Summary

Mapeo de los circuitos neuronales inhibitorios por Laser Scanning fotoestimulación

Published: October 06, 2011
doi:

Summary

Este documento presenta un enfoque combinado de fotoestimulación láser con las grabaciones de células enteras en ratones transgénicos que expresan GFP en poblaciones de neuronas inhibidoras limitan. La técnica permite la cartografía y de análisis cuantitativo de los locales de los circuitos sinápticos de las neuronas corticales específicas inhibitorias.

Abstract

Neuronas inhibidoras son cruciales para la función cortical. Que comprenden un 20% de toda la población de neuronas corticales y puede subdividirse en diversos subtipos sobre la base de sus propiedades inmunoquímicas, morfológicas, fisiológicas y 1-4. Aunque investigaciones previas han revelado mucho sobre las propiedades intrínsecas de los distintos tipos de neuronas inhibitorias, el conocimiento acerca de sus conexiones en el circuito local sigue siendo relativamente limitada 3,5,6. Teniendo en cuenta que la función de cada neurona individual está marcada por su entrada de excitación e inhibición sináptica dentro de los circuitos corticales, que hemos estado usando escaneo láser fotoestimulación (LSP) a las conexiones mapa del circuito local para tipos específicos de células inhibitorias. En comparación con la estimulación eléctrica convencional o la estimulación de hojaldre glutamato, LSP tiene ventajas únicas permitiendo para el mapeo de amplia y el análisis cuantitativo de los insumos locales funcionales registrados individualmente neuronas 3,7-9. Fotoestimulación con láser a través de uncaging glutamato activa selectivamente las neuronas perisomatically, sin necesidad de activar los axones de paso o dendritas distal, lo que garantiza una resolución de asignación de sub-laminar. La sensibilidad y la eficiencia de los proveedores de servicios lingüísticos para las entradas de mapeo de los sitios de estimulación muchos sobre una gran región son muy adecuadas para el análisis de circuitos corticales.

Aquí se introduce la técnica de la LSP en combinación con células enteras patch clamp para la asignación de locales del circuito inhibitorio. Grabaciones objetivo de tipos específicos de células inhibidoras se ven facilitadas por el uso de ratones transgénicos que expresan proteínas verde fluorescente (GFP) en poblaciones de neuronas inhibidoras limitan la corteza 3,10, lo que permite el muestreo constante de los tipos de células específicas y la identificación inequívoca de los tipos celulares registrados . En cuanto a la asignación de LSP, se describe la instrumentación del sistema, se describe el procedimiento experimental y de adquisición de datos, y se presentan ejemplos de los mapas del circuito en el ratón corteza somatosensorial primaria. Como se ilustra en nuestros experimentos, el glutamato enjaulados se activa en una región espacialmente restringida de los cortes de cerebro por fotólisis láser UV; simultánea fijación de voltaje, las grabaciones permiten la detección de fotoestimulación-evocó las respuestas sinápticas. Mapas de cualquiera de las entradas sinápticas excitadoras o inhibidoras de la neurona objetivo se generan mediante el escaneo del rayo láser para estimular a cientos de posibles sitios presináptica. Por lo tanto, LSP permite la construcción de mapas detallados de las entradas sinápticas que inciden en los tipos específicos de neuronas inhibitorias a través de repetidos experimentos. En conjunto, la técnica basada en la fotoestimulación ofrece neurocientíficos una herramienta poderosa para la determinación de la organización funcional de los circuitos corticales locales.

Protocol

1. Cerebro rebanada preparación Los ratones transgénicos son profundamente anestesiados con pentobarbital sódico (> 100 mg / kg, ip) y decapitado con rapidez, y sus cerebros extraídos en una solución de corte congelado y oxigenada. Gafas de GFP se utilizan para detectar visualmente si el cerebro del ratón de hecho expresa GFP. Primaria secciones somatosensorial cortical de 400 micras de grosor se cortan con un vibratome de sacarosa que contienen líquido cefalorraquídeo artificia…

Discussion

Fotoestimulación técnicas basadas en la cartografía han sido efectivamente aplicadas para el análisis de los circuitos corticales. Fotoestimulación de escaneo láser combinado con la grabación de células completas permite el mapeo de alta resolución de la distribución laminar de las fuentes de entrada presináptica de neuronas individuales, ya que el registro simultáneo de una neurona postsináptica con fotoestimulación de grupos de neuronas presinápticas en muchos lugares diferentes proporciona medidas cuan…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Damos las gracias a Tran Huynh, Andrés San Antonio, Jerry Lin por su asistencia técnica. Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones DA023700 y DA023700 04S1-a XX

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).

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Ikrar, T., Olivas, N. D., Shi, Y., Xu, X. Mapping Inhibitory Neuronal Circuits by Laser Scanning Photostimulation. J. Vis. Exp. (56), e3109, doi:10.3791/3109 (2011).

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