Summary

شرائح المخ--الغدة النخامية سليمة للتحقيقات الكهربية من خلايا الغدة النخامية في الأسماك تيليوست

Published: August 16, 2018
doi:

Summary

توضح هذه المقالة بروتوكولا أمثل لصنع شرائح أنسجة المخ–الغدة النخامية قابلة للتطبيق، استخدام الأسماك تيليوست الميداكا (Oryzias latipes)، تليها التسجيلات الكهربية من خلايا الغدة النخامية باستخدام تقنية المشبك التصحيح مع تكوين تصحيح مثقب.

Abstract

وقد أجريت تحقيقات الكهربية خلايا الغدة النخامية في العديد من الأنواع الفقارية، ولكن عدد قليل جداً في الأسماك تيليوست. ومن بين هذه، تم إجراء غالبية واضحة على ينتابها الابتدائية الخلايا. لتحسين فهمنا لكيفية تيليوست خلايا الغدة النخامية، وتتصرف في بيئة ذات صلة أكثر بيولوجيا، هذا البروتوكول يوضح كيفية إعداد شرائح المخ–الغدة النخامية قابلة للتطبيق استخدام الميداكا الصغيرة من أسماك المياه العذبة (Oryzias latipes). جعل شرائح المخ–الغدة النخامية، درجة الحموضة وأوسمولاليتي لجميع الحلول عدلت إلى القيم الموجودة في سوائل الجسم من أسماك المياه العذبة التي تعيش في 25 إلى 28 درجة مئوية. وبعد إعداد شريحة، البروتوكول يوضح كيفية إجراء التسجيلات الكهربية باستخدام تقنية ثقب كامل الخلية التصحيح-المشبك. تقنية التصحيح-المشبك أداة قوية مع الأزمنة لم يسبق لها مثيل وحساسية، السماح بالتحقيق في خصائص الكهربائية من الخلايا كلها سليمة وصولاً إلى قنوات أيون واحد. مثقب التصحيح فريدة من نوعها في ذلك فإنه يحتفظ بالبيئة داخل الخلايا سليمة منع العناصر التنظيمية في سيتوسول من يجري تمييع الحل الكهربائي ماصة التصحيح. وفي المقابل، عند إجراء تسجيلات كامل الخلية التقليدية، فقد لوحظ أن خلايا الغدة النخامية الميداكا تفقد بسرعة قدرتها على إطلاق إمكانات العمل. بين انثقاب مختلف التقنيات المتاحة، هذا البروتوكول يوضح كيفية تحقيق انثقاب الغشاء مصححة باستخدام مبيد الامفوتريسين باء

Introduction

الغدة النخامية جهاز الغدد الصماء رئيسية في الفقاريات الموجودة أدناه تحت المهاد والخلفية إلى chiasm البصرية. وتنتج وتفرز الهرمونات ستة إلى ثمانية من أنواع الخلايا المحددة. هرمونات الغدة النخامية تشكل وسيط بين الدماغ والأجهزة الطرفية ومحرك مجموعة واسعة من العمليات الفسيولوجية الأساسية بما في ذلك النمو والتكاثر، وتنظيم التوازن. مشابهة للخلايا العصبية، خلايا الغدد الصماء الغدة النخامية منفعل كهربائياً مع القدرة على إطلاق إمكانات العمل تلقائياً 1. ودور هذه إمكانات العمل هو الخلية التابعة. في العديد من أنواع الخلايا في الغدة النخامية الثدييات، إمكانات العمل يمكن أن ترفع داخل الخلية Ca2 + بما فيه الكفاية لإطلاق سراح المطرد لهرمون 2. وبالإضافة إلى ذلك، يتلقى الغدة النخامية معلومات محفزة والمثبطة على حد سواء من الدماغ الذي يؤثر على إمكانات غشاء الخلايا 3،4،،من56. عادة، مدخلات تنشيطية يزيد استثارة وغالباً ما ينطوي على إطلاق سراح Ca2 + من مخازن داخل الخلايا، فضلا عن زيادة إطلاق تردد 7. فهم كيف يستخدم تكوين قناة أيون الخلية وتتكيف مع هذه الإشارات الإدخال من الدماغ مفتاح لفهم هرمون التجميعي والإفراج.

