Utilisation de Zinc synaptique histochimie pour révéler les différentes régions et les limbes dans le cerveau en développement et Adult
Summary
Nous décrivons une procédure histochimique qui révèle des caractéristique zinc laminaire et areal coloration modèles dans différentes régions du cerveau. Le patron de coloration zinc peut servir en conjonction avec d’autres marqueurs anatomiques à fiable distinguer des couches et des régions du cerveau en développement et les adulte.
Abstract
Caractérisation de l’Organisation anatomique et fonctionnelle du cerveau et le développement nécessite une identification exacte des circuits neurones distincts et des régions dans le cerveau adulte et immature. Nous décrivons ici une méthode de coloration histochimique zinc qui révèle des différences dans les profils de coloration entre les différentes couches et les régions du cerveau. D’autres ont utilisé cette procédure non seulement pour révéler la distribution des neurones contenant du zinc et des circuits dans le cerveau, mais aussi de délimiter avec succès des limites areal et laminaires dans le cerveau en développement et adult dans plusieurs espèces. Ici, nous illustrons cela souillant le procédé avec des images des pays en développement et de la cervelle de furet adulte. Nous révèlent un modèle zinc-coloration qui sert comme un marqueur anatomique des zones et des couches et peut être utilisés de manière fiable pour distinguer les aires corticales visuelles dans le cortex visuel en développement et les adult. Le principal objectif du présent protocole est de présenter une méthode histochimique qui permet l’identification précise des couches et des régions dans le cerveau en développement et adulte où les autres méthodes ne parviennent pas à le faire. Secondairement, en conjonction avec l’analyse densitométrique image, cette méthode permet d’évaluer la distribution de zinc synaptique pour révéler des changements possibles au cours du développement. Ce protocole décrit en détail les réactifs, des outils et démarches nécessaires pour colorer successivement les sections du cerveau gelé. Bien que ce protocole est décrit à l’aide de tissus cérébraux de furet, il peut être facilement adapté pour être utilisé dans les rongeurs, les chats ou les singes ainsi que dans d’autres régions du cerveau.
Introduction
Taches histologiques ont été utilisées traditionnellement pour aider à l’identification des aires corticales chez diverses espèces de révéler des différences dans les caractéristiques architectoniques. L’utilisation combinée des techniques histochimiques telles que pour la substance Nissl, réactivité de la cytochrome oxydase (CO) ou la myéline peut se révéler fructueuse qu’ils révèlent des limites areal semblables dans le cerveau adulte. Cependant, ces taches histochimiques ne révèlent pas toujours bien des limites claires entre les aires corticales et les couches dans le cerveau immature.
Dans le système nerveux central, le zinc a plusieurs fonctions essentielles qui incluent de stabiliser la structure de l’ADN, agissant comme un cofacteur de l’enzyme, participant à nombreuses fonctions de réglementation et agissant comme un neuromodulateur grâce à sa présence dans les vésicules synaptiques 1. zinc synaptique est unique car il peut être visualisé à l’aide des méthodes histologiques, tandis que le zinc protéinique ne peut pas être visualisé2. Cette fonctionnalité a été exploitée pour révéler le modèle zinc synaptique dans différentes régions corticales et histochimie synaptique de zinc a été utilisé dans un certain nombre d’études. Un sous-ensemble des neurones glutamatergiques dans le cortex cérébral contiennent du zinc dans les vésicules présynaptiques dans leur axone bornes3,4. Les études histochimiques ont révélé une distribution hétérogène de zinc synaptique dans le cortex cérébral5,6,7. Il semble y avoir une autre distribution surfacique et laminaire zinc histochimiquement réactif dans différentes régions du cortex (par exemple, visual contre cortex somatosensoriel), ou des couches (p. ex., les niveaux de zinc dans la supragranular et infragranular couches du cortex visuel primaire sont sensiblement plus élevés que dans thalamocortical couche d’entrée IV avec des niveaux relativement faibles de zinc synaptique)5,8,9. L’hétérogénéité en zinc synaptique coloration observées dans le cortex est particulièrement avantageuse, car elle facilite l’identification areal et laminaire.
