Summary

Juxtasomalビオシチン標識は、個々の皮質ニューロンの構造機能相関を研究するために、

Published: February 25, 2014
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Summary

神経回路網の構造を理解するために、個々のニューロンの機能的および形態学的特徴付けが必要である。ここで、我々はまだ、細胞内で樹状および軸索建築の事後再構築のために、ニューロンを標識する能力を維持し、細胞外の構成で電気生理学的記録を可能にするjuxtasomalビオシチンラベルを示しています。

Abstract

大脳皮質は、一緒にネットワークとしての意思決定、感覚誘導動作やメモリなど、多くの高次認知機能に関与している複数の層と、多くの異なる細胞型を特徴としている。このような複雑な神経ネットワークは、このようなタスクを実行する方法を理解するために、重要なステップは、動物は、関連する認知タスクを実行しているときに優先的に、ネットワーク内の個々の細胞型の関数(または電気的活性)を決定することである。さらに、それは逆の皮質ネットワークを設計できるように、ネットワークの解剖学的構造と個々の神経細胞の形態学的なアーキテクチャを決定することも同様に重要である。今日利用可能な技術的なブレークスルーは、記録されたニューロンを特定事後の貴重なオプションを動物に行動する、覚醒中の細胞の活動を記録可能にする。ここでは、アクション·ポテンショを記録することを含むjuxtasomalビオシチン標識法を実証らは、従来のパッチピペットを用いて細胞外(またはルーズパッチ)の構成でスパイク。 juxtasomal記録構成は、麻酔をかけ鎮静、覚醒頭固定、さらには自由に動く動物を含め、行動条件にわたって比較的安定であり、適用されます。したがって、この方法は、個々のニューロン、最終的には、全体の皮質微小回路の復興に動物の行動の間に細胞型特異的活動電位スパイクを結ぶことができます。このビデオの原稿では、juxtasomal構成内の個々のニューロンが事後同定と形態学的再構成のためのウレタン麻酔ラットでビオサイチンで標識することができる方法を示しています。

Introduction

神経回路網は、非常に特異的形態学的および生理学的特性1-7が特徴複数の細胞型で構成されます。その結果、個々の細胞型は(例えば参照Gentet 8とBurgalossi 9)は、ネットワーク内の特殊なタスクを実行します。私たちは、神経ネットワークを介して細胞種特異的な機能を理解し始めていると多くは発見されて残っている。このために、多くのラボでは、生理的パラメータが1,10-15を得られているのと同じニューロン集団の形態学的特性の分析を可能実験的なアプローチを実施しています。ここでは、ビオシチンで記録されたニューロンのエレクトロポレーションと組み合わせて、細胞外(したがって、非侵襲的)な構成で従来のパッチピペットを用いて電気生理学的記録を必要とするjuxtasomal標識法16,17を示しています。ザ·このアプローチの主な利点は、非侵襲的な性質は個々のニューロンの活動電位スパイク( 例えば 、透析)細胞の細胞内含有量を変化させることなく記録されることを保証することである。エレクトロポレーションに続いて、juxtasomalアプローチは、構造(形態)にする機能(生理学)をリンクするための事後セル識別と復興のオプションを提供します。典型的には、形態学的再構成は、脊椎および/または神経繊維末端濃度の定量又は電子顕微鏡を用いてナノメートル分解能での神経形態であっても再構成に拡張することができ、樹状および軸索形態の再構成を伴う。ほとんどの研究は、マウスまたはラットのような小型げっ歯類での技術を適用しているがjuxtasomal記録技術は、皮質層を横切るまたは種の範囲内の皮質下領域における種々の細胞型のインビボでの記録のために使用することができる。我々の研究は、神経細胞を記録し、ラベルに焦点を当てていますラット一次体性感覚野(S1)から、記録したニューロン18の視覚的同定を含む、標準化された基準フレーム内の正確な位置合わせと組み合わせた樹状再建は、細胞種特異的ローカル特徴づけるために皮質ネットワーク4,19および軸索アーキテクチャの詳細な再構築をリバースエンジニアリングする長距離投影は20を対象としています。

