Summary

Выделение сенсорных нейронах<em> Aplysia саЩогтса</em> Для патч зажим Recordings глутаматергической Токи

Published: July 10, 2013
doi:

Summary

Мы описываем рассечение нервной системы морской морской заяц<em> Aplysia</em> После наркоза, изоляция нейронов на короткий срок-культуре тканей, и записи одной ячейки ионных токов через технику зажим патч.

Abstract

Морских брюхоногих моллюсков Aplysia саЩогтса имеет почтенную историю как модель нервной системы, при этом особое значение в исследованиях обучения и памяти. Типичные препараты для таких исследований являются те, в которых сенсорных и двигательных нейронов остаются нетронутыми в минимально расчлененный животного или технически сложные нейронные совместное культивирование индивидуальных сенсорных и моторных нейронов. Менее распространенной является изолированной нейронной препарат, в котором небольшие группы номинально однородные нейроны распадается на отдельные клетки в краткосрочной перспективе культуры. Такие изолированные клетки могут быть использованы для биофизические характеристики ионного тока использованием патч зажим методы, а также целевые модуляции этих проводимостей. Методике получения таких культур описано. Протокол использует легко идентифицировать глутаматергические сенсорными нейронами плевральной и щечной ганглиев, и описывает их диссоциации и минимальное техническое обслуживание яРусская культура в течение нескольких дней без сыворотки.

Introduction

Морских моллюсков opistobranch, Aplysia, был полезный нейробиологическое модели на протяжении многих десятилетий. Он является самым известным в качестве модели привыкания и классического кондиционирования 7, 8. Исследования в области обучения и памяти в этой модели получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2000 году Эрик Р. Кандель, в выигрыше он поделился с Арвид Карлссон и Пол Грингард 10. Исследования с участием электрических записей с пониженной препараты, в которых элементы нервной системы беспозвоночных этого расчленены от животного с нервами и мышцами оставлена ​​на устройстве, помогли выяснения роли отдельных нейронов в Aplysia. Идентификация точной молекулярные механизмы, которые составляют обучение в Aplysia однако, часто используют другой способ, долгосрочное со-культур сенсорных нейронов и мотонейронов, полученный по одному из отдельных животных-доноров и позволило сформировать синапс в культуральной чашке 21 .

Мы и другие 1, 3, 6, 14, 15, 16 эксплуатировали легкость, с которой определены нейроны могут быть направлены в этой модели, а также их выносливости в долгосрочных экспериментов сделать диссоциированными краткосрочных культурах кластеров номинально однородные нейроны , в которой мы изучаем ионных токов при напряжении зажим в конфигурации зажим патч. Многие нейроны Aplysia встать на неоднократные вспышки фиксации потенциала, чтобы дать время для длительных экспериментальных манипуляций. Метод полезен для нейронов, таких как нейросекреторной мешок клетках брюшной ганглий и сенсорными нейронами плевральной и щечной ганглиев диссоциации которых мы описываем здесь, но не для очень больших нейронов> 60 мкм в диаметре, такие как L7 или R2 в брюшной ганглий. Мы не используем Aplysia сыворотки в нашей культуре, в отличие от сенсорно-двигательных нейронов совместно культур описано в другом месте. Большинство нейронов, полученные с использованием этой процедуры будет без процессов тон первые 48 ч в культуре, содействие целом записи напряжения клетки, но затем прорастают и разработать аксонов и других процессов в течение примерно 14 дней, прежде чем умереть от недостатка питательных веществ и / или факторами роста.

Эта методика дает первичных культурах нейронов 50-100 за блюдо из физиологически документально регионах буккальное и плевральных ганглиев. Этот протокол является полезным для исследователей, изучающих аспекты одного физиологии клетки в экспериментах, которые требуют многочисленных экспериментальных повторяет одно животное. Он производит согласованную пару культур за счет анатомической отделение клеток-мишеней на левую и правую hemiganglia, позволяя исследования, которые соответствуют выгоду от лечения и контрольных культурах.