تقنية التصحيح-المشبك وضعته زاكمان ونيهر9،،من 810 في أواخر السبعينات وزيادة تحسين طريق هاميل 11، ويسمح بتحقيقات مفصلة للخصائص الكهربية للخلايا وصولاً إلى قنوات أيون واحد. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام هذه التقنية لدراسة كل من التيار والجهد. واليوم، لقط التصحيح هو المعيار الذهبي لقياس الخصائص الكهربية للخلية. وكانت أربعة تكوينات رئيسية تقنية التصحيح-المشبك ختم ضيق 11من البلدان المتقدمة النمو؛ الخلية-المرفقة والداخل إلى الخارج، الخارج، وتصحيح كامل الخلية. ثلاثة تكوينات الأولى تستخدم عادة للتحقيقات قناة أيون واحد. للدورة الرابعة، بعد تكوين خلية يولي، ثقب في غشاء الخلية باستخدام ضغط الغلاف الجوي الفرعية. يسمح هذا التكوين أيضا التحقيقات المتعلقة بتكوين خلية كله 12قناة أيون. بيد أن القيد واحد من هذا الأسلوب أن جزيئات هيولى مخففة بالتصحيح ماصة حل 13 (الشكل 1أ)، مما يؤثر على الاستجابات الكهربائية والفسيولوجية للخلايا المدروسة. وفي الواقع، بعض من تلك الجزيئات قد تؤدي أدواراً هامة في توصيل الإشارات أو في تنظيم قنوات أيون مختلفة. لتجنب هذا، وضعت لينداو وفرنانديز 14 طريقة حيث يتم إضافة مركب تشكيل المسام إلى ماصة التصحيح. بعد تكوين خلية يولي، سوف تدرج في غشاء البلازما تحت التصحيح المجمع والتسلخات ببطء الغشاء إنشاء الاتصال الكهربائية مع سيتوسول (الشكل 1ب). ويمكن استخدام العديد من الأنواع مختلفة مثل النيستاتين 15 والامفوتريسين ب 16، أو التوتر السطحي مثل ال 17،صابونين بيتا-إيسين18 . إنشاء هذه المركبات المسام كبيرة بما يكفي للسماح بالأيونات الموجبة الفموي الأحادي التكافؤ ونشرها بين في سيتوسول وماصة التصحيح مع الحفاظ على مستويات الجزيئات والايونات أكبر مثل Ca2 + 15، سيتوسوليك من Cl 16.

ويتمثل التحدي في استخدام التصحيح مثقبة المقاومة سلسلة يحتمل أن تكون عالية. سلسلة المقاومة (Rs) أو الوصول إلى المقاومة هي المقاومة مجتمعة على ماصة التصحيح بالنسبة للأرض. خلال تسجيلات المشبك التصحيح، سيكون Rs بالتوازي مع مقاومة الغشاء (Rم). Rm و Rs في العمل بالتوازي مقسم الجهد. مع ارتفاع R ستسقط الجهد عبر Rs يعطي أخطاء في التسجيلات. الخطأ سوف تصبح أكبر مع التيارات الكبيرة المسجلة. وباﻹضافة إلى ذلك، مقسم الجهد هو أيضا التردد يعتمد إنشاء مرشح تمرير منخفض، مما يؤثر في الأزمنة. في الواقع، التصحيح مثقب قد لا تسمح دائماً تسجيلات تيارات الكبيرة والسريعة مثل الجهد عن طريق بوابة التيارات نا+ (لقراءات مفصلة، انظر المرجع 19). أيضا، قد تختلف Rs أثناء تسجيلات المشبك التصحيح، مرة أخرى مما يؤدي إلى تغييرات في الحالي مسجل. وهكذا، قد تحدث إيجابيات كاذبة في حالات حيث يتغير Rs أثناء تطبيق المخدرات.

