Ablasyon nöronal nüfusunun iki fotonlu lazer ve kalsiyum görüntüleme ve davranış kayıt zebra balığı larva kullanarak kendi değerlendirme kullanma
Summary
Burada, zebra balığı larvaları üzerinden bir iki fotonlu lazer nöronların genetik olarak etiketlenmiş bir subpopulation ablate için bir protokol mevcut.
Abstract
Bir subpopulation davranış nöronların rolü tanımlamak için faaliyete yaşayan hayvanlarda engelleme sonuçlarını test etmek esastır. Ne zaman sinir hücreleri seçerek floresan problar ile etiketlenir lazer ablasyon nöronların bu amaç için etkili bir yöntemdir. Bu da çalışmanın, bir subpopulation iki fotonlu mikroskop kullanarak ve onun işlevsel ve davranışsal sonuçları test nöronların ablating lazer protokollerde açıklanmıştır. Bu çalışmada, zebra balığı larva’av yakalama davranışı bir çalışma modeli kullanılır. Pretecto-hipotalamik devre davranış bulaşıcı görsel olarak tahrik av altında yatan olduğu bilinmektedir. Zebra balığı Pretetto lazer ablated ve hipotalamus (ILH; pretectal projeksiyon hedef) alt lob nöronal aktivite incelenmiştir. Av yakalama davranışı pretectal ablasyon sonra da test edildi.
Introduction
Nasıl davranış beyinde nöronal aktivite doğar anlamak için bu davranışı üretimi söz konusu sinir devreleri tanımlamak gereklidir. Küçük, şeffaf beyinleri geniş bir alanda hücresel çözünürlükte nöronal aktivite araştırmak olanak sağlar çünkü beyin fonksiyonu eğitim davranışı ile ilişkili larva aşamasında, zebra balığı ideal bir hayvan modeli sağlar. davranış1gözlem sırasında beyin. Görüntüleme belirli nöronlar nöronal faaliyete GCaMP2gibi genetik olarak kodlanmış kalsiyum (Ca) göstergeleri (turk) icadı sayesinde mümkün olmuştur. GCaMP transgenik zebra balığı işlevsel sinir devre davranışı ile hayvanlar3davranışlar içinde Ca görüntüleme yaparak ilişkilendirmek için yararlı olması için kanıtlanmış.
CA görüntüleme nöronal aktivite ve davranışı arasındaki bağıntıları kanıtlamanın, nedensellik, göstermek için nöronal aktivite ve onun consequence(s) davranışı üzerinde test bastırılması iken önemli adımlar. Bunu sağlamanın çeşitli yolları vardır: belirli sinir devreleri4, nörotoksinler belirli nöronlar5,6, halorhodopsin7gibi optogenetic araçların kullanımını ifade değiştirir genetik mutasyonun kullanın ve Lazer ablasyon hedeflenen nöronlar8,9. Lazer ablasyon belirli nöronlar nispeten az sayıda etkinliğinde ortadan kaldırılması için özellikle uygundur. Geri dönüşü olmayan sinir hücreleri öldürmek tarafından nöronal aktivite kaldırılması davranış sonuçları değerlendirilmesi kolaylaştırır.
Zebra balığı larva safhasında gözlenen bir ilginç av yakalama (Şekil 1A) davranıştır. Bu görsel olarak destekli, hedefe yönelik davranış olumlu bir deneysel sistem görme keskinliği10, visuomotor dönüştürme11,12,13, görsel algı ve tanınması için çalışma sağlar. nesneleri14,15,16,17,18ve karar verme19. Nasıl yırtıcı yırtıcı ve AVI algılama av nasıl yol açar tarafından davranış yakalamak neuroethology20merkezi bir soru olmuştur kabul edilmektedir. Bu yazıda, Pretetto çekirdeğinde projeksiyonları tarafından kurulan pretecto-hipotalamik devre rolü ele (çekirdek pretectalis superficialis pars magnocellularis, bundan sonra sadece Pretetto kaydetti) için ILH. Lazer-ablasyon Pretetto, av yakalama etkinliğini azaltmak ve nöronal visual av algı21ile ilişkili ILH etkinliğinde kaldırılması gösterilmiştir. Burada, yerine getirmek için kullanılan iletişim kuralları lazer ablasyon ve onun etkisi Ca2 + görüntüleme ve davranış kayıt içinde zebra balığı larva açıklanmıştır kullanarak test.
