知识分享——钙成像技术

 

1. 神经元钙成像及原理

 

神经元的活动是大脑复杂的行为表现的基础，其中钙离子作为一类重要的胞内信号分子，在神经元功能中起着重要的作用。钙离子能产生许多控制细胞功能的胞内信号，如突触囊泡中神经递质的释放等。钙成像技术能直接测量神经元和神经元组织中动态的钙流动，利用钙离子流的优势，在活神经细胞上直接可视化钙信号。

原理：利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂，将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来，通过对钙离子变化的快速成像，反映神经元的活性变化。

	神经元钙信号 （Jihae Oh et al. Korean J Physiol Pharmacol. 2019）

 

 

2. 钙离子指示剂（Calcium Indicators）

 

对钙离子的功能研究中，钙指示剂是必不可少的工具。根据荧光光谱、钙离子亲和力及其化学特性的不同大致可分为化学指示剂和遗传编码指示剂两大类。

化学指示剂是检测细胞质中钙离子浓度的传统工具，主要是一些能特异性与钙离子结合的小分子，包括Fura-2、indo-1、fluo-3、fluo-4、Calcium Green-1等，这些小分子都是被称作BAPTA的钙离子螯合剂，是乙二醇双四乙酸（EGTA）的一种同系物，对Ca2+具有较高的选择性。化学荧光指示剂通常采用电极刺穿或借助乙酰氧基甲酯和右旋葡萄糖的方式进入到目标部位。

遗传编码钙离子指示剂（genetically encoded calcium indicators，GECIs），是随着基因工程技术的发展，出现的一种新型的钙离子指示剂，它可以实现在体实验中对钙离子的长时程检测和实时动态检测，并且还可以借助细胞器的特异性定位信号表征某些特定的亚细胞结构的钙离子变化情况。

根据发光原理可将GECIs分为两大类，以单个荧光蛋白为基础的GECIs和由荧光共振能量转移（FRET）的荧光蛋白对构成的GECIs。前者主要包括Pericams、GCaMP和Camgaroos，后者主要包括TN-XXL、Cameleons、D3cpV等。其中GECIs类钙指示剂则主要借助于病毒感染的方式导入至目标部位。

 

	遗传编码钙离子指示剂 （Jihae Oh et al. Korean J Physiol Pharmacol. 2019）

 

3. 钙成像研究步骤：

 

下面以遗传编码类钙离子指示剂为例，简述研究步骤：

第一步：选取合适的GECIs类钙离子指示剂；

第二步：通过病毒感染的方式将钙离子指示剂导入目标位置；

第三步：记录钙离子的动态变化，分析神经元活动；

 

 

4. 维真AAV钙指示剂

 

	GCaMPs 生物传感器效果图

GCaMPs是单个绿色荧光蛋白GFP、钙调蛋白CaM和平滑肌细胞肌球蛋白轻链激酶片段M13融合的产物。在Ca2+存在的情况下，CaM会和M13结合，大大增加荧光的强度。凭借高敏感度、高信噪比等优势，GCaMPs钙指示剂在体内钙成像研究中得到越来越多的应用，其中GCaMP6系列是目前较为成熟且应用较为广泛的一类。

①GCaMP6s（slow）动力学较慢，适合检测缓慢持续的钙信号；

②GCaMP6m(medium)动力学居中，适合检测中速变化的钙信号；

③GCaMP6f（fast）动力学快，适合检测快速变化的钙信号；

 

维真拥有多种钙指示剂，其中大量钙指示剂已经包装成为现货AAV，方便快速高效，满足您的实验需求。

下面是部分AAV钙指示剂的载体列表：

GCaMP indicators

pAAV-hSyn-GCaMP6s

pAAV-CaMkIIa-GCaMP6s

pAAV-hsyn-GCaMP6s-P2A-nls-dTomato

pAAV-CaMkIIa-GCaMP6s-P2A-nls-dTomato

pAAV-EF1a-DIO-GCaMP6s-P2A-nls-dTomato

pAAV-hSyn-DIO-GCaMP6s-P2A-nls-dTomato

pAAV-hsyn-GCaMP6m-P2A-nls-dTomato

pAAV-CaMkIIa-GCaMP6m-P2A-nls-dTomato

pAAV-EF1a-DIO-GCaMP6m-P2A-nls-dTomato

pAAV-hsyn-GCaMP6f-P2A-nls-dTomato

pAAV-EF1a-DIO-GCaMP6f-P2A-nls-dTomato

pAAV-CaMKIIa-GCaMP6f-P2A-nls-dTomato

pAAV-CAG-GCaMP6f-P2A-nls-dTomato

pAAV-TRE3G-GCaMP6f-P2A-nls-dTomato

pAAV-gfaABC1D-GCAMP6f

pAAV-CamkIIa-GCAMP6f

pAAV-hSyn-GCaMP5g

Other indicators

pAAV-hsyn-NES-jRCaMP1b-WPRE

pAAV-hsyn-NES-jRGECO1a-WPRE

pGP-AAV-CAG-flex-NES-jRGECO1a-WPRE.116.1670

 

如果表格中没有您所需的AAV钙指示剂，请联系我们，我们还可以添加特异性启动子，荧光蛋白，包装您所需的AAV病毒血清型。