미국 황소 개구리의 (모이 catesbeiana) sacculus 머리 세포 생리학의 직접 검사를 허용합니다. 여기에 해부 및 생물 물리학 연구의 황소 개구리의 sacculus의 준비를 설명한다. 우리는 자발적인 운동의 번들의 힘 – 변위 관계의 계산과 측정을 포함하여이 유모 세포에서 대표적인 실험을 보여줍니다.
청각과 균형의 연구는 모델 시스템의 생물 물리학 연구에서 도출 통찰력에 달려있다. 하나의 모델, 미국 황소 개구리의 sacculus는 청각 및 전정 연구의 주류가되었다. 이 기관의 연구에 적극적으로 환경으로부터 신호를 검출 할 수있는 방법 감각 세포 머리 밝혀졌다. 이러한 연구로 인해, 이제 더 기계적 게이팅 및 머리 셀의 전달 채널들, 기계적 적응 칼슘의 역할 지역화, 헤어 셀 전류의 신원을 이해한다. 이 고도로 접근 할 기관은 유모 세포의 동작에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다. 여기에서 우리는 유모 세포에 생물 물리학 연구의 황소 개구리의 sacculus의 준비에 대해 설명합니다. 우리는 완전한 박리 과정을 포함하는 특정 상황에서 sacculus의 제조를위한 특정 프로토콜을 제공한다. 우리는 추가의 계산을 포함하여이 준비를 사용하는 대표적인 결과를 포함헤어 번들의 순간적인 힘 – 변위 관계와 번들의 자연 진동의 측정.
포유 동물의 acousticolateralis 기관은 복잡한 구조를 가지고 접근하기가 어려울 수 있습니다 해부학 틈새 시장 내에서 거짓말. 예를 들어, 포유 동물은 달팽이관 나선형 미로를 포함하고 두께 측두골 내에 포함된다. 달팽이관의 분리는 종종 그 안에 누워있는 감각 세포에 기계적인 손상이 발생하기 때문에 어려운 작업 일 것으로 입증되었습니다. 신경 과학자 따라서 더 쉽게 귀에의 서재에서 추출하는 시스템을 모델링되어있다.
이 모델 시스템 중 하나 인 미국의 황소 개구리 (모이 catesbeiana)의 sacculus은 수십 년이 청각 및 전정 기관의 기능에 일반화 통찰력을 산출하기위한 있습니다. sacculus 낮은 주파수의 청력과 지진 감각 모두에서 감각 역할이 혼합 된 기능의 기관이다. sacculus의 감각 세포는 머리카락 세포, 기계적 에너지로 변환 전문 변환기입니다우리의 청각 및 전정 기관 내에서 전기 신호로. 각 머리 셀의 혀끝의 표면에서 돌출하는 stereocilia라고 확대 미세 융모의 등급 술을 포함하는 mechanosensitive 머리 번들입니다. 인접 stereocilia의 팁 사상 팁 링크 단백질에 의해 상호 연결되는 기계적 게이트 이온 채널 기계적 자극 2, 3에 대응한다. 청각 및 전정 기관이 자극의 종류에 대응하지만, 이들은 공통의 검출기구를 공유한다. 이 공통점은 황소 개구리의 sacculus의 연구를 통해 헤어 셀 mechanotransduction에 얻은 많은 통찰의 기초. 예를 들어, 모발 세포의 활성화 과정이 장기 4, 5, 6, 7에서 광범위하게 연구되었으며, 모발 다발 기계적 생산하는 에너지 소비 프로세스를 채용작업. 뿐만 아니라 그 유모 세포가 활성 일 (6)를 생성하는 것이 도시되어 있지만, 고유 활성 프로세스 기전 및 머리 셀의 튜닝 특성 장기 acousticolateralis 황소 개구리의 연구를 통해 발표되고있다. 이들은 양서류 유두에서 헤어 셀의 리본 시냅스 (12)의 활성 헤어 번들 운동 8 헤어 셀 전기 공명 (9), (10), sacculus 11 및 주파수 선택성을 포함한다.
