この作品は、健康グラントNS-024572（RSW）の米国国立研究所によってサポートされていました。

1。超生体色素で準備を染色<ol><li>ガーターヘビ解剖プロトコルの場合スチュワートらを参照してください。5とテンら 6爬虫類組織は、より長い時間、低温度に保た少ない細菌汚染、（下記参照）で、生理学的のまま。哺乳動物組織は、通常、室温以上に維持される。 </li><li>リソソーム生体色素染色のために、冷たい爬虫類リンゲル液1:5,000（0.2μM）に色素を溶解する。 15分間4℃でインキュベートする。冷たいリンゲルで数回洗浄します。なるべく早く画像。 </li><li>塩化カリウム刺激を使用して、FM1-43染色のために、高塩化カリウムリンガー1:500（7μM）に色素を希釈する。 30〜60秒、最大4℃でインキュベートする。 〜1分/すすぎ、冷たいリンガーで素早く3回洗浄する。なるべく早く画像。 </li><li>高張（ショ糖）の刺激を使用して、FM1-43染色のために、上記のように0.5 Mショ糖リンガー色素を希釈する。 4＆＃でインキュベートする176; 2〜5分間のためのC。冷たいリンガー上記工程1.3と同様に洗浄する。なるべく早く画像。 </li><li> FM1-43染色のために電気刺激を介して、テンら 6を参照して簡単に説明すると、製剤は、生理食塩水、色素を含有する皿が配置されている。神経を200秒の矩形パルス（〜7 V、30 Hzで、18秒）のあらかじめプログラムされた電車で刺激される。冷たいリンガー上記工程1.3と同様に洗浄する。なるべく早く画像。 </li></ol> 2。イメージングのための準備を設定します<ol><li>東洋近隣の構造は、顕微鏡対物レンズにできるだけ近くなるように調製。 </li><li>倒立顕微鏡を使用する場合は、その底部の薄い丸いカバースリップを含有するチャンバを利用する。一般的に、撮影室が中心で25ミリメートル、直径1位厚ガラスカバースリップで、薄いステンレス製の底部を持っている必要があります。正立顕微鏡を使用する場合は、底部カバーガラスは必要なく、有用であるれていない透過光による画像撮影を可能にするために（ 例えば微分干渉コントラスト、DIC）は、試験片の方向を、目的のオブジェクトを検索します。 </li><li>可能な限り最高の3D解像度を得るために、適切な目標を選択します。開口間のトレードオフ（NA）、作動距離、倍率、レンズの種類（乾燥、水溶性および油浸）がある。組織培養物のような薄い準備のため、オイルの目標は最高です。正立顕微鏡を使用して、水性浴上にカバースリップをフロートし、カバースリップの上部と客観の間の液浸油を使用しています。 </li><li>デコンボリューションソフトウェアを使用する場合、ベンダは、特定の目的のための所定の点広がり関数（PSFの）を提供するかもしれない。そのような情報が提供されていない場合、またはサポートされていない目的が選択された場合、蛍光マイクロドットまたは類似の回折限界のオブジェクト7,8を撮影したPSFを決定する。 </li></ol> 3。目的のフィールドの深度およびIMAの数を確立タイムラプスフレームあたり希望GES <ol><li>彼らはz方向に移動するように関心のある構造の移動や相互作用が消失するか、焦点の外に出ないように、フィールドの全深さを選択します。 Z-フィールドは、わずかに撮像されている細胞または細胞プロセスの垂直寸法を超えている必要があります。脊椎動物のモータ端子の場合は、15から20程度が一般的である。 </li><li>焦点の各増分に必要なz軸ステップを計算します。 z軸に沿った分解能は、対物レンズの特性に依存して変化する;それはxy平面の解像度の約4分の1である。共焦点イメージングまたはデコンボリューションソフトウェアのいずれかが使用される場合、z軸の解像度が向上する。 z方向5における意図的なオーバーサンプリングすることにより、最終解像度を向上させるだけでなく、下記の3.3のステップを参照してください。典型的なステップ間隔は40-100Xの目的のため400-1,500 nmの範囲である。光が各z段階の画像との間でオフシャッターべきである。 </li><li> zスタックあたりの画像数を選択し、すなわち、所望の被写界深度は、分割されたステップ間隔による。典型的なzスタックが完了するまでの時間は1〜10秒です。高速移動体（100ナノメートル/秒）は、各画像面は、わずかに異なる時刻に対応するので、3D画像スタックにぼやけて見えることができる。また、それぞれの追加のイメージは光退色し、可能な光毒性（説明を参照）に貢献しています。どちらの状況が関係する場合は、スタックごとに少ない画像を収集するために、より大きなZ-ステップを選択します。画像補間ソフトウェア（以下のステップ6.3）を使用して、後で補う。 </li></ol> 4。タイムラプスフレームレートを選択します。 スムーズな動き、相互作用または融合現象9などの経時変化を解決するだけで十分である割合を実験によって選択します。オーバーサンプリングは、不必要に光への露出を増加させながらサンプリングの下で​​は、モーションアーチファクト（サンプリング誤差）が生じることがあります。単一の長いシーケンスまたは同じ調製、比較的小さな総時間間隔でそれぞれの（からのいくつかの反復配列のいずれかを収集する<eM&gt;例えば10時間点X 30秒間隔= 5分）。可能な場合は、およそ存在する場合、製剤全体のドリフトを含め、移動速度を推定するために継続的なエピ蛍光照明との準備を表示します。 5。特定の調製のためのすべてのライブイメージングを完了爬虫類の製剤は、一般的に冷却し、より長い場合には、約1〜2時間、堅調に推移。 6。、所望の用途に応じてデータを分析<ol><li>すべての生データファイルを保持します。デジタルストレージは通常は問題ありませんが、処理時間があっても、高速のパーソナルコンピュータまたはワークステーションと有意である。関心のある領域へのこの理由のために、作物のイメージ[ROI]。関心領域全体が全時間経過時にトリミングされたウィンドウ内にあることを保証する。 </li><li>デコンボリューション画像は、適切なソフトウェアと適切な点広がり関数を用いてスタック。その解像度が向上して確認しているというアーティファクトによって生成されていないデコンボリューションアルゴリズム。 図3は、例示的な画像を示す。 </li><li> z軸見かけの解像度を拡大する補間アルゴリズムを使用してください。見かけ0.25μmの分離への実際1.5ミクロンの像面分離から6Xの拡大が示唆されている。あるいは、いくつかのオーバーサンプリングの組み合わせ（ステップ3.2）および補間を使用しています。 </li><li>所望であればコントラスト、明るさ、ノイズフィルタリング、光退色および他の典型的な画像処理調整を行う。画像操作基準は、ほとんどの科学的研究のために、それは、同じ修正がスタック内の異なる時点で両方、すべての画像に適用することが適切であることを指示する。特定の調整の結果、すべての画像9の中で評価されるべきである。 </li><li>データのエクスポートのための特定の表示モードを選択します。最も簡単な表示が緑、赤または赤青のアナグリフ（ 図3の例）、ステレオペア、または交互のいずれかを使用してステレオビデオですRIGH /左シャッターメガネとTアイフレーム。アナグリフは、単一色に制限されています。 z軸視覚解像度を向上させるために、所望であれば明ら​​かな画像深度を向上させる。 </li><li>様々なフィルタリングと画像強調技術を試してみてください。例えば、ラプラシアンフィルタ処理は、バックグラウンドの上の小さな構造のコントラストを向上させることが有用である。周辺の明るさを低減しつつ実行されているウィンドウの中心の画素の輝度が向上する。いくつかのフィルタリング方法を組み合わせてうまく機能しないことに注意してください。 </li><li>経時的な製剤の実質的な動きがある場合、ドリフト補正を適用する。このような動きは、薬は、活動電位とシナプス電位を抑制するために添加してもして、筋肉を生きているでは一般的です。ピクセル合わせアルゴリズム（ 例えば 。IMARIS、アドビ後遺症、ImageJのためTurboRegプラグイン）は、タイムラプス画像を整列させ、減少させることができるが、通常は完全に、このような運動を排除しない。 </li></ol>

