Summary

Оценка гиппокампальной дендритной сложности у пожилых мышей с использованием метода Гольджи-Кокса

Published: June 22, 2017
doi:

Summary

Здесь мы подробно представляем протокол Golgi-Cox. Этот надежный метод окрашивания тканей позволяет получить качественную оценку цитоархитектуры в гиппокампе и во всем мозге с минимальным устранением неполадок.

Abstract

Дендритные шипы – это выступы из нервных дендритных валов, которые содержат возбуждающие синапсы. Морфологические и ветвящиеся вариации нейронных дендритов внутри гиппокампа связаны с образованием и памятью. Существует несколько подходов к окрашиванию Гольджи, которые были полезны для определения морфологических характеристик дендритных беседок и получения четкого фона. Настоящий метод Гольджи-Кокса (небольшой вариант протокола, который снабжен коммерческим набором для окраски Гольджи) был разработан для оценки того, как относительно низкая доза химиотерапевтического препарата 5-flurouracil (5-Fu) повлияет на дендритную морфологию , Число шипов и сложность арборизации в гиппокампе. 5-Фу значительно модулировал дендритную сложность и уменьшал плотность позвоночника по всему гиппокампу в зависимости от региона. Представленные данные показывают, что метод окрашивания Гольджи efПодвергшихся эффекту окрашивания зрелых нейронов в CA1, CA3 и зубчатой ​​извилине (DG) гиппокампа. В этом протоколе сообщается информация для каждого шага, чтобы другие исследователи могли надежно окрашивать ткань по всему мозгу с высоким качеством результатов и минимальным устранением неполадок.

Introduction

Дендриты являются самой большой частью нейронов, которые принимают и обрабатывают пресинаптический ввод 1 . Их дендритные процессы имеют сложную геометрию, где проксимальные ветви имеют больший диаметр, чем дистальные ветви. По мере развития дендритов они образуют несколько связей с другими нейронами в процессе, называемом дендритной арбонизацией. Степень и структура этого ветвления определяют количество синаптических входов, которые дендрит может адекватно обработать 2 .

Дендритная арборизация – необходимый процесс пластичности, зависящей от активности, и правильного развития нейронных цепей. Расширение, ретракция, ветвление и синаптогенез представляют собой сложные процессы, которые включают внутренние генетические программы и влияния внешних факторов. Морфологические и ветвящиеся вариации нейронных дендритов в гиппокампе участвуют в формировании познания и памятиF "> 3 , 4. Изменения в дендритной сложности связаны с патофизиологическими и поведенческими изменениями 5. Аномалии связаны с несколькими болезненными состояниями, включая синдром Fragile X и синдром Дауна 6 .

Дендритные шипы являются специализированными субклеточными отделениями дендритных беседок, которые получают возбуждающий вход в центральной нервной системе. Существуют три морфологических класса дендритных шипов с названием каждого класса по их размеру и форме: 1) грибные шипы, которые имеют сложные постсинаптические плотности с более глутаматными рецепторами, чем другие шипы 7 ; 2) колючие шипы, у которых нет стебля; И 3) тонкие шипы, которые состоят из затянувшегося узкого стебля и шаровидной головки 8 . Дендритный объем позвоночника частично используется для их определения, при этом тонкие шипы обычно меньше (0,01 мкм 3 </sup>) По сравнению с грибными шипами (0,8 мкм 3 ) 9 , 10 . Шипы стабилизируются созреванием. Например, тонкие шипы либо втягиваются через несколько дней, либо развиваются в грибные шипы. Альтернативно, грибные шипы относительно стабильны и могут выживать в течение длительного периода. Сила нейронных соединений, как полагают, основана на числе шипов и / или их объемах 11 , 12 , 13 .

Классический метод окрашивания Гольджи и его более современные вариации были полезны для изучения морфологии и плотности дендритных позвонков. Одним из уникальных аспектов окраски Гольджи является то, что он случайно окрашивает около 5% всех нейронов, что позволяет отслеживать отдельные нейроны 14 , 15 . Хотя точный механизм, в котором метод ГольджиOd, отдельные нейроны до сих пор неизвестны, принцип метода основан на кристаллизации хромата серебра (Ag 2 CrO 4 ) 16 , 17 . Существует три основных типа метода Гольджи: быстрый Гольджи, Гольджи-Кокс и Гольджи-Копш 18 , 19 . Все три метода начинаются с начальной фазы инкубации в солях хрома в течение от нескольких дней до нескольких месяцев, но между ними существуют определенные ключевые различия. Быстрое Гольджи использует четырехокись осмия на первом этапе, тогда как Гольджи-Копш включает параформальдегид. Окрашивание как в быстром Гольджи, так и в Гольджи-Копше сопровождается инкубацией в 1-2% растворе нитрата серебра в течение примерно 7 дней. Метод Гольджи-Кокса использует хлорид ртути и дихромат калия вместо нитрата серебра и имеет время пропитки 2-4 недель. Затем ткани секционируют и быстро помещают в разбавленный аммиакРаствор, затем фотографический фиксатор для удаления солей. Из трех типов метод Гольджи-Кокса считается лучшим при окрашивании дендритных беседок без значительных фоновых помех, отчасти потому, что кристаллические артефакты не встречаются на поверхности ткани (в отличие от быстрого метода Гольджи) 17 , 20 , 21 .

