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Method Article
Dieses Video zeigt die Artikel-Set-up, die Verfahren zum Zellkörper patchen und wie man dynamische Clamp Messungen von Ganglienzellen in whole-mount Maus retinae umzusetzen. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung der genauen Anteil von erregenden und hemmenden synaptischen Eingänge und ihre relative Größe und den Zeitpunkt zu neuronalen Spiking.
Ganglienzellen sind die Ausgangs-Neuronen der Netzhaut und ihre Tätigkeit spiegelt die Integration von mehreren synaptischen Eingänge auf Grund von spezifischen neuronalen Schaltkreisen. Patch-Clamp-Technik, in Voltage-Clamp und Stromzange Konfigurationen, werden häufig verwendet, um die physiologischen Eigenschaften von Neuronen zu untersuchen und ihre synaptischen Eingänge zu charakterisieren. Obwohl die Anwendung dieser Techniken ist sehr informativ, stellen sie verschiedene Einschränkungen. Zum Beispiel ist es schwierig zu quantifizieren, wie die genauen Wechselwirkungen der erregenden und hemmenden Eingänge Antwortausgabe bestimmen. Um dieses Problem anzugehen, verwendeten wir eine modifizierte Strom-Clamp-Technik, dynamische Klemme, die auch als Leitwert Klemme 1, 2, 3 und untersuchte den Einfluss von erregenden und hemmenden synaptischen Eingänge auf die neuronale Erregbarkeit. Diese Technik erfordert die Injektion von Strom in die Zelle und ist abhängig von der Echtzeit-Feedback der Membranpotential zu dieser Zeit. Die INJECTEd Strom von vorgegebenen erregende und hemmende synaptische Leitwerte, ihre Potenziale und Umkehrung der Zelle momentanen Membranpotential berechnet. Details zu den experimentellen Verfahren werden Patch-Clamp-Zellen, um eine Whole-Cell-Konfiguration und Einsatz der dynamischen Clamp-Technik erreichen in diesem Video-Artikel dargestellt. Hier zeigen wir die Antworten der Maus retinalen Ganglienzellen auf verschiedene Wellenformen Leitwert von physiologischen Experimenten unter Kontrolle Bedingungen oder in Gegenwart von Medikamenten erhalten. Darüber hinaus zeigen wir die Verwendung von künstlichen erregenden und hemmenden Leitwerte generiert unter Verwendung von Alpha-Funktionen, um die Reaktionen der Zellen zu untersuchen.
Die Netzhaut ist eine nahezu transparente neuronalen Gewebe an der Rückseite des Auges. Viele Studien verwenden die Netzhaut als Modell, um die ersten Schritte in der visuellen Verarbeitung und Mechanismen der synaptischen Signalisierung zu untersuchen. Da die Netzhaut Netzwerk in der whole-mount Vorbereitung bleibt nach Dissektion, stellt es ein ideales System, um synaptische Interaktionen zu untersuchen, wie ihre physiologischen Reaktionen sehr ähnlich zu der in vivo-Bedingungen sind. Somit ist die Verwendung eines isolierten Netzhaut die Eigenschaften der Neuronen untersucht mittels Patch-Clamp-Verfahren (für Bewertungen auf der Technik, siehe 6,9,13) werden kann. Ermittlung des genauen Beitrag der spezifischen Schaltungen und Neurotransmitter Ganglienzellen Reaktion wird jedoch üblicherweise behindert als pharmakologische Wirkstoffe an unterschiedlichen Standorten handeln.
Physiologische Reaktionen von retinalen Neuronen mit Licht, die natürliche Reiz, kann mit Glas-Pipetten mit intrazellulären Flüssigkeit gefüllt aufgezeichnet werden. Mit Patch clamp Techniken, neuronale Reaktionen auf Licht Stimulation kann als Membranpotential Schwankungen (Stromzange) oder als Ströme (Voltage-Clamp) aufgezeichnet werden. Durch Halten des Membranpotentials mit unterschiedlichen Spannungen und Umsetzung einer posteriori Leitfähigkeit Analyse ist es möglich, zu isolieren und hemmende erregenden synaptischen Eingänge 5,12. Diese Art der Experimente sind in normalen Badmedium und in Gegenwart von verschiedenen pharmakologischen Mitteln, um den Beitrag von verschiedenen Neurotransmittern und Rezeptoren auf neuronale Reaktionen isolieren durchgeführt werden. Eine Fülle von Studien aus vielen Laboratorien dadurch die Abhängigkeit der Spick-Ausgang und erregenden und hemmenden Eingänge Reiz Eigenschaften wie Größe, Kontrast, räumlichen und zeitlichen Frequenzen, Richtung, Orientierung und anderen Stimulus Variablen. Obwohl diese experimentelle Ansätze liefern Informationen über die Beziehung zwischen Spike Ausgang und synaptische Eingänge in Abhängigkeit von Stimulus-Eigenschaften,Interpretation des Beitrags spezifische Zelltypen und deren synaptische Eingänge Zellerregbarkeit ist nicht einfach. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass in der Regel sowohl erregenden und hemmenden Eingänge mit Stimulus Eigenschaften variieren und somit ist es nicht möglich, die genaue Wirkung, dass Änderungen in diesen beiden Eingängen auf neuronale Spiking bewerten.
