Questo protocollo descrive l’esposizione chirurgica del ganglio della radice dorsale (DRG) seguito da GCaMP3 (indicatore Ca2+ codificato geneticamente; Green Fluorescent Protein-Calmodulin-M13 Protein 3) Ca2+ imaging degli insiemi neuronali utilizzando topi Pirt-GCaMP3 mentre si applica una varietà di stimoli alla zampa posteriore omolaterale.
L’imaging di Ca 2+ può essere utilizzato come proxy per l’attività cellulare, compresi i potenziali d’azione e vari meccanismi di segnalazione che coinvolgono l’ingresso di Ca 2+ nel citoplasma o il rilascio di riserve intracellulari di Ca 2+. L’imaging Ca2+ basato su Pirt-GCaMP3 dei neuroni sensoriali primari del ganglio della radice dorsale (DRG) nei topi offre il vantaggio della misurazione simultanea di un gran numero di cellule. È possibile monitorare fino a 1.800 neuroni, consentendo di studiare le reti neuronali e i processi somatosensoriali come un insieme nel loro normale contesto fisiologico a livello di popolazione in vivo. Il gran numero di neuroni monitorati consente di rilevare modelli di attività che sarebbero difficili da rilevare utilizzando altri metodi. Gli stimoli possono essere applicati alla zampa posteriore del topo, consentendo di studiare gli effetti diretti degli stimoli sull’insieme dei neuroni DRG. Il numero di neuroni che producono transitori Ca 2+ e l’ampiezza dei transitori Ca2+ indicano sensibilità a specifiche modalità sensoriali. Il diametro dei neuroni fornisce prove di tipi di fibre attivate (meccano non nocivo vs fibre del dolore nocivo, fibre Aβ, Aδ e C). I neuroni che esprimono recettori specifici possono essere geneticamente marcati con td-Tomato e specifiche ricombinasi Cre insieme a Pirt-GCaMP. Pertanto, l’imaging Pirt-GCaMP3 Ca2+ di DRG fornisce un potente strumento e modello per l’analisi di specifiche modalità sensoriali e sottotipi di neuroni che agiscono come un insieme a livello di popolazione per studiare dolore, prurito, tatto e altri segnali somatosensoriali.
I neuroni sensoriali primari innervano direttamente la pelle e trasportano le informazioni somatosensoriali al sistema nervoso centrale 1,2. I gangli delle radici dorsali (DRG) sono gruppi di corpi cellulari di 10.000-15.000 neuroni sensoriali primari 3,4. I neuroni DRG presentano diverse dimensioni, livelli di mielinizzazione e modelli di espressione genica e recettoriale. I neuroni di diametro più piccolo includono neuroni sensibili al dolore e neuroni di diametro maggiore rispondono tipicamente a stimoli meccanici non dolorosi 5,6. Disturbi nei neuroni sensoriali primari come lesioni, infiammazione cronica e neuropatie periferiche possono sensibilizzare questi neuroni a vari stimoli e contribuire al dolore cronico, allodinia e ipersensibilità al dolore 7,8. Pertanto, lo studio dei neuroni DRG è importante per comprendere sia la somatosensazione in generale che molti disturbi del dolore e del prurito.
I neuroni che sparano in vivo sono essenziali per la somatosensazione, ma fino a poco tempo fa, gli strumenti per studiare i gangli intatti in vivo erano limitati a un numero relativamente piccolo di cellule 9. Qui, descriviamo un potente metodo per studiare i potenziali d’azione o le attività dei neuroni a livello di popolazione in vivo come insieme. Il metodo utilizza l’imaging basato sulla dinamica citoplasmatica di Ca2+. Gli indicatori fluorescenti sensibili al Ca 2+ sono buoni proxy per misurare l’attività cellulare a causa della concentrazione normalmente bassa di Ca2+ citoplasmatico. Questi indicatori hanno permesso il monitoraggio simultaneo di centinaia o diverse migliaia di neuroni sensoriali primari nei topi 9,10,11,12,13,14,15,16 e nei ratti 17. Il metodo di imaging in vivo Ca2+ descritto in questo studio può essere utilizzato per osservare direttamente le risposte a livello di popolazione a stimoli meccanici, freddi, termici e chimici.
