Rahimde Elektroporasyon Nöronal alt popülasyonlar heyecanlanma ve Tek hücreli Bağlantı Eğitim Yaklaşımları
Summary
Bu yazının tek hücre düzeyinde ve floresan etiketli nöronların eksitabilite nöronların yapısal bağlantı tanımlamak için utero elektroporasyon (İEÜ) kullanmak protokolleri sağlar. Histoloji dendritik ve aksonal projeksiyonlar karakterize etmek için kullanılır. Akut dilim tam hücreli kayıt eksitabilitesini araştırmak için kullanılır.
Abstract
sinir sistemi farklı nöron türlerinden büyük bir aralık oluşmaktadır. Bu nöronal alt popülasyonlar diğer özellikleri, onların farklı dendritik morfolojileri, aksonal bağlantı kendi özel desenler ve bunların seçici ateşleme yanıtları arasında, ile karakterize edilir. gelişimi sırasında farklılaşma bu yönleri sorumlu moleküler ve hücresel mekanizmalar hala tam olarak anlaşılamamıştır.
Burada, etiketleme için kombine protokolleri tanımlar ve kortikal nöronların yapısal bağlantı ve eksitabilite karakterize. Utero elektroporasyon (İEÜ) protokolünün Modifikasyon nöronların seyrek nüfus etiketleme sağlar. Bu da, dendritler ve bireysel nöronlar, aksonal projeksiyonlar laminer konumu hassas karakterizasyonu ve morfometrik analizi akson belirlenmesini ve izlenmesini sağlar. İEÜ ayrıca eksitabilite değişiklikleri araştırmak için kullanılabilirvahşi tip (WT) ya da elektroporasyon beyinleri akut kesitlerden bütün hücre kaydı ile birleştirerek genetik olarak modifiye edilmiş nöronlar. Bu iki teknik yapısal ve işlevsel bağlantı kuplajın daha iyi anlaşılmasına ve gelişme sırasında nöronal çeşitliliği kontrol eden moleküler mekanizmaların katkıda bulunur. Bu gelişimsel süreçler aksonal kablolama, nöronların fonksiyonel çeşitlilik ve bilişsel bozuklukların biyolojisi üzerinde önemli etkileri vardır.
Introduction
dendritik ve aksonal yapıların geliştirilmesi serebral korteks olmak üzere, sinir sisteminde devre düzenleme önemli bir yönüdür. Bu farklı nöronal alt popülasyonlar seçici kablolama sırasında kritik bir rol oynamaktadır. son raporlar bir dizi bağlantının yanı sıra, sinir hücrelerinin molekül çeşitliliği ateşleme oldukça spesifik modları satın tarafından yansıtılır, göstermiştir. Ancak, gelişim sırasında farklı nöron alt tipleri heyecanlanma ve bağlantı belirleyen mekanizmaları yanı sıra koordinasyon dereceleri, hala tam, 2 1 anlaşılmaktadır.
Vivo kaybı: ve kazanç fonksiyon-ifadesi spesifik genlerin düzeyi ve devrenin gelişimindeki etkisi arasındaki ilişkinin incelenmesi için izin analiz eder. Utero elektroporasyon (İEÜ) yaygın incelemek için kullanılan bir tekniktirspesifik sinir hücresi popülasyonlarını daki bir genin işlevi ve bunların bağlantı biçimin çalışma. Bununla birlikte, canlı farelerde kortikal katmanları aksonların ve dendritlerin morfolojik özelliklerini belirlemek için, seyrek nöronlar etiketlemek için gereklidir. İEÜ ile birleştirilmiş Cre rekombinasyon sistemi tespit kortikal laminaların tek tek hücreler tarafından yayılan projeksiyonları çözmek için yeterince düşük bir yoğunlukta nöronların seyrek popülasyonu işaretlemek için de kullanılabilir. Bu yöntem, elektroporasyona beyinleri (Şekil 1) arasında uygun sayılar analiz sonra niceliksel veri elde etmek için korteks başına nöronların yeterli sayıda etiket. Bu yazıda bağlantı, örneğin ince analizi için bir yöntem sunulur. Bu durum, ayrı deneylerde analiz etmek için benzer bir strateji sunulur, yeşil floresan proteini (GFP) üzerine akım kelepçe kayıtları gerçekleştirerek nöronların elektriksel özellikleri, akut korteks dilimlerinin hücreleri -electroporated. bu proprotokollere‖ kayıpları ve fonksiyon kazancı İEÜ sırasında ek plazmidlerle dahil edildikleri nöronların zamanda çok yönlü ve WT ve transjenik hayvanların nöronların uyarılabilirliğinin ve bağlantı çalışma uygulanabilir ve.
