Retinogeniculate ve Kortikogeniculate SYNAPSE fonksiyonunun elektrofizyolojik Incelemeleri
Summary
Burada, lateral genikulat çekirdeğini içeren akut beyin dilimleri ve retinogeniculate ve kortikogeniculate sinenler fonksiyonunun elektrofizyolojik incelenmesi için protokoller sunuyoruz. Bu protokol, aynı akut beyin dilimleri içinde yüksek salınımı ve düşük salınımı olasılığı ile sinaps incelemek için etkili bir yol sağlar.
Abstract
Lateral genikulat Kernel görsel bilgi için ilk röle istasyonludur. Bu talamik çekirdeğin röle nöronlar Retina ganglion hücrelerinden giriş entegre ve görsel korteks için proje. Buna ek olarak, röle nöronlar korteks üst-aşağı uyarma almak. Röle nöronların iki ana uyarıcı girişleri çeşitli yönleri farklıdır. Her röle nöron sadece birkaç retinogeniculate sinaps giriş alır, birçok sürüm siteleri ile büyük terminalleri olan. Bu nispeten güçlü uyarılma tarafından yansıtılır, röle nöronlar almak, Retina ganglion hücrelerinden. Kortikogeniculate sinaps, aksine, birkaç sürüm siteleri ve zayıf sinaptik mukavemeti ile basittir. İki sinaps da sinaptik kısa süreli plastisite farklıdır. Retinogeniculate sinaps yüksek bir sürüm olasılığı var ve dolayısıyla kısa süreli depresyon görüntüler. Buna karşılık, kortiojenik sinaps düşük serbest bırakma olasılığı vardır. Kortikogeniculate lifler lateral genikulat Kernel girmeden önce retiküler talamik çekirdekleri çapraz. Retiküler talamik çekirdeğin farklı konumları (lateral genikulat çekirdeğinden rostrally) ve optik sistem (lateral genikulat çekirdeğinden Ventro-lateralde) kortiküjenik veya retinogeniculate sinüslerin ayrı olarak uyarılması sağlar hücre içi stimülasyon elektrotları ile Bu lateral genikulat çekirdeğini ideal bir beyin alanı yapar, aynı hücre tipine bağlanarak çok farklı özelliklere sahip iki uyarıcı sinaps, aynı anda incelenebilir. Burada, geçiş nöronlarından kaydı araştırmak ve akut beyin dilimleri içinde retinogeniculate ve kortikogeniculate sinaps fonksiyonunun ayrıntılı analizini yapmak için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu makalede, lateral genikulat çekirdeğin akut beyin dilimleri ve optik yolu uyararak röle nöronların etkinliğini kaydetmek için adımlar ve ayrı olarak kortisijenik lifleri oluşturmak için bir adım adım protokol içerir.
Introduction
Lateral genikulat Kernel röle nöronlar entegre ve görsel korteks görsel bilgi röle. Bu nöronlar röle nöronlar için ana uyarıcı sürücü sağlayan retinogeniculate sinaps ile ganglion hücrelerinden uyarıcı giriş almak. Buna ek olarak, röle nöronlar kortikal nöronlardan uyarıcı girişler alçojenik sinaps yoluyla alırsınız. Dahası, röle nöronlar yerel interneurons inhibitör girişleri almak ve çekirdeği Reticularis talami1gabaeritik nöronlar. Çekirdeği Reticularis talami talamus ve korteks arasında bir kalkan gibi lifleri talamus ve ters yönde korteks gelen çekirdeği Reticularis talami2geçmesi gerekir gibi mevcut.
Retinogeniculate girişler ve kortikogeniculate girişleri farklı sinaptik özellikleri görüntüler3,4,5,6,7,8. Retinogeniculate girişler birden fazla sürüm siteleri ile büyük terminalleri formu9,10. Buna karşılık, kortiojenik girişler tek sürüm siteleri7ile küçük terminalleri görüntüler. Buna ek olarak, retinogeniculate sinaps verimli röle nöronların sadece 5 − 10% geçiş nöronlar3,8,11üzerinde tüm sinezlerin oluşturulması rağmen hareket potansiyelleri sürücü. Kortikogeniculate sinaps, öte yandan, röle nöronların membran potansiyelini kontrol ederek retinogeniculate şanzımanların bir modülatör olarak hizmet12,13.
