הקלטות תיקון מהדק כל התא מMorphologically- וinterneurons היפוקמפוס זיהה Neurochemically
Summary
רשתות קליפת המוח נשלטות על ידי קבוצה קטנה, אך מגוונת של interneurons המעכב. חקירה פונקציונלית של interneurons לכן דורשת הקלטה ממוקדת וזיהוי קפדני. שתואר כאן היא גישה משולבת הכוללת כל תא הקלטות מזוגות בודדים או synaptically מצמידים של נוירונים עם תיוג תאיים, שלאחר הוק מורפולוגיים וניתוח immunocytochemical.
Abstract
interneurons המעכב GABAergic לשחק תפקיד מרכזי במעגלים עצביים במוח. Interneurons מהווה תת קבוצה קטנה של האוכלוסייה העצבית (10-20%), אך מראה רמה גבוהה של הטרוגניות פיזיולוגית, מורפולוגיות, וneurochemical, המשקף פונקציות המגוונות שלהם. לכן, חקירה של interneurons מספקת תובנות חשובות עקרונות הארגון ותפקוד של מעגלים עצביים. זה, עם זאת, דורש גישה פיזיולוגית וneuroanatomical משולב לבחירה וזיהוי של סוגים בודדים interneuron. כל תא תיקון מהדק הקלטה מפרוסות חריפות מוח של בעלי חיים מהונדסים, המבטאים חלבוני ניאון מתחת ליזמים של סמני interneuron ספציפי, מספק שיטה יעילה למקד וelectrophysiologically לאפיין מאפיינים פנימיים והסינפטי של סוגים ספציפיים interneuron. בשילוב עם תיוג צבע תאיים, גישה זו יכולה להתארך עם post hoc מוניתוח rphological וimmunocytochemical, המאפשר זיהוי שיטתי של נוירונים שנרשמו. ניתן להתאים שיטות אלה כדי שיתאימו למגוון רחב של שאלות מדעיות לגבי מאפיינים תפקודיים של סוגים שונים של תאי עצב בקליפת המוח.
Introduction
מעגלים עצביים בהיפוקמפוס כבר זמן רב את הנושא של בדיקה אינטנסיבית, לגבי שני אנטומיה ופיזיולוגיה, בשל תפקידם החיוני בלמידה ובזיכרון, כמו גם ניווט מרחבי בשני בני אדם ומכרסמים. באותה מידה, ארגון מינרית הבולט, אבל פשוט של ההיפוקמפוס עושה אזור זה נושא מועדף של מחקרי טיפול בתכונות מבניות ותפקודיות של רשתות קליפת המוח.
מעגלים בהיפוקמפוס מורכבים מתאים מעוררים עיקריים (> 80%) ו( 10-20%) קטנים יותר, אבל מחזור מגוון מאוד של interneurons המעכב 1-3. Interneurons לשחרר חומצת γ-aminobutyric (GABA) מסופי האקסון הפועל בקולטני GABA ionotropic המהיר (GABA RS) וGABA-B קולטני metabotropic איטי (GABA-B RS) 4. מנגנונים מעכבים אלה לאזן עירור ולהסדיר את הרגישות של תאים עיקריים, ובכךעיתוי ir ודפוס של שחרור. עם זאת, GABA שוחרר מinterneurons פועל לא רק על תאים עיקריים, אלא גם על interneurons עצמם 5,6. קולטנים מראש וpostsynaptic לתווך רגולציה משוב ואינטראקציות הדדיות מעכבות בין הסוגים השונים של interneuron. מנגנונים המעכבים אלה ברשתות interneuron הם האמינו להיות מרכזיים לדור ועיצוב דפוסי פעילות האוכלוסייה, בתנודות מסוימות בתדרים שונים 7.
הקלטת תיקון מהדק כל התא היא שיטה מבוססת היטב לבחינת מאפיינים הפנימיים ואינטראקציות הסינפטי של נוירונים. עם זאת, בשל גיוון הרב של סוגי interneuron, חקירה של interneurons המעכב דורשת זיהוי קפדני של התאים שנרשמו. כסוגי היפוקמפוס interneuron מתאפיינים בתכונות ייחודיות מורפולוגיים וביטוי סמן neurochemical, אנטומי בשילוב ודואר immunocytochemicalxamination יכול לספק אמצעי כדי לקבוע 6,8,9 זהות interneuron מדויקות.