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著者らは、競合する経済的利益を宣言していません。

4Dイメージングの最も重要な側面は、露光の期間と強度の管理である。光退色は、画像の信号対雑音比を減少させ、フルオロフォアの選択を含む種々の要因に応じて、問題であってもなくてもよい。生体組織（光毒性）に対する非特異的損傷は、光退色に関連して、時には目的のために2,12又は微分干渉コントラスト（DIC）のような適切な明視野光学系を有する形態学の検査により設?...

生体組織のタイムラプスイメージングは​​、単一の時点で撮像され、固定または住んで調剤に理解されることができない力学構造と機能の関係を視覚的にアクセスを提供します。しかし、多くの場合、一時的な情報へのアクセスのためのトレードオフは、光学解像度の低下である。高開口数油浸対物レンズは、代替として水浸漬またはドライの目標を残しているため、焦点の彼らの狭い範囲の生体組織に非実用的である。さらに、共焦点光学系によってもたらさ高解像度照明比較的高レベルの1,2必要から、光毒性に起因するいくつかの生体調製物中で利用することができない。最後に、いくつかのリアルタイムまたは時間経過の光学技術が利用可能であるが強化された解像度を提供することが、その適用は、関心のある構造は対物レンズ1の数百ナノメートル内に配置することができる製剤に限定されている。方法について説明比較的低コストの機器を利用した汎用性のある、さらにより一般的に使用されるタイムラプス技術と比較して改良された解像度を提供しています。なお、各施設ならびに撮像施設での使用を意図している。 この方法は高感度デジタルカメラで、迅速に、わずかに異なる焦点面（Zスタック）で画像のセットを取得するために設計されたハードウェアと組み合わせて、従来の落射蛍光顕微鏡を利用しています。それぞれのzスタックはデジタル分解能を高めるためにデコンボリューションされる。 3Dタイムラプス（4D）画像の特徴の一つは、細胞小器官または他の構造の移動を正確に追跡している。適切に設定すると、画像化された構造は、フォーカスの外に出ないし、すべての3方向の動きを観察し、定量化することができる。染色された構造は、単に狭い焦点面の上または下に漂流して、1つ以上の時間経過フレームにわたって消滅するためにこのように、それは不可能です。この方法はまた、相互作用し、可能FUを評価するための高感度なツールとして機能します小さな構造のシオン。回折限界（数百nm）の近くで、従来の落射蛍光または構造の共焦点画像がマージされた画像は、それぞれのラベル3の重なりを見せても融合を確認していません。融合は示唆し、それは、オブジェクトが回折限界未満である距離だけ水平方向または垂直方向に分離されている可能性が残る。三又は四次元イメージングは​​、対照的に、3つの直交方向のそれぞれにおいてオブジェクトの表示が可能になる。すべての3つのビューにおける融合の外観は、確実性のレベルを増加させる。そして、いくつかの生きた標本で、指向性または両方のラベルは、時間に一緒に移動すると推定される融合されたオブジェクトのブラウン運動は、さらなる証拠を提供しています。もちろん、とき回折限界の背景から、こだわりの構造における確実性のレベル、またはそれらが2色素（融合）が含まれていることを示すの近くに、絶対的なものではない。例えば、蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）のような該当する場合、専門的な技術が、4は 、より適切である。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SGC5</td><td>Biotium, Hayward, CA</td><td>70057</td><td>Final conc: 10 mM</td></tr><tr><td>FM1-43FX</td><td>Invitrogen, Carlsbad, CA</td><td>F35335</td><td>Final conc: 7 mM</td></tr><tr><td>LysoTracker Red</td><td>Invitrogen, Carlsbad, CA</td><td>L7528</td><td>Final conc: 0.2 mM</td></tr><tr><td>Reptilian Ringers pH 7.2</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td></td><td></td><td>145 mM</td></tr><tr><td>KCl</td><td></td><td></td><td>2.5 mM</td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>3.6 mM</td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>1.8 mM</td></tr><tr><td>KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (Dibasic)</td><td></td><td></td><td>1.0 mM</td></tr><tr><td>HEPES</td><td></td><td></td><td>5.0 mM</td></tr><tr><td>High KCl Reptilian Ringers pH 7.2</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td></td><td></td><td>86 mM</td></tr><tr><td>KCl</td><td></td><td></td><td>60 mM</td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>3.6 mM</td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>1.8 mM</td></tr><tr><td>KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (Dibasic)</td><td></td><td></td><td>1.0 mM</td></tr><tr><td>HEPES</td><td></td><td></td><td>5.0 mM</td></tr><tr><td>High Sucrose Ringers pH 7.2</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td></td><td></td><td>145 mM</td></tr><tr><td>KCl</td><td></td><td></td><td>2.5 mM</td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>3.6 mM</td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>1.8 mM</td></tr><tr><td>KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (Dibasic)</td><td></td><td></td><td>1.0 mM</td></tr><tr><td>HEPES</td><td></td><td></td><td>5.0 mM</td></tr><tr><td>Sucrose</td><td></td><td></td><td>0.5 M (17.1 g/50 ml)</td></tr><tr><td>Axioplan 200 inverted microscope</td><td>Carl Zeiss, Thornwood, NY</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.zeiss.com/&quot;&gt;www.zeiss.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>N-Achroplan 63X water objective; n.a.=0.9; Working distance=2.4 mm&amp;nbsp;</td><td>Carl Zeiss, Thornwood, NY</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.zeiss.com/&quot;&gt;www.zeiss.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>DG4 combination light source/excitation filterwheel switcher</td><td>Sutter Instruments, Novato, CA</td><td>175W Xenon arc lamp</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sutter.com/&quot;&gt;www.sutter.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Lambda 10-2&amp;nbsp; emission filterwheel switcher</td><td>Sutter Instruments, Novato, CA</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sutter.com/&quot;&gt;www.sutter.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Sensicam CCD camera</td><td>Cooke Instruments, Tonawanda, NY</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.cookecorp.com/&quot;&gt;www.cookecorp.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Cascade 512 CCD camera</td><td>Photometrics, Tucson, AZ</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.photometrics.com/&quot;&gt;www.photometrics.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Imaging dishes- made in-house-11 cm dia.; 25 mm dia. #1 coverslip embedded; magnetic pins</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Software&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Slidebook 5.0</td><td>Intelligent Imaging Innovations, Denver, CO</td><td>Deconvolution; Drift correction;3D and 4D data presentation</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.intelligent-imaging.com/&quot;&gt;www.intelligent-imaging.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>IMARIS 7.5.2</td><td>Bitplane, South Windsor, CT</td><td>Drift correction; 3D and 4D data presentation</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.bitplane.com/&quot;&gt;www.bitplane.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>AfterEffects CS6</td><td>Adobe, San Jose, CA</td><td>Drift correction</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.adobe.com/&quot;&gt;www.adobe.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>ImageJ 1.46</td><td>National Institutes of Health, Bethesda, MD</td><td>Multiple plugins available; Stereo pair construction</td><td>&lt;a href=&quot;http://rsbweb.nih.gov/ij&quot;&gt;http://rsbweb.nih.gov/ij&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Zeiss LSM</td><td>Carl Zeiss, Thornwood, NY</td><td>Stereo pair construction</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.zeiss.com/&quot;&gt;www.zeiss.com&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

