Summary

Las neuronas de imágenes dentro de las secciones del cerebro gruesas, según el método de Golgi-Cox

Published: April 18, 2017
doi:

Summary

Se presenta un protocolo por el método de tinción de Golgi-Cox en secciones de cerebro de espesor, con el fin de visualizar las neuronas con árboles dendríticos largas contenidos dentro de muestras de tejido individuales. También se presentan dos variantes de este protocolo que implica cresilo contratinción violeta, y la congelación de los cerebros no transformadas para almacenamiento a largo plazo.

Abstract

El método de Golgi-Cox de la tinción de las neuronas ha sido empleado durante más de doscientos años para avanzar en nuestra comprensión de la morfología de las neuronas dentro del cerebro muestras histológicas. Si bien es preferible desde un punto de vista práctico para preparar secciones de cerebro en el mayor espesor posible, a fin de aumentar la probabilidad de identificar neuronas teñidas que están contenidos completamente dentro de las secciones individuales, este enfoque es limitado desde un punto de vista técnico por la distancia de trabajo de alto -magnification objetivos de microscopio. Presentamos aquí un protocolo para teñir las neuronas utilizando el método de Golgi-Cox en secciones de cerebro de ratón que se cortan en 500 espesor m, y para visualizar las neuronas en toda la profundidad de estas secciones usando un microscopio vertical equipado con una alta resolución de 30X de silicona 1,05 NA objetivo de inmersión en aceite que tiene una distancia de trabajo de 800 m. describen además dos variantes útiles de este protocolo que se puede emplear para contrateñir la superficie demontado secciones de cerebro con la tinción de violet Nissl de cresilo, o para congelar los cerebros enteros para almacenamiento a largo plazo antes de seccionar y el procesamiento final. El protocolo principal y sus dos variantes producen secciones de cerebro de espesor manchadas, a lo largo de la cual los árboles neurona dendríticas completos y espinas dendríticas se pueden visualizar y cuantificar de forma fiable.

Introduction

La visualización de las neuronas individuales dentro de muestras de tejido permite el análisis in situ de las neuronas características morfológicas, que ha avanzado significativamente nuestra comprensión del cerebro y cómo puede ser influenciado por la enfermedad endógena o factores ambientales exógenas. El método de tinción de Golgi-Cox es un medio rentables, relativamente simples de la tinción de una muestra aleatoria de las neuronas dentro del cerebro. En primer lugar desarrollado por Golgi 1 y modificado por Cox 2 en la década de 1800, los investigadores han perfeccionado esta técnica en los últimos años para producir neuronas claros y bien teñidas con que se pueden utilizar para visualizar y cuantificar tanto la morfología del árbol dendrítico y la densidad de la columna 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Una consideración técnica importante para la visualización de las neuronas teñidas dentro de las secciones del cerebro es el espesor máximo rebanada, que está limitada por la distancia de trabajo de los objetivos disponibles de gran aumento / de alta resolución del microscopio. objetivos de inmersión en aceite comunes en el 60 – 100X gama proporcionan una excelente resolución, pero están limitados por sus distancias de trabajo que son típicamente no mayor de 200 m. Las secciones de cerebro de corte en el rango de 200 micras pueden ser adecuadas para visualizar ciertos tipos de neuronas que pueden estar contenidos dentro de este grosor de corte, por ejemplo las neuronas piramidales en las capas superficiales de la corteza cerebral 10, 11, 12, las neuronas piramidales en la región CA1 de la hipocampo 13, 14, y las células granulares en el giro dentado del hipocampo 15. Las neuronas con relativamente más largoárboles dendríticos, tales como las neuronas piramidales en las capas profundas de la corteza cerebral que para el ratón se puede extender más de 800 m desde el cuerpo celular 16, proporcionan un mayor reto porque tendrían que ser seccionada en un ángulo perfecto cerebros para contener todo el árbol de dendritas dentro de los 200 m rodajas. Esto puede incluso no ser factible si una dendrita o cualquiera de sus ramas se extienden en la dirección rostral o caudal. Si bien es posible abordar esta limitación mediante el trazado de una neurona a través de múltiples secciones de cerebro adyacentes, este enfoque presenta un desafío técnico significativo en la alineación de las secciones con precisión para la localización 17. Un enfoque más práctico sería para visualizar las neuronas enteras contenidas dentro de las secciones del cerebro que se cortan en un espesor mayor.