Nous présentons ici une description détaillée d’une procédure histochimiques zinc synaptique, qui est une version modifiée de 1982 méthode10 de Danscher. Cette méthode utilise le sélénite injecté par voie intrapéritonéale (IP) dans les animaux comme agent chélateur. Le sélénite se rend au cerveau à réagir avec des piscines de zinc gratuit trouvé dans les vésicules d’un sous-ensemble des synapses glutamatergiques dans le cerveau. Cette réaction donne un précipité qui peut être amélioré par la suite en développement argent2,10,11.
Cette procédure révèle des tendances laminaires et surfaciques de zinc synaptique coloration ; analyse densitométrique peut servir à évaluer ces patrons qualitativement et quantitativement dans le cerveau adult et immature pour étudier les effets d’autres interventions, comme les manipulations sensorielles, environnementales, pharmacologiques ou génétiques. En outre, on peut vouloir aussi évaluer d’éventuels changements dans la distribution de zinc synaptique dans d’autres structures corticales ou sous-corticales dans d’autres systèmes de modèle. Les informations quantitatives fournies par analyse densitométrique dans cette méthode peuvent être avantageux pour le développement du cerveau suivant au fil du temps. Ce protocole prévoit un compagnon d’autres immuno – histochimiques marqueurs et pour révéler les limites laminaires et surfaciques.
Protocol
Representative Results
Discussion
La présente étude utilise une technique histochimique basée sur une version modifiée de la Danscher méthode (1982)10, auquel cas localisation synaptique de zinc peut-être être détectée et visualisée dans le cerveau. Cette méthode fonctionne essentiellement en injectant l’animal avec le sélénite de sodium chélateur de zinc (Na2SeO3) (15 mg/kg). Après l’injection, la sélénite se rend au cerveau et se lie au zinc gratuit qui est localisé dans les vésicules…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par subventions du National Center for Research Resources (2G12RR03060-26A1) ; L’Institut National sur la santé de minorité et les disparités de santé (8G12MD007603-27) des National Institutes of Health ; Professionnel du personnel Congrès-City University of New York (CUNY-CFP) ; et Faculty Research Grant (FRG II) Université américaine de Sharjah. Nous remercions Vidyasagar Sriramoju pour nous introduire à ces méthodes.
Materials
| Euthasol (Euthanasia solution) | Henry Schein | 710101 | |
| Sodium selenite | Sigma-Aldrich | 214485 | |
| Ketamine (Ketaved) | Henry Schein | 48858 | 100 mg/ml injectables |
| Xylazine (Anased) | Henry Schein | 33198 | 100 mg/ml injectables |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | Dilute to 4% |
| Gum arabic | Sigma-Aldrich | G9752-500G | |
| Citric acid | Sigma-Aldrich | C1909 | |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Hydroquinone | Sigma-Aldrich | H9003 | |
| Silver lactate | Sigma-Aldrich | 85210 | |
| Fish gelatine | Sigma-Aldrich | G7765 | |
| Cytochrome c | Sigma-Aldrich | C2506 | (Type III, from equine heart) |
| Catalse | Sigma-Aldrich | C10 | |
| Sucrose | Domino | ||
| Xylene | Fisher Scientific | X5P-1GAL | |
| Permount | Fisher Scientific | SP15-500 | |
| 100% Ethanol | Fisher Scientific | A406-20 | Used for dehydration prior to slide mounting |
| Coverslips | Brain Research Laboratories | #3660-1 | |
| Frosted unsubbed slides | Brain Research Laboratories | #3875-FR | |
| Microtome | American Optical Company | 860 | |
| Microscope | Olympus | BX-60 | |
| Adope Photoshop | Adobe Systems, San Jose, CA | To assemble images | |
| ImageJ | Free software can be downloaded at http://rsb.info.nih.gov/ij/ | For densometric measurements | |
| Plastic tray | Any standard plastic tray may be used | to immerse slides in developer solution | |
| Hot plate | Any standard hotplate may be used |
References
- Nakashima, A., Dyck, R. H. Zinc and cortical plasticity. Brain Res. Rev. 59, 347-373 (2009).
- Frederickson, C. J. Neurobiology of zinc and zinc-containing neurons. Int Rev Neurobiol. 31, 145-238 (1989).