Bu iki ana uyarıcı girişleri geçiş nöronları da işlevsel olarak farklıdır. Bir belirgin fark retinogeniculate sinüslerin kısa vadeli depresyon ve kortikogeniculate sinaps kısa vadeli kolaylaştırma3,5,8. Kısa süreli plastisite, sinaps birkaç milisaniyede birkaç saniyeye kadar bir süre içinde sürekli olarak aktif olduğunda siçtik mukavemeti değiştiren bir fenomen anlamına gelir. Sinaptik sürüm olasılık kısa vadeli plastisite temel önemli bir faktördür. Synapses, düşük bir ilk sürüm olasılığı ile, kısa vadeli kolaylaştırma CA birikmesi nedeniyle görüntüleme2 + presynapse ve sonuç olarak serbest bırakma olasılığı bir artış tekrarlanan aktivite üzerine gözlenmiştir. Buna karşılık, yüksek serbest bırakma olasılığı ile sinaps genellikle kısa süreli depresyon hazır serbest veziküller14tükenmesi nedeniyle görüntüler. Buna ek olarak, postsinaptik reseptörlerin duyarsızlaştırma bazı yüksek serbest olasılık sinaps kısa vadeli plastisite katkıda8,15. Yüksek serbest olasılık ve α-amino-3-hidroksi-5-metil-4-isoxazolepropionik asit (AMPA) reseptörlerinin duyarsızlaştırma retinogeniculate sinaps belirgin kısa vadeli depresyon katkıda bulunur. Bunun aksine, düşük serbest bırakma olasılığı, kortikogeniculate sinüslerin kısa süreli kolaylaştırılması ile ilgili.
Farelerde, optik sistem caudolateral sitesinden dorsal lateral genikulat Nucleus (dlgn) girer, kortikogeniculate lifler dlgn rostroventrally girmek ise. İki giriş arasındaki uzaklık, aynı hücreye çarpan iki çok farklı uyarıcı girişin bireysel özelliklerinin araştırılması için izin verir. Burada, retinogeniculate ve kortikogeniculate liflerin akut beyin dilimleri3‘ te korunduğu daha önce tarif edilen bir diseksiyon yöntemini inşa ediyoruz ve geliştiriyoruz. Biz, daha sonra, röle nöronların elektrofizyolojik soruşturmasını ve retinogeniculate ve kortikogeniculate liflerin ekstraküler stimülasyon elektrotları ile uyarılmasını tarif ediyoruz. Son olarak, biz biocytin ve sonraki anatomik analiz ile röle nöronların doldurulması için bir protokol sunuyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz daha önce yayımlanan bir yöntem3, hangi serbest retinogeniculate sinaps ve düşük olasılık serbest kortikogeniculate sinaps aynı dilimden yüksek olasılık soruşturma için izin dayalı geliştirilmiş bir protokol açıklanmaktadır. Bu iki girdinin görsel sinyal iletimini modüle etmek için birbirleri ile etkileşime girdiği için bu büyük önem taşımaktadır: retinogeniculate girişler, röle nöronların ana uyarıcı tahrik, kortiotalamik girişler bir modülatör olarak …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu iş ortak araştırma merkezi (SFB) 1134 “fonksiyonel topluluklar” (J.v.E. ve X.C.) ve araştırma Grant EN948/1-2 (J.v.E.) içinde Alman Araştırma Vakfı (DFG) tarafından finanse edilmiştir.