황소 개구리의 sacculus 수많은 이유 감각 신경 과학자에 호소. 포유류의 달팽이관과는 달리,이 기관은 쉽게 접근 귀 캡슐 내에 자리 잡고 있습니다. 둘째,이 기관 내 머리 셀 (14)은 적절한 조건하에 13 시간 동안 몇 건강한 남아있을 수있다. 이 experimentat 허용자신의 포유 동물의 대응에 상대적으로 긴 시간 척도를 통해 이들 세포에 이온. 셋째, 기관은 쉬운 조작을 허용, 작은 곡률을 맺는다. 넷째, 각 기관은 높은 처리량과 주어진 실험 머리 셀들의 적절한 세트 위치의 높은 가능성을 모두 제공 천개 이상의 모발 전지 (15)를 포함한다. 마지막으로, 황소 개구리의 sacculus 용이 인해 머리카락이 셀 기관과 큰 사이즈의 박형으로 가시화된다.
이러한 속성은 황소 개구리의 sacculus 내 감각 세포의 연구를위한 훌륭한 기능성을 제공한다. 손의 질문에 따라 여러 실험 제제 중 하나는 sacculus로부터 얻을 수있다. 이들 중 가장 간단한 하나의 챔버 제제이다. 여기 sacculus 인공 외 림프, 나트륨이 풍부한 높은 칼슘 식염수로 채워진 챔버에 고정된다. 이 혼합물은 머리 셀 전류 및 염기성 모발 다발 역학 연구있게. 두 번째 구성에, 2 실 제제, 자연 모발 다발의 움직임을 연구하는데 사용될 수있다. 기저 외측 측이 인공 외 림프에 목욕 반면 다음은 유모 세포의 꼭대기면이 칼륨이 풍부한 칼슘이 부족한 염분에 노출되어, 인공 림프 불린다. 이러한 두 구획 식염수의 생체 배열을 모방하고 모발 다발 자발적으로 진동 할 수있는 환경을 제공한다.
우리는이 논문에서의 감각 유모 세포의 생물 물리학 연구의 황소 개구리의 sacculus의 준비에 대해 설명합니다. 우리는 먼저 개구리의 내이에서이 기관의 분리에 대한 자세한 묘사를 제공합니다. 우리는 그 다음 단일 및 두 챔버 모두 실험 준비를 설명하고 각 구성에 대한 대표적인 결과를 포함한다.
황소 개구리의 sacculus 내에서 수천 쉽게 접근 감각 유모 세포를 거짓말. 여기에서 우리는 단일 및 두 개의 챔버 녹음을 위해 추출 및 sacculus의 준비를 보여줍니다. 이 두 제제는 유모 세포 및 관련 번들 모두 마이크로 기계 및 전기 생리 연구를 허용합니다. 조직이 산소 식염수의 잦은 교체와 함께 몇 시간 동안 생존 할 수 있기 때문에 실험은 오랜 기간 지속될 수 있습니다. 머리 번들 추출 후 최대 24 시간 동안 자발적으로 진동하면서 이러한 준비에 머리 세포는 일반적으로 절개 후 최대 6 시간 동안 미세 전극 기록에 가능한 남아있다.
