La actividad en los sistemas neuronales a menudo requiere descarga sincrónica del potencial de acción de las neuronas dentro de una población específica. Por ejemplo, los pulsos de hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) es probable que requieran actividad coordinada entre las neuronas GnRH. Presentamos nuestro enfoque metodológico para la obtención simultánea de forma fiable los registros electrofisiológicos de las neuronas GnRH distribuye de manera difusa.
Hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) es un neuropéptido que regula la pequeña liberación pituitaria de la hormona luteinizante (LH) y hormona folículo-estimulante (FSH). Estas gonadotropinas son esenciales para la regulación de la función reproductiva. Las neuronas GnRH que contienen se distribuyen de forma difusa en todo el hipotálamo y el proyecto a la eminencia media, donde la liberación de GnRH desde sus terminales de los axones en el sistema portal hypophysiotropic (1). En los capilares portal, GnRH viaja a la glándula pituitaria anterior para estimular la liberación de las gonadotropinas en la circulación sistémica. La liberación de GnRH no es continua sino que ocurre en pulsos episódicos. Está bien establecido que la forma intermitente de la liberación de GnRH es esencial para la reproducción (2, 3).
Coordinación de la actividad de las neuronas GnRH probablemente múltiples pulsos de GnRH subyace. Contenido total de péptidos en las neuronas GnRH es de aproximadamente 1,0 pg / célula (4), de los cuales el 30% de probabilidades comprende la piscina liberable. Los niveles de GnRH durante un pulso (5, 6), sugieren múltiples neuronas de GnRH están probablemente involucradas en neurosecreción. Del mismo modo, la actividad de una sola unidad extraída de la unidad hipotálamo múltiples grabaciones durante la liberación de LH indica cambios en la actividad de múltiples neuronas (7). Los electrodos con la actividad registrada durante los pulsos de LH están asociados con somata GnRH o fibras (8). Por lo tanto, al menos parte de esta actividad surge de las neuronas GnRH.
Los mecanismos que resultan en el despido sincronizada de las neuronas GnRH del hipotálamo son desconocidos. Elucidar los mecanismos que coordinan el fuego en las neuronas GnRH es un problema complejo. En primer lugar, las neuronas GnRH son relativamente pocos en número. En los roedores, hay neuronas GnRH 800-2500. No está claro que todas las neuronas GnRH están involucrados en la liberación de GnRH episódica. Por otra parte, las neuronas GnRH se distribuye de manera difusa (1). Esto ha complicado nuestra comprensión de la coordinación de los disparos y ha hecho que muchos enfoques técnicos insuperables. Hemos optimizado suelta celular conectado a las grabaciones en el modo actual de mordaza para la detección directa de potenciales de acción y ha desarrollado un enfoque de grabación que permite la grabación simultánea de pares de neuronas GnRH.
La actividad de interés en algunas neuronas incluidas las neuronas GnRH (basado en la secreción de hormonas) se produce en escalas de tiempo de hora (5-7). Por lo tanto, la configuración de célula entera no es la mejor opción para algunos de los objetivos experimentales, debido a la diálisis de mensajeros intracelulares en el modo de grabación de toda la célula. En segundo lugar, de células enteras grabaciones se limitan generalmente a animales de menos de 120 días de edad. Con la edad, las membranas neuronales parecen rígidos, por lo que los sellos de alta resistencia difícil de lograr. Además, si se obtiene un sello de alta resistencia, rompiendo el parche rompe el sello, dejando un espacio entre la pipeta y la membrana. Esto conduce a una grabación quede inutilizable y una neurona que morirá rápidamente debido a los desequilibrios iónicos. Ciclos regulares de ovario, y por lo tanto, la actividad estable del generador de pulsos de GnRH no se produce hasta más tarde en la vida (7-10 meses de edad en las mujeres C57BL6, 11, 12), más allá de la edad en que uno puede razonablemente anticipar la obtención de células enteras grabaciones de forma fiable. Finalmente, de células enteras grabaciones destruir las relaciones endógenas de las concentraciones de iones internos y externos. Con las grabaciones de células enteras, la concentración interna de cualquier ion es igual a la concentración de los iones en la solución de la pipeta. Esto es así porque el volumen de la solución de la pipeta es relativamente grande alcanza rápidamente el equilibrio con / reemplaza el volumen endógeno relativamente pequeño de la célula.
