İki-Foton<em> In vivo</em> Bir inceltilmiş-kafatası Hazırlık kullanarak Fare Cortex dendritik dikenler Görüntüleme
Summary
Time-lapse imaging in the living animal provides valuable information on structural reorganization in the intact brain. Here, we introduce a thinned-skull preparation that allows transcranial imaging of fluorescently labeled synaptic structures in the living mouse cortex by two-photon microscopy.
Abstract
Memeli kortekste, nöronlar son derece karmaşık ağları ve sinaps bilgi alışverişi oluşturur. Sinaptik gücü, hem de sinaps ekleme / kaldırma değişiklikleri, nöronal plastisite yapısal temel sağlayan, bir deneyim bağımlı bir şekilde meydana gelir. Kortekste en uyarıcı sinapsların postsinaptik bileşenleri olarak, dendritik dikenler sinaps iyi bir vekil olarak kabul edilir. Fare genetik ve floresan etiketleme teknikleri, bireysel nöronlar ve bunların sinaptik yapılarının alarak avantajları sağlam beyinde etiketli olabilir. Burada in vivo zamanla floresan etiketli postsinaptik dendritik dikenler takip için iki-foton lazer tarama mikroskobu kullanarak bir Transkranial görüntüleme protokolü tanıtmak. Bu protokol sağlam kafatası tutar ve menenjlerin maruz kalma ve korteks tarafından kaynaklanan inflamatuar etkileri ortadan kaldıran inceltilmiş-kafatası hazırlık, kullanır. Bu nedenle, görsel su sonra hemen elde edilebilirrgery gerçekleştirilir. Deneysel prosedür saat yıla kadar değişen çeşitli zaman aralıklarında tekrar tekrar yapılabilir. Bu preparatın Bu uygulama aynı zamanda, fizyolojik ve patolojik koşullar altında, değişik bölge ve kortikal katmanları, hem de diğer hücre türlerini araştırmak için genişletilebilir.
Introduction
Memeli korteks duyusal algı ve hareket kontrolü soyut bilgi işleme ve biliş, birçok beyin fonksiyonları katılır. Çeşitli kortikal işlevleri nöronların farklı iletişim ve bireysel sinaps bilgi alışverişi oluşur farklı sinirsel devreler, üzerine inşa. Sinapsların yapısı ve işlevi sürekli deneyimleri ve patolojiler yanıt modifiye ediliyor. Olgun Beyinde, sinaptik plastisite oluşumu ve fonksiyonel bir nöral bakımında önemli bir rol oynayan, kuvvet değişiklikler ve sinaps ekleme / kaldırma hem şeklini alır. Dendritik dikenler, memeli beyninde uyarıcı sinapsların çoğunluğunun postsinaptik bileşenleridir. Sürekli ciro ve dikenler morfolojik değişimler sinaptik bağlantıları 1-7 modifikasyon iyi bir göstergesi olarak hizmet inanılmaktadır.
Iki-fotonlu lazer tarama mikroskopi kalın, opak hazırlıkları ve sağlam 8 beyin canlı görüntüleme için uygun hale düşük fototoksisite aracılığıyla derin nüfuz sunuyor. Floresan etiketleme ile birlikte, iki-foton görüntüleme yaşayan beyin içine gözetleme ve yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe sahip bireysel sinapsların yapısal reorganizasyon takip için güçlü bir araç sağlar. Çeşitli yöntemler, canlı görüntüleme 9-13 için fareler hazırlamak için kullanılmıştır. Burada, biz fare kortekste postsinaptik dendritik dikenler yapısal plastisite araştırmak için in vivo iki foton görüntüleme bir inceltilmiş-kafatası hazırlanmasını açıklar. Bu yaklaşımı kullanarak, bizim yeni çalışmalar, floresanla işaretlenmiş alt-nöronal ve in vivo etiketleme teknikleri hızlı bir gelişme ile transgenik hayvanların artan durumu ile öğrenme, motor beceri tepki olarak dendritik omurga değişikliklerin bir dinamik resim tasvir var, burada açıklanan benzer prosedürler de uygulanabilir araştırılmakte başka hücre tipleri ve kortikal bölgelerinde, diğer manipülasyonlar ile birlikte, hem de 16-23 hastalık modellerinde kullanılmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Başarılı bir inceltilmiş kafatası hazırlık elde etmek için, bu protokolde birkaç adım çok önemlidir. 1) kafatası kalınlığı. Kafatası kemiği, iki yüksek yoğunluklu kompakt kemik tabakaları ve düşük yoğunluklu süngersi kemiğin bir orta tabaka ile, bir sandviç yapıya sahiptir. Yüksek hızlı mikro delme kompakt kemik ve süngersi kemiğin dış katmanlarını çıkarılması için uygun olmakla birlikte, mikrocerrahi bıçak kompakt kemik iç tabaka inceltme için idealdir. Gelişim sırasın…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz grafik gösterim için James Perna teşekkür ederim. Bu çalışma YZ Ruh Sağlığı Ulusal Enstitüsü hibe tarafından desteklenmiştir
Materials
| Ketamine | Bioniche Pharma | 67457-034-10 | Mixed with xylazine for anesthesia |
| Xylazine | Lloyd laboratories | 139-236 | Mixed with ketamine for anesthesia |
| Saline | Hospira | 0409-7983-09 | 0.9% NaCl for injection and imaging |
| Razor blades | Electron microscopy sciences | 72000 | Double-edge stainless steel razor blades |
| Alcohol pads | Fisher Scientific | 06-669-62 | Sterile alcohol prep pads |
| Eye ointment | Henry Schein | 102-9470 | Petrolatum ophthalmic ointment sterile ocular lubricant |
| High-speed micro drill | Fine Science Tools | 18000-17 | The high-speed micro drill is suitable for thinning the outer layer of compact bone and targeting a small area |
| Micro drill steel burrs | Fine Science Tools | 19007-14 | 1.4 mm diameter |
| Microsurgical blade | Surgistar | 6961 | The microsurgical blade is suitable for thinning the inner layer of compact bone and middler layer of spongy bone |
| Cyanoacrylate glue | Fisher Scientific | NC9062131 | Fix the head plate onto the skull |
| Suture | Havard Apparatus | 510461 | Non-absorbale, sterile silk suture, 6-0 monofilament |
| Dissecting microscope | Olympus | SZ61 | |
| CCD camera | Infinity | ||
| Two-photon microscope | Prairie Technologies | Ultima IV | |
| 10X objective | Olympus | NA 0.30, air | |
| 60X objective | Olympus | NA 1.1, IR permeable, water immersion | |
| Ti-sapphire laser | Spectra-Physics | Mai Tai HP |
Referenzen
- Holtmaat, A., Svoboda, K. Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain. Nature reviews. Neuroscience. 10, 647-658 (2009).