Протокол цели щечной S кластер (BSC) нейронов ганглиев щечной и плевральный ventrocaudal (ПВХ) нейронов плевральный ганглия. Эти клетки соответствующего размера для целой клетки напряжения записи и отображения RobusT глутаматергические ответов. Обсуждается методология подходит для большинства ганглиев в Aplysia нервной системы.

Protocol

1. Подготовка клеток В день 1 взвесить и обезболить животное. Взвесить 30 г-1 кг животного. Обезболить в 5-10 объемами животное 1:01 морской воды: изотонический MgCl. 6H 2 0 в течение 1 ч при аэрации, такие как электрический воздушный насос аквариум с прикрепленными распылитель. </…

Representative Results

Места расположения сенсорных нейронов в ганглии, которые ориентированы в данном протоколе, КБС и ПВХ нейронов показаны на рисунке 1. BSC нейронов расположены в 2 симметричных овальных кластеров на брюшной стороне ротовой ганглий, поверхность, которая обращена от щечной массы в ?…

Discussion

Диссоциации описанные здесь методы получения сенсорных нейронов культур содержащие 50-100 изолированных нейронов перемежаются с небольшими числами глии и других неустановленных клеток. Наиболее важным шагом в протоколе являются время ганглии оставаться в растворе фермента, и щелкая, ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Финансируемых NIH P40 OD010952, Korein Фонда, Университета Майами стипендий для SLC и Maytag стипендию ATK. Авторы выражают благодарность сотрудникам Национального Ресурс для Aplysia, а также Лорен Simonitis и Ханна Пек, который предоставил микрофотографии для фигуры.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
Artificial seawater ASW Sigma-Aldrich assorted (mM): 417 NaCl, 10 KCl, 10 CaCl2 (2 H2O), 5MgCl2 (6H2O), 15 HEPES-NaOH, pH 7.6
Intracellular solution Sigma assorted (mM): 450 KCl, 2.9 CaCl2 (2 H2O), 2.5 MgCl2 (6 H2O), 5 Na2ATP, 10 EGTA, and 40 HEPES-KOH, pH 7.4
Poly-D-lysine Sigma P6407  
penicillin/streptomycin added to ASW at 1:100 Lonzo Walkersville, Inc. 17-603E 5,000 Units/ml penicillin plus 5,000 mg/ml streptomycin
Neutral dispase II Roche Diagnostics 10165859001  
hyaluronidase Sigma-Aldrich H4272  
collagenase type XI Sigma-Aldrich C9407  
L-Glutamate (L-Glu) Sigma-Aldrich 49601-100G  
D-Aspartate (D-Asp) Sigma-Aldrich 11200-10G  
N-methyl-D-aspartate (NMDA) Biomol 100002-268  
L-Asp Sigma A6683-25G  
alpha-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid (AMPA) Sigma A6816-5MG  
L-Glu R antagonists various various  
agar      
kynurenate Sigma-Aldrich 61250  
APV Sigma-Aldrich A5282  
DL-2-Amino-5-phosphonopentanoic acid (NMDAR antagonist)      
2-propanol VWRSP BDH1133  
Chloriding solution Sigma assorted 25 g FeCl3 + 25 ml concentrated HCl + 50 ml H2O
Sylgard silicone 2-part polymer World Precision Instruments (WPI) SYL184 Provides pin-out surface for small dissection dishes
0-40x zoom magnification microscope for dissections Wild    