visualization of endosome dynamics in living nerve terminals with four-dimensional fluorescence imaging

四次元（4D）光イメージングは​​、ガーターヘビの薄い腹横筋筋の運動神経終末内の小さな構造の挙動を研究するために使用されている。生データは、3Dのz-スタックの経時的配列を含む。各スタックは400-1,500 nmの区切られた焦点面でのエピ蛍光光学系を用いて取得4月20日の画像が含まれています。このようなフォーカスの調整などの画像スタックの取得の手順は、励起波長の切り替え、及びデジタルカメラの動作は、画像レートを最大化し、光露光から組織の損傷を最小限に抑えるために可能な限り自動化されている。取得後、画像スタックのセットは、空間分解能を向上させるためにデコンボリューションされ、所望の3Dフォーマットに変換され、4D「映画」ことが求められる実験データに応じて、コンピュータベースの様々な分析に適しているの作成に使用される。 1つのアプリケーションが、神経末端-macroendosomes（MES）で見つかったエンドソームの二つのクラスの動的挙動の研究であるおよび（有害事象）、サイズが（両方のタイプの200〜800 nm）の酸性エンドソームは、回折限界またはその付近である。各時点での3次元情報へのアクセスは、従来のタイムラプス撮影に比べていくつかの利点を提供する。特に、構造物の動きの大きさと速度は、鮮明な焦点を失うことなく経時的に定量することができる。 4Dイメージングからのデータの例は、MEは、それらがエキソサイトーシスではなく、単に垂直方向に離れて単焦点面から移動していることを示唆し、原形質膜に接近し、消滅することが明らかになった。また、各3正射影で見たように、2つの色素を含有する構造体の間の重複の視覚化によって、有害事象のMEとの推定上の融合で明らかにした。

示されたデータは、（ 図3に低域と高倍率のビューを参照してください。エンドサイトーシスの色素は（FM1-43）の取り込みは、各繊維末端を埋めるヘイズが作成されます）ヘビ神経筋端末からのものであり、特に、macroendosomes（MES）と酸性エンドソーム（AES）これらの端子5。のMEは、神経活動10中に大エンドサイトーシスによって作成され、活動が6を停止?...