Presentamos aquí una técnica para teñir las neuronas dentro de 400 – secciones de cerebro de espesor 500 micras de ratones utilizando el método de Golgi-Cox, y para visualizar su morphology usando un silicio objetivo de inmersión en aceite de alta resolución que tiene una distancia de trabajo de 800 m. La impregnación y el procesamiento de protocolo de Golgi-Cox que describimos se modificó a partir de uno de los protocolos modernos más citados en la literatura 6. Nuestro enfoque con secciones de cerebro de espesor proporciona la ventaja de aumentar la probabilidad de identificar neuronas de cualquier tipo que están contenidos completamente dentro de la sección. Además del protocolo principal, también presentes dos variaciones que proporcionan ventajas únicas: (1) la tinción de Golgi-Cox con la contratinción cresil violeta en la superficie de las secciones montadas, con el fin de definir los límites de las regiones del cerebro y para identificar capas de la corteza cerebral, y (2) tinción de Golgi-Cox con una etapa de congelación intermedio para el almacenamiento a largo plazo de cerebros enteros impregnadas antes de seccionar y el procesamiento final.

Protocol

ratones CD1-deformación hembras adultas se utilizaron en este estudio. tinción similar se puede lograr usando ambos sexos en diversas edades. Los animales experimentales fueron atendidos de acuerdo a los principios y directrices del Consejo Canadiense de los Animales, y el protocolo experimental fue aprobado por la Universidad de Guelph Cuidado de Animales. 1. Golgi-Cox tinción Golgi-Cox La impregnación de cerebros Hacer la solución Golgi-Cox de 1% (…

Representative Results

Este protocolo de tinción Golgi-Cox y sus dos variantes opcionales descritos pueden emplearse para visualizar las neuronas individuales dentro de 400 – 500 micras secciones de cerebro de espesor. Montajes de imágenes representativos de dos dimensiones Z-proyecciones capturados usando un objetivo de 10X y 5 micras pasos en el eje Z se muestran en la Figura 1: A1 – C1 para un área grande de secciones cerebrales coronales que incluye el área de la corteza cingulada ante…

Discussion

Se describe aquí un protocolo de tinción Golgi-Cox junto con dos variantes útiles para la visualización de las neuronas dentro de las secciones del cerebro de espesor. Como se muestra en los resultados representativos, el uso de un objetivo de alta resolución que tiene una larga distancia m de trabajo 800 permite la visualización fiable de las neuronas enteras a lo largo de la profundidad de las secciones del cerebro cortadas a 500! M. Este estudio de secciones del cerebro relativamente gruesas aumenta la probabil…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por una subvención del descubrimiento de CDCB de las Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá (NSERC), un Fondo Líderes concesión de infraestructuras de investigación John R. Evans a CDCB desde Canadá Fundación para la Innovación (CFI proyecto número 30381), y por Descubrimiento de una subvención a MNJ de CRSNG. ELL fue apoyado por una beca de Graduados de Ontario y por una beca de la OVC de la Facultad de Veterinaria de Ontario de la Universidad de Guelph. CDS con el apoyo de una Ayudantía de Investigación de Pregrado Estudiantes de CRSNG. ALM fue apoyado por una beca de Alexander Graham Bell de CRSNG y por una beca de la OVC de la Facultad de Veterinaria de Ontario de la Universidad de Guelph.

Materials

potassium dichromate Fisher Scientific P188-100 Hazardous
potassium chromate Fisher Scientific P220-100 Hazardous
mercuric chloride Fisher Scientific S25423 Hazardous
Whatman grade 1 filter paper Fisher Scientific 1001-185
isoflurane Pharmaceutical Partners of Canada CP0406V2
20 mL scintillation vial Fisher Scientific 03-337-4
sucrose Bioshop Canada SUC700.1
sodium phosphate monobasic Sigma Aldrich S5011-500G
sodium phosphate dibasic Sigma Aldrich S9390-500G
50 mL conical tube Fisher Scientific 12-565-271
isopentane Fisher Scientific AC126470010 also known as 2-methylbutane. Hazardous
agar Sigma Aldrich A1296-100G
small weigh dish Fisher Scientific 02-202-100
vibratome Leica VT1000 S
6 well tissue culture plates Fisher Scientific 08-772-1b
mesh bottom tissue culture inserts Fisher Scientific 07-200-214
paraformadelhyde, 16% Electron Microscope Sciences 15710-S Hazardous
ammonium hydroxide Fisher Scientific A669S-500 Hazardous
Kodak Fixative A Sigma Aldrich P7542
superfrost plus slides Fisher Scientific 12-550-15
CitroSolv clearing agent Fisher Scientific 22-143-975
anhydrous ethyl alcohol Commercial Alcohols N/A
cresyl violet Sigma Aldrich C1791
permount Fisher Scientific SP15-100
upright microscope Olympus BX53 model
colour camera, 12 bit MBF Biosciences DV-47d QImaging part 01-MBF-2000R-F-CLR-12
three-dimensional motorized microscope stage, controller and enoders MBF Biosciences N/A Supplied and integrated with microscope by MBF Biosciences
4x microscope objective Olympus 4x 0.16 N.A. UplanSApo
10x microscope objective Olympus 10x 0.3 N.A. UPlan FL N 
30x microscope objective Olympus 30x 1.05 N.A. UPlanSApo 
60x microscope objective Olympus 60x 1.42 N.A. PlanAPO N
silicone immersion oil Olympus Z-81114
Neurolucida software MBF Biosciences Version 10
ImageJ software U. S. National Institutes of Health Current version With the OME Bio-Formats plugin installed
Photoshop software Adobe version CS6

