Atividade neuronal em sistemas muitas vezes exige descargas ação síncrona potencial de neurônios dentro de uma população específica. Por exemplo, pulsos de hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH) provavelmente exigirá atividade coordenada entre os neurônios GnRH. Apresentamos nossa abordagem metodológica para a obtenção simultânea confiável gravações eletrofisiológicas dos neurônios GnRH difusamente distribuídas.
Hormônio Liberador de Gonadotropina (GnRH) é um neuropeptídeo de pequeno porte que regula a liberação hipofisária do hormônio luteinizante (LH) e hormônio folículo estimulante (FSH). Estes gonadotrofinas são essenciais para a regulação da função reprodutiva. Os neurônios GnRH contendo estão distribuídos difusamente pelo hipotálamo e projeto para a eminência mediana onde liberam GnRH a partir de seus terminais de axônios no sistema portal hypophysiotropic (1). Nos capilares portal, GnRH viaja para a glândula hipófise para estimular a liberação de gonadotrofinas na circulação sistêmica. Liberação de GnRH não é contínua, mas ocorre em pulsos episódica. Está bem estabelecido que a maneira intermitente de liberação de GnRH é essencial para a reprodução (2, 3).
Coordenação da atividade dos neurônios GnRH, provavelmente, vários pulsos de GnRH está subjacente. Peptídeo conteúdo total em neurônios GnRH é de aproximadamente 1,0 pg / célula (4), dos quais 30% de probabilidade compreende o conjunto liberável. Níveis de GnRH durante um pulso (5, 6), sugerem múltiplos neurônios GnRH provavelmente estão envolvidos na Neurossecreção. Da mesma forma, a atividade única unidade extraído hipotálamo multi-unit gravações durante a libertação de LH indica mudanças na atividade dos neurônios múltiplos (7). Os eletrodos com atividade registrada durante pulsos de LH estão associados com qualquer somata GnRH ou fibras (8). Portanto, pelo menos algumas dessas atividades decorre de neurônios GnRH.
Os mecanismos que resultam em demissão sincronizado nos neurônios GnRH hipotalâmico são desconhecidos. Elucidar os mecanismos que coordenam a disparar em neurônios GnRH é um problema complexo. Primeiro, os neurônios GnRH são relativamente poucos em número. Em roedores, há 800-2500 neurônios GnRH. Não é claro que todos os neurônios GnRH estão envolvidos na liberação de GnRH episódica. Além disso, os neurônios GnRH são difusamente distribuídos (1). Isso tem complicado a nossa compreensão da coordenação de queima e tem feito muitas abordagens técnicas intratável. Nós otimizamos solta células anexado gravações em pinça de corrente para o modo de detecção direta de potenciais de ação e desenvolveu uma abordagem de gravação que permite gravações simultâneas de pares de neurônios GnRH.
A atividade de interesse em alguns neurônios, incluindo os neurônios GnRH (com base na secreção de hormônios) ocorre em escalas de tempo de horas (5-7). Portanto, a configuração da célula de todo não é a melhor escolha para algumas metas experimental devido à diálise de mensageiros intracelulares no modo de toda célula de gravação. Secundariamente, de célula inteira gravações são geralmente limitada a animais com menos de cerca de 120 dias de idade. Com a idade, membranas neuronais parecem endurecer, tornando vedações de alta resistência difícil de alcançar. Além disso, se obtém-se um selo de alta resistência, rompendo o patch rompe o selo, deixando um buraco entre a pipeta ea membrana. Isto leva a uma gravação inutilizável e um neurônio que rapidamente morrem devido a desequilíbrios iônicos. Ciclos ovariano regular, e, assim, a atividade estável do gerador de pulsos de GnRH não ocorre até mais tarde na vida (7-10 meses de idade em C57BL6 fêmeas, 11, 12), para além da idade quando se pode razoavelmente prever a obtenção de célula inteira gravações de forma confiável. Finalmente, de célula inteira gravações destruir as relações endógenas das concentrações dos íons internos e externos. Com gravações de células inteiras, a concentração interna de qualquer íon é igual à concentração do íon na solução da pipeta. Isso ocorre porque a solução de pipeta de volume relativamente grande rapidamente atinge o equilíbrio com / substitui o volume relativamente pequeno endógena da célula.
