Summary

少量循環、血流 - と水没型チャンバー システムで管理急性海馬スライスにおけるシナプス可塑性を記録

Published: January 01, 2018
doi:

Summary

このプロトコルでは、再生バッファーの量が少ないと水中急性海馬スライスにおける活性依存性シナプス可塑性を記録の方法論的側面の酸素レベルの安定化について説明します。

Abstract

脳スライスの実験は 1951 年以来使用されている、にもかかわらず、フィールドや潜在的な細胞内の録音を実行するとき、シナプス伝達の変調の安定した、成功した分析を達成するための確率を低減問題が残っています。この原稿は、急性脳スライスの維持のため、市販の水没商工会議所における興奮性シナプス後電位を記録するための実験条件の改善に役立つ可能性のある方法論的側面をについて説明します流出 carbogenation 付け。流出 carbogenation は、薬物実験のコスト効率を高めるために小さなバッファー貯留層の循環依存の実験で酸素レベルを安定させるのに役立ちます。さらに、原稿はシナプス伝達の活動依存的シナプス可塑性に及ぼす異なる carbogenation モードと刺激パラダイムを調べる代表的な実験を紹介します。

Introduction

1951 年に初めて報告した急性期脳スライス実験は実施1.梨状皮質2,3海馬ニューロンが海馬の4、1 つの septotemporal 軸に沿って横相互接続されて検出から成功体外録音後の 1971 年に、海馬神経活動の最初の in vitroの録音は達成5だった生体内および生体外での条件の下でニューロンの神経生理学的または neurostructural パラメーターの類似性はまだいくつかの討論の6件名が、1975 年に Schwartzkroin7ことが示された基底神経細胞の特性は体外で維持され、その高周波刺激 (すなわちtetanization) 海馬における求心性神経のシナプス電位8の長期的な円滑化を誘導します。記録神経活動の電気生理学的体外大幅拡大活動依存的シナプス可塑性9,10至福によって 1973 年に発見されていた細胞のメカニズムの研究11 生体内で実験ウサギ。

神経細胞の活動やシグナル伝達経路脳スライスで、特に急性海馬スライスの研究は今標準的なツールです。しかし、驚いたことに、体外実験があるまだ標準化される準備や急性海馬スライスのメンテナンスのために存在する複数のアプローチによっても明らかなようリード(1988 年)12は、急性脳スライス スライス チャンバーの種類と入浴中、pH、温度、酸素のレベルの選択肢でのメンテナンスの方法論的課題を検討しました。これらのパラメーターは、まだスライス記録のセットアップの in vitroのカスタムメイドの要素のための記録室の制御が困難です。可能性があります問題の克服にいくつかの方法論的課題と説明水没スライス チェンバース、間質性の 3 D microperfusion システム13、強化された層流と酸素室などの新しいタイプの出版物を見つけることができます。14、コンピューター化された温度コントロール15システム、マルチチャンバ記録システム16を供給します。これらの部屋は簡単に構築できないので、ほとんどの科学者は市販のスライスの部屋に依存します。これらの部屋は、こうして電気生理学および蛍光イメージングの17,18,19の組み合わせを可能にする顕微鏡システムにマウントできます。以来、これらの部屋は、人工髄液 (アプライド) に沈んで脳スライスを維持、新薬承認申請の費用を増加緩衝液の流量を維持する必要があります。このため、流出 carbogenation 比較的小さいアプライド ボリュームを使用して浸漬スライス チャンバー内電位長時間記録の十分な安定性を提供するリサイクル灌流システムを組み込みました。さらに、我々 は活動依存的シナプス可塑性10の結果に影響を与えるこの実験的 carbogenation/灌流システムを使用し、どの真核伸長因子 2 キナーゼ (eEF2K) の抑制を調節するシナプスを要約伝送20

Protocol

動物は、動物のケアの確立された標準と脳科学研究所と状態キー研究所の医療神経生物学の復旦大学、上海、中国の手順に従って維持されました。 1. ソリューションの準備 注: は、材料の表を参照してください。 (変更された Gey ソリューション) のスライスのバッファーを準備: 92 mM の NaCl、KCl、1.25 mM NaH2PO4、30 mM NaHCO3、2.5 mM 25 mM グル…

Representative Results

プロトコル セクションの男性 c57bl/6 マウスとラット (5-8 週間) の海馬 (図 1) の腹側と中間部分から急性海馬スライスの作製について述べる。スライサー プラットフォーム上半球の位置は、安定を保つのに役立ち、寒天やアガロースと安定化の必要性を削除します。灌流システム自体は液体の必要流量を与えるため高回転で作動、ペリスタルティ…

Discussion

インターフェイス スライス室より堅牢なシナプス応答25,26,27,28の展示物、水没室提供パッチ ・ クランプ記録および蛍光追加の利便性イメージング。したがって、我々 はフィールド ニューロン17,18、蛍光プローブのイメージングに簡単に拡張するこ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

