レーザースキャニングの光刺激によって抑制神経回路のマッピング
Summary
本稿では、限られた抑制性ニューロン集団でGFPを発現するトランスジェニックマウスにおける細胞全体の録音でレーザ走査光刺激を組み合わせたアプローチを紹介します。手法は特異的な阻害皮質ニューロンの局所シナプス回路の広範なマッピングと定量分析が可能になります。
Abstract
抑制性ニューロンは皮質機能に不可欠である。彼らは、全体の大脳皮質の神経人口の約20％を構成し、さらに1月4日 、その免疫化学的、形態学的および生理学的特性に基づいて多様なサブタイプに細分化することができます。以前の研究では、抑制性ニューロンの個々のタイプの固有の特性についてはあまり明らかになってきたが、地元の回路接続に関する知識はまだ3,5,6比較的限られている。個々のニューロンの機能は皮質回路内での興奮性と抑制性シナプス入力によって形作られていることを考えると、我々は特定の抑制性細胞型へのマップローカル回線接続にレーザースキャニング光刺激（LSP）を使用してきました。従来の電気刺激やグルタミン酸パフ刺激に比べて、LSPは個別に記録されたニューロン3,7-9への広範なマッピングおよびローカル機能入力の定量分析を可能にするユニークな利点を持っています。レーザー写真グルタミン酸アンケージング経由刺激が選択的に通過またはサブ層マッピング分解能を保証遠位樹状突起、軸索を活性化することなく、perisomaticallyニューロンを活性化する。広い地域に比べて多くの刺激部位からの入力をマッピングするためのLSPsの感度と効率がよく皮質回路解析に適しています。
ここでは、地元の抑制回路マッピングするためのクランプホールセルパッチと組み合わせたLSPsのテクニックをご紹介します。標的細胞の種類と記録された細胞型の明確な同定の一貫したサンプリングを可能にする特異的な阻害細胞タイプの標的録音皮質3,10の限られた抑制性ニューロン集団における緑色蛍光タンパク質（GFP）を発現するトランスジェニックマウスを使用することによって促進され、 。 LSPは、マッピングのように、我々は、システム装置の概要を説明実験の手順及びデータ収集を説明し、マウス初代somatoseにおける回路マッピングの現在の例nsory皮質。我々の実験で示されているように、かごに入れられたグルタミン酸は、UVレーザー光分解による脳切片の空間的に限定された領域で活性化され、同時に電圧クランプ記録は、光刺激誘発シナプス応答の検出を可能にする。標的ニューロンへの興奮性または抑制性シナプス入力のどちらかのマップは、潜在的なシナプス前の数百のサイトを促進するために、レーザビームを走査することによって生成されます。したがって、LSPは繰り返し実験を通じて抑制性神経細胞の特定の種類に当たるシナプス入力の詳細な地図の構築を可能にします。一緒になって、光刺激ベースの手法は、神経科学者の大脳皮質の局所回路の機能的な組織を決定するための強力なツールを提供しています。
Protocol
Discussion
光刺激ベースのマッピング技術が効果的に皮質の回路を解析するために適用されています。多くの異なる場所でのシナプス前ニューロンのクラスターの光刺激によるシナプス後ニューロンからの同時記録が興奮の空間分布の定量的尺度を提供するため、全細胞記録と組み合わせるレーザ走査光刺激は、単一のニューロンへのシナプス前の入力ソースの層分布の高分解能マッピングが可能また?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々は彼らの技術支援のためのトランHuynhとアンドリューサンアントニオ、ジェリー·リンに感謝します。この作品は、XXに健康助成DA023700とDA023700-04S1の国立研究所によって資金を供給された
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| transgenic mouse lines | Jackson lab or other sources | Please refer to Xu and Callaway (2009) | |
| GFP goggles | BLS Ltd., Hungary | ||
| vibratome | Leica Systems | VT1200S | |
| MNI caged glutamate (4-methoxy-7-nitroindolinyl-caged l-glutamate) | Tocris Bioscience, Ellisville, MO | Cat No. 1490 | |
| biocytin | B4261 | ||
| electrode puller | Sutter Instrument, Novato, CA | P-97 | |
| glass tubes for making electrodes | BF150-86-10 | ||
| Multiclamp 700B amplifier | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | Multiclamp 700B | |
| digital CCD camera | Q-imaging, Austin, TX | Retiga 2000 | |
| Research microscope | Olympus, Tokyo, Japan | BW51X | |
| UV laser unit | DPSS Lasers, Santa Clara, CA | model 3501 | |
| Other equipment for Laser scanning phostimulation | Please refer to Xu et al. (2010) |
Solutions:
- Sucrose-containing artificial cerebrospinal fluid (ACSF) for slice cutting (in mM: 85 NaCl, 75 sucrose, 2.5 KCl, 25 glucose, 1.25 NaH2PO4, 4 MgCl2, 0.5 CaCl2, and 24 NaHCO3).