覚醒ヘッド固定23、あるいは自由に動く動物9に 、別のインビボ記録技術(細胞内または全細胞)と比較して、juxtasomal録音は比較的安定であり、したがって、麻酔をかけ21,22を含む行動状況を横切って適用することができる、14鎮静。我々は選択の多くの製剤にこの技術の一般的な適用性を強調したがここでは、ウレタン麻酔したラットのS1でjuxtasomalラベルを示しています。

Protocol

1。動物の作製全ての実験手順は、VU大学アムステルダム、オランダで現地の倫理委員会のオランダ法に基づいて、評価後に実施されています。 腹腔内注射(0.9%のNaCl、1.6〜1.7グラム/ kgの20%)ウレタンイソフルラン(酸素2-3%)で、続いてWistar系ラット(P25-P45、♂/♀)を麻酔。ピンチ撤退、まぶた反射神経、および鼻毛の動きを監視することによって、麻酔の…

Representative Results

個々のニューロンの三次元構造に関する詳細な知識は、神経ネットワークの組織的な原則を解明するために重要です。我々の方法は、それによって、 事後のニューロンの分類及び樹状と高解像度での単一ニューロンの軸索アーキテクチャの詳細な再構築を可能にする、in vivoでの準備から、高品質のビオシチンラベルを達成するためのパイプラインが含まれます。 juxtasomalラベル…

Discussion

juxtasomal方法はビオシチン標識し事後細胞型の分類および/ ​​または3D再構成のための記録されたニューロンをするオプション(麻酔をかけ、目を覚ましヘッド固定または自由行動)行動条件にわたって、単一のユニットから生体内の活動電位スパイク記録ができます。主な利点は、細胞外(従って、非侵襲的)構成における生理学的パラメータを得ることで、まだ、?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

私たちは、両教授に感謝したいと思います。広範なサポートのためのHuibert Mansvelderとバートザクマン、実りある議論と技術支援のために、ニューロンのトレース、およびブレンダンLodderを提供するための博士マルセルOberlaender。データは、寛大にR·ブルーノ(コロンビア大学、ニューヨーク州、米国)が提供する、LabVIEW用ntrode VIを使用して取得した。この研究は、マックスプランク協会と計算論的神経科学、チュービンゲンのためのバーンスタインセンターによってサポートされていました(教育研究のドイツ連邦環境省(BMBFの資金; FKZ:01GQ1002))(RTN)、Neurogenomicsと認知研究センター(CNCR) 、神経科学キャンパスアムステルダム(NCA)、CPJdK(NWO-ALW番号822.02.013とENC-ネットワーク#P3-C3)とVU大学アムステルダムへの資金。

Materials

SM-6 control system Luigs & Neumann
LN- Mini 23 XYZ
LN- Mini 55 Manipulatorblock X2
Lynx-8 amplifier Neuralynx
Axoclamp-2B amplifier Axon Instruments
Osada model EXL-M40 Osada, inc.
Piezoelectric device Physik Instrumente PL140.10
Labview National Instruments, Austin, TX, USA
Ntrode Virtual Instrument  R. Bruno, Columbia Univ., NY, USA
(Labview acq. software)
Sugi absorbent swabs Kettenbach 30601
Cytochrome C from equine heart Sigma C2506
Catalase from bovine liver Sigma C9322
DAB Sigma D5637
H2O2 Boom 7047
Vectastain standard ABC-kit Vector PK6100
Triton X100 Sigma T9284
Urethane Sigma U2500
Isoflurane Pharmachemie 45.112.110
Lidocaine Sigma L5647
Simplex rapid dental cement Kemdent ACR308/ACR924
Biocytin Molekula 36219518
PFA Merck Millipore 8187151000 
Trizma base Sigma T4661
Mowiol 4-88 Aldrich 81381
Analytical grade glycerol Fluka 49767
HEPES Sigma H3375
NaCl Sigma Aldrich 31434
KCl Sigma Aldrich 60130
CaCl Sigma Aldrich 22,350-6
MgCl2 Fluka 63072

References

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Narayanan, R. T., Mohan, H., Broersen, R., de Haan, R., Pieneman, A. W., de Kock, C. P. Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons. J. Vis. Exp. (84), e51359, doi:10.3791/51359 (2014).

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