الكهربية في الأنسجة شرائح قدم لأول مرة بالمعمل أندرسن لدراسة الخصائص الكهربية للخلايا العصبية في الدماغ 20. الأسلوب الذي مهد الطريق لتحقيقات مفصلة للخلايا المفردة، فضلا عن دوائر الاتصالات وخلية خلية خلية في بيئة سليمة أكثر. تقنية مماثلة لصنع شرائح الغدة النخامية قدم في عام 1998 Guérineau et al. 21-ومع ذلك، فإنه لم يكن قبل عام 2005، استخدمت ذلك إعداد شريحة الدماغ-الغدة النخامية بنجاح للدراسات التصحيح-المشبك في تيليوست 22. في هذه الدراسة، ذكر الكتاب أيضا استخدام تسجيلات المشبك التصحيح مثقب. ومع ذلك، حتى الآن، معظم التحقيقات الكهربية من خلايا الغدة النخامية قد أجريت في الثدييات، وحفنة فقط من الفقاريات الأخرى، بما في ذلك الأسماك تيليوست 1،2،22،23 . في اريوكروماس، وتقريبا جميع دراسات أجريت على خلايا معزولة الابتدائي 24،25،26،27،،من2829،30 .

في هذه الورقة، فإننا مخطط بروتوكولا أمثل لإعداد شرائح المخ–الغدة النخامية سليمة من الميداكا الأسماك النموذجية. النهج الذي يمثل العديد من المزايا المقارنة للثقافات الخلية ينتابها الأولية. أولاً، يتم تسجيل الخلايا في بيئة المحافظة نسبيا مقارنة بفصل شروط ثقافة الخلية. ثانيا، الأعمال التحضيرية شريحة تسمح لنا بدراسة مسارات غير مباشرة توسط خلية خلية الاتصالات 22، التي ليس من الممكن في ظروف الثقافة خلية معزولة. وعلاوة على ذلك، نحن لشرح كيفية إجراء التسجيلات الكهربية على شرائح الأنسجة التي تم الحصول عليها استخدام تقنية ثقب كامل الخلية التصحيح-المشبك مع الامفوتريسين B كعامل تشكيل المسام.

الميداكا أسماك المياه العذبة صغيرة أصلي إلى آسيا، وجدت في المقام الأول في اليابان. علم وظائف الأعضاء، وعلم الأجنة، وعلم الوراثة من الميداكا قد درست على نطاق واسع لما يزيد على 100 سنة 31، ونموذج بحث شائعة استخدام في العديد من المختبرات. أهمية خاصة لهذه الورقة هو المنظمة المورفولوجية متميزة للمجمع تحت المهاد-النخامية في الأسماك تيليوست: بينما في الثدييات والطيور الخلايا العصبية طائي الإفراج عن الهرمونات العصبية تنظيم خلايا الغدد الصماء الغدة النخامية نظام المدخل لنيافة الوسيط، هناك إسقاطات عصبية مباشرة لطائي من الخلايا العصبية إلى خلايا الغدد الصماء الغدة النخامية في الأسماك تيليوست 32. وهكذا، تجري بعناية تشريح الدماغ-الغدة النخامية له أهمية خاصة في الأسماك، مما يسمح لنا بالتحقيق في الخصائص الكهربية لخلايا الغدة النخامية في شبكة الدماغ-الغدة النخامية الحفاظ عليها جيدا، ولا سيما كيف الغدة النخامية خلايا التحكم استثارة وبالتالي Ca2 + التوازن.