- Beaulieu, C., Dyck, R., Cynader, M. Enrichment of glutamate in zinc-containing terminals of the cat visual cortex. NeuroReport. 3 (10), 861-864 (1992).
- Martinez-Guijarro, F. J., Soriano, E., Del Rio, J. A., Lopez-Garcia, C. Zinc-positive boutons in the cerebral cortex of lizards show glutamate immunoreactivity. J Neurocytol. 20 (10), 834-843 (1991).
- Dyck, R., Beaulieu, C., Cynader, M. Histochemical localization of synaptic zinc in the developing cat visual cortex. J Comp Neurol. 329 (1), 53-67 (1993).
- Garrett, B., Geneser, F. A., Slomianka, L. Distribution of acetylcholinesterase and zinc in the visual cortex of the mouse. Anat Embryol. (Berl). 184 (5), 461-468 (1991).
- Garrett, B., Osterballe, R., Slomianka, L., Geneser, F. A. Cytoarchitecture and staining for acetylcholinesterase and zinc in the visual cortex of the Parma wallaby (Macropus parma). Brain Behav Evol. 43 (3), 162-172 (1994).
- Dyck, R., Cynader, M. An interdigitated columnar mosaic of cytochrome oxidase, zinc, and neurotransmitter-related molecules in cat and monkey visual cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. (90), 9066-9069 (1993).
- Land, P. W., Akhtar, N. D. Experience-dependent alteration of synaptic zinc in rat somatosensory barrel cortex. Somatosens Mot Res. 16 (2), 139-150 (1999).
- Danscher, G. Exogenous selenium in the brain: a histochemical technique for light and electron microscopic localization of catalytic selenium bonds. Histochemistry. 76, 281-293 (1982).
- Danscher, G., Howell, G., Perez-Clausell, J., Hertel, N. The dithizone, Timm’s sulphide silver and the selenium methods demonstrate a chelatable pool of zinc in CNS: a proton activation (PIXE) analysis of carbon tetrachloride extracts from rat brains and spinal cords intravitall treated with dithizone. Histochemistry. 83, 419-422 (1985).
- Gallyas, F. Silver staining of myelin by means of physical development. Neurol Res. 1 (2), 203-209 (1979).
- Wong-Riley, M. Changes in the visual system of monocularly sutured or enucleated cats demonstrable with cytochrome oxidase histochemistry. Brain Res. 171 (1), 11-28 (1979).
- Miró-Bernié, N., Ichinohe, N., Perez-Clausell, J., Rockland, K. S. Zinc-rich transient vertical modules in the rat retrosplenial cortex during postnatal development. J Neurosci. 138 (2), 523-535 (2006).
- Ichinohe, N., Rockland, K. S. Distribution of synaptic zinc in the macaque monkey amygdala. J Comp Neurol. 489 (2), 135-147 (2005).
- Innocenti, G. M., Manger, P. R., Masiello, I., Colin, I., Tettoni, L. Architecture and callosal connections of visual areas 17, 18, 19 and 21 in the ferret (Mustela putorius). Cereb Cortex. 12 (4), 411-422 (2002).
- Khalil, R., Levitt, J. B. Zinc histochemistry reveals circuit refinement and distinguishes visual areas in the developing ferret cerebral cortex. Brain Struct Funct. 218, 1293-1306 (2013).
- Manger, P. R., Masiello, I., Innocenti, G. M. Areal organization of the posterior parietal cortex of the ferret (Mustela putorius). Cereb Cortex. 12, 1280-1297 (2002).
- Wong, P., Kaas, J. H. Architectonic subdivisions of neocortex in the gray squirrel (Sciurus carolinensis.). The anatomical record. 291, 1301-1333 (2008).
- Land, P. W., Shamalla-Hannah, L. Experience-dependent plasticity of zinc-containing cortical circuits during a critical period of postnatal development. J Comp Neurol. 447 (1), 43-56 (2002).
- Czupryn, A., Skangiel-Kramska, J. Distribution of synaptic zinc in the developing mouse somatosensory barrel cortex. J Comp Neurol. 386, 652-660 (1997).
- Timm, F. Zur Histochemie der Schwermetalle. Das Sulfid-Silber-Verfahren. Dtsch Z ges gerichtl Med. 46, 706-711 (1958).