El enfoque de células vinculada suelta evita muchas de las limitaciones de células enteras grabaciones. En primer lugar, un sello de baja resistencia (15-30 MW) se puede utilizar. Estos son relativamente fáciles de formar, incluso en las neuronas de los animales más viejos. En segundo lugar, uno no se rompe el parche de membrana sellada. Por lo tanto, las grabaciones sueltas de células vinculada son técnicamente mucho más fácil que su conjunto de células grabaciones. Además, desde la membrana celular está intacta, la diálisis de los componentes intracelulares no ocurre y endógenos relaciones iónicas se conservan. No se puede utilizar el enfoque de células vinculada sueltas para el estudio de las corrientes sinápticas, pero es ideal para los registros a largo plazo de las neuronas de una manera relativamente no invasiva. Las grabaciones de las células adjunto también se puede realizar utilizando cualquier solución intracelular estándar en la pipeta. Esto ofrece la ventaja adicional de la ruptura de la membrana de parche cuando la grabación se completa a largo plazo y el etiquetado de la neurona con un marcador intracelular.
El enfoque de células vinculada sueltas se ha utilizado en el modo de grabación de voltaje-clamp. Sin embargo, el voltaje-clamp grabación en la configuración de la celda adjunta suelta tiene varios problemas metodológicos. En primer lugar, la señal grabada es una medida indirecta de la actividad. La señal que se mide (como la acción de llamada actual) es la corriente capacitiva que los cargos de la membrana (13). Se trata de una cuestión metodológica muy importante. La capacidad y la resistencia de una pipeta de grabación se puede filtrar la señal grabada. Es muy probable que las corrientes de acción pequeños se pierden en la carga de la capacidad de la pipeta, que no pueden ser compensados con la mayoría de los amplificadores, debido a la alta resistencia de la headstage. Cuando estas señales no se detectan, el patrón de activación aparente de la neurona no se corresponde con el patrón de activación real. Del mismo modo, la pipeta no compensada y resistencias sello causar errores significativos en las mediciones durante los cambios, como cuando las corrientes de acción se expresan (13). Algunos amplificadores proporcionan la capacidad y resistencia a la "compensación" por la pipeta y el sello, lo que limita la pérdida de señal, pero de alta resistencia a la cabeza de las etapas de la mayoría de los amplificadores de obstaculizar la compensación óptima. En segundo lugar, una situación artificial, se impone a la célula. En el modo de voltaje-clamp, el área alrededor de la membrana celular se mantiene a un potencial fijo, en estos estudios, 0 mV. Esto no significa que no hay corriente aplicada a la membrana celular. La señal de voltaje-clamp es en realidad la cantidad de corriente aplicada a la membrana para mantener el potencial fijo. Por lo tanto, esta corriente aplicada puede alterar la actividad de las células.
Grabaciones de doble en el sistema de GnRH son particularmente difíciles debido al número limitado de neuronas GnRH y su distribución difusa. Para las grabaciones de doble para tener éxito, el manipulador debe ser muy estable. Incluso un ligero movimiento del electrodo puede causar la pipeta para deslizarse fuera de la neurona y finalizar la grabación. Por otra parte, el movimiento de la pipeta de la célula (por ejemplo, el cambio de posición para compensar el movimiento) puede alterar los patrones de activación. Algunos canales iónicos como el tipo N-canales de calcio son mecánicamente sensibles: estirar la membrana hace que la actividad repetitiva en las configuraciones de grabación tanto de células enteras y de células vinculada (14). Por último, el sistema de manipulación debe ser capaz de movimiento excesivamente fina y suave. Como se señaló anteriormente, con las grabaciones de dos, se toma dos pipetas de la superficie de las dos neuronas previamente seleccionados, al mismo tiempo y los intentos de cerraruna neurona. Si tiene éxito, entonces los intentos de cerrar la segunda celda. Por lo general, no se puede esperar para sellar y tienen una alta calidad de grabación con cada intento. Sin embargo, esto crea un problema particular con las grabaciones de doble. Si uno tiene éxito con la primera neurona, pero no con el segundo, se debe cambiar la pipeta y tratar de una celda diferente. Por lo tanto, uno debe ser capaz de mover tanto el objetivo de inmersión del microscopio y de la pipeta a la parte superior de la perfusión y (para cambiar la pipeta) sin interrumpir la neurona con éxito sellado.
Nuestro desarrollo y uso de la suelta de células adjunta enfoque dual de las grabaciones es un gran avance técnico en el estudio de las neuronas GnRH. Es probable que produzca resultados útiles que le ayudarán a avanzar este campo en el contexto de la cuestión crítica de qué mecanismos subyacen a la actividad coordinada que se traduce en la secreción hormonal pulsátil.
Doy las gracias a Ronald L. Calabrese, Dieter Jaeger (Emory University) y Ward Yuhas (Axon Instruments) para útiles discusiones técnicas.