Summary

Identifikasjon av dopamin D1-Alpha reseptor i gnager Nucleus Accumbens av en nyskapende RNA i Situ oppdagelsen teknologien

Published: March 27, 2018
doi:

Summary

Identifikasjon av dopamin D1-alfa reseptoren i nucleus accumbens er avgjørende for å avklare D1 reseptor dysfunksjon under en sentralnervesystemet sykdom. Vi utførte en roman RNA i situ hybridisering analysen for å visualisere enkelt RNA molekyler i et bestemt hjernen.

Abstract

I sentralnervesystemet er D1-alfa undertype reseptoren (Drd1α) den mest tallrike dopamin (DA) reseptoren, som spiller en viktig rolle i å regulere dannes hemmer nevronal vekst og utvikling. Mekanismene bak Drd1α reseptor unormalt formidling atferdsdata svar og modulerende arbeider minnefunksjon er imidlertid uklart. Bruker en roman RNA i situ hybridisering analysen, identifisert denne studien dopamin Drd1α reseptoren og tyrosin hydroksylase (TH) RNA uttrykk fra DA-relaterte kretsene i nucleus accumbens (NAc) området og substantia nigra-regionen (SNR), henholdsvis. Drd1α uttrykk i NAc viser en “diskret dot” flekker mønster. Klart Kjønnsforskjeller i Drd1α uttrykket ble observert. Derimot viser TH et “klynger” flekker mønster. Om TH uttrykk vises hunnrotter et høyere signal uttrykk per celle i forhold til mannlig dyr. Metodene presenteres her gi en roman i situ hybridisering teknikk for å undersøke endringer i dopamin systemet dysfunksjon under utviklingen av sentralnervesystemet sykdommer.

Introduction

Dysfunksjon av dopamin striatal er involvert i utviklingen av kliniske symptomer i flere nevrokognitive sykdommer. Dopamin D1 reseptorer finnes i prefrontal cortex (PFK) og striatal områder av hjernen og påvirke tungt kognitive prosesser1, inkludert minne, timelige behandling og lokomotiv atferd2,3 , 4 , 5 , 6 , 7. forrige studier belyst at endringer av dopamin D1 reseptorer var knyttet til utviklingen av oppmerksomhet underskudd hyperaktivitet disorder (ADHD)8nevrokognitive symptomene i schizofreni9, 10 og stress mottakelighet11. Spesielt i schizofreni indikerte fantes et positron utslipp tomografi (PET) studier at bindingen evne til dopamin D1 reseptorer i prefrontal halvdelene var svært knyttet til kognitiv underskudd og tilstedeværelsen av negative symptomer11. Dendrittiske veksten av eksitatoriske nerveceller i prefrontal cortex regulert av dopamin D1 reseptoren lindrer stress mottakelighet. Videre kan knockdown D1 reseptoren i mediale prefrontal kortikale (mPFC) neurons forbedre de sosiale nederlag stress-indusert sosiale unngåelse12.

Her introduserer vi en teknikken av RNA i situ hybridisering visualisere enkelt RNA molekyler i en celle med frisk-frosne vevsprøver. Nåværende teknikken har flere fordeler fremfor metoder som finnes i gjeldende litteratur. Først gjeldende prosedyre bevarer romlige og morfologiske sammenheng av vev og ble utført på frisk-frosne vevsprøver slik at andre prosedyrer krever friske, ikke-innebygd vev kan kombineres med gjeldende metoder. Lignende fremgangsmåter i formalin-fast og parafin-embedded vev har illustrert at enkelt transkripsjon oppløsning kan oppnås ved hjelp av en RNA i situ hybridisering teknikk13. Påvisning av RNA på enkelt transkripsjon nivå gir overlegen følsomhet til lav kopi talluttrykk samt muligheten til å sammenligne genuttrykk nivået av individuelle celler som kan oppnås ved andre nukleinsyre gjenkjenningsmetoder som polymerase kjedereaksjon (PCR) teknikker. I tillegg opprettholder det aktuelle metoden bilder med høy signal-til-støy forholdet gjennom svært spesifikke RNA sonder som hybridiserte til enkelt mål RNA transkripsjoner, og sekvensielt bundet med en kaskade av signal forsterkning molekyler i deteksjon system. Til slutt gir den nåværende teknologien mulighet til å vurdere flere biologiske systemer med sin mål-spesifikke proprietære sonder, i stedet for å begrense våre undersøkelser bare én klasse av systemrelaterte markører som proteinet oppdagelsen av immunohistochemistry metoder.