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Visualization of Endosome Dynamics in Living Nerve Terminals with Four-dimensional Fluorescence Imaging

四次元（4D）画像化は、脊椎動物の神経末端を生体内エンドソームの2種類のうちの挙動および相互作用を研究するために利用される。これらの小さな構造の移動は、例えばエンドソーム融合およびエキソサイトーシスなどのイベントの確認を可能にする、三次元を特徴としている。

4次元蛍光イメージングと住んでいる神経末端におけるエンドソームダイナミクスの可視化

Four-dimensional (4D) light imaging has been used to study behavior of small structures within motor nerve terminals of the thin transversus abdominis ...

visualization-endosome-dynamics-living-nerve-terminals-with-four

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.9K ビュー.  Washington University School of Medicine. 四次元（4D）画像化は、脊椎動物の神経末端を生体内エンドソームの2種類のうちの挙動および相互作用を研究するために利用される。これらの小さな構造の移動は、例えばエンドソーム融合およびエキソサイトーシスなどのイベントの確認を可能にする、三次元を特徴としている。 

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In vivo Visualization of Synaptic Vesicles Within Drosophila Larval Segmental Axons

Elucidating the mechanisms of axonal transport has shown to be very important in determining how defects in long distance transport affect different neurological diseases. Defects in this essential process can have detrimental effects on neuronal functioning and development. We have developed a dissection protocol that is designed to expose the Drosophila larval segmental nerves to view axonal transport in real time. We have adapted this protocol for live imaging from the one published by Hurd and Saxton (1996) used for immunolocalizatin of larval segmental nerves. Careful dissection and proper buffer conditions are critical for maximizing the lifespan of the dissected larvae. When properly done, dissected larvae have shown robust vesicle transport for 2-3 hours under physiological conditions. We use the UAS-GAL4 method 1 to express GFP-tagged APP or synaptotagmin vesicles within a single axon or many axons in larval segmental nerves by using different neuronal GAL4 drivers. Other fluorescently tagged markers, for example mitochrondria (MitoTracker) or lysosomes (LysoTracker), can be also applied to the larvae before viewing. GFP-vesicle movement and particle movement can be viewed simultaneously using separate wavelengths.

In vivo Visualization of Synaptic Vesicles Within Drosophila Larval Segmental Axons

This protocol discusses the live dissection of Drosophila larvae for the purpose of imaging the movement of GFP tagged axonal vesicles on microtubule tracks.

ショウジョウバエ幼虫分節軸索内ではシナプス小胞の in vivo可視化で

Elucidating the mechanisms of axonal transport has shown to be very important in determining how defects in long distance transport affect different ...

神経科学

In Vivo Two-Photon Microscopy of Single Nerve Endings in Skin

Nerve endings in skin are involved in physiological processes such as sensing1 as well as in pathological processes such as neuropathic pain2. Their close-to-surface positioning facilitates microscopic imaging of skin nerve endings in living intact animal. Using multiphoton microscopy, it is possible to obtain fine images overcoming the problem of strong light scattering of the skin tissue. Reporter transgenic mice that express EYFP under the control of Thy-1 promoter in neurons (including periphery sensory neurons) are well suited for the longitudinal studies of individual nerve endings over extended periods of time up to several months or even life-long. Furthermore, using the same femtosecond laser as for the imaging, it is possible to produce highly selective lesions of nerve fibers for the studies of the nerve fiber restructuring. Here, we present a simple and reliable protocol for longitudinal multiphoton in vivo imaging and laser-based microsurgery on mouse skin nerve endings.

In Vivo Two-Photon Microscopy of Single Nerve Endings in Skin

The protocol for dynamic longitudinal imaging and selective laser lesion of nerve endings in reporter transgenic mice is presented.&#160;

皮膚における単一神経終末のin vivo二光子顕微鏡で

Nerve endings in skin are involved in physiological processes such as sensing1 as well as in pathological processes such as neuropathic pain2. Their ...

TIRFM and pH-sensitive GFP-probes to Evaluate Neurotransmitter Vesicle Dynamics in SH-SY5Y Neuroblastoma Cells: Cell Imaging and Data Analysis