sacculus 성공적으로 추출 및 장착은 몇 가지 일반적인 문제를 극복에 달려있다. 첫째, 주머니 모양 황반의 혀끝의 표면과 직접 접촉은 준비 절차를 통해 피해야한다. 주머니 모양 신경 안전 manipu에 편리한 핸들을 제공합니다sacculus의 LATION. 내부 귀 기관의 나머지 부분에서 해방되면, sacculus 유체에 침지 남아있는 그 감각 상피에 기계적인 손상을 방지하면서 큰 구멍 피펫을 사용하여 전송해야합니다. 황반 표면에서 이석의 제거는 유모 세포에 기계적 손상없이 완료해야합니다. 이석은 황반 위에 직접 놓여 있기 때문에, 헤어 세포를 해부 도구와 이석을 제거하는 동안 otolithic 막 사이의 우발적 접촉에 의해 손상 될 수 있습니다. 손상을 방지하기 위해, 우리는 이석의 젤라틴 물질이 황반에서 멀리 떨어진 위치에서 개최 한 덩어리로 제거하는 것이 좋습니다. 이 개별적으로 추출 될 각각의 여러 클러스터에 otoconial 질량의 단편화를 방지 할 수 있습니다. 이석의 작은 클러스터가 남아있는 경우 그들은 파스퇴르 피펫에 의해 전달 완만 액압으로 제거 될 수있다. 마지막 과제는의 sacculus 알루미늄 장착 광장 사이에 꽉 밀봉의 형성을 포함한다두 개의 챔버 준비. 100㎛ 정도 sacculus 주변 알루미늄 허가 조직을 완전히 실링 사이의 오버랩을 허용하기에 충분히 작은 천공 사각을 채용. 접착제 타이트한 밀봉을 형성하기 위해 약 100 μm의 황반의 둘레 주머니 모양의 조직과 접촉한다.
자유 칼슘의 농도 2+ 유모 세포의 연구에서 중요한 고려 사항이다. 칼슘 따라서 자발적 번들 모션 8 (23)를 포함하는 mechanotransduction 장치의 동역학 모발 다발의 활성 프로세스 현상의 특성을 결정하고, 빠르고 느린 적응을 모두 조절한다. 생체 내 림프 칼슘 따라서 대부분의 생리 학적으로 관련 역학이 농도 (Maunsell JHR, R. 제이콥스와 AJ Hudspeth에서 평가됩니다, 250 μM 존재한다. Unpublis을 Hed 관찰 16). 그러나 유모 세포에서 미세 전극 기록은 미세 전극 주위의 세포막의 적절한 밀봉을 위해 2 밀리미터를 초과하는 외부 칼슘 농도를 필요로한다. 이들 실험을 위해 높은 칼슘 염을 사용하는 것이 필수적이다. 마지막으로, 하나는 칼슘 농도의 다양한 사용에 따라 외부 mechanotransduction 칼슘의 영향을 연구해도된다. 이러한 경우는 일반적으로 팁 링크 파열 전달 (28)의 불가역 손실을 초래할 1 μM 이하 칼슘 농도를 기억하는 것이 중요하다.
여기에 설명 된 두 가지 실험 준비는 유모 세포에 생물 물리학 적 측정의 범위를 허용합니다. 그러나, 추가 측정이 준비에 약간의 수정을 할 수있다. 접힌 주머니 모양 준비, 머리 번들은 측면 시각입니다. 이 관점에서 영상 헤어 번들 운동은 일관된 경구를 계시모두 짧고 키가 stereocilia (29)의 이온. 여기서, 주머니 모양 황반 먼저 그 하부 조직으로부터 분리하고,이어서 모발 다발 바깥면과 측 방향으로 주름에 가시화되도록 상기 주머니 모양 신경에 의해 정의 된 축을 따라 접혀. 제 2 변형은, 모발 세포 해리는 머리 셀의 다발과 소마 양자의 연구를 가능하게한다. 모세포 기계적 이미징 및 전기 생리 학적 기록 (30)을 유리 슬라이드 상에 분해된다. 최종적으로, 모발 세포는 유사한 분리 프로토콜에 따라하지만 기계적 분리 단계없이 상피로부터 압출 할 수있다. 기계적 손상을 최소화하면서 서서히 전기 생리 레코딩을위한 기저 액세스를 제공 상피 밖으로 돌출 머리 셀이 처리 결과. 이러한 제제 및 그들의 다양한 변형이 생물 물리학위한 모델 시스템으로 개구리 sacculus의 다양성을 보여감각 유모 세포의 연구.
The authors have nothing to disclose.
The authors wish to acknowledge Dr. A. J. Hudspeth for funding and expertise in developing the preparations described in this paper. We also wish to thank Brian Fabella for creating and maintaining much of the custom equipment and software used in this protocol.