Protocol
Representative Results
Discussion
İki fotonlu lazer özellikle bireysel nöronlar ablate için mükemmel bir uzaysal çözünürlük olmasına rağmen ısı nedeniyle beyin dokusu üzerinde istenmeyen herhangi bir zarar vermemek için çok dikkatli alınmalıdır. Ablasyon deney konusunda en önemli adım lazer ile en uygun miktarda tespit etmektir. Yetersiz ışınlama nöronlar öldürmek başarısız olur. Çok fazla ışınlama istenmeyen etkileri neden olur çevreleyen doku ısı-hasar olacak. Lazer ile (ROIs, yinelemeler ve tarama hızı alanları…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmalar MEXT, JSP’ler KAKENHI Grant numaraları JP25290009, JP25650120, JP17K07494 ve JP17H05984 alınan hibe tarafından finanse edilmiştir.
Materials
| NuSieve GTG Agarose | Lonza | Cat.#50080 | low-melting temperature agarose |
| 6 cm petri dish | FALCON | Product#:351007 | |
| dissecting needle | AS ONE Corporation | Cat. No. 2-013-01 | https://keystone-lab.com/en/item/detail/404142 |
| LSM7MP | Carl Zeiss | two-photon laser scanning microscope | |
| W Plan-Apochromat 63x/1.0 | Carl Zeiss | 63X objective lens | |
| Imager.Z1 | Carl Zeiss | an epi-fluorescence microscope | |
| ZEN | Carl Zeiss | Image acquisition software for confocal microscopes | |
| Secure-Seal Hybridization Chamber Gasket, 8 chambers, 9 mm diameter x 0.8 mm depth | Molecular Probes | Catalogue # S-24732 | Used as a recording chamber in Ca imaging |
| Imageing Chambers | Grace Bio-Labs | CoverWell Imaging Chambers PCI-A-2.5 | Used as a behavioral recording chamber |
| surgical knife | MANI | Ophthalmic knife MST15 | |
| ORCA-Flash4.0 | Hamamatsu Photonics | model:C11440-22CU | a scientific CMOS camera |
| HCImage | Hamamatsu Photonics | image acuisition software | |
| Hard Disk Recording module | Hamamatsu Photonics | An software module that enables saving the movie files onto a hard disc drive in a short time | |
| SZX7 | Olympus | stereoscope | |
| DF PL 0.5X | Olympus | objective lens for SZX7 | |
| Point Grey Grasshopper3 4.1 MP Mono USB3 Visio | FLIR Systems, Inc. | Product No. GS3-U3-41C6NIR-C | CMOS camera |
| XIMEA xiQ camera | XIMEA | Product No. MQ042RG-CM | CMOS camera |
| a ring LED light | CCS | Model: LDR2-100SW2-LA | White LED |
| Nylon mesh 32µm | Tokyo Screen | N-No.380T | http://www.tokyo-screen.com/cms/sta20347/ |
| Nylon mesh 13µm | Tokyo Screen | N-No. 508T-K | http://www.tokyo-screen.com/cms/sta20347/ |
| Metal seive 150 micron aperture | Tokyo Screen | http://www.tokyo-screen.com/cms/sta20341/#ami | |
| Metal seive 75 micron aperture | Tokyo Screen | http://www.tokyo-screen.com/cms/sta20341/#ami | |
| EBIOS | Asahi Food & Healthcare, Co. Ltd. | dry beer yeast | |
| LabVIEW | National Instruments | an integrated development environment for programming | |
| Mai-Tai HP | Spectra Physics | two-photon laser |
Riferimenti
- Feierstein, C. E., Portugues, R., Orger, M. B. Seeing the whole picture: A comprehensive imaging approach to functional mapping of circuits in behaving zebrafish. Neuroscienze. 296, 26-38 (2015).
- Nakai, J., Ohkura, M., Imoto, K. A high signal-to-noise Ca(2+) probe composed of a single green fluorescent protein. Nat Biotechnol. 19 (2), 137-141 (2001).
- Muto, A., et al. Genetic visualization with an improved GCaMP calcium indicator reveals spatiotemporal activation of the spinal motor neurons in zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (13), 5425-5430 (2011).