Synaptic vesicles release neurotransmitters at chemical synapses through a dynamic cycle of fusion and retrieval. Monitoring synaptic activity in real time and dissecting the different steps of exo-endocytosis at the single-vesicle level are crucial for understanding synaptic functions in health and disease.
Genetically-encoded pH-sensitive probes directly targeted to synaptic vesicles and Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (TIRFM) provide the spatio-temporal resolution necessary to follow vesicle dynamics. The evanescent field generated by total internal reflection can only excite fluorophores placed in a thin layer (&#60;150 nm) above the glass cover on which cells adhere, exactly where the processes of exo-endocytosis take place. The resulting high-contrast images are ideally suited for vesicles tracking and quantitative analysis of fusion events.
In this protocol, SH-SY5Y human neuroblastoma cells are proposed as a valuable model for studying neurotransmitter release at the single-vesicle level by TIRFM, because of their flat surface and the presence of dispersed vesicles. The methods for growing SH-SY5Y as adherent cells and for transfecting them with synapto-pHluorin are provided, as well as the technique&#160;to perform TIRFM and imaging. Finally, a strategy aiming to select, count, and analyze fusion events at whole-cell and single-vesicle levels is presented.
To validate the imaging procedure and data analysis approach, the dynamics of pHluorin-tagged vesicles are&#160;analyzed under resting and stimulated (depolarizing potassium concentrations) conditions. Membrane depolarization increases the frequency of fusion events and causes a parallel raise of the net fluorescence signal recorded in whole cell. Single-vesicle analysis reveals modifications of fusion-event behavior (increased peak height and width). These data suggest that potassium depolarization not only induces a massive neurotransmitter release but also modifies the mechanism of vesicle fusion and recycling.
With the appropriate fluorescent probe, this technique can be employed in different cellular systems to dissect the mechanisms of constitutive and stimulated secretion.

This paper provides a method for investigating neurotransmitter vesicle dynamics in neuroblastoma cells, using a synaptobrevin2-pHluorin construct and Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy. The strategy developed for image processing and data analysis is also reported.

細胞イメージングおよびデータ分析：SH-SY5Y神経芽腫細胞における神経伝達物質小胞のダイナミクスを評価するためにTIRFMとpH感受性GFP-プローブ

Synaptic vesicles release neurotransmitters at chemical synapses through a dynamic cycle of fusion and retrieval. Monitoring synaptic activity in real ...

Visualizing Intracellular SNARE Trafficking by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy

Soluble N-ethylmaleimide sensitive fusion protein (NSF) attachment protein receptor (SNARE) proteins are key for membrane trafficking, as they catalyze membrane fusion within eukaryotic cells. The SNARE protein family consists of about 36 different members. Specific intracellular transport routes are catalyzed by specific sets of 3 or 4 SNARE proteins that thereby contribute to the specificity and fidelity of membrane trafficking. However, studying the precise function of SNARE proteins is technically challenging, because SNAREs are highly abundant and functionally redundant, with most SNAREs having multiple and overlapping functions. In this protocol, a new method for the visualization of SNARE complex formation in live cells is described. This method is based on expressing SNARE proteins C-terminally fused to fluorescent proteins and measuring their interaction by F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) employing fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM). By fitting the fluorescence lifetime histograms with a multicomponent decay model, FRET-FLIM allows (semi-)quantitative estimation of the fraction of the SNARE complex formation at different vesicles. This protocol has been successfully applied to visualize SNARE complex formation at the plasma membrane and at endosomal compartments in mammalian cell lines and primary immune cells, and can be readily extended to study SNARE functions at other organelles in animal, plant, and fungal cells.

This protocol describes a new method allowing for the quantitative visualization of complex formation of SNARE proteins, based on F&#246;rster resonance energy transfer, and fluorescence lifetime imaging microscopy.

蛍光寿命イメージングによる細胞内のスネアを可視化

Soluble N-ethylmaleimide sensitive fusion protein (NSF) attachment protein receptor (SNARE) proteins are key for membrane trafficking, as they catalyze ...

免疫・感染学

Quantification of Endosome and Lysosome Motilities in Cultured Neurons Using Fluorescent Probes

In the brain, membrane trafficking systems play important roles in regulating neuronal functions, such as neuronal morphology, synaptic plasticity, survival, and glial communications. To date, numerous studies have reported that defects in these systems cause various neuronal diseases. Thus, understanding the mechanisms underlying vesicle dynamics may provide influential clues that could aid in the treatment of several neuronal disorders. Here, we describe a method for quantifying vesicle motilities, such as motility distance and rate of movement, using a software plug-in for the ImageJ platform. To obtain images for quantification, we labeled neuronal endosome-lysosome structures with EGFP-tagged vesicle marker proteins and observed the movement of vesicles using a time-lapse microscopy. This method is highly useful and simplify measuring vesicle motility in neurites, such as axons and dendrites, as well as in the soma of both neurons and glial cells. Furthermore, this method can be applied to other cell lines, such as fibroblasts and endothelial cells. This approach could provide a valuable advancement of our understanding of membrane trafficking.