Protocol

وأجرى جميع الحيوانات معالجة وفقا لتوصيات للعناية والرعاية للحيوانات البحوث في الجامعة النرويجية لعلوم الحياة، وتحت إشراف المحققين المأذون بها. 1-إعداد الأدوات والحلول ملاحظة: يجب أن تكون جميع الحلول العقيمة. ينبغي إيلاء الاهتمام إلى درجة الحموضة وأوسمولالي?…

Representative Results

يوضح هذا البروتوكول بروتوكول خطوة بخطوة عن كيفية تحقيق موثوق بها التسجيلات الكهربية من خلايا الغدة النخامية (جونادوتروبي)، باستخدام خط الميداكا المعدلة وراثيا [تيراغرام (لهب-هرجفبيي)] حيث الخلايا المستهدفة (Lh المنتجة جونادوتروبيس) تتم تسمية مع البروتينات الفلورية ?…

Discussion

التسجيلات الكهربية باستخدام تقنية التصحيح-المشبك على شرائح المخ–الغدة النخامية تتطلب التحسين الدقيق. بروتوكولات جيدا الأمثل لإجراء تحقيقات خلية يعيش على وجه التحديد في اريوكروماس محدودة، مع غالبية المنشورات باستخدام البروتوكولات القائمة على نظم الثدييات. وفي هذا الصدد، من المهم أن تد?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ونشكر السيدة لورديسكاريون ز تان لمساعدة لها صيانة المرفق الميداكا وبلتيير أنتوني لأرقام توضيحية. تم تمويل هذا العمل نمبو، ومجلس البحوث في النرويج، أرقام المنح 244461 (برنامج تربية الأحياء المائية) و 248828 (برنامج النرويج الحياة الرقمية).

Materials

Vibratome Leica VT1000 S
Chirurgical glue WPI VETBOND 3M Vetbond Tissue Adhesive
Stainless steel blades Campden Instruments 752-1-SS
metal molds SAKURA 4122
steel harp Warner instruments 64-1417
PBS SIGMA D8537
Ultrapure LMP agarose invitrogen 166520-100
patch pipettes Sutter Instrument BF150-110-10HP Borosilicate with filament O.D.:1.5mm, I.D.:1.10mm
Microscope Slicescope Scientifica pro6000
P-Clamp10 Molecular Devices #1-2500-0180 sofware
Digitizer Digidata 1550A1 Molecular Devices DD1550
Amplifier Multiclap 700B Headstage CV-7B Molecular Devices 1-CV-7B
GnRH Bachem 4108604 H-Glu-His-Trp-Ser-His-Gly-Leu-Ser-Pro-Gly-OH trifluoroacetate salt 
pipette puller Sutter Instrument P-1000
amphotericin B SIGMA A9528 pore-forming antibiotic
polyethylenimine  SIGMA P3143 50% PEI solution
microfiler syringe WPI MF28/g67-5
glass for the agar bridge Sutter Instrument BF200-116-15 Borosilicate with filament O.D.:2.0mm, I.D.:1.16mm Fire polished
Micro-Manager software Open Source Microscopy Software
optiMOS sCMOS camera Qimaging  01-OPTIMOS-R-M-16-C
sonicator Elma D-7700 singen
NaCl SiGMA S3014
KCl SiGMA P9541
MgCl2 SiGMA M8266
D-Glucose SiGMA G5400
Hepes SiGMA H4034
CaCl2 SiGMA C8106
Sucrose SiGMA 84097
D-mannitol SiGMA 63565
MES-acid SIGMA M0895
BSA SIGMA A2153