Ein alternativer Ansatz, diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Durchführung von dynamischen Clamp Messungen, die eine kritische Bewertung des Beitrags der einzelnen synaptischen Eingänge Spick Ausgang zu ermöglichen. Die dynamische Clamp-Technik erlaubt die direkte Injektion von Strom in die Zelle und die Menge der injizierten Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt hängt von der aufgezeichneten Membranpotential damals 1,2,3 (für eine Übersicht siehe 7,14). Es ist eine modifizierte Stromzange Set-up, wo ein Echtzeit-, schnelles Feedback Interaktion zwischen der Zelle unter Aufnahme und der Ausrüstung, die spezielle Hardware, Softwareund einen Computer erzielt wird. Die Strommenge, die in die Zelle injiziert wird entsprechend berechnet. Daher ist der Vorteil dieses Verfahrens, dass die Zelle mit verschiedenen Kombinationen von Leitfähigkeit Wellenformen stimuliert werden kann, und die Antwort wird die Aktivierung von Rezeptoren, die synaptischen Eingänge vermitteln imitieren. Zum Beispiel der Vergleich der Reaktion auf Injektion von erregenden und hemmenden Leitwerte für einen kleinen Ort mit der Antwort auf Injektion von erregenden Leitwert für einen kleinen Ort nur Informationen über die Auswirkungen der Hemmung auf Zell-Antwort. Ebenso können andere Kombinationen von physiologisch aufgezeichnet Leitwerte co-injiziert werden zu zeigen, wie Stimulus-abhängigen Veränderungen in erregenden und / oder hemmenden Leitfähigkeiten beeinflussen Spike Ausgang.
In unserer Studie wird die dynamische Clamp-Technik verwendet, um die Auswirkung der relativen Amplitude und Zeitpunkt der synaptischen Eingänge der Brenneigenschaften von retinalen Ganglienzellen demonstrieren. Verschiedene Leitwerteerhalten von physiologischen Experimente in Steuerbedingungen oder in Gegenwart von pharmakologischen Mitteln wurden als Eingänge verwendet. Darüber hinaus wurden künstliche Leitwerte auf alpha-Funktionen basierend auch verwendet werden, um zu untersuchen, wie synaptische Eingänge von den Neuronen integriert sind. Somit ist eine vielseitige Technik, die verschiedene Typen von Leitfähigkeit erzeugt entweder physiologisch oder pharmakologisch rechnerisch in die gleiche Ganglienzellen injiziert werden, so Vergleich der Antworten auf diese Eingaben vorgenommen werden können.
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1. Allgemeine Einrichten und Tissue Vorbereitung
2. Patching Zellkörper der retinalen Ganglienzellen
3. Aufnahmen von Ganglienzellen Mit Dynamitec Clamp
Leitwert (G in nS) konnte sy seinnaptic oder künstlich. Erregenden und hemmenden synaptischen Leitfähigkeit Wellenformen wurden aus früheren Experimenten durch Protti, Di Marco, Huang, Vonhoff, Nguyen und Solomon (unveröffentlichte Ergebnisse) in Reaktion auf unterschiedliche visuelle Reize in Kontrollbedingungen und in Gegenwart von Tetrodotoxin durchgeführt gesammelt (TTX, 1 uM) . Künstliche Leitwert Wellenformen modelliert wurden unter Verwendung eines alpha-Funktion. V m (in mV) ist die aufgezeichnete Membranpotential. G und G ohne inh repräsentieren erregenden und hemmenden Leitwerte bzw. während V und ohne V Inh. stellen die Umkehrung Potenziale von erregenden und hemmenden bzw. Leitwerte. Time is t in ms. Abtastrate ist 40 kHz.
I s = I 0 (t / α) e-&agr; t
Die obige Gleichung ist ein Alpha-Funktion (I 0 = maximale Strom, 1 / α = Zeit bis zur maximalen (s -1) des Stroms). Die Anstiegs-und Abklingzeit der synaptischenStrom wird durch α 4 diktiert. Die exzitatorische Leitfähigkeit war unverändert, während die Latenzzeit der inhibitorischen Leitfähigkeit geändert wurde, wodurch die Verzögerung relativ zu dem Beginn der Anregung (Fig. 2D).