La proteina di membrana legante i fosfoinositidi, Pirt è espressa ad alti livelli in quasi tutti i neuroni sensoriali primari (>95%)18,19 e può essere utilizzata per guidare l’espressione del sensore Ca 2+, GCaMP3, per monitorare l’attività neuronale in vivo20. In questo protocollo, vengono descritte le tecniche per eseguire interventi chirurgici DRG in vivo, imaging Ca2+ e analisi nel DRG lombare 5 (L5) destro di topi Pirt-GCaMP314 utilizzando la microscopia a scansione laser confocale (LSM).
Il dolore persistente è presente in una vasta gamma di disturbi, debilitanti e / o riducendo la qualità della vita per circa l’8% delle persone29. I neuroni sensoriali primari rilevano stimoli nocivi sulla pelle e la loro plasticità contribuisce al dolore persistente8. Mentre i neuroni possono essere studiati in coltura cellulare ed espianti, così facendo li rimuove dal loro normale contesto fisiologico. L’esposizione chirurgica del DRG, seguita dall’imaging Pirt-GCaMP3…
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato supportato dal National Institutes of Health Grants R01DE026677 e R01DE031477 (a Y.S.K.), dal fondo di avvio UTHSCSA (Y.S.K.) e da un Rising STAR Award del sistema dell’Università del Texas (Y.S.K.).
Anased Injection (Xylazine) | Covetrus, Akorn | 33197 | |
C Epiplan-Apochromat 10x/0.4 DIC | Cal Zeiss | 422642-9900-000 | |
Cotton Tipped Applicators | McKesson | 24-106-1S | |
Curved Hemostat | Fine Science Tools | 13007-12 | |
DC Temperature Controller | FHC | 40-90-8D | |
DC Temperature Controller Heating Pad | FHC | 40-90-2-05 | |
Dumont Ceramic Coated Forceps | Fine Science Tools | 11252-50 | |
FHC DC Temperature Controller | FHC | 40-90-8D | |
Fluriso (Isoflurane) | MWI Animal Health, Piramal Group | 501017 | |
Friedman-Pearson Rongeurs | Fine Science Tools | 16221-14 | |
GelFoam | Pfizer | 09-0353-01 | |
Ketaset (Ketamine) | Zoetis | KET-00002R2 | |
Luminescent Green Stage Tape | JSITON/ Amazon | B803YW8ZWL | |
Matrx VIP 3000 Isoflurane Vaporizer | Midmark | 91305430 | |
Micro dissecting scissors | Roboz | RS-5882 | |
Micro dissecting spring scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
Micro dissecting spring scissors | Roboz | RS-5677 | |
Mini Rectal Thermistor Probe | FHC | 40-90-5D-02 | |
Operating scissors | Roboz | RS-6812 | |
Pirt-GCaMP3 C57BL/6J mice | Johns Hopkins University | N/A | Either sex can be imaged equally well. Mice should be at least 8 weeks old due to weak or intermittent Pirt promoter expression in younger mice. |
SMALGO small animal algometer | Bioseb In vivo Research Instruments | BIO-SMALGO | |
Stereotaxic frame | Kopf Model 923-B | 923-B | |
td-Tomato C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 7909 | |
Top Plate, 6 in x 10 in | Newport | 290-TP | |
TrpV1-Cre C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 17769 | |
Zeiss LSM 800 confocal microscope | Cal Zeiss | LSM800 | |
Zeiss Zen 2.6 Blue Edition Software | Cal Zeiss | Zen (Blue Edition) 2.6 |