神経系の活動は、しばしば特定の集団内のニューロンからの同期活動電位放電を必要とします。例えば、性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)のパルスはおそらくGnRHニューロンの間で協調活動を必要とする。我々は確実にびまん性に分布GnRHニューロンからの同時電気生理学的記録を得るために私たちの方法論的アプローチを提示する。
ゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)は、黄体形成ホルモン(LH)と卵胞刺激ホルモン(FSH)の下垂体放出を制御する小さな神経ペプチドである。これらの性腺刺激ホルモンは生殖機能の調節に不可欠です。 GnRHの含有ニューロンは、彼らは下垂体ポータルシステム(1)にその軸索末端からのGnRHの放出正中隆起に視床下部と、プロジェクト全体にびまん性に分布している。ポータル毛細血管では、GnRHは全身循環に性腺刺激ホルモンの放出を刺激する脳下垂体前葉に移動。 GnRHの放出は連続ではなく、むしろエピソードパルスで発生します。それは、GnRH放出の断続的な方法は、再生(2、3)のために不可欠であることが十分に確立されている。
複数のおそらくのGnRHニューロンの基礎となるのGnRHのパルスの活動の調整。 GnRHニューロンの合計ペプチドの含有量は30%のカスタマーが、おそらく放出可能プールで構成され、そのうち、約1.0 PG /セル(4)です。パルス中のGnRHのレベル(5,6)は、複数のGnRHニューロンは、おそらく神経分泌に関与している示唆している。同様に、LH放出時の視床下部のマルチユニット記録から抽出された単一ユニットの活動は、複数のニューロンの活動の変化(7)を示している。 LHパルスの間に記録された活性を有する電極がGnRHのsomaの複数形や繊維(8)のいずれかと関連付けられます。したがって、少なくともこの活動の一部は、GnRHニューロンから生じます。
メカニズムは視床下部のGnRHニューロンの同期発火にその結果が不明です。 GnRHニューロンの発火の調整メカニズムを解明することは複雑な問題です。最初に、GnRHニューロンは数の比較的少ないです。げっ歯類では、800-2500 GnRHニューロンがあります。それはすべてのGnRHニューロンは、エピソードのGnRH放出に関与していることは明らかではない。また、GnRHニューロンは、びまん性(1)配布されます。これは、焼成の調整の我々の理解を複雑にしており、多くの技術的アプローチが手に負えないてきた。私たちは、活動電位の直接検出のための電流クランプモードでゆるいセルに接続されたレコーディングを最適化し、GnRHニューロンのペアからの同時録画を可能にする記録的なアプローチを開発しました。
GnRHニューロン(ホルモンの分泌に基づく)を含むいくつかのニューロンへの関心の活動は、時間の時間スケール(5-7)で発生します。したがって、全体のセル構成は、全細胞記録モードでの細胞内メッセンジャーの透析に起因するいくつかの実験的な目標のための最良の選択ではありません。二次的に、全細胞記録は、一般的に年齢の約120日未満の動物に制限されています。加齢とともに、神経細胞膜は高抵抗のシールを達成することが困難になり、堅くように見えます。さらに、一方のパッチがピペットと膜の間の穴を残して、シールを破壊する破裂、高抵抗のシールを取得します。これにより、使用不能の記録と迅速イオン不均衡が原因で死亡するニューロンにつながります。定期的な卵巣周期、および従って、GnRHのパルス発生器の安定的な活動は、その後の人生で(C57BL6女性の年齢の70から10ヶ月、11、12)まで発生していないものが合理的に細胞全体の記録を得ることが予想できるときに年齢を超えて、確実に。最後に、細胞全体の記録は、内部と外部のイオン濃度の内因性比を破壊する。全細胞記録と、どんなイオンの内部濃度は、 ピペット溶液中のイオンの濃度に等しい。 /は、セルの比較的小規模な内因性のボリュームを置き換えるとピペット溶液が比較的大量に迅速に平衡に達するためです。
