | 24 x 60 mm; http://www.langenbrinck.com | |
Glass slides | R. Langenbrinck | 76 x 26 mm; http://www.langenbrinck.com | |
Blades for tissue chopper | MARTOR KG | ARGENTAX No. 1044 | 0.25 mm; http://www.martor.de |
Tissue chopper | Custom-build | Based on a design by F. Werblin23, adapted by T. Schubert | |
Nitrocellulose filter membrane gridded | Merck Millipore | AABG01300 | Filter type: 0.8 µm; http://www.emdmillipore.com |
Isoflurane CP | CP pharma | AP/DRUGS/220/96 | http://www.cp-pharma.de |
UV/green LED-based full-field stimulator | Custom-build | for details, see10 | |
Open source microprocessor board | Arduino | http://www.arduino.cc | |
Imaging software CfNT | Custom-written | developed by Michael Müller, MPI for Medical Research, Heidelberg, Germany | |
IgorPro | Wavemetrics | http://www.wavemetrics.com | |
VC3-4 System focal perfusion system | ALA Scientific Instrument | with 100 μm-diameter tip manifold; http://www.alascience.com/ | |
Mai Tai HP DeepSee (Ti:Sapphire laser) | Newport Spectra-Physics | http://www.spectra-physics.com | |
Movable objective microscope (MOM), Designed by W. Denk, MPImF, Heidelberg, Germany |
Sutter Instruments | http://www.sutter.com/MICROSCOPES/index.html | |
XLUMPlanFL 20x/0.95w objective | Olympus | http://www.olympusamerica.com | |
Vaporizer 100 series | Surgivet | http://www.surgivet.com | |
Ionomycin, Calcium salt | Life technologies | I24222 | http://www.lifetechnologies.com |
EGTA | Sigma-Aldrich | E3889 | https://www.sigmaaldrich.com |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 101191250 | http://www.sigmaaldrich.com |
Leica MZ95 | leica microsystems | http://www.leica-microsystems.com/ |