Візуалізація кальцієвих сигналів також кальцієва візуалізація від англ calcium imaging спосіб вимірювання концентрації і

Візуалізація кальцієвих сигналів, також кальцієва візуалізація (від англ. calcium imaging) — спосіб вимірювання концентрації іонів кальцію в клітині чи її частинах за допомогою флуоресцентної мікроскопії. Клітини розміщаються в полі зору мікроскопа, в них вводиться флуоресцентний барвник, а потім стимулюється вхід кальцію до клітини чи її компартментів. При зв'язуванні іонів кальцію з барвником відбувається випромінення світла, яке реєструється за допомогою сенсора відеокамери. Флуоресцентні барвники поділяються на хімічно синтезовані молекули (Fura, Indo тощо) та кальцій-чутливі білки (наприклад, екворин). Метод кальцієвої візуалізації дозволяє одночасно вимірювати кальцієві сигнали в багатьох клітинах, що дозволяє одразу отримувати велику статистику відповідей та вивчати синхронне поширення кальцієвої хвилі в багатьох пов'язаних клітинах, зокрема в синцитії чи при синхронній активності нейронів.

Дослідження кальцієвих сигналів розпочалося на клітинних культурах. Далі почали використовувати органотипову культуру зі зрізів мозку ссавців. Утім уже наприкінці 1990-х років з'явилися праці з кальцієвої візуалізації в організмах безхребетних та рибки даніо-реріо. Цей результат вдалося отримати за допомогою штучної експресії білка апоекворину, а також заповненню тканин флуоресцентними барвниками Fura-2 та Fluo-3. Подальші удосконалення методики пов'язані з появою двофотонних сканувальних лазерних мікроскопів, що дозволило отримувати зображення в глибоких шарах мозку хребетних тварин.

Барвники

Перші праці з візуалізації кальцієвих сигналів розпочалися в 1970-ті роки, а першим хімічним кальцій-чутливим барвником стала ^[en]. Пізніше були відкриті кальцій-чутливі люмінесцентні білки, першим з яких став екворин, виділений з медузи Aequorea victoria. Також у 1970-ті використовували як індикатори мурексид та арсеназо III, проте їхня чутливість сильно залежала від рівня pH.

Похідні BAPTA Fura-2, Fluo-3, Fluo-4, кальцієвий зелений-1 та Oregon green BAPTA стали популярними сенсорами кальцію. Для проникнення крізь клітинну мембрану були розроблені спеціальні ацетилоксіметильовані (AM) форми барвників. При потраплянні до цитоплазми ця група відрізалася клітинними естеразами. Існують органічні барвники з високою спорідненістю до іонів кальцію для вимірювання цитоплазматичної концентрації та з низькою афінністю — для вимірювання концентрації кальцію в депо.

Примітки

Russell J. T. (2011). Imaging calcium signals in vivo: a powerful tool in physiology and pharmacology. British journal of pharmacology, 163(8), 1605–1625. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.2010.00988.x (англ.)

Джерела

Robbins, M., Christensen, C. N., Kaminski, C. F., & Zlatic, M. (2021). Calcium imaging analysis - how far have we come?. F1000Research, 10, 258. https://doi.org/10.12688/f1000research.51755.2 (англ.)

[Russell2011-1] Russell J. T. (2011). Imaging calcium signals in vivo: a powerful tool in physiology and pharmacology. British journal of pharmacology, 163(8), 1605–1625. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.2010.00988.x (англ.)