בעבודה הנוכחית אנו מתארים גישה ניסויית שבו הקלטות תיקון מהדק כל תא מתאי עצב בודד או זוגות synaptically מצמידים משולבות עם תיוג תאיים, ואחריו פוסט הוק-ניתוח צורני וimmunocytochemical, המאפשרים האפיון של איטי GABA-B קולט תיווך השפעות מעכבות בinterneurons המזוהה. כדוגמא, אנו מתמקדים בסוג אחד עיקרי של interneuron, קבוצת משנה של מה שנקרא "תאי הסל" (BC), אשר innervates דנדריטים סומה והפרוקסימלי של מטרות postsynaptic ומאופיין ב" מתחזק מהר "(FS) פריקת דפוס, האקסון צפוף המכסה את שכבת גוף תא, וביטוי של parvalbumin מחייב סידן החלבון (PV) 10,11. interneurons אלה להציג זרמים גדולים postsynaptic מעכבים, כמו גם טרום בולטיםאפנון הסינפטי של הפלט הסינפטי שלהם, בתגובה להפעלת GABA-B R 12. השילוב של טכניקות המתוארות כאן יכול להיות מיושם באופן שווה גם לחקור מנגנונים פנימיים או הסינפטי במגוון רחב של סוגי תאי עצב מזוהים אחרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מתארים שיטה המשלבת טכניקות אלקטרו וneuroanatomical לאפיין פונקציונלי נוירונים morphologically- וneurochemically המזוהים במבחנה; בפרט הסוגים השונים של תוספות מעכבות בקליפת המוח. היבטים מרכזיים של ההליך הם: (1) מיון מוקדם של אח"י הפוטנציאלי; הקלטה תאית והדמית תא עצב (2); ולבסוף ניתוח צו?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לנד Wolter לקבלת הסיוע הטכני המעולה שלה. חולדות מהונדסים VGAT-ונוס נוצרו על ידי בני הזוג. י 'Yanagawa, מ' Hirabayashi וי 'קוואגוצ'י במכון הלאומי למדעים פיסיולוגיים, אוקזקי, יפן, באמצעות pCS2-ונוס הניתן על ידי ד"ר א' מיאווקי.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Transgenic vGAT-venus rats | – | – | see Uematsu et al., 2008 |
| Venus (515 nm) goggles | BLS Ltd., Hungary | – | – |
| Dissection tools | i.e. FST | – | For brain removal |
| Vibratome | Leica | VT1200S | Or other high end vibratome with minimal vertical oscillation |
| Slice holding chambers | – | – | Custom-made in lab |
| Upright IR-DIC microscope | Olympus, Japan | BX50WI | With micromanipulator system; i.e. Luigs and Neumann, Kleindiek etc. |
| CCD camera | Till Photonics | VX55 | |
| 505 nm LED system | Cairn Research | OptiLED system | Or mercury lamp or other LED system i.e. CooLED. |
| Multiclamp 700B | Axon Instruments | Alternatively 2x Axopatch 200B amplifiers | |
| WinWCP acquisition software | John Dempster, Strathclyde University | – | Any quality acquisition software could be used, i.e. EPHUS, pClamp, Igor etc. |
| Electrode Puller | Sutter | P-97 | Used with box-filament |
| Borosilicate pipette glass | Hilgenberg, Germany | 1405020 | 2 mm outer, 1 mm inner diameter, no filament |
| Peristaltic pump | Gilson | Minipuls | Other pumps or gravity feed could be used instead |
| Digital Thermometer | – | – | Custom made |
| Digital Manometer | Supertech, Hungary | – | |
| Isolated constant voltage stimulator | Digitimer, Cambridge | DS-2A | – |
| Biocytin | Invitrogen | B1592 | Otherwise known as ε-Biotinoyl-L-Lysine |
| DL-AP5(V) disodium salt | Abcam Biochemicals | ab120271 | |
| DNQX disodium salt | Abcam Biochemicals | ab120169 | Alternatively NBQX or CNQX |
| Gabazine (SR95531) | Abcam Biochemicals | ab120042 | Alternatively bicuculline methiodide |
| R-Baclofen | Abcam Biochemicals | ab120325 | |
| CGP-55,845 hydrochloride | Tocris | 1248 | |
| Streptavidin 647 | Invitrogen | S32357 | |
| anti-PV mouse monoclonal antibody | Swant, Switzerland | 235 | Working concentration 1:5000-1:10,000 |
| anti-mouse secondary antibody | Invitrogen | A11030 | If using Venus or GFP rodent using a red-channel (i.e. 546 nm) is advisable. |
| Normal Goat Serum | Vector Labs | S-1000 | |
| Microscopy slides | – | – | Any high quality brand |
| Glass coverslips | – | – | Usually 22 x 22 mm |
| Agar spacers | – | – | Agar block, cut on vibratome to 300 μm |
| Laser scanning confocal microscope | Olympus, Japan | Fluoview FV1000 | Or other comparable system |
| Fiji (Fiji is just ImageJ) | http://fiji.sc/Fiji | – | See Schindelin et al., 2012 |
Referencias
- Freund, T. F., Buzsáki, G. Interneurons of the hippocampus. Hippocampus. 6 (4), 347-470 (1996).