Materials
| Amplifier | HEKA Elektronik | EPC 10 USB Double patch clamp amplifier | |
| Biocytin | Sigma-Aldrich | B4261-250MG | |
| CaCl2 | EMSURE | 1.02382.1000 | |
| choline chloride | Sigma-Aldrich | C1879-1KG | |
| Confocal Laser Scanning Microscope | Leica Microsystems | TCS SP5 | |
| CsCl | EMSURE | 1.02038.0100 | |
| Cs-gluconate | Self-prepared | Since there was no commercial Cs-gluconate, we prepared it by ourselves | |
| D-600 | Sigma-Aldrich | M5644-50MG | methoxyverapamil hydrochloride |
| D-APV | Biotrend | BN0085-100 | NMDA-receptor antagonist |
| Digital camera for microscope | Olympus | XM10 | |
| EGTA | SERVA | 11290.02 | |
| Forene | Abbvie | 2594.00.00 | isoflurane |
| Glucose | Sigma-Aldrich | 49159-1KG | |
| HEPES | ROTH | 9105.2 | |
| High Current Stimulus Isolator | World Precision Instruments | A385 | |
| KCl | EMSURE | 1.04936.1000 | |
| MgCl2 | EMSURE | 1.05833.0250 | |
| Micromanipulators | Luigs & Neumann | SM7 | |
| Miroscope | Olympus | BX51 | |
| mounting medium | ThermoFisher Scientific | P36930 | Prolong Gold Invitrogen |
| NaCl | ROTH | 3957.1 | |
| NaH2PO4 | EMSURE | 1.06346.1000 | |
| NaHCO3 | EMSURE | 1.06329.1000 | |
| Pipette | Hilgenberg | 1807502 | |
| Puller | Sutter | P-1000 | |
| razor blade | Personna | 60-0138 | |
| Semiautomatic Vibratome | Leica Biosystems | VT1200S | |
| SR 95531 hydrobromide | Biotrend | AOB5680-10 | GABAA-receptor antagonist |
Riferimenti
- Guido, W. Development, form, and function of the mouse visual thalamus. Journal of Neurophysiology. 120, 211-225 (2018).
- Guillery, R. W., Feig, S. L., Lozsadi, D. A. Paying attention to the thalamic reticular nucleus. Trends in Neurosciences. 21, 28-32 (1998).
- Turner, J. P., Salt, T. E. Characterization of sensory and corticothalamic excitatory inputs to rat thalamocortical neurones in vitro. The Journal of Physiology. 510 (3), 829-843 (1998).
- Lindstrom, S., Wrobel, A. Frequency dependent corticofugal excitation of principal cells in the cat’s dorsal lateral geniculate nucleus. Experimental Brain Research. 79, 313-318 (1990).
- Granseth, B., Ahlstrand, E., Lindstrom, S. Paired pulse facilitation of corticogeniculate EPSCs in the dorsal lateral geniculate nucleus of the rat investigated in vitro. The Journal of Physiology. 544, 477-486 (2002).
- Hamos, J. E., Van Horn, S. C., Raczkowski, D., Uhlrich, D. J., Sherman, S. M. Synaptic connectivity of a local circuit neurone in lateral geniculate nucleus of the cat. Nature. 317, 618-621 (1985).
- Kielland, A., et al. Activity patterns govern synapse-specific AMPA receptor trafficking between deliverable and synaptic pools. Neuron. 62, 84-101 (2009).
- Chen, C., Regehr, W. G. Developmental remodeling of the retinogeniculate synapse. Neuron. 28, 955-966 (2000).
- Budisantoso, T., Matsui, K., Kamasawa, N., Fukazawa, Y., Shigemoto, R. Mechanisms underlying signal filtering at a multisynapse contact. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 32, 2357-2376 (2012).
- Morgan, J. L., Berger, D. R., Wetzel, A. W., Lichtman, J. W. The Fuzzy Logic of Network Connectivity in Mouse Visual Thalamus. Cell. 165, 192-206 (2016).
- Usrey, W. M., Reppas, J. B., Reid, R. C. Paired-spike interactions and synaptic efficacy of retinal inputs to the thalamus. Nature. 395, 384-387 (1998).
- Steriade, M., Jones, E. G., McCormick, D. A. . Thalamus. , (1997).