- Recording ACSF (in mM: 126 NaCl, 2.5 KCl, 26 NaHCO3, 2 CaCl2, 2 MgCl2, 1.25 NaH2PO4, and 10 glucose)
- Electrode internal solution (in mM: 126 K-gluconate, 4 KCl, 10 HEPES, 4 ATP-Mg, 0.3 GTP-Na, and 10 phosphocreatine; pH 7.2, 300 mOsm).
Referenzen
- Ascoli, G. A. Petilla terminology: nomenclature of features of GABAergic interneurons of the cerebral cortex. Nature. 9, 557-568 (2008).
- Markram, H. Interneurons of the neocortical inhibitory system. Nature. 5, 793-807 (2004).
- Xu, X., Callaway, E. M. Laminar specificity of functional input to distinct types of inhibitory cortical neurons. J Neurosci. 29, 70-85 (2009).
- Xu, X., Roby, K. D., Callaway, E. M. Immunochemical characterization of inhibitory mouse cortical neurons: three chemically distinct classes of inhibitory cells. J Comp Neurol. 518, 389-404 (2010).
- Dantzker, J. L., Callaway, E. M. Laminar sources of synaptic input to cortical inhibitory interneurons and pyramidal neurons. Nat Neurosci. 3, 701-707 (2000).
- Yoshimura, Y., Callaway, E. M. Fine-scale specificity of cortical networks depends on inhibitory cell type and connectivity. Nat Neurosci. 8, 1552-1559 (2005).
- Shepherd, G. M., Pologruto, T. A., Svoboda, K. Circuit analysis of experience-dependent plasticity in the developing rat barrel cortex. Neuron. 38, 277-289 (2003).
- Weiler, N., Wood, L., Yu, J., Solla, S. A., Shepherd, G. M. Top-down laminar organization of the excitatory network in motor cortex. Nat Neurosci. 11, 360-366 (2008).
- Xu, X., Olivas, N. D., Levi, R., Ikrar, T., Nenadic, Z. High precision and fast functional mapping of cortical circuitry through a combination of voltage sensitive dye imaging and laser scanning photostimulation. J Neurophysiol. 103, 2301-2312 (2010).
- Xu, X., Roby, K. D., Callaway, E. M. Mouse cortical inhibitory neuron type that coexpresses somatostatin and calretinin. J Comp Neurol. 499, 144-160 (2006).
- Shi, Y., Nenadic, Z., Xu, X. Novel use of matched filtering for synaptic event detection and extraction. PLoS ONE. 5, e15517-e15517 (2010).
- Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
- Kuhlman, S. J., Huang, Z. J. High-resolution labeling and functional manipulation of specific neuron types in mouse brain by Cre-activated viral gene expression. PLoS ONE. 3, e2005-e2005 (2008).
- Petreanu, L., Huber, D., Sobczyk, A., Svoboda, K. Channelrhodopsin-2-assisted circuit mapping of long-range callosal projections. Nat Neurosci. 10, 663-668 (2007).
- Petreanu, L., Mao, T., Sternson, S. M., Svoboda, K. The subcellular organization of neocortical excitatory connections. Nature. 457, 1142-1145 (2009).
- Cardin, J. A. Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses. Nature. 459, 663-667 (2009).
- Shepherd, G. M., Svoboda, K. Laminar and columnar organization of ascending excitatory projections to layer 2/3 pyramidal neurons in rat barrel cortex. J Neurosci. 25, 5670-5679 (2005).