Bu protokol, embriyonik gün (E) 15.5 farelerin elektroporasyon açıklar, ancak bu teknik E9.5 3 ve doğum sonrası güne (P) 2 ile 4 arasındaki herhangi bir yaşta uygulanabilir. Erken dönemde elektroporasyon nöronlar ve talamus öncülerini ve korteksin derin katmanlannda daha sonra aşamalı elektroporasyon işaretleri daha yüzeysel tabakalar (örneğin, E15.5 IUE hedefleri tabaka II-III nöronlar) hedef ise. Özetle, tek hücreli morfolojik analiz ve elektrofizyoloji ile İEÜ kombinasyonu sinir sisteminde nöron muazzam yapısal ve işlevsel çeşitlilik altında yatan moleküler mekanizmaları aydınlatmak için yararlı bir araçtır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol onların bağlantı ve heyecanlanma analiz etmek amacıyla C75BL / 6 farelerinin somatosensoriyel korteks nöronları etiketlemek için nasıl ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Mevcut yöntemlere göre, bu tür nöron başına aksonal şube sayısı, bunların kesin topografya ve anatomik konumu gibi bağlantı ayrımcı yönlerini görüntüler. Elektrotların pozisyonlarını değiştirerek, tür singulat korteks gibi diğer nöron popülasyonları, hedef (elektrotlar ve beyin arasındaki aynı açıy…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz onların mükemmel teknik yardım ve düzenleme için LA Weiss R. Gutiérrez ve A. Morales minnettarız. CGB İspanyol Ministerio de Ciencia e INNOVACIÓN (MICINN), FPI-BES-2012-056011 tarafından finanse edilmektedir. Bu çalışma, M. Navarrete BBVA Vakfı ve SAF2014-58598-Jin (MINECO) bir hibe ile ve Ramón Areces Vakfı ve hibe SAF2014-52119-R ve (MINECO itibaren) BFU2014-55738-REDT için bir hibe ile finanse edildi M. Nieto.
Materials
| pCAG-Cre | Addgene | 13775 |
| pCALNL-GFP | Addgene | 13770 |
| pCAG-DsRed2 | Addgene | 15777 |
| pCAG-GFP | Addgene | 11150 |
| Fast Green | Carl Roth | 301.1 |
| EndoFree Plasmid Maxi Kit | QIAGEN | 12362 |
| Carprofen (Rimadyl) | Pfizer GmbH | 1615 ESP |
| Isoflurane (IsoFlo) | Abbott (Esteve) | 1385 ESP |
| Ketamine (Imalgene) | Merial | 2528-ESP |
| Xylazine (Xilagesic) | Calier | 0682-ESP |
| Povidone Iodine | Meda | 694109.6 |
| Eye Ointment (Lipolac) | Angelini | 65.277 |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco by Life Technologies | 24020-091 |
| Penicillin-Streptomycin | Sigma -Aldrich | P4333 |
| Scalpel Handle #3 – 12cm | Fine Science Tools | 10003-12 |
| Scalpel Blades #10 | Fine Science Tools | 10010-00 |
| Adson Forceps-Serrated – Straight 12 cm | Fine Science Tools | 1106-12 |
| Hardened Fine Scissors – Straight 11 cm | Fine Science Tools | 14090-11 |
| Scissors Mezenbaum-Nelson Curved L=14,5cm | Teleflex | PO143281 |
| Thin curved tips – Style 7 Dumoxel | Dumont | 0303-7-PO |
| Dumont #5 Forceps-Inox | Fine Science Tools | 11251-20 |
| Mathieu Needle Holder – Serrated | Fine Science Tools | 12010-14 |
| AutoClip Applier | Braintree scientific, Inc | ACS APL |
| 9mm AutoClips | MikRon Precision, Inc. | 205016 |
| Sutures – Polysorb 6-0 | Covidien | UL-101 |
| Electric Razor | Panasonic | ER 240 |
| Borosilicate glass capillaries (100mm, 1.0/0.58 Outer/Inner diameter) | Wold Precision Instrument Inc. | 1B100F-4 |
| Aspirator tube assemblies for calibrated microcapillary pipettes | Sigma -Aldrich | A5177-5EA |
| Gauze (Aposan) | Laboratorios Indas, S.A.U. | C.N. 482232.8 |
| Cotton Swabs (Star Cott) | Albasa | – |
| Needle 25G (BD Microlance 3) | Becton, Dickinson and Company | 300600 |
| Sucrose | Sigma -Aldrich | S0389 |
| Paraformaldehyde | Sigma -Aldrich | 158127 |
| OCT Compound | Sakura | 4583 |
| Tissue Culture Dish 100 x 20 mm | Falcon | 353003 |
| GFP Tag Polyclonal Antibody | Thermo Fisher Scientific | A-11122 |
| Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A-11008 |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 10270106 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100-500ML |
| Electroporator ECM 830 | BTX Harvard Apparatus | 45-0002 |
| Platinum electrodes 650P 7 mm | Nepagene | CUY650P7 |
| Microscope for Fluorescent Imaging – MZ10F | Leica | – |
| VIP 3000 Isofluorane Vaporizer | Matrx | – |
| TCS-SP5 Laser Scanning System | Leica | – |
| Axiovert 200 Microscope | Zeiss | – |
| Cryostat – CM 1950 | Leica | – |
| P-97 Micropette Puller | Sutter Instrument Company | P-97 |
| Patch clamp analysis softwarw (p-Clamp Clampfit 10.3) | Molecular Devices | – |
| Acquisition software (MultiClamp 700B Amplifier) | Molecular Devices | DD1440A |
| Motorized Micromanipulator + Rotating Base | Sutter Instrument | MP-225 |
| Air Table | Newport | – |
| Miniature Peristaltic Pumps | WPI | – |
References
- Dehorter, N., et al. Tuning of fast-spiking interneuron properties by an activity-dependent transcriptional switch. Science. 349 (6253), 1216-1220 (2015).