Настоящий способ представляет собой небольшое изменение протокола, снабженного коммерческим набором для окрашивания Гольджи, и был разработан для оценки того, как относительно низкая доза 5-фу будет влиять на дендритные морфологические характеристики и плотность позвоночника. Любые полученные данные могут дать дальнейшее представление о том, как химиотерапевтическое лечение влияет на схему нейронов.

Protocol

Эксперименты проводились в соответствии с этическими стандартами, одобренными Комитетом по охране и использованию животных в УАМС. 1. Животные и парадигма инъекции 5-фу Приобретите 6-месячных мышей C57Bl6 / J дикого типа и разместите их под постоянным 12-часовым светом /…

Representative Results

Влияние обработки 5-фу на дендритную арбонизацию и сложность гиппокампа окрашенных в Гольджи разделов мозга определяли количественно и отслеживали с использованием коммерчески доступного программного обеспечения для обработки изображений. После трассировки дендр…

Discussion

По сравнению с более современными методами метод Гольджи-Кокса имеет ряд преимуществ, которые делают его предпочтительным методом для изучения морфологии позвоночника: 1) окрашивание может использоваться практически для любой ткани; 2) базовая установка светового микроскопа – это все,…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана пилотным грантом в соответствии с NIH P20 GM109005 (ARA) и наградой программы P30 GM110702 от программы трансляционной нейронауки.

Materials

superGolgi Kit  Bioenno Lifesciences 30100  Contains hazardous materials. 
PBS 10X powder concentrate Fisher  BP665-1
Triton X-100 Sigma 9002-93-1
Permount  Fisher  SP 15-100
Slide cover  Fisher  12-546-14
7mL Transfer pipette  Globe Scientific  135030
10 mL Falcon tubes  BD Biosciences  352099
Foil  Fisher  01-213-105
12-well plate  BD Biosciences  353043
200 proof Ethanol  Pharmco-AAPER 111000200
Xylene  Acros Organics  1330-20-7 Hazardous. 
Permabond 200 Permabond LLC GF2492
25 mL serological pipette Sigma SIAL1489
Parafilm Midsci HS234526C 
Vibratome  World Precision Instruments  NVSLM1
C57Bl/6 Male Mice  The Jackson Laboratory  000664
Axio Imager 2 ZEISS Multiple components, see website for details. 
AxioCam MRc Camera ZEISS 426508-9902-000
Staining Dish , Green Tissue-Tek 62541-12
Staining Dish Set  Electron Microscopy Sciences  70312-20
Motorized Pipet Filler  Fisher  03-692-168
Neurolucida  mbf Bioscience 
Neurolucida Explorer  mbf Bioscience 
Prism  GraphPad