大戦実施、分析し実験を設計し、原稿を書いていた。D.X. と C.P. 図の準備を支援し、実験を行なった。この作品は、NSFC (31320103906) によって支えられたおよび結核 111 プロジェクト (B16013)

Materials

Reagents required
NaCl Sinopharm Chemical Reagent, China 10019318
KCl Sinopharm Chemical Reagent, China 10016318
KH2PO4 Sinopharm Chemical Reagent, China 10017618
MgCl2·6H2O Sinopharm Chemical Reagent, China 10012818
CaCl2 Sinopharm Chemical Reagent, China 10005861
NaHCO3 Sinopharm Chemical Reagent, China 10018960
Glucose Sinopharm Chemical Reagent, China 10010518
NaH2PO4 Sinopharm Chemical Reagent, China 20040718
HEPES Sigma H3375
Sodium pyruvate Sigma A4043
MgSO4 Sinopharm Chemical Reagent, China 20025118
NaOH Sinopharm Chemical Reagent, China 10019718
Tools and materials for dissection
Decapitators Harvard apparatus 55-0012 for rat decapitation
Bandage Scissors SCHREIBER 12-4227 for mouse decapitation
double-edge blade Flying Eagle, China 74-C
IRIS Scissors RWD, China S12003-09
Bone Rongeurs RWD, China S22002-14
Spoon Hammacher  HSN 152-13
dental cement spatula Hammacher  HSN 016-15
dental double end excavator Blacksmith Surgical, USA BS-415-017
Vibrating Microtome Leica, Germany VT1200S
surgical blade  RWD, China S31023-02
surgical holder RWD, China S32007-14
Electrophysiology equipment and materials
Vertical Pipette Puller Narishige, Japan PC-10
Vibration isolation table Meirits, Japan ADZ-A0806
submerged type recording chamber Warner Instruments RC-26GLP
thermostatic water bath Zhongcheng Yiqi,China HH-1
4 Axis Micromanipulator Sutter, USA MP-285, MP-225
Platinum Wire World Precision Instruments PTP406
Amplifier Molecular Devices, USA Multiclamp 700B
Data Acquisition System Molecular Devices, USA Digidata 1440A
Anaysis software Molecular Devices, USA Clampex 10.2
Fluorescence Microscope Nikon, Japan FN1
LED light source Lumen Dynamics Group, Canada X-cite 120LED
micropipettes Harvard apparatus GC150TF extracelluar recording
borosilicate micropipettes Sutter, USA BF150-86 patch clamp
tungsten electrode A-M Systems, USA 575500
peristaltic pump Longer, China BT00-300T
tubes for peristaltic pump ISMATEC, Wertheim, Germany SC0309 1x inflow, ID: 1.02mm
tubes for peristaltic pump ISMATEC, Wertheim, Germany SC0319 2x tubes for outflow, ID: 2.79 mm
CCD camera PCO, Germany pco.edge sCMOS
lens cleaning paper Kodak
50 ml conical centrifuge tube Thermo scientific 339652
Prechamber Warner Instruments BSC-PC
Inline heater Warner Instruments SF-28
Temperature Controller Warner Instruments TC-324B