The investigation of membrane trafficking is crucial for understanding neuronal functions. Here, we introduce a method for quantifying vesicle motility in neurons. This is a convenient method that can be adapted to the quantification of membrane trafficking in the nervous system.

蛍光プローブを用いた培養ニューロンにおけるエンドソームおよびリソソームの動力学の定量

In the brain, membrane trafficking systems play important roles in regulating neuronal functions, such as neuronal morphology, synaptic plasticity, ...

Time-lapse Live Imaging and Quantification of Fast Dendritic Branch Dynamics in Developing Drosophila Neurons

Highly motile dendritic filopodia are widely present in neurons at early developmental stages. These exploratory dynamic branches sample the surrounding environment and initiate contacts with potential synaptic partners. Although the connection between dendritic branch dynamics and synaptogenesis is well established, how developmental and activity-dependent processes regulate dendritic branch dynamics is not well understood. This is partly due to the technical difficulties associated with the live imaging and quantitative analyses of these fine structures using an in vivo system. We established a method to study dendrite dynamics using Drosophila larval ventral lateral neurons (LNvs), which can be individually labeled using genetic approaches and are accessible for live imaging. Taking advantage of this system, we developed protocols to capture branch dynamics of the whole dendritic arbor of a single labeled LNv through time-lapse live imaging. We then performed post-processing to improve image quality through drift correction and deconvolution, followed by analyzing branch dynamics at the single-branch level by annotating spatial positions of all branch terminals. Lastly, we developed R scripts (Supplementary File) and specific parameters to quantify branch dynamics using the coordinate information generated by the terminal tracing. Collectively, this protocol allows us to achieve a detailed quantitative description of branch dynamics of the neuronal dendritic arbor with high temporal and spatial resolution. The methods we developed are generally applicable to sparsely labeled neurons in both in vitro and in vivo conditions.

Time-lapse Live Imaging and Quantification of Fast Dendritic Branch Dynamics in Developing Drosophila Neurons

Here, we describe the method we employed to image highly motile dendritic filopodia in a live preparation of the Drosophila larval brain, and the protocol we developed to quantify time-lapse 3D imaging datasets for quantitative assessments of dendrite dynamics in developing neurons.

ショウジョウバエニューロンの開発における高速樹状分岐ダイナミクスのタイムラプスライブイメージングと定量化

Highly motile dendritic filopodia are widely present in neurons at early developmental stages. These exploratory dynamic branches sample the surrounding ...

Expanding the Toolkit for In Vivo Imaging of Axonal Transport

Axonal transport maintains neuronal homeostasis by enabling the bidirectional trafficking of diverse organelles and cargoes. Disruptions in axonal transport have devastating consequences for individual neurons and their networks, and contribute to a plethora of neurological disorders. As many of these conditions involve both cell autonomous and non-autonomous mechanisms, and often display a spectrum of pathology across neuronal subtypes, methods to accurately identify and analyze neuronal subsets are imperative.
This paper details protocols to assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria in sciatic nerves of anesthetized mice. Stepwise instructions are provided to 1) distinguish motor from sensory neurons in vivo, in situ, and ex vivo by using mice that selectively express fluorescent proteins within cholinergic motor neurons; and 2) separately or concurrently assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria. These complementary intravital approaches facilitate the simultaneous imaging of different cargoes in distinct peripheral nerve axons to quantitatively monitor axonal transport in health and disease.

Expanding the Toolkit for In Vivo Imaging of Axonal Transport

Using transgenic fluorescent mice, detailed protocols are described to assess in vivo axonal transport of signaling endosomes and mitochondria within motor and sensory axons of the intact sciatic nerve in live animals.

軸索輸送の In Vivo イメージングのためのツールキットの拡張

Axonal transport maintains neuronal homeostasis by enabling the bidirectional trafficking of diverse organelles and cargoes. Disruptions in axonal ...

Subcellular Imaging of Neuronal Calcium Handling In Vivo

Calcium (Ca2+) imaging has been largely used to examine neuronal activity, but it is becoming increasingly clear that subcellular Ca2+ handling is a crucial component of intracellular signaling. The visualization of subcellular Ca2+ dynamics in vivo,&#160;where neurons can be studied in their native, intact circuitry, has proven technically challenging in complex nervous systems. The transparency and relatively simple nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans enable the cell-specific expression and in vivo visualization of fluorescent tags and indicators. Among these are fluorescent indicators that have been modified for use in the cytoplasm as well as various subcellular compartments, such as the mitochondria. This protocol enables non-ratiometric Ca2+ imaging in vivo with a subcellular resolution that permits the analysis of Ca2+ dynamics down to the level of individual dendritic spines and mitochondria. Here, two available genetically encoded indicators with different Ca2+ affinities are used to demonstrate the use of this protocol for measuring relative Ca2+ levels within the cytoplasm or mitochondrial matrix in a single pair of excitatory interneurons (AVA). Together with the genetic manipulations and longitudinal observations possible in C. elegans, this imaging protocol may be useful for answering questions regarding how Ca2+ handling regulates neuronal function and plasticity.