4. Antikörper-Färbung gegen Lucifer Yellow Gefüllt retinalen Ganglienzellen
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Der Beitrag der verschiedenen Quellen von hemmenden Eingänge Ganglienzellen Antworten wird durch die Anwendung verschiedener Leitfähigkeit Wellenformen gezeigt. Diese Wellenformen wurden mit Stimuli unterschiedlicher Leuchtdichte unter normalen Bedingungen und in Gegenwart von TTX einen spannungsgesteuerten Na +-Kanal-Blocker, der die Wirkung Potentialerzeugungsschaltung nur bei einem Teil der Retina hemmende interneurons. 2A eine repräsentative Antwort auf Injektion zeigt erhaltene errege...
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Hier zeigen wir die Verwendung von dynamischen Haken, um den Einfluß des Verhältnisses und Timing der Erregung und Hemmung von retinalen Ganglienzellen Ausgang bewerten. Dynamische Klammer nutzt Computersimulationen physiologisch aufgezeichneten oder künstliche synaptischen Leitwerte in lebende Neuronen einzuführen. Diese Methode bietet ein interaktives Werkzeug, mit dem Leitwerte können modifiziert werden und injiziert in Neuronen zur Berechnung ihres Einflusses auf neuronalen Antworten. Leitwert Wellenformen von ...
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Alle Verfahren wurden zunächst von der Animal Care Ethikkommission der Universität von Sydney genehmigt, und dann in Übereinstimmung mit den Richtlinien des australischen Code of Practice für die Pflege und Verwendung von Tieren zu wissenschaftlichen Zwecken (National Health and Medical Research Council of Australia durchgeführt ).
Diese Arbeit wird durch das Australian Research Council (ARC DP0988227) und der Biomedical Science Research Initiative Zuschuss der Disziplin der biomedizinischen Wissenschaft, The University of Sydney unterstützt. Die Ausrüstung Patch-Clamp-Verstärker EPC 8 wurde von der Startup Fund aus der Disziplin der biomedizinischen Wissenschaft, The University of Sydney finanziert. Die Ausrüstung InstruTECH LIA 8 +8 Datenerfassungssystem wurde mit den Mitteln aus Rebecca L. Cooper Foundation und Startup Fund aus der Disziplin der biomedizinischen Wissenschaft, The University of Sydney gekauft. Wir möchten den anonymen Gutachtern für ihre aufschlussreichen Anregungen und Kommentare danken.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagent | |||
Isoflurane Inhalation Anaesthetic | Pharmachem | ||
Ames Medium with L-Glutamate (Powder) | Sigma-Aldrich | ||
Potassium Gluconate, Anhydrous | Sigma-Aldrich | ||
HEPES Sodium salt | Sigma-Aldrich | ||
Magnesium chloride solution (4.9 mol/l) | Sigma-Aldrich | ||
Adenosine 5'-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | ||
Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate | Sigma-Aldrich | ||
Ethylene glycol-bis(2-amin–thylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid | Sigma-Aldrich | ||
Paraformaldehyde Powder, 95% | Sigma-Aldrich | ||
Anti-Lucifer Yellow, Rabbit IgG Fraction (3 mg/ml) | Invitrogen | ||
Alexa Fluor 594 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) 2 mg/ml | Invitrogen | ||
Fluorescent Preserving Media | BioFX Laboratories Inc. | ||
Equipment | |||
Capillary Glass Tubing with flame polished ends (OD = 1.50 mm, ID = 0.86 mm, Length = 15 cm) | Warner Instruments | 64-0794 | |
Single Stage Glass Micr–lectrode Puller | Narishinge Japan | Model PP-830 | |
Minipuls 2 | Gilson | ||
Millex-GV 0.22 μm Filter Unit | Millipore Corporation | SLGV004SL | |
Luer Lock Reusable Hypodermic Needle: 30 G | Smith Nephew (Australia) | ||
Single Inline Solution Heater | Warner Instruments | Model SH-27B | |
Dual Automatic Temperature Controller | Warner Instruments | TC-344B | |
Olympus Stereomicroscope SZ61 | Olympus Corporation | ||
Olympus Microscope BX50WI: with 40X objective | Olympus Corporation | ||
0-30 V 2.5 A DC Power Supply | Dick Smith Electronics | Q1770 | |
Digital Microscopic Camera ProgResMF cool | Jenoptik | ||
Micromanipulator MP-225 | Sutter Instrument Company | ||
Patch Clamp Amplifier EPC 8 | HEKA Elektronik | ||
InstruTECH LIH 8+8 Data Acquisition System | HEKA Elektronik | ||
Computer: DELL | Dell Corporation |
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