Esaminando monosinaptica connessioni in Drosophila utilizzando i canali di sodio tetrodotossina resistenti

Degli obiettivi principali delle neuroscienze è quello di mappare le connessioni tra i neuroni a comprendere il fluiscono di informazioni attraverso circuiti. Numerosi approcci e risorse sono diventati disponibili per testare la connettività funzionale tra neuroni in una gamma di sistemi modello^1,2. Per generare gli schemi di collegamento più precisi utilizzando elettrofisiologia, è importante risolvere se osservate connessioni tra due cellule sono diretti e monosinaptica versus indiretto e polisinaptici. Un gold standard per fare questa distinzione nei neuroni dei mammiferi è di misurare la latenza tra singolo action potentials nelle cellule presinaptiche e l’insorgenza di correnti postsinaptiche eccitatorie (EPSC) nel secondo neurone. Monosinaptica connessioni dovrebbero avere brevi latenze di pochi millisecondi e bassa variabilità³. Questo approccio può essere complicato in neuroni invertebrati poiché sinapsi possono verificarsi nel loro dendriti lontano dal sito di registrazione somatico, causando ritardi nel rilevamento a causa di distanze lungo elettrotoniche tra conduttanze postsinaptiche e la registrazione elettrodo. Tali ritardi possono introdurre ambiguità riguardo poli-versus monosinaptici contributi. Inoltre, piccoli eventi sinaptici può decadere prima di raggiungere il sito di registrazioni somatiche e guidano l’attività presinaptica più forte, è probabili reclutare polisinaptici eventi.

Varie tecniche sono state sviluppate per verificare le connessioni monosinaptica negli invertebrati. Un approccio utilizza soluzioni alta catione bivalente (Hi-Di) che contengono in eccesso Mg +⁺ e Ca^{+ +}. Questa soluzione blocca le connessioni polisinaptici di riduzione probabilità di rilascio e crescente potenziale di azione soglia per favorire il rilevamento di monosinaptica ingresso^4,5. Determinare il rapporto preciso di Mg Ca +⁺ +⁺ necessaria, tuttavia, non è banale e polisinaptici contributi possono persistere per stimolazione anche modesto⁶. Un approccio alternativo chiamato GFP ricostituzione attraverso partner sinaptica (stretta) sfrutta la vicinanza tra membrane pre- e postsinaptiche trovato alle sinapsi di dedurre una connessione monosinaptica ⁷. Qui, un componente della proteina fluorescente verde (GFP) è espresso in un neurone, e il frammento complementare della molecola è espressa in un presunto partner postsinaptico. La presenza di fluorescenza indica che i due neuroni sono nelle vicinanze per consentire la ricostituzione della molecola GFP e implica l’esistenza di una sinapsi. STRETTA può segnalare sinapsi falsamente, però, se due cellule strettamente hanno apposto membrane, come in un nervo o fascicolo. Varianti di impugnare eliminano tali falsi positivi tramite il tethering il frammento presinaptico della GFP direttamente alla sinaptobrevina, permettendo così la ricostituzione solo alle sinapsi attivo⁸. Mentre stretta e le sue varianti sono stati strumentali nel determinare la connettività funzionale in Drosophila CNS, alcuni collegamenti potrebbero non essere reso visibili da afferrare se le distanze tra i partner di pre- e postsinaptici è relativamente grande. Questo è particolarmente pertinente nella valutazione della trasmissione volume associato neuromodulation⁹ o di inibizione GABAergica¹⁰.

Qui, una tecnica complementare e romanzo è dimostrata per test connessioni dirette monosinaptica in Drosophila CNS. Questo metodo, chiamato tetrodotossina Engineered resistenza per sondare le sinapsi (TERPS), opera di co-espressione di tetrodotossina (TTX)-canale del sodio resistente, NaChBac e un attivatore di optogenetica in una cellula presinaptica durante la registrazione da presunti postsinaptica partner⁹. In presenza di TTX, tutte le attività di potenziale di azione-mediata è soppressa in cellule diverse da quelle che esprimono NaChBac. Il canale di NaChBac Ripristina selettivamente eccitabilità nelle celle presinaptiche mirate, permettendo la trasmissione sinaptica luce-evocati. Questo metodo consente la forte attivazione dei neuroni presinaptici, tale che le connessioni possono essere risolti postsynaptically registrando somatico, riducendo la probabilità di reclutamento circuiti polisinaptici. D’importanza, questa tecnica permette lo studio della trasmissione di volume e rivela la diffusione del trasmettitore liberato da un singolo neurone in tutto un circuito. Inoltre, TERPS può rivelare la natura chimica della connessione attraverso farmacologia convenzionale. TERPS è adatto ad uso in qualsiasi sistema di modello che permette l’espressione transgenica dei canali del sodio TTX-insensibile.