Techniquip 150 Watts Fiber Optic Illuminator Microoptics of Florida TQ FOI-150  
RotoMix 50800 orbital mixer      
Nikon Diaphot inverted phase-contrast microscope with 4x, 20x (optional) & 40x objectives SR Research Ltd. Eyelink II  
Tektronix digital oscilloscope SR Research Ltd.    
pClamp 10 data acquisition and analysis software Molecular Devices    
PC with Windows XP or higher operating system PC Solutions   Thinkserver with solid state hard drives (80GB) and low noise monitors
Flaming/Brown P87 micropipette puller Sutter Instruments, Novato, CA    
Axon Instruments Axopatch 200B clamp amplifier with a capacitance compensation range of 1-1000 pF; preamplifier Molecular Devices, Sunnyvale, CA    
Axon instruments electrode holder assembly for Axopatch 200B preamplifier Molecular Devices, Sunnyvale, CA CV203BU  
Digidata 1200 A/D converter Molecular Devices, Sunnyvale, CA    
Picospritzer, powered by N2 adjustable for pressure and duration Parker Hannifin, Cleveland, OH    
TMC Micro-G Vibration isolation table Ametek    
Faraday cage     custom manufacture
Burleigh Piezoelectric Clamshell Micromanipulators Burleigh Instruments; Thorlabs   presently PCS-5000; -6000 series + mounts
Narishige M-152 manual manipulators (for perfusion system and picospritzer) Narishige USA    
Filament pipette glass,1.5 mm OD, 0.84 mm ID – WPI 1B150-3  
3 inch length      
Ag/AgCl half cell WPI EP4  
15 ml centrifuge tubes, 35-2097 BD Falcon* Centrifuge Tubes VWRSP 21008-918  
Angled Scissors Fine Science Tools 15006-09  
Dumostar Fine forceps Fine Science Tools 11295-00  
35 mm falcon tissue culture dishes VWRSP 25382-064  
falcon 150 x 25 mm tissue culture dishes; 1013 VWRSP 1013 also can be made into small dissection dishes with sylgard
sylgard WPI SYL184  
animal dissection tray various    
15 ml centrifuge tubes, 35-2097 BD Falcon VWRSP 21008-918 For 6-bore gravity-fed perfusion system
Aluminum clips with screw hole ends hardware store   For perfusion system
23 gauge needles (manually file off points) VWRSP   For perfusion system
Polyethylene tubing 0.022″ID x 0.042″OD; 427411 Becton-Dickinson   For perfusion system
H-7 pipette stand/holder for microcap perfusion array Narishige USA   For perfusion system
one-way valves     For perfusion system
Drummond Microcaps 1 μl VWRSP   For perfusion system
18 gauge needles for suction (filed off points)      
Polyethylene tubing Cole Parmer 4.27436E+11  
fine dissection pins Fine Science Tools 26002-20  
capillary tubes Kimble 71900-100   fire-polished and U-shaped in a Bunsen burner flame and filled with 3% agar in ECS
modeling clay craft store    
dish holder for microscope stage with isolated ground bath     Custom manufacture
pasteur pipettes VWRSP 14672-412  
pipette bulbs VWRSP 53283-911  
acrodisk syringe filters VWRSP 28144-040  
thick-walled 1.5 mm diameter borosilicate filament glass WPI 1B150F-3  
High purity nitrogen cylinder and bifurcating regulator      