J. B. A. is supported by grant F30DC014215, J. D. S. is supported by grant F30DC013468, and both J. B. A. and J. D. S. are supported by grant T32GM07739 from the National Institutes of Health.
Common to both preparations | |||
Stereo-dissection microscope | Leica | MZ6 | Other sources can be used |
Tricaine methanesulfonate | Sigma | E10521 | Other sources can be used |
Metal pithing rod | Fine Science Tools | 10140-01 | |
Vannas spring scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Glass Pasteur pipette and bulb (x2) | Fisher Scientific | 22-042816 | |
Fine eyelash mounted on a hypodermic needle | Fisher Scientific | 22-557-172 | |
Dow-corning vacuum grease | Fisher Scientific | 14-635-5C | |
Syringe for vacuum grease | Fisher Scientific | 14-829-45 | Other sources can be used |
35 mm Petri dish (x2-3) | Fisher Scientific | 08-772A | Other sources can be used |
Micropipette puller | Sutter | P-97 or P-2000 | |
120 V Solenoid puller | Home-made, see parts list | ||
Sputter coater | Anatech USA | Hummer 6.2 | |
Current source for iontophoresis | Axon Instruments | AxoClamp 2B | Other sources can be used |
Piezoelectric actuator | Piezosystem Jena | P-150-00 | |
Amplifier for piezoelectric actuator | Piezosystem Jena | ENV800 | |
Borosilicate glass capillary | World Precision Instruments | 1B120F-3 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
For one-chamber preparation | |||
Microelectrode amplifier | Axon Instruments | AxoClamp 2B | Can be used for iontophoresis and microelectrode recordings simultaneously |
Magnetic pins (x2) | Home-made, see parts list | ||
Open-top chamber with magnetic sheet | Home-made, see parts list | ||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
For two-chamber preparation | |||
Upper chamber | Supplementary file 1 | ||
Troughed lower chamber | Supplementary file 2 | ||
Aluminum foil | Fisher Scientific | 01-213-100 | Other sources can be used |
Mounting block | Supplementary file 3 | ||
Wooden applicator sticks | Fisher Scientific | 23-400-112 | Other sources can be used |
Teflon sheet | McMaster-Carr | 8545K12 | For teflon applicator |
Cyanoacrylate glue | 3M | 1469SB | |
Lab tissues (Kimwipes) | Fisher Scientific | 06-666A | Other sources can be used |
Gentamicin sulfate | Sigma-Aldrich | G1914 | Other sources can be used |
Quick-setting epoxy | McMaster-Carr | 7605A18 | |
18 mm glass coverslips | Fisher Scientific | 12-546 | Other sources can be used |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Saline components | |||
NaCl | Fisher Scientific | S271-3 | Other sources can be used |
KCl | Sigma-Aldrich | P4504-500G | Other sources can be used |
CaCl2 • 2H2O | Fisher Scientific | 10035-04-8 | Other sources can be used |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-100G | Other sources can be used |
D-(+)-glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | Other sources can be used |
Name | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Parts lists for home-made equipment | |||
Solenoid puller | |||
Solenoid | Guardian Electric | A420-065426-00 | Other sources can be used |
Foot-pedal switch | Linemaster | T-51-SC36 | Other sources can be used |
Pipette holder | World Precision Instruments | MEH900R | Other sources can be used |
Coarse manipulator | Narishige Group | MM-3 | Other sources can be used |
Platinum wire | Alfa Aesar | 25093 | Other sources can be used |
Power supply | Leica | Z050-261 | Other sources can be used |
Name | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Magnetic pins | |||
Epoxy | McMaster-Carr | 7556A33 | Other sources can be used |
1 mm thickness aluminum | McMaster-Carr | 89015K45 | Other sources can be used |
Insect pins | Fine Science Tools | 26000-40 | Other sources can be used |
Name | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Open-top magnetic chamber | |||
Flexible magnetic strip | McMaster-Carr | 5759K75 | Other sources can be used |
1 mm thickness aluminum | McMaster-Carr | 89015K45 | Other sources can be used |