Referências

  1. Stojilkovic, S. S., Tabak, J., Bertram, R. Ion channels and signaling in the pituitary gland. Endocr Rev. 31 (6), 845-915 (2010).
  2. Stojilkovic, S. S., Zemkova, H., Van Goor, F. Biophysical basis of pituitary cell type-specific Ca2+ signaling-secretion coupling. Trends Endocrinol Metab. 16 (4), 152-159 (2005).
  3. Van Goor, F., Goldberg, J. I., Chang, J. P. Dopamine-D2 actions on voltage-dependent calcium current and gonadotropin-II secretion in cultured goldfish gonadotrophs. J Neuroendocrinol. 10 (3), 175-186 (1998).
  4. Chang, J. P., Pemberton, J. G. Comparative aspects of GnRH-Stimulated signal transduction in the vertebrate pituitary – Contributions from teleost model systems. Mol Cell Endocrinol. , (2017).
  5. Heyward, P. M., Chen, C., Clarke, I. J. Inward membrane currents and electrophysiological responses to GnRH in ovine gonadotropes. Neuroendocrinology. 61 (6), 609-621 (1995).
  6. Ben-Jonathan, N., Hnasko, R. Dopamine as a Prolactin (PRL) Inhibitor. Endocrine Reviews. 22 (6), 724-763 (2001).
  7. Sanchez-Cardenas, C., Hernandez-Cruz, A. GnRH-Induced [Ca2+]i-signalling patterns in mouse gonadotrophs recorded from acute pituitary slices in vitro. Neuroendocrinology. 91 (3), 239-255 (2010).
  8. Neher, E., Sakmann, B. Single-channel currents recorded from membrane of denervated frog muscle fibres. Nature. 260 (5554), 799-802 (1976).
  9. Sakmann, B., Neher, E. Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes. Annu Rev Physiol. 46, 455-472 (1984).
  10. Neher, E., Baker, P. F. . Techniques in cellular physiology. , 4-19 (1981).
  11. Hamill, O. P., Marty, A., Neher, E., Sakmann, B., Sigworth, F. J. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches. Pflugers Arch. 391 (2), 85-100 (1981).
  12. Cahalan, M., Neher, E. Patch clamp techniques: an overview. Methods Enzymol. 207, 3-14 (1992).
  13. Marty, A., Neher, E., Sakmann, B., Neher, E. . Single Channel Recording. , 113-114 (1983).
  14. Lindau, M., Fernandez, J. M. IgE-mediated degranulation of mast cells does not require opening of ion channels. Nature. 319 (6049), 150-153 (1986).
  15. Horn, R., Marty, A. Muscarinic activation of ionic currents measured by a new whole-cell recording method. J Gen Physiol. 92 (2), 145-159 (1988).
  16. Rae, J., Cooper, K., Gates, P., Watsky, M. Low access resistance perforated patch recordings using amphotericin B. J Neurosci Methods. 37 (1), 15-26 (1991).
  17. Fan, J. S., Palade, P. Perforated patch recording with beta-escin. Pflugers Arch. 436 (6), 1021-1023 (1998).
  18. Hodne, K., von Krogh, K., Weltzien, F. A., Sand, O., Haug, T. M. Optimized conditions for primary culture of pituitary cells from the Atlantic cod (Gadus morhua). The importance of osmolality, pCO(2), and pH. Gen Comp Endocrinol. 178 (2), 206-215 (2012).
  19. Sigworth, F. J., Sakmann, B., Neher, E. . Single-Channel Recording. , 3-35 (1983).
  20. Andersen, P. Brain slices – a neurobiological tool of increasing usefulness. Trends in Neurosciences. 4, 53-56 (1981).
  21. Guerineau, N. C., Bonnefont, X., Stoeckel, L., Mollard, P. Synchronized spontaneous Ca2+ transients in acute anterior pituitary slices. J Biol Chem. 273 (17), 10389-10395 (1998).
  22. Levavi-Sivan, B., Bloch, C. L., Gutnick, M. J., Fleidervish, I. A. Electrotonic coupling in the anterior pituitary of a teleost fish. Endocrinology. 146 (3), 1048-1052 (2005).
  23. Guerineau, N. C., McKinney, R. A., Debanne, D., Mollard, P., Gahwiler, B. H. Organotypic cultures of the rat anterior pituitary: morphology, physiology and cell-to-cell communication. J Neurosci Methods. 73 (2), 169-176 (1997).
  24. Yu, Y., Ali, D. W., Chang, J. P. Characterization of ionic currents and electrophysiological properties of goldfish somatotropes in primary culture. Gen Comp Endocrinol. 169 (3), 231-243 (2010).