I vår studie brukte vi denne romanen RNA i situ hybridisering for å evaluere Drd1α reseptor uttrykk i nucleus accumbens (NAc) og tyrosin hydroksylase (TH) uttrykk i substantia nigra (SNR) av både mannlige og kvinnelige F344/N rotter. Nyskapende RNA i situ hybridization aktivert vi mekanismer påvirke både DA opptak og DA utgivelsen samtidig, forbedre vår forståelse av striatal DA systemets kompleksiteten. Her beskriver vi prosedyren for frisk-frosne hjernen skiver og gir metoder for analyse for ulike flekker mønstre: “diskret dot” eller “klynger”.

Protocol

Eksperimentell protokollen ble godkjent av Animal Care og bruk Committee (IACUC) ved University of South Carolina (føderale forsikring nummer: A3049-01). 1. forberedelse av fersk frosne hjernen Bruk F344/N rotte belastningen: tre rotter av hvert kjønn, 13 måneders alder, kropp vekt ca 320 g. Justere desflurane konsentrasjonen 5% (overdose av desflurane). Fortsette desflurane eksponering etter puster stopper for en ekstra minutt. Halshugge rotta og fjerne hjerne…

Representative Results

Denne studien observert en “diskret prikker” flekker mønster for RNA uttrykk i dopamin D1-alfa receptors (Drd1α) av NAc i F344/N rotter (figur 1A). Individuelle fluorescens signaler var lett identifiseres og kan sees som enkelt “prikker”, hver representerer en enkelt RNA transkripsjon i cellen. For bilder fra NAc som viser “diskret kuler” flekker mønster, vurdert vi det dynamiske utvalget av uttrykk med en semi kvantitativ analyse (fig…

Discussion

I denne protokollen beskriver vi romanen teknikk i situ hybridisering for frisk-frosne hjernen skiver å evaluere Drd1α reseptor uttrykk i nucleus accumbens (NAc) og tyrosin hydroksylase (TH) uttrykk i regionen substantia nigra (SNR). Vi tilbyr også metoder for analyse for ulike flekker mønstre: “diskret dot” eller “klynger”.

Kritisk trinnene for en vellykket multiplex fluorescens RNA i situ hybridisering analysen er inkludert. Når decapitating rotta og fjerne hjernen, Fr…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nåværende verkene ble støttet av National Institutes of Health (NIH) tilskudd HD043680, MH106392, DA013137 og NS100624. Delvis fondet ble levert av NIH T32 trening stipend i biomedisinsk-atferdsterapi vitenskap.