緩いセル添付のアプローチは、全細胞記録の多くの制限を回避することができます。最初に、低抵抗のシール(MΩ15〜30)を使用することができます。これらは、さらに古い動物から神経細胞で形成することが比較的容易です。第二に、1は破裂膜の密封されたパッチをしません。したがって、緩いセル添付の録音は技術的に細胞全体の録音よりもはるかに簡単です。さらに、細胞膜が無傷であるため、細胞内成分の透析は発生しませんし、内因性のイオン比率が保持されます。一つは、シナプス電流を研究するための緩いセル添付のアプローチを使用することはできませんが、比較的非侵襲的に神経細胞からの長期的な録音に最適です。セルに接続された録音は、またピペット内の任意の標準的な細胞内液を用いて行うことができます。これは、長期の記録が完了すると、膜のパッチを破壊し、細胞内のマーカーでニューロンを標識する付加的な利点を提供しています。
緩い細胞添付アプローチは、 電圧クランプ記録モードで使用されています。しかし、緩いセル接続構成の電圧クランプ記録は、いくつかの手法上の問題があります。最初に、記録された信号は、活動の間接的な尺度です。 (いわゆるアクション現在のように)測定される信号は、 膜 (13) 充電する容量性の電流である。これは非常に重要な方法論の問題です。記録ピペットの容量と抵抗値が記録された信号をフィルタリングすることができます。それは、小さなアクションの電流が原因でヘッドステージの高抵抗に、適切に、ほとんどのアンプで補償することができない、ピペットの容量を充電するに失われる可能性が非常に高いです。これらの信号が検出されないままとする場合、ニューロンの見かけの発火パターンは、真の発火パターンを反映していません。同様に、補正されていないピペットとシールの抵抗は、このようなアクションの流れが表現されている場合など、変化(13)中の測定で大きな誤差を引き起こす。一部のアンプは、信号の損失を制限するピペットやシール、のための静電容量と抵抗"補償"を提供していますが、ほとんどのアンプの高抵抗ヘッドのステージは、最適な補償を妨げる。第二に、人工的な状況は、セルに課されている。電圧クランプモードでは、細胞膜の周辺には固定電位、これらの研究では、0 mVに保持されます。これは、細胞膜に適用される電流は存在しないという意味ではありません。電圧クランプで測定された信号は、実際には固定電位を維持するために膜に印加される電流の量です。したがって、この印加電流は、細胞の活動を変更することができます。
GnRHのシステムでのデュアル録音は特にGnRHニューロンとそれらの拡散分布の限られた数のために挑戦しています。デュアルレコーディングを成功させるには、マニピュレータは非常に安定している必要があります。電極のわずかな動きがニューロンから滑り落ち、録音を終了するにはピペットを引き起こす可能性があります。また、セル上にピペットの動きは(例えば、再配置の動きを補償するために)発火パターンを変更することができます。いくつかのイオンチャネルは、N型カルシウムチャネルは、機械的に敏感です:膜のストレッチは、全細胞と細胞接着型の記録の構成(14)の両方で反復的な活動を引き起こす。最後に、マニピュレータシステムは、非常に細かいと滑らかな動きに対応していなければなりません。デュアル録音で、前述のように、人は同じ時間と封印しようとする試みでいた2つの選択されたニューロンの表面に2つのピペットを取ります一つのニューロン。成功した場合は、一方の試みは、番目のセルをシールする。一般に、人はすべての試行で高品質の録音を密封していることを期待することはできません。これは、しかし、二重録音で、特定の問題を作成します。一方が、ニューロンと成功するが、2番目で失敗した場合、一つはピペットを変更し、別のセルを試みる必要があります。したがって、人は成功した密閉ニューロンを中断することなく、よく灌流(ピペットを変更する)の上に顕微鏡の浸対物レンズとピペットの両方を移動できるようにする必要があります。
デュアル録音のための緩いセルに接続されたアプローチの私たちの開発と利用は、GnRHニューロンを研究する上で主要な技術的な進歩です。それは、メカニズムが拍動性ホルモンの分泌の結果という協調活動の根底にあるものの重大な問題の文脈で前方にフィールドを移動するのに役立つ有用な結果を生成する可能性があります。
私はロナルドL.カラブレーゼ、ディーターイエガー(エモリー大学)および有用な技術的な議論のための病棟Yuhas(アクソンインスツルメンツ)に感謝しています。