Subcellular Imaging of Neuronal Calcium Handling In Vivo

The current methods describe a non-ratiometric approach for high-resolution, sub-compartmental calcium imaging in vivo in Caenorhabditis elegans using readily available genetically encoded calcium indicators.

in vivoでの神経細胞カルシウムハンドリングの細胞内イメージング

Calcium (Ca2+) imaging has been largely used to examine neuronal activity, but it is becoming increasingly clear that subcellular Ca2+ handling is a ...

4D Microscopy of Yeast

The goal of this protocol is to characterize how membrane compartments form and transform in live cells of budding yeast. Many intracellular compartments in yeast are dynamic, and a full understanding of their properties requires time-lapse imaging. Multi-color 4D confocal fluorescence microscopy is a powerful method for tracking the behavior and composition of an intracellular compartment on a time scale of 5-15 min. Rigorous analysis of compartment dynamics requires the capture of thousands of optical sections. To achieve this aim, photobleaching and phototoxicity are minimized by scanning rapidly at very low laser power, and the pixel dimensions and Z-step intervals are set to the largest values that are compatible with sampling the image at full resolution. The resulting 4D data sets are noisy but can be smoothed by deconvolution. Even with high quality data, the analysis phase is challenging because intracellular structures are often numerous, heterogeneous, and mobile. To meet this need, custom ImageJ plugins were written to array 4D data on a computer screen, identify structures of interest, edit the data to isolate individual structures, quantify the fluorescence time courses, and make movies of the projected Z-stacks. 4D movies are particularly useful for distinguishing stable compartments from transient compartments that turn over by maturation. Such movies can also be used to characterize events such as compartment fusion, and to test the effects of specific mutations or other perturbations.

This protocol describes the analysis of fluorescently labeled intracellular compartments in budding yeast using multi-color 4D (time-lapse 3D) confocal microscopy. The imaging parameters are chosen to capture adequate signals while limiting photodamage. Custom ImageJ plugins allow labeled structures to be tracked and quantitatively analyzed.

酵母の4D顕微鏡検査

The goal of this protocol is to characterize how membrane compartments form and transform in live cells of budding yeast. Many intracellular compartments ...

生物学

<meta charset="utf8"></head><body>GFPタグRAB-3を用いた現生 C.エレガンス における軸索輸送解析の強化

Optimizing Visualization of Axonal Transport of Endogenous Cargo by Fluorescence Microscopy in Living Caenorhabditis elegans

Axonal transport is a prerequisite to deliver axonal proteins from their site of synthesis in the neuronal cell body to their destination in the axon. Consequently, loss of axonal transport impairs neuronal growth and function. Studying axonal transport therefore improves our understanding of neuronal cell biology. With recent improvements in CRISPR Cas9 genome editing, endogenous labeling of axonal cargos has become accessible, enabling to move beyond ectopic expression-based visualization of transport. However, endogenous labeling often comes at the cost of low signal intensity and necessitates optimization strategies to obtain robust data. Here, we describe a protocol to optimize the visualization of axonal transport by discussing acquisition parameters and a bleaching approach to improve the signal of endogenous labeled cargo over diffuse cytoplasmic background. We apply our protocol to optimize the visualization of synaptic vesicle precursors (SVPs) labeled by green fluorescent protein (GFP)-tagged RAB-3 to highlight how fine-tuning acquisition parameters can improve the analysis of endogenously labeled axonal cargo in Caenorhabditis elegans (C. elegans).

<meta charset="utf8"></head><body>著者スポットライト:内因性軸索輸送ダイナミクスを視覚化するための高度な技術

The paper describes the optimization of fluorescence microscopy acquisition parameters to visualize the axonal transport of endogenous labeled cargos at single-neuron resolution in a living nematode.

Living Caenorhabditis elegansにおける蛍光顕微鏡による内因性貨物の軸索輸送の可視化の最適化

Axonal transport is a prerequisite to deliver axonal proteins from their site of synthesis in the neuronal cell body to their destination in the axon. ...