A abordagem de células soltas anexado contorna muitas das limitações de toda célula gravações. Primeiro, um selo de baixa resistência (15-30 mohms) pode ser usado. Estas são relativamente fáceis de forma ainda nos neurônios de animais mais velhos. Em segundo lugar, não é o patch ruptura da membrana selada. Portanto, as gravações de células soltas anexados são tecnicamente muito mais fácil do que de célula inteira gravações. Além disso, uma vez que a membrana celular está intacta, a diálise de componentes intracelulares não ocorre e endógenos relações iônicas são preservadas. Não se pode usar a abordagem de células soltas em anexo para estudar as correntes sinápticas mas é ideal para gravações a longo prazo dos neurônios de uma forma relativamente não-invasivo. As gravações de células-anexado também podem ser realizadas usando qualquer solução padrão intracelular na pipeta. Isto oferece a vantagem adicional de ruptura do remendo de membrana quando a gravação de longa duração está concluído e rotulagem do neurônio com um marcador intracelular.
A abordagem de células soltas anexado tem sido usada no modo de gravação de tensão-clamp. No entanto, a tensão de clamp de gravação na configuração da célula solta anexado tem vários problemas metodológicos. Primeiro, o sinal gravado é uma medida indireta de atividade. O sinal que é medido (como a ação chamada atual) é a corrente capacitiva que as taxas de membrana (13). Esta é uma questão extremamente importante metodológicas. A capacitância ea resistência de uma pipeta de gravação pode filtrar o sinal gravado. É muito provável que as correntes pequena ação são perdidos no carregamento da capacitância da pipeta que, não pode ser devidamente compensados com a maioria dos amplificadores, devido à alta resistência do headstage. Quando estes sinais passam despercebidos, o padrão de ativação aparente do neurônio não reflete o padrão de disparo verdade. Do mesmo modo, pipetar descompensada e resistências selo causar erros significativos nas medidas durante as mudanças de correntes como quando a ação se expressam (13). Alguns amplificadores fornecem capacitância e "compensação" de resistência para a pipeta e vedação, o que limita a perda de sinal, mas estágios de alta resistência cabeça da maioria dos amplificadores impedem a compensação ideal. Em segundo lugar, uma situação artificial é imposta sobre a célula. Na tensão de clamp-mode, a área ao redor da membrana celular é mantido a um potencial fixo, nesses estudos, 0 mV. Isso não significa que não há corrente aplicada à membrana celular. O sinal medido em tensão de grampo é realmente a quantidade de corrente aplicada à membrana para manter o potencial fixo. Portanto, esta corrente aplicada pode alterar a atividade celular.
Gravações duplo no sistema de GnRH são particularmente difícil devido ao número limitado de neurônios GnRH e sua distribuição difusa. Para gravações de dupla para ser bem sucedido, o manipulador deve ser extremamente estável. Mesmo ligeiro movimento do eletrodo pode causar a pipeta para escorregar o neurônio e terminar a gravação. Além disso, o movimento da pipeta sobre a célula (por exemplo, re-posicionamento para compensar o movimento) pode alterar padrões de disparo. Alguns canais de íon, tais canais de cálcio tipo-N são mecanicamente sensíveis: trecho da membrana faz com que atividade repetitiva em configurações de gravação tanto de célula inteira e celular ligado (14). Finalmente, o sistema manipulador deve ser capaz de movimento extremamente fina e lisa. Como observado acima, com gravações dupla, um leva duas pipetas para a superfície dos dois neurônios previamente selecionados, ao mesmo tempo e as tentativas de fecharum neurônio. Se for bem sucedido, então as tentativas de fechar a segunda célula. Geralmente, não se pode esperar para selar e ter uma gravação de alta qualidade a cada tentativa. Isso, no entanto, cria um problema particular com gravações dual. Se um for bem sucedido com o primeiro neurônio, mas não com o segundo, é preciso mudar a pipeta e tentar uma célula diferente. Portanto, deve ser capaz de se mover tanto o objectivo de imersão do microscópio e da pipeta para o topo da perfusão bem (para alterar a pipeta) sem interromper o neurônio com sucesso selado.
Nosso desenvolvimento e uso da abordagem de células-anexado solta para gravações dupla é um grande avanço técnico em estudar neurônios GnRH. É provável produzir resultados úteis que irão ajudar a mover o campo para a frente, no contexto da questão crítica do que os mecanismos subjacentes à atividade coordenada que resulta em pulsátil secreção hormonal.
Sou grato a Ronald L. Calabrese, Jaeger Dieter (Emory University) e Yuhas Ward (Axon Instruments) para discussões técnicas úteis.