Referenzen

  1. Golgi, C. Sulla struttura della sostanza grigia del cervello. Gazzetta Medica Italiana. Lombardia. 33, 244-246 (1873).
  2. Cox, W. H. Imprägnation des centralen Nervensystems mit Quecksilbersalzen. Archiv f. mikrosk. Anat. 37, 16-21 (1891).
  3. Zaqout, S., Kaindl, A. M. Golgi-Cox Staining Step by Step. Front Neuroanat. 10, 38 (2016).
  4. Levine, N. D., et al. Advances in thin tissue Golgi-Cox impregnation: fast, reliable methods for multi-assay analyses in rodent and non-human primate brain. J Neurosci Methods. 213 (2), 214-227 (2013).
  5. Ranjan, A., Mallick, B. N. A modified method for consistent and reliable Golgi-Cox staining in significantly reduced time. Front Neurosci. 1, 157 (2010).
  6. Gibb, R., Kolb, B. A method for vibratome sectioning of Golgi-Cox stained whole rat brain. J Neurosci Methods. 79 (1), 1-4 (1998).
  7. Friedland, D. R., Los, J. G., Ryugo, D. K. A modified Golgi staining protocol for use in the human brain stem and cerebellum. J Neurosci Methods. 150 (1), 90-95 (2006).
  8. Narayanan, S. N., et al. Appraisal of the effect of brain impregnation duration on neuronal staining and morphology in a modified Golgi-Cox method. J Neurosci Methods. 235, 193-207 (2014).
  9. Das, G., Reuhl, K., Zhou, R. The Golgi-Cox method. Methods Mol Biol. 1018, 313-321 (2013).
  10. Sutherland, R., Gibb, R., Kolb, B. The hippocampus makes a significant contribution to experience-dependent neocortical plasticity. Behav Brain Res. 214 (1), 121-124 (2010).
  11. Hamilton, G. F., Whitcher, L. T., Klintsova, A. Y. Postnatal binge-like alcohol exposure decreases dendritic complexity while increasing the density of mature spines in mPFC Layer II/III pyramidal neurons. Synapse. 64 (2), 127-135 (2010).
  12. Nashed, M. G., Seidlitz, E. P., Frey, B. N., Singh, G. Depressive-like behaviours and decreased dendritic branching in the medial prefrontal cortex of mice with tumors: A novel validated model of cancer-induced depression. Behav Brain Res. 294, 25-35 (2015).
  13. Frauenknecht, K., et al. Mice with experimental antiphospholipid syndrome display hippocampal dysfunction and a reduction of dendritic complexity in hippocampal CA1 neurones. Neuropathol Appl Neurobiol. 41 (5), 657-671 (2015).
  14. Camacho-Abrego, I., et al. Rearrangement of the dendritic morphology of the neurons from prefrontal cortex and hippocampus after subthalamic lesion in Sprague-Dawley rats. Synapse. 68 (3), 114-126 (2014).
  15. Redila, V. A., Christie, B. R. Exercise-induced changes in dendritic structure and complexity in the adult hippocampal dentate gyrus. Neurowissenschaften. 137 (4), 1299-1307 (2006).
  16. Bailey, C. D., Alves, N. C., Nashmi, R., De Biasi, M., Lambe, E. K. Nicotinic alpha5 subunits drive developmental changes in the activation and morphology of prefrontal cortex layer VI neurons. Biol Psychiatry. 71 (2), 120-128 (2012).
  17. Lytton, W. W. . From computer to brain : foundations of computational neuroscience. , (2002).
  18. Paxinos, G., Franklin, K. B. J. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2001).
  19. Ha, H. A modified Golgi-Cox method with counterstain for the study of synapses. Anat Rec. 155 (1), 59-64 (1966).
  20. Swanson, L. W. The locus coeruleus: a cytoarchitectonic, Golgi and immunohistochemical study in the albino rat. Brain Res. 110 (1), 39-56 (1976).
  21. Pilati, N., Barker, M., Panteleimonitis, S., Donga, R., Hamann, M. A rapid method combining Golgi and Nissl staining to study neuronal morphology and cytoarchitecture. J Histochem Cytochem. 56 (6), 539-550 (2008).

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Louth, E. L., Sutton, C. D., Mendell, A. L., MacLusky, N. J., Bailey, C. D. Imaging Neurons within Thick Brain Sections Using the Golgi-Cox Method. J. Vis. Exp. (122), e55358, doi:10.3791/55358 (2017).

View Video