- Wang, W., Jones, H. E., Andolina, I. M., Salt, T. E., Sillito, A. M. Functional alignment of feedback effects from visual cortex to thalamus. Nature Neuroscience. 9, 1330-1336 (2006).
- Zucker, R. S., Regehr, W. G. Short-term synaptic plasticity. Annual Review of Physiology. 64, 355-405 (2002).
- Chen, C., Blitz, D. M., Regehr, W. G. Contributions of receptor desensitization and saturation to plasticity at the retinogeniculate synapse. Neuron. 33, 779-788 (2002).
- Chen, X., Aslam, M., Gollisch, T., Allen, K., von Engelhardt, J. CKAMP44 modulates integration of visual inputs in the lateral geniculate nucleus. Nature Communications. 9, 261 (2018).
- Krahe, T. E., El-Danaf, R. N., Dilger, E. K., Henderson, S. C., Guido, W. Morphologically distinct classes of relay cells exhibit regional preferences in the dorsal lateral geniculate nucleus of the mouse. The Journal of Neuroscience : The Official Journal of the Society for Neuroscience. 31, 17437-17448 (2011).
- von Engelhardt, J., et al. CKAMP44: a brain-specific protein attenuating short-term synaptic plasticity in the dentate gyrus. Science. 327, 1518-1522 (2010).
- Khodosevich, K., et al. Coexpressed auxiliary subunits exhibit distinct modulatory profiles on AMPA receptor function. Neuron. 83, 601-615 (2014).
- Farrow, P., et al. Auxiliary subunits of the CKAMP family differentially modulate AMPA receptor properties. eLife. 4, e09693 (2015).
- Rafols, J. A., Valverde, F. The structure of the dorsal lateral geniculate nucleus in the mouse. A Golgi and electron microscopic study. The Journal of Comparative Neurology. 150, 303-332 (1973).
- Hauser, J. L., Liu, X., Litvina, E. Y., Chen, C. Prolonged synaptic currents increase relay neuron firing at the developing retinogeniculate synapse. Journal of Neurophysiology. 112, 1714-1728 (2014).
- Hooks, B. M., Chen, C. Distinct roles for spontaneous and visual activity in remodeling of the retinogeniculate synapse. Neuron. 52, 281-291 (2006).
- Liu, X., Chen, C. Different roles for AMPA and NMDA receptors in transmission at the immature retinogeniculate synapse. Journal of Neurophysiology. 99, 629-643 (2008).
- Govindaiah, G., Cox, C. L. Metabotropic glutamate receptors differentially regulate GABAergic inhibition in thalamus. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 26, 13443-13453 (2006).
- Fogerson, P. M., Huguenard, J. R. Tapping the Brakes: Cellular and Synaptic Mechanisms that Regulate Thalamic Oscillations. Neuron. 92, 687-704 (2016).
- Jacobsen, R. B., Ulrich, D., Huguenard, J. R. GABA(B) and NMDA receptors contribute to spindle-like oscillations in rat thalamus in vitro. Journal of Neurophysiology. 86, 1365-1375 (2001).
- Kulik, A., et al. Distinct localization of GABA(B) receptors relative to synaptic sites in the rat cerebellum and ventrobasal thalamus. The European Journal of Neuroscience. 15, 291-307 (2002).
- Gutierrez, C., Cox, C. L., Rinzel, J., Sherman, S. M. Dynamics of low-threshold spike activation in relay neurons of the cat lateral geniculate nucleus. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 21, 1022-1032 (2001).
- Armstrong, C. M., Gilly, W. F. Access resistance and space clamp problems associated with whole-cell patch clamping. Methods in Enzymology. 207, 100-122 (1992).
- White, J. A., Sekar, N. S., Kay, A. R. Errors in persistent inward currents generated by space-clamp errors: a modeling study. Journal of Neurophysiology. 73, 2369-2377 (1995).
- Clay, J. R., Shlesinger, M. F. Analysis of the effects of cesium ions on potassium channel currents in biological membranes. Journal of Theoretical Biology. 107, 189-201 (1984).