- Lorent, K., Liu, K. S., Fetcho, J. R., Granato, M. The zebrafish space cadet gene controls axonal pathfinding of neurons that modulate fast turning movements. Development. 128 (11), 2131-2142 (2001).
- Asakawa, K., et al. Genetic dissection of neural circuits by Tol2 transposon-mediated Gal4 gene and enhancer trapping in zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (4), 1255-1260 (2008).
- Sternberg, J. R., et al. Optimization of a Neurotoxin to Investigate the Contribution of Excitatory Interneurons to Speed Modulation In Vivo. Curr Biol. , (2016).
- Arrenberg, A. B., Del Bene, F., Baier, H. Optical control of zebrafish behavior with halorhodopsin. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (42), 17968-17973 (2009).
- Orger, M. B., Kampff, A. R., Severi, K. E., Bollmann, J. H., Engert, F. Control of visually guided behavior by distinct populations of spinal projection neurons. Nat Neurosci. 11 (3), 327-333 (2008).
- Huang, K. H., Ahrens, M. B., Dunn, T. W., Engert, F. Spinal projection neurons control turning behaviors in zebrafish. Curr Biol. 23 (16), 1566-1573 (2013).
- Smear, M. C., et al. Vesicular glutamate transport at a central synapse limits the acuity of visual perception in zebrafish. Neuron. 53 (1), 65-77 (2007).
- Bianco, I. H., Engert, F. Visuomotor transformations underlying hunting behavior in zebrafish. Curr Biol. 25 (7), 831-846 (2015).
- Trivedi, C. A., Bollmann, J. H. Visually driven chaining of elementary swim patterns into a goal-directed motor sequence: a virtual reality study of zebrafish prey capture. Front Neural Circuits. 7, 86 (2013).
- Jouary, A., Haudrechy, M., Candelier, R., Sumbre, G. A 2D virtual reality system for visual goal-driven navigation in zebrafish larvae. Sci Rep. 6, 34015 (2016).
- Muto, A., Ohkura, M., Abe, G., Nakai, J., Kawakami, K. Real-time visualization of neuronal activity during perception. Curr Biol. 23 (4), 307-311 (2013).
- Del Bene, F., et al. Filtering of visual information in the tectum by an identified neural circuit. Science. 330 (6004), 669-673 (2010).
- Semmelhack, J. L., et al. A dedicated visual pathway for prey detection in larval zebrafish. Elife. 3, 04878 (2014).
- Preuss, S. J., Trivedi, C. A., vom Berg-Maurer, C. M., Ryu, S., Bollmann, J. H. Classification of object size in retinotectal microcircuits. Curr Biol. 24 (20), 2376-2385 (2014).
- Romano, S. A., et al. Spontaneous Neuronal Network Dynamics Reveal Circuit’s Functional Adaptations for Behavior. Neuron. 85 (5), 1070-1085 (2015).
- Barker, A. J., Baier, H. Sensorimotor decision making in the zebrafish tectum. Curr Biol. 25 (21), 2804-2814 (2015).
- Ewert, J. -. P. . Neuroethology: an Introduction to the Neurophysiological Fundamentals of Behavior. , (1980).
- Muto, A., et al. Activation of the hypothalamic feeding centre upon visual prey detection. Nat Commun. 8, 15029 (2017).
- Muto, A., Kawakami, K. Calcium Imaging of Neuronal Activity in Free-Swimming Larval Zebrafish. Methods Mol Biol. 1451, 333-341 (2016).
- Westerfield, M. . THE ZEBRAFISH BOOK, 5th Edition. , (2007).
- . Fiji Available from: https://fiji.sc (2017)
- Thevenaz, P., Ruttimann, U. E., Unser, M. A pyramid approach to subpixel registration based on intensity. IEEE Trans Image Process. 7 (1), 27-41 (1998).
- Mueller, T., Wullimann, M. F. BrdU-, neuroD (nrd)- and Hu-studies reveal unusual non-ventricular neurogenesis in the postembryonic zebrafish forebrain. Mech Dev. 117 (1-2), 123-135 (2002).
- Muto, A., et al. Forward genetic analysis of visual behavior in zebrafish. PLoS Genet. 1 (5), 66 (2005).
- Chen, T. W., et al. Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature. 499 (7458), 295-300 (2013).