Materials

HybEZ Oven system Advanced Cell Diagnostics  310010
RNAscope Probe – Rn-Drd1a Advanced Cell Diagnostics  317031 Color channel 1, Green
RNAscope Probe – Rn-Th-C2 Advanced Cell Diagnostics  314651-C2 Color channel 2, Orange
RNAscope Fluorescent Multiplex Reagent Kit Advanced Cell Diagnostics  320850
ImmEdge Hydrophobic Barrier Pen Vector Laboratory H-4000
SuperFrost Plus Slides Fisher Scientific 12-550-154% 
4% paraformaldehyde Sigma-Aldrich 158127-500G
Sevoflurane Merritt Veterinary Supply 347075
Tissue-Tek vertical 24 slide rack Fisher Scientific NC9837976
Tissue-Tek staining dish Fisher Scientific NC0731403
Precision General Purpose Baths ThermoFisher Scientific TSGP28
Pretreatment 4 Advanced Cell Diagnostics  320850 parts of kits
ProLong Gold anti-fade reagent Life Technologies P36930
Amp 1-FL Advanced Cell Diagnostics  320850 parts of kits
Amp 2-FL Advanced Cell Diagnostics  320850 parts of kits
Amp 3-FL Advanced Cell Diagnostics  320850 parts of kits
Amp 4-FL-Alt A Advanced Cell Diagnostics  320850 parts of kits
EZ-C1 software package Nikon Instruments version 3.81b
SAS/STAT Software SAS Institute, Inc., version 9.4

References

  1. Goldman-Rakic, P. S., Castner, S. A., Svensson, T. H., Siever, L. J., Williams, G. V. Targeting the dopamine D1 receptor in schizophrenia: insights for cognitive dysfunction. Psychopharmacology (Berl). 174 (1), 3-16 (2004).
  2. Beaulieu, J. M., Gainetdinov, R. R. The physiology, signaling, and pharmacology of dopamine receptors. Pharmacol Rev. 63, 182-217 (2011).
  3. Zahrt, J., Taylor, J. R., Mathew, R. G., Arnsten, A. F. Supranormal stimulation of D1 dopamine receptors in the rodent prefrontal cortex impairs spatial working memory performance. J Neurosci. 17, 8528-8535 (1997).
  4. Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. Multiple dopamine receptor subtypes in the medial prefrontal cortex of the rat regulate set-shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
  5. Arnsten, A. F., Girgis, R. R., Gray, D. L., Mailman, R. B. Novel dopamine therapeutics for cognitive deficits in schizophrenia. Biol Psychiatry. 81, 67-77 (2017).
  6. Ellenbroek, B. A., Budde, S., Cools, A. R. Prepulse inhibition and latent inhibition: the role of dopamine in the medial prefrontal cortex. 神经科学. 75 (2), 535-542 (1996).
  7. Parker, K. L., Alberico, S. L., Miller, A. D., Narayanan, N. S. Prefrontal D1 dopamine signaling is necessary for temporal expectation during reaction time performance. 神经科学. 255, 246-254 (2013).
  8. Manduca, A., Servadio, M., Damsteegt, R., Campolongo, P., Vanderschuren, L. J., Trezza, V. Dopaminergic Neurotransmission in the Nucleus Accumbens Modulates Social Play Behavior in Rats. Neuropsychopharmacology. 41 (9), 2215-2223 (2016).
  9. Okubo, Y., et al. Decreased prefrontal dopamine D1 receptors in schizophrenia revealed by PET. Nature. 385 (6617), 634-636 (1997).
  10. Abi-Dargham, A., et al. Prefrontal dopamine D1 receptors and working memory in schizophrenia. J Neurosci. 22 (9), 3708-3719 (2002).
  11. Shinohara, R., et al. Dopamine D1 receptor subtype mediates acute stress-induced dendritic growth in excitatory neurons of the medial prefrontal cortex and contributes to suppression of stress susceptibility in mice. Mol Psychiatry. 19, (2017).
  12. Okubo, Y., et al. Decreased prefrontal dopamine D1 receptors in schizophrenia revealed by PET. Nature. 385, 634-636 (1997).
  13. Wang, F., et al. RNAscope: a novel in situ RNA analysis platform for formalin-fixed, paraffin-embedded tissues. J Mol Diagn. 14 (1), 22-29 (2012).
  14. Paxinos, G., Watson, C. . The rat brain in stereotaxic coordinates. , (2014).
check_url/cn/57444?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Li, H., Illenberger, J. M., McLaurin, K. A., Mactutus, C. F., Booze, R. M. Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology. J. Vis. Exp. (133), e57444, doi:10.3791/57444 (2018).

View Video