Tables 1-3. Lists of Reagents, Materials, and Equipment.

References

  1. Buttner, N., Siegelbaum, S. A. Antagonistic modulation of a hyperpolarization-activated Cl(-) current in Aplysia sensory neurons by SCP(B) and FMRFamide. J. Neurophysiol. 90 (2), 586-598 (2003).
  2. Byrne, J. H., Castellucci, V. F., Kandel, E. R. Contribution of individual mechanoreceptor sensory neurons to defensive gill-withdrawal reflex in Aplysia. J. Neurophysiol. 41 (2), 418-431 (1978).
  3. Carlson, S. L., Fieber, L. A. Physiological evidence that D-Aspartate activates a current distinct from ionotropic glutamate receptor currents in Aplysia californica. J. Neurophysiol. 106 (4), 1629-1636 (2011).
  4. Carlson, S. L., Kempsell, A. T., Fieber, L. A. Pharmacological evidence that D-Aspartate activates a current distinct from ionotropic glutamate receptor currents in Aplysia californica. Br. Behav. 2 (4), 391-401 (2012).
  5. Fieber, L. A. Characterization of Na+ and Ca2+ currents in bag cells of sexually immature Aplysia californica. J. Exp. Biol. 201 (5), 745-754 (1998).
  6. Fieber, L. .. A., Carlson, S. L., Capo, T. R., Schmale, M. C. Changes in D-Aspartate ion currents in the Aplysia nervous system with aging. Br. Res. 1343, 28-36 (2010).
  7. Glansman, D. L. Habituation in Aplysia: The Cheshire Cat of neurobiology. Neurobiol. Learn. Mem. 92, 147-154 (2009).
  8. Hawkins, R. D., Abrams, T. W., Carew, T. J., Kandel, E. R. A Cellular Mechanism of Classical Conditioning in Aplysia: Activity-Dependent Amplification of Presynaptic Facilitation. Science, New. 219 (4583), 400-405 (1983).
  9. Ichinose, M., Sawada, M., Maeno, T., McAdoo, D. J. Effect of acetylcholine on ventrocaudal sensory neurons in the pleural ganglia of Aplysia. Cell Mol. Neurobiol. 9, 233-245 (1989).
  10. Kandel, E. R. . Cellular basis of behavior. , (1976).
  11. Kandel, E. R. The molecular biology of memory storage: a dialog between nerves and synapses. Science. 294 (5544), 1030-1038 (2001).
  12. Kupfermann, I., Castellucci, V., Pinsker, H., Kandel, E. Neuronal correlates of habituation and habituation of the gill-withdrawal reflex in Aplysia. Science. 167 (3926), 1743-1745 (1970).
  13. Magoski, N. S. Regulation of an Aplysia bag-cell neuron cation channel by closely associated protein kinase A and a protein phosphatase. J. Neurosci. 24 (30), 6833-6841 (2004).
  14. R, E. Neuronal transcriptome of Aplysia: neuronal compartments and circuitry. Cell. 127, 1453-1467 (2006).
  15. Nick, T. A., Kaczmarek, L. K., Carew, T. J. Ionic currents underlying developmental regulation of repetitive firing in Aplysia bag cell neurons. J. Neurosci. 16 (23), 7583-7598 (1996).
  16. Sakmann, B., Neher, E. . Single-channel recording. , (1995).
  17. Tam, A. K., Geiger, J. E., Hung, A. Y., Groten, C. J., Magoski, N. S. Persistent Ca2+ current contributes to a prolonged depolarization in Aplysia bag cell neurons. J. Neurophysiol. 102 (6), 3753-3765 (2009).
  18. Schacher, S., Proshansky, E. Neurite regeneration by Aplysia neurons in dissociated cell culture: modulation by Aplysia hemolymph and the presence of the initial axonal segment. J. Neurosci. 3 (12), 2403-2413 (1983).
  19. Walters, E. T., Byrne, J. H., Carew, T. J., Kandel, E. R. Mechanoafferent neurons innervating tail of Aplysia. I. Response properties and synaptic connections. J. Neurophysiol. 50 (6), 1522-1542 (1983).
  20. Wilson, G. F., Richardson, F. C., Fisher, T. E., Olivera, B. M., Kaczmarek, L. K. Identification and characterization of a Ca(2+)-sensitive nonspecific cation channel underlying prolonged repetitive firing in Aplysia neurons. J. Neurosci. 16 (11), 3661-3671 (1996).
  21. White, B. H., Nick, T. A., Carew, T. J., Kaczmarek, L. K. Protein kinase C regulates a vesicular class of calcium channels in the bag cell neurons of Aplysia. J. Neurophysiol. 80 (5), 2514-2520 (1998).
  22. Wilson, G. F., Magoski, N. S., Kaczmarek, L. K. Modulation of a calcium-sensitive nonspecific cation channel by closely associated protein kinase and phosphatase activities. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95 (18), 10938-10943 (1998).
  23. Zhao, Y., Wang, D. O., Martin, K. C. Preparation of Aplysia sensory-motor neuronal cell cultures. J. Vis. Exp. (28), e1355 (2009).

Play Video

Cite This Article
Fieber, L. A., Carlson, S. L., Kempsell, A. T., Greer, J. B., Schmale, M. C. Isolation of Sensory Neurons of Aplysia californica for Patch Clamp Recordings of Glutamatergic Currents. J. Vis. Exp. (77), e50543, doi:10.3791/50543 (2013).

View Video