光遺傳鈣成像nVoke

來源: 發(fā)布時間:2022-08-31

鈣離子通過參與多種細胞內信號傳導途徑來調控絕大多數(shù)類型神經元的功能。由于鈣離子信號在已知的細胞器結構中發(fā)揮其特定的功能,鈣離子成像顯得尤為重要。在神經系統(tǒng)中,由于神經元的多樣性,導致鈣離子功能也多樣化。在突觸前膜,鈣內流激發(fā)貯存神經遞質的神經小泡向胞外釋放;在突觸后膜,樹突棘內鈣水平瞬間升高,介導了突觸可塑性;在細胞核內,鈣信號能夠調控基因轉錄?,F(xiàn)在常使用的鈣離子指示劑有化學性鈣離子指示劑(ChemicalIndicators)和基因編碼鈣離子指示劑(GeneticallyEncodedIndicators)兩類。功能鈣成像技術是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來,通過熒光染料信號的改變反映細。光遺傳鈣成像nVoke

光遺傳鈣成像nVoke,鈣成像

包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測,然后通過CCD攝像機捕捉、記錄圖像?,F(xiàn)在鈣成像技術主要在以下幾類神經科學研究方面有廣泛應用:1.記錄培養(yǎng)的神經元的活動。2.記錄腦片上神經元的活動。記錄神經元的活動。由于離體實驗本身的限制,現(xiàn)在越來越多的神經方面科學家傾向于做在體鈣成像實驗,希望能得到更準確且更能反應生理狀況的數(shù)據。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展,現(xiàn)在在實驗動物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術取得了飛速進展。4.記錄神經元樹突和樹突棘(spine)的活動。由于對于實驗精度的要求,有些科學家不僅只想記錄單個神經元的反應,他們還想更確切地知道神經元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為,也就是說他們需要在huoti條件下,對單根樹突以及某些spine進行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展,現(xiàn)在,對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。光遺傳鈣成像nVoke鈣成像系統(tǒng)具有單細胞分辨率的大視野的特征。

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轉基因Ca2+指示劑:轉基因技術和光遺傳技術的飛速發(fā)展,催生了基因編碼的Ca2+指示劑(GECIs)。它們不依賴于熒光染料,可以靶向特定的組織,如神經細胞、心肌細胞、T細胞等,并且可以避免熒光指示劑帶來的的許多問題,是監(jiān)測轉基因動物體內鈣離子的一個極好的工具。個基因編碼的鈣離子指示劑Cameleon早在1997年就發(fā)表了。它是利用與鈣離子結合后發(fā)生結構變化,作為供體的CFP和作為受體的YFP之間產生FRET的原理。2000年,GCaMP誕生了。它是增強型綠色熒光蛋白(EGFP)和鈣調蛋白(結合鈣離子)、鈣調蛋白結合肽M13組成的,結合鈣離子后,鈣調素-M13相互作用引起GFP空間結構變化,發(fā)出綠色熒光(圖5)。GCaMP的問世有著**性的意義,它改變了我們觀察神經元群體活動的方式,讓科學家們可以在成千上萬的細胞中,看到哪些神經元在放電,它們放電的模式和規(guī)律是怎樣的,從而進一步探索各種內在的神經機制。

利用鈣成像技術記錄大腦活動。隨著功能光學成像技術的發(fā)展,神經學家們已經可以研究腦區(qū)和神經元內部的工作情況。功能鈣成像技術就是其中之一,其主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度,以此daibiao細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經元內鈣離子的變化,從而判斷其功能活動。該技術的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經信號在神經網絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。鈣成像系統(tǒng)支持聯(lián)網,基于網絡的軟件可讓您隨時隨地監(jiān)控數(shù)據。

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Anderson研究團隊發(fā)現(xiàn)實驗室雄性小鼠對雌性和雄性的攀爬行為可以通過是否存在超聲發(fā)聲(USV)來區(qū)分。這些和更多的行為數(shù)據表明,大多數(shù)雄性主導的攀爬是攻擊性的,盡管在極少數(shù)情況下可能是性行為。研究人員調查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘腦神經基質。通過使用Inscopix自由行為顯微鈣成像方法觀察內側視前區(qū)(MPOA)或腹內側下丘腦腹側細分(VMHvl)中雌ji su受體1(ESR1)陽性神經元,發(fā)現(xiàn)在小鼠活動中可以解碼出在USV+和USV-攀爬過程中神經元活動的獨特模式。交叉光遺傳刺激表達ESR1和囊狀GABA轉運蛋白(VGAT)的MPOA神經元,可 促進USV+攀爬,并將雄性的定向攻擊轉換為USV攀爬。細胞內鈣成像技術是通過向細胞內載入鈣指示劑。南京鈣成像生產廠家

小鼠頭戴式微型顯微鏡為后續(xù)清醒動物腦功能鈣成像研究提供了一套可靠的顯微成像系統(tǒng)。光遺傳鈣成像nVoke

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針:與紫外光激發(fā)探針相比,可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強的染料吸收性能,對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高,能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾,且無光譜偏移。較常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3,F(xiàn)luo-4,Rhod-2等,同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是較常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一,是典型的的單波長指示劑,比較大激發(fā)波長為506nm,比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結合之前幾乎無熒光,結合后熒光會增加60至100倍,從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右,發(fā)射波長為525~530nm(圖3)。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4,在相同Ca2+濃度下信號更強。光遺傳鈣成像nVoke

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