In vivo calciumbeeldvorming van muis geniculate ganglion neuron reacties op smaakprikkels

Een belangrijk onderdeel van het perifere smaaksysteem van zoogdieren is het geniculate ganglion. Naast enkele somatosensorische neuronen die de pinna van het oor innerveren, bestaat het geniculate uit de cellichamen van smaakneuronen die de voorste tong en het gehemelte innerveren. Net als andere perifere sensorische neuronen zijn de geniculate ganglionneuronen pseudo-unipolair met een lang axon dat perifeer projecteert naar de smaakpapillen en centraal naar de hersenstamkern van het solitaire kanaal¹. Deze neuronen worden voornamelijk geactiveerd door de afgifte van ATP door smaakreceptorcellen die reageren op smaakprikkels in de mondholte^2,3. ATP is een essentiële neurotransmitter voor smaaksignalering en P2rx-receptoren uitgedrukt door de smaakganglionneuronen zijn nodig voor hun activering⁴. Gezien het feit dat smaakreceptorcellen specifieke smaakreceptoren uitdrukken voor een bepaalde smaakmodaliteit (zoet, bitter, zout, umami of zuur), is verondersteld dat smaakganglionneuronreacties op smaakprikkels ook nauw afgestemd zouden zijn⁵.

Hele zenuwopnamen hebben aangetoond dat zowel de chorda tympani als de grotere superieure petrosale zenuwen smaaksignalen geleiden die alle vijf smaakmodaliteiten vertegenwoordigen voor het geniculate ganglion^6,7. Dit liet echter nog steeds vragen over de specificiteit van neuronale reacties op een bepaalde smaakstof: als er smaakmodaliteitsspecifieke neuronen, polymodale neuronen of een mengsel van beide zijn. Enkelvoudige vezelopnamen geven meer informatie over de activiteit van individuele vezels en hun chemische gevoeligheden^8,9,10,maar deze methodologie is beperkt tot het verzamelen van gegevens van kleine aantallen vezels. Evenzo geven in vivo elektrofysiologische opnames van individuele ratgeniculate ganglionneuronen informatie over de reacties van individuele neuronen^11,12,13, maar verliezen nog steeds de activiteit van de populatie en leveren relatief weinig neuronregistraties per dier op. Om de responspatronen van neuronale ensembles te analyseren zonder de activiteit van individuele neuronen uit het oog te verliezen, moesten nieuwe technieken worden gebruikt.

Calciumbeeldvorming, vooral met behulp van genetisch gecodeerde calciumindicatoren zoals GCaMP, heeft deze technische doorbraak^{opgeleverd 14,15,16,17,18.} GCaMP gebruikt calcium als een proxy voor neuronale activiteit, waardoor groene fluorescentie toeneemt naarmate het calciumgehalte in de cel stijgt. Nieuwe vormen van GCaMP worden nog steeds ontwikkeld om de signaal-ruisverhouding te verbeteren, de bindingskinetiek aan te passen en aan te passen voor gespecialiseerde experimenten¹⁹. GCaMP biedt resolutie van één neuron, in tegenstelling tot hele zenuwopname, en kan tegelijkertijd reacties van ensembles van neuronen meten, in tegenstelling tot enkelvoudige vezel- of enkele celregistratie. Calciumbeeldvorming van de geniculate ganglia heeft al belangrijke informatie opgeleverd over de afstemmingsprofielen van deze neuronen in wild-type muizen^16,20, en heeft perifere smaakmisdrading fenotypes geïdentificeerd in genetisch gemanipuleerde muizen¹⁸.

Een grote moeilijkheid bij het toepassen van in vivo calciumbeeldvormingstechnieken op het geniculate ganglion is dat het is ingekapseld in de benige trommelvliesbula. Om optische toegang tot het geniculate te verkrijgen, is delicate chirurgie vereist om de lagen botten te verwijderen, terwijl het ganglion intact blijft. Voor dat doel hebben we deze gids gemaakt om andere onderzoekers te helpen toegang te krijgen tot het geniculate ganglion en de GCaMP-gemedieerde fluorescerende reacties van deze neuronen op smaakstimuli in vivo in beeld te brengen.