- Rodriguez-Tornos, F. M., et al. Cux1 Enables Interhemispheric Connections of Layer II/III Neurons by Regulating Kv1-Dependent Firing. Neuron. 89 (3), 494-506 (2016).
- Matsui, A., Yoshida, A. C., Kubota, M., Ogawa, M., Shimogori, T. Mouse in utero electroporation: controlled spatiotemporal gene transfection. J Vis Exp. (54), (2011).
- Sonego, M., Zhou, Y., Oudin, M. J., Doherty, P., Lalli, G. In vivo postnatal electroporation and time-lapse imaging of neuroblast migration in mouse acute brain slices. J Vis Exp. (81), (2013).
- Baumgart, J., Baumgart, N. Cortex-, Hippocampus-, Thalamus-, Hypothalamus-,Lateral Septal Nucleus- and Striatum-specific In Utero Electroporation in the C57BL/6 Mouse. J Vis Exp. (107), (2016).
- Petros, T. J., Rebsam, A., Mason, C. A. In utero and ex vivo electroporation for gene expression in mouse retinal ganglion cells. J Vis Exp. (31), (2009).
- Rice, H., Suth, S., Cavanaugh, W., Bai, J., Young-Pearse, T. L. In utero electroporation followed by primary neuronal culture for studying gene function in subset of cortical neurons. J Vis Exp. (44), (2010).
- Woodworth, M. B., et al. Ctip1 Regulates the Balance between Specification of Distinct Projection Neuron Subtypes in Deep Cortical Layers. Cell Rep. 15 (5), 999-1012 (2016).
- Wickersham, I. R., et al. Monosynaptic restriction of transsynaptic tracing from single, genetically targeted neurons. Neuron. 53 (5), 639-647 (2007).
- Matsuda, T., Cepko, C. L. Controlled expression of transgenes introduced by in vivo electroporation. Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (3), 1027-1032 (2007).
- Matsuda, T., Cepko, C. L. Electroporation and RNA interference in the rodent retina in vivo and in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (1), 16-22 (2004).
- Saito, T. In vivo electroporation in the embryonic mouse central nervous system. Nat Protoc. 1 (3), 1552-1558 (2006).
- Bullmann, T., Arendt, T., Frey, U., Hanashima, C. A transportable, inexpensive electroporator for in utero electroporation. Dev Growth Differ. , (2015).
- Miller, M. Maturation of rat visual cortex. I. A quantitative study of Golgi-impregnated pyramidal neurons. J Neurocytol. 10 (5), 859-878 (1981).
- Miller, M., Peters, A. Maturation of rat visual cortex. II. A combined Golgi-electron microscope study of pyramidal neurons. J Comp Neurol. 203 (4), 555-573 (1981).
- Cubelos, B., et al. Cux-2 controls the proliferation of neuronal intermediate precursors of the cortical subventricular zone. Cereb Cortex. 18 (8), 1758-1770 (2008).
- Kang, J. Y., Kawaguchi, D., Wang, L. Optical Control of a Neuronal Protein Using a Genetically Encoded Unnatural Amino Acid in Neurons. J Vis Exp. (109), (2016).
- Mathis, D. M., Furman, J. L., Norris, C. M. Preparation of acute hippocampal slices from rats and transgenic mice for the study of synaptic alterations during aging and amyloid pathology. J Vis Exp. (49), (2011).
- Maravall, M., Stern, E. A., Svoboda, K. Development of intrinsic properties and excitability of layer 2/3 pyramidal neurons during a critical period for sensory maps in rat barrel cortex. J Neurophysiol. 92 (1), 144-156 (2004).
- Karadottir, R., Attwell, D. Combining patch-clamping of cells in brain slices with immunocytochemical labeling to define cell type and developmental stage. Nat Protoc. 1 (4), 1977-1986 (2006).
- Sakmann, B., Neher, E. Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes. Annu Rev Physiol. 46, 455-472 (1984).
- Saito, T., Nakatsuji, N. Efficient gene transfer into the embryonic mouse brain using in vivo electroporation. Dev Biol. 240 (1), 237-246 (2001).