References

  1. McIlwain, H. Metabolic response in vitro to electrical stimulation of sections of mammalian brain. Biochem J. 48 (4), (1951).
  2. McIlwain, H., Richards, C. D., Somerville, A. R. Responses in vitro from the piriform cortex of the rat, and their susceptibility to centrally-acting drugs. J Neurochem. 14 (9), 937-938 (1967).
  3. Yamamoto, C., McIlwain, H. Electrical activities in thin sections from the mammalian brain maintained in chemically-defined media in vitro. J Neurochem. 13 (12), 1333-1343 (1966).
  4. Andersen, P., Bliss, T. V., Lomo, T., Olsen, L. I., Skrede, K. K. Lamellar organization of hippocampal excitatory pathways. Acta Physiol Scand. 76 (1), 4-5 (1969).
  5. Skrede, K. K., Westgaard, R. H. The transverse hippocampal slice: a well-defined cortical structure maintained in vitro. Brain Res. 35 (2), 589-593 (1971).
  6. Kirov, S. A., Sorra, K. E., Harris, K. M. Slices have more synapses than perfusion-fixed hippocampus from both young and mature rats. J Neurosci. 19 (8), 2876-2886 (1999).
  7. Schwartzkroin, P. A. Characteristics of CA1 neurons recorded intracellularly in the hippocampal in vitro slice preparation. Brain Res. 85 (3), 423-436 (1975).
  8. Schwartzkroin, P. A., Wester, K. Long-lasting facilitation of a synaptic potential following tetanization in the in vitro hippocampal slice. Brain Res. 89 (1), 107-119 (1975).
  9. Reymann, K. G., Frey, J. U. The late maintenance of hippocampal LTP: requirements, phases, ‘synaptic tagging’, ‘late-associativity’ and implications. Neuropharm. 52 (1), 24-40 (2007).
  10. Bliss, T. V., Collingridge, G. L., Morris, R. G. Synaptic plasticity in health and disease: introduction and overview. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 369 (1633), 20130129 (2014).
  11. Bliss, T. V., Gardner-Medwin, A. R. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the unanaestetized rabbit following stimulation of the perforant path. J Physiol. 232 (2), 357-374 (1973).
  12. Reid, K. H., Edmonds, H. L., Schurr, A., Tseng, M. T., West, C. A. Pitfalls in the Use of Brain-Slices. Prog Neurobiol. 31 (1), 1-18 (1988).
  13. Rambani, K., Vukasinovic, J., Glezer, A., Potter, S. M. Culturing thick brain slices: an interstitial 3D microperfusion system for enhanced viability. J Neurosci Methods. 180 (2), 243-254 (2009).
  14. Hajos, N., et al. Maintaining network activity in submerged hippocampal slices: importance of oxygen supply. Eur J Neurosci. 29 (2), 319-327 (2009).
  15. Redondo, R. L., et al. Synaptic tagging and capture: differential role of distinct calcium/calmodulin kinases in protein synthesis-dependent long-term potentiation. J Neurosci. 30 (14), 4981-4989 (2010).
  16. Stopps, M., et al. Design and application of a novel brain slice system that permits independent electrophysiological recordings from multiple slices. J Neurosci Methods. 132 (2), 137-148 (2004).
  17. Behnisch, T., Matsushita, S., Knopfel, T. Imaging of gene expression during long-term potentiation. Neuroreport. 15 (13), 2039-2043 (2004).
  18. Karpova, A., et al. Encoding and transducing the synaptic or extrasynaptic origin of NMDA receptor signals to the nucleus. Cell. 152 (5), 1119-1133 (2013).
  19. Karpova, A., Mikhaylova, M., Thomas, U., Knopfel, T., Behnisch, T. Involvement of protein synthesis and degradation in long-term potentiation of Schaffer collateral CA1 synapses. J Neurosci. 26 (18), 4949-4955 (2006).
  20. Weng, W., Chen, Y., Wang, M., Zhuang, Y., Behnisch, T. Potentiation of Schaffer-Collateral CA1 Synaptic Transmission by eEF2K and p38 MAPK Mediated Mechanisms. Front Cell Neurosci. 10 (247), (2016).
  21. Meduna, L. J., Jackman, A. I. Carbon dioxide inhalation therapy. Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 31, 280-286 (1953).
  22. Edwards, F. A., Konnerth, A., Sakmann, B., Takahashi, T. A thin slice preparation for patch clamp recordings from neurones of the mammalian central nervous system. Pflugers Arch. 414 (5), 600-612 (1989).
  23. Mathis, D. M., Furman, J. L., Norris, C. M. Preparation of acute hippocampal slices from rats and transgenic mice for the study of synaptic alterations during aging and amyloid pathology. J Vis Exp. (49), (2011).
  24. Yuanxiang, P., Bera, S., Karpova, A., Kreutz, M. R., Mikhaylova, M. Isolation of CA1 nuclear enriched fractions from hippocampal slices to study activity-dependent nuclear import of synapto-nuclear messenger proteins. J Vis Exp. (90), e51310 (2014).
  25. Leutgeb, J. K., Frey, J. U., Behnisch, T. LTP in cultured hippocampal-entorhinal cortex slices from young adult (P25-30) rats. J Neurosci Meth. 130 (1), 19-32 (2003).
  26. Kloosterman, F., Peloquin, P., Leung, L. S. Apical and basal orthodromic population spikes in hippocampal CA1 in vivo show different origins and patterns of propagation. J Neurophysiol. 86 (5), 2435-2444 (2001).
  27. Thiemann, W., Malisch, R., Reymann, K. G. A new microcirculation chamber for inexpensive long-term investigations of nervous tissue in vitro. Brain Res Bull. 17 (1), 1-4 (1986).
  28. Shetty, M. S., et al. Investigation of Synaptic Tagging/Capture and Cross-capture using Acute Hippocampal Slices from Rodents. J Vis Exp. (103), (2015).
  29. Du, H., Lin, J., Zuercher, C. Higher efficiency of CO2 injection into seawater by a venturi than a conventional diffuser system. Bioresour Technol. 107, 131-134 (2012).
  30. Weinman, J., Mahler, J. An Analysis of Electrical Properties of Metal Electrodes. Med Electron Biol Eng. 2, 299-310 (1964).
  31. Fanselow, M. S., Dong, H. W. Are the dorsal and ventral hippocampus functionally distinct structures. Neuron. 65 (1), 7-19 (2010).
  32. Wang, M., et al. Translation of BDNF-gene transcripts with short 3′ UTR in hippocampal CA1 neurons improves memory formation and enhances synaptic plasticity-relevant signaling pathways. Neurobiol Learn Mem. , (2016).

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Weng, W., Li, D., Peng, C., Behnisch, T. Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System. J. Vis. Exp. (131), e55936, doi:10.3791/55936 (2018).

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