Referências

  1. Stuart, G. J., Spruston, N. Dendritic integration: 60 years of progress. Nat Neurosci. 18 (12), 1713-1721 (2015).
  2. Jan, Y. N., Jan, L. Y. Branching out: mechanisms of dendritic arborization. Nat Rev Neurosci. 11 (5), 316-328 (2010).
  3. Kulkarni, V. A., Firestein, B. L. The dendritic tree and brain disorders. Mol Cell Neurosci. 50 (1), 10-20 (2012).
  4. Kasai, H. Structural Dynamics of Dendritic Spines in Memory and Cognition. Trends Neurosci. 33 (3), 121-129 (2010).
  5. von Bohlen Und Halbach, O. Structure and function of dendritic spines within the hippocampus. Ann Anat. 191 (6), 518-531 (2009).
  6. Wayman, G. A., et al. Activity-dependent dendritic arborization mediated by CaM-kinase I activation and enhanced CREB-dependent transcription of Wnt-2. Neuron. 50 (6), 897-909 (2006).
  7. Bourne, J. N., Harris, K. M. Balancing structure and function at hippocampal dendritic spines. Ann Rev Neurosci. 31, 47-67 (2008).
  8. Lai, K. O., Ip, N. Y. Structural plasticity of dendritic spines: the underlying mechanisms and its dysregulation in brain disorders. Biochim Biophys Acta. 1832 (12), 2257-2263 (2013).
  9. Harris, K. M. Structure, development, and plasticity of dendritic spines. Current Op Neurobiol. 9 (3), 343-348 (1999).
  10. Harris, K. M., Kater, S. B. Dendritic spines: cellular specializations imparting both stability and flexibility to synaptic function. Ann Rev Neurosci. 17, 341-371 (1994).
  11. Leuner, B., Shors, T. J. Stress, anxiety, and dendritic spines: what are the connections. Neurociência. 251, 108-119 (2013).
  12. Harris, K. M., Fiala, J. C., Ostroff, L. Structural changes at dendritic spine synapses during long-term potentiation. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 358 (1432), 745-748 (2003).
  13. Kasai, H., Matsuzaki, M., Noguchi, J., Yasumatsu, N., Nakahara, H. Structure-stability-function relationships of dendritic spines. Trends Neurosci. 26 (7), 360-368 (2003).
  14. Das, G., Reuhl, K., Zhou, R. The Golgi-Cox method. Methods Mol Biol. 1018, 313-321 (2013).
  15. Koyama, Y. The unending fascination with the Golgi method. OA Anat. 1 (3), 24 (2013).
  16. Pasternak, J. F., Woolsey, T. A. On the “selectivity” of the Golgi-Cox method. J Comp Neurol. 160 (3), 307-312 (1975).
  17. Friedland, D. R., Los, J. G., Ryugo, D. K. A modified Golgi staining protocol for use in the human brain stem and cerebellum. J Neurosci Methods. 150 (1), 90-95 (2006).
  18. Rosoklija, G., et al. Optimization of Golgi methods for impregnation of brain tissue from humans and monkeys. J Neurosci Methods. 131 (1-2), 1-7 (2003).
  19. de Castro, F., Lopez-Mascaraque, L., De Carlos, J. A. Cajal: lessons on brain development. Brain Res Rev. 55 (2), 481-489 (2007).
  20. Gabbott, P. L., Somogyi, J. The “single” section Golgi-impregnation procedure: methodological description. J Neurosci Methods. 11 (4), 221-230 (1984).
  21. Zaqout, S., Kaindl, A. M. Golgi-Cox staining step by step. Front Neuroanat. 10 (38), (2016).
  22. . Vibroslice NVSL & Vibroslice NVSLM123 Available from: https://www.wpiinc.com/clientuploads/pdf/NVSL_NVSLM1_IM.pdf (2000)
  23. . . Neurolucida 11.03. , (2017).
  24. Sholl, D. A. Dendritic organization in the neurons of the visual and motor cortices of the cat. J Anat. 87 (4), 387-406 (1953).
  25. Pillai, A. G., et al. Dendritic morphology of hippocampal and amygdalar neurons in adolescent mice is resilient to genetic differences in stress reactivity. PLoS ONE. 7 (6), (2012).
  26. Morley, B. J., Mervis, R. F. Dendritic spine alterations in the hippocampus and parietal cortex of alpha7 nicotinic acetylcholine receptor knockout mice. Neurociência. 233, 54-63 (2013).
  27. Titus, A. D., et al. Hypobaric hypoxia-induced dendritic atrophy of hippocampal neurons is associated with cognitive impairment in adult rats. Neurociência. 145 (1), 265-278 (2007).
  28. Groves, T. R., et al. 5-Fluorouracil chemotherapy upregulates cytokines and alters hippocampal dendritic complexity in aged mice. Behavioral Brain Research. 316, 215-224 (2017).
  29. Risher, W. C., Ustunkaya, T., Singh Alvarado, J., Eroglu, C. Rapid Golgi analysis method for efficient and unbiased classification of dendritic spines. PloS One. 9 (9), (2014).
  30. Kaufmann, W. E., Moser, H. W. Dendritic anomalies in disorders associated with mental retardation. Cerebral cortex. 10 (10), 981-991 (2000).
  31. Kulkarni, V. A., Firestein, B. L. The dendritic tree and brain disorders. Mol Cell Neurosci. 50 (1), 10-20 (2012).
check_url/pt/55696?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Groves, T. R., Wang, J., Boerma, M., Allen, A. R. Assessment of Hippocampal Dendritic Complexity in Aged Mice Using the Golgi-Cox Method. J. Vis. Exp. (124), e55696, doi:10.3791/55696 (2017).

View Video