- Meyer, A. H., Katona, I., Blatow, M., Rozov, A., Monyer, H. In vivo labeling of parvalbumin-positive interneurons and analysis of electrical coupling in identified neurons. Journal of Neuroscience. 22, 7055-7064 (2002).
- Vida, I., Halasy, K., Szinyei, C., Somogyi, P., Buhl, E. H. Unitary IPSPs evoked by interneurons at the stratum radiatum-stratum lacunosum-moleculare border in the CA1 area of the rat hippocampus in vitro. Journal of Physiolology. 506, 755-773 (1998).
- Mody, I., De Koninck, Y., Otis, T. S., Soltesz, I. Bridging the cleft at GABA synapses in the brain. Trends Neurosci. 17 (12), 517-525 (1994).
- Bartos, M., et al. Fast synaptic inhibition promotes synchronized gamma oscillations in hippocampal interneuron networks. PNAS. 99, 13222-13227 (2002).
- Cobb, S. R., et al. Synaptic effects of identified interneurons innervating both interneurons and pyramidal cells in the rat hippocampus. Neurociencias. 79 (3), 629-648 (1997).
- Bartos, M., Vida, I., Jonas, P. Synaptic mechanisms of synchronized gamma oscillations in inhibitory interneuron networks. Nature Review Neurosci. 8, 45-56 (2007).
- Ascoli, G. A., et al. Petilla terminology nomenclature of features of GABAergic interneurons of the cerebral cortex. Nature Review Neurosci. 9, 557-568 (2008).
- Klausberger, T., Somogyi, P. Neuronal diversity and temporal dynamics the unity of hippocampal circuit operations. Science. 321, 53-57 (2008).
- Buhl, E. H., Szilágyi, T., Halasy, K., Somogyi, P. Physiological properties of anatomically identified basket and bistratified cells in the CA1 areas of the rat hippocampus in vitro. Hippocampus. 6, 294-305 (1996).
- Kawaguchi, Y., Katsumara, H., Kosaka, T., Heizmann, C. W., Hama, K. Fast spiking cells in rat hippocampus (CA1 region) contain the calcium- binding protein parvalbumin. Brain Res. 416 (2), 369-374 (1987).
- Booker, S. A., et al. Differential GABAB-Receptor-Mediated Effects in Perisomatic- and Dendrite-Targeting Parvalbumin Interneurons. Journal of Neuroscience. 33 (18), 7961-7974 (2013).
- Uematsu, M., et al. Quantitative chemical composition of cortical GABAergic neurons revealed in transgenic Venus-expressing rats. Cerebral Cortex. 18, 315-330 (2008).
- Bischofberger, J., Engel, D., Li, L., Geiger, J. R. P., Jonas, P. Patch-clamp recording from mossy fiber terminals in hippocampal slices. Nature Protocols. 1, 2075-2081 (2006).
- Houston, C. M., Bright, D. P., Sivilotti, L. G., Beato, M., Smart, T. G. Intracellular Chloride Ions Regulate the Time Course of GABA-Mediated Inhibitory Synaptic Transmission. Journal of Neuroscience. 29 (33), 10416-10423 (2009).
- Sakmann, B., Neher, E. Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes. Annual Review Physiology. 46, 455-472 (1984).
- Schindelin, J., et al. Fiji an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9, 676-682 (2012).
- Geiger, J. R., et al. Patch-clamp recording in brain slices with improved slicer technology. Pflugers Archives. 443, 491-501 (2002).
- Malinow, R., Tsien, R. W. Presynaptic enhancement shown by whole-cell recordings of long-term potentiation in hippocampal slices. Nature. 346, 177-180 (1990).
- Vida, I., Bartos, M., Jonas, P. Shunting inhibition improves robustness of gamma oscillations in hippocampal interneuron networks by homogenizing firing rates. Neuron. 49 (1), 107-117 (2006).
- Neu, A., Földy, C., Soltesz, I. Postsynaptic origin of CB1-dependent tonic inhibition of GABA release at cholecystokinin-positive basket cell to pyramidal cell synapses in the CA1 region of the rat hippocampus. Journal of Physiology. 578 (1), 233-247 (2007).
- Baude, A., Bleasdale, C., Dalezios, Y., Somogyi, P., Klausberger, T. Immunoreactivity for the GABAA receptor alpha1 subunit, somatostatin and Connexin36 distinguishes axoaxonic, basket, and bistratified interneurons of the rat hippocampus. Cerebral Cortex. 17, 2094-2107 (2007).