  25. Price, C. J., Goldberg, J. I., Chang, J. P. Voltage-activated ionic currents in goldfish pituitary cells. Gen Comp Endocrinol. 92 (1), 16-30 (1993).
  26. Van Goor, F., Goldberg, J. I., Chang, J. P. Electrical membrane properties and ionic currents in cultured goldfish gonadotrophs. Can J Physiol Pharmacol. 74 (6), 729-743 (1996).
  27. Xu, S., Shimahara, T., Cooke, I. M. Capacitance increases of dissociated tilapia prolactin cells in response to hyposmotic and depolarizing stimuli. Gen Comp Endocrinol. 173 (1), 38-47 (2011).
  28. Haug, T. M., Hodne, K., Weltzien, F. A., Sand, O. Electrophysiological properties of pituitary cells in primary culture from Atlantic cod (Gadus morhua). Neuroendocrinology. 86 (1), 38-47 (2007).
  29. Strandabo, R. A., et al. Signal transduction involved in GnRH2-stimulation of identified LH-producing gonadotropes from lhb-GFP transgenic medaka (Oryzias latipes). Mol Cell Endocrinol. 372 (1-2), 128-139 (2013).
  30. Hodne, K., et al. Electrophysiological differences between fshb- and lhb-expressing gonadotropes in primary culture. Endocrinology. 154 (9), 3319-3330 (2013).
  31. Wittbrodt, J., Shima, A., Schartl, M. Medaka–a model organism from the far East. Nat Rev Genet. 3 (1), 53-64 (2002).
  32. Ball, J. N. Hypothalamic control of the pars distalis in fishes, amphibians, and reptiles. Gen Comp Endocrinol. 44 (2), 135-170 (1981).
  33. . pCLAMP 10 Data Acquisition and Analysis For Comprehensive Electrophysiology User Guide. Molecular Devices Corporation. , (2006).
  34. . MultiClamp 700B COMPUTER-CONTROLLED MICROELECTRODE AMPLIFIER Theory and Operation. Axon Instruments / Molecular Devices Corp. , (2005).
  35. Dominguez-Mancera, B., et al. Leptin regulation of inward membrane currents, electrical activity and LH release in isolated bovine gonadotropes. Biochem Biophys Res Commun. 491 (1), 53-58 (2017).
  36. Schmidt-Nielsen, K. . Animal Physiology : adptation and environment fifth edition. , 613 (1997).
  37. Burton, R. F. Evolutionary determinants of normal arterial plasma pH in ectothermic vertebrates. J Exp Biol. 205, 641-650 (2002).
  38. Burton, R. F. The dependence of normal arterial blood pH on sodium concentration in teleost fish. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. 114 (2), 111-116 (1996).
  39. Heming, T. A., Blumhagen, K. A. Plasma acid-base and electrolyte states of rainbow trout exposed to alum (aluminum sulphate) in acidic and alkaline environments. Aquatic Toxicology. 12 (2), 125-139 (1988).
  40. Reeves, R. B. The interaction of body temperature and acid-base balance in ectothermic vertebrates. Annu Rev Physiol. 39, 559-586 (1977).
  41. Baicu, S. C., Taylor, M. J. Acid-base buffering in organ preservation solutions as a function of temperature: new parameters for comparing buffer capacity and efficiency. Cryobiology. 45 (1), 33-48 (2002).
  42. Miyanishi, H., Inokuchi, M., Nobata, S., Kaneko, T. Past seawater experience enhances seawater adaptability in medaka, Oryzias latipes. Zoological Lett. 2, 12 (2016).
  43. Cass, A., Finkelstein, A., Krespi, V. The ion permeability induced in thin lipid membranes by the polyene antibiotics nystatin and amphotericin B. J Gen Physiol. 56 (1), 100-124 (1970).
  44. Holz, R., Finkelstein, A. The water and nonelectrolyte permeability induced in thin lipid membranes by the polyene antibiotics nystatin and amphotericin B. J Gen Physiol. 56 (1), 125-145 (1970).

Play Video

Citar este artigo
Fontaine, R., Hodne, K., Weltzien, F. Healthy Brain-pituitary Slices for Electrophysiological Investigations of Pituitary Cells in Teleost Fish. J. Vis. Exp. (138), e57790, doi:10.3791/57790 (2018).

View Video