- Fu, M., Zuo, Y. Experience-dependent structural plasticity in the cortex. Trends in neurosciences. 34, 177-187 (2011).
- Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Current opinion in neurobiology. 21, 169-174 (2011).
- Harms, K. J., Dunaevsky, A. Dendritic spine plasticity: looking beyond development. Brain research. 1184, 65-71 (2007).
- Segal, M. Dendritic spines and long-term plasticity. Nature reviews. Neuroscience. 6, 277-284 (2005).
- Tada, T., Sheng, M. Molecular mechanisms of dendritic spine morphogenesis. Current opinion in neurobiology. 16, 95-101 (2006).
- Alvarez, V. A., Sabatini, B. L. Anatomical and physiological plasticity of dendritic spines. Annual review of neuroscience. 30, 79-97 (2007).
- Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 248, 73-76 (1990).
- Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. B. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature protocols. 5, 201-208 (2010).
- Holtmaat, A., et al. Long-term, high-resolution imaging in the mouse neocortex through a chronic cranial window. Nature protocols. 4, 1128-1144 (2009).
- Drew, P. J., et al. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature methods. 7, 981-984 (2010).
- Szu, J. I., et al. Thinned-skull cortical window technique for in vivo optical coherence tomography imaging. J Vis Exp. , (2012).
- Mostany, R., Portera-Cailliau, C. A craniotomy surgery procedure for chronic brain imaging. J Vis Exp. , (2008).
- Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
- Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483, 92-95 (2012).
- Davalos, D., et al. ATP mediates rapid microglial response to local brain injury in vivo. Nature neuroscience. 8, 752-758 (2005).
- Tsai, J., Grutzendler, J., Duff, K., Gan, W. B. Fibrillar amyloid deposition leads to local synaptic abnormalities and breakage of neuronal branches. Nature neuroscience. 7, 1181-1183 (2004).
- Pan, F., Aldridge, G. M., Greenough, W. T., Gan, W. B. Dendritic spine instability and insensitivity to modulation by sensory experience in a mouse model of fragile X syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107, 17768-17773 (2010).
- Liu, Z., Condello, C., Schain, A., Harb, R., Grutzendler, J. CX3CR1 in microglia regulates brain amyloid deposition through selective protofibrillar amyloid-beta phagocytosis. J Neurosci. 30, 17091-17101 (2010).
- Tremblay, M. E., Zettel, M. L., Ison, J. R., Allen, P. D., Majewska, A. K. Effects of aging and sensory loss on glial cells in mouse visual and auditory cortices. Glia. 60, 541-558 (2012).
- Lam, C. K., Yoo, T., Hiner, B., Liu, Z., Grutzendler, J. Embolus extravasation is an alternative mechanism for cerebral microvascular recanalization. Nature. 465, 478-482 (2010).
- Kelly, E. A., Majewska, A. K. Chronic imaging of mouse visual cortex using a thinned-skull preparation. J Vis Exp. , (2010).
- Marker, D. F., Tremblay, M. E., Lu, S. M., Majewska, A. K., Gelbard, H. A. A thin-skull window technique for chronic two-photon in vivo imaging of murine microglia in models of neuroinflammation. J Vis Exp. , (2010).
- Svoboda, K., Yasuda, R. Principles of two-photon excitation microscopy and its applications to neuroscience. Neuron. 50, 823-839 (2006).
- Feng, G., et al. Imaging neuronal subsets in transgenic mice expressing multiple spectral variants of GFP. Neuron. 28, 41-51 (2000).
- Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A polished and reinforced thinned-skull window for long-term imaging of the mouse brain. J Vis Exp. , (2012).
- Zhang, L., et al. Imaging glioma initiation in vivo through a polished and reinforced thin-skull cranial window. J Vis Exp. , (2012).
- Pacary, E., et al. Visualization and genetic manipulation of dendrites and spines in the mouse cerebral cortex and hippocampus using in utero electroporation. J Vis Exp. , (2012).
- Saito, T., Nakatsuji, N. Efficient gene transfer into the embryonic mouse brain using in vivo electroporation. Developmental biology. 240, 237-246 (2001).
- Lowery, R. L., Majewska, A. K. Intracranial injection of adeno-associated viral vectors. J Vis Exp. , (2010).
- Taniguchi, H., et al. A resource of Cre driver lines for genetic targeting of GABAergic neurons in cerebral cortex. Neuron. 71, 995-1013 (2011).
- Zariwala, H. A., et al. A Cre-dependent GCaMP3 reporter mouse for neuronal imaging in vivo. J Neurosci. 32, 3131-3141 (2012).
- 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, (2008).
