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Method Article
Ici, nous décrivons une procédure pour la compensation des tissus, marquage fluorescent et l’imagerie à grande échelle du tissu de cerveau de souris qui, ainsi, permet la visualisation de l’organisation en trois dimensions des types de cellules dans le néocortex.
Le néocortex mammifère se compose de nombreux types de neurones excitateurs et inhibiteurs, chacune avec des propriétés électrophysiologiques et biochimiques spécifiques, les connexions synaptiques, et in vivo des fonctions, mais leur base anatomique et fonctionnelle Organisation de cellulaires à l’échelle du réseau est mal comprise. Nous décrivons ici une méthode pour l’imagerie en trois dimensions des neurones marqués fluorescent à travers de vastes zones du cerveau pour l’enquête de l’organisation cellulaire corticale. Certains types de neurones sont étiquetés par l’injection de traceurs fluorescents de neuronales rétrogrades ou l’expression de protéines fluorescentes chez les souris transgéniques. Bloc des échantillons de cerveau, par exemple, un hémisphère, préparés après fixation, rendues transparentes avec des méthodes de compensation des tissus et soumis d’immunomarquage fluorescent des types spécifiques de cellules. Grandes surfaces sont analysés à l’aide de microscopes confocaux ou deux photons équipés d’objectifs de distance de travail grand et platines motorisées. Cette méthode peut résoudre l’organisation périodique des modules fonctionnels spécifiques au type microcolonne cellulaire dans le néocortex de souris. La procédure peut être utile pour l’étude de l’architecture cellulaire tridimensionnelle dans les zones du cerveau différentes et d’autres tissus complexes.
Le néocortex mammifère est composé d’un grand nombre de types de cellules, chacune avec les modèles d’expression de gènes spécifiques, les propriétés électrophysiologiques et biochimiques, les connexions synaptiques, et in vivo fonctionne1,2 ,3,4,5,6,7. Si ces types de cellules sont organisés en structures répétées a été peu clair. Les colonnes corticales, y compris les colonnes de l’orientation visuelle et somatosensoriels barils, ont répété les structures, mais leur organisation cellulaire reste peu clair8,9. Ceux-ci sont présents dans les zones corticales spécifiques et ne sont pas un système à l’échelle du cerveau.
Dans la couche néocorticale 5, la grande majorité des neurones est classée en quatre grandes catégories. Un type majeur des neurones excitateurs, neurones de projection Sub cérébrale, projette des axones vers des cibles sous-corticales incluant les pons, la moelle épinière et colliculus supérieur et, représente donc la sortie corticale importante voie10. Neurones de projection corticale, un autre principal type de neurones excitateurs, innervent le cortex10. Neurones inhibiteurs contiennent également deux grandes catégories : les cellules exprimant le parvalbumine et exprimant la somatostatine11.
Des analyses récentes indiquent que les types de quatre cellules sont organisés en structures répétées12,13,14. Neurones de projection cérébrale Sub12,13,14 tant de neurones de projection corticale14 organisent en type cellulaire spécifique microcolumns avec un diamètre de 1 à 2 cellules. Les cellules exprimant le parvalbumine et exprimant la somatostatine alignent plus précisément microcolumns de neurones de projection Sub cérébrale mais pas avec microcolumns de neurones de projection corticale14. Microcolumns s’aligner régulièrement pour former un hexagonal tableau14 en treillis et sont présents dans plusieurs aires corticales, y compris les villes de visuels, somesthésiques et moteurs dans le cerveau de souris12,14 et dans la langue zones du cerveau humain13. Neurones dans la microcolonne individuel montrent une activité synchronisée et ont des réponses sensorielles semblables14. Ces observations indiquent que les types de cellules couche 5 organisent en une structure en treillis microcolonne qui représente la première organisation à l’échelle du cerveau connue de répéter les modules fonctionnels.
Microcolumns ont un rayon d’environ 10 µm et ont une périodicité spatiale d’environ 40 µm. En outre, l’orientation des microcolumns est parallèle à leurs dendrites apicaux et change en fonction de leur position dans le cortex14. Le système de la microcolonne est donc difficile d’analyser à l’aide des tranches de cortex conventionnels avec une épaisseur typique de quelques dizaines de micromètres. En outre, exige que l’analyse de la périodicité des données tridimensionnelles d’un large éventail de régions du cerveau et, par conséquent, la zone d’imagerie typique de la microscopie confocale ou l’imagerie in vivo 2 photons est trop étroite.
Récemment, les techniques ont été développées pour effacer les tissus épais15,16. Nous décrivons ici l’application de ces méthodes pour obtenir des images à grande échelle, en trois dimensions des types de grandes cellules en couche néocorticales souris 5 qui composent le système de la microcolonne. Neurones de projection subcerebral sont marqués par l’étiquetage rétrograde ou par l’expression de la protéine fluorescente verte améliorée dans Crym-egfp souris transgéniques12et projection corticale neurones sont étiquetés par le rétrograde marquage ou par l’expression de tdTomato en Tlx3-cre/Ai9 souris17. Les cellules exprimant le parvalbumine et exprimant la somatostatine sont étiquetés par immunohistochimie. La méthode (anticorps échelle S) AbScale18 est utilisé pour l’anticorps coloration expériences, tandis que la méthode (voir Deep Brain) SeeDB19 est utilisé pour d’autres expériences. Ces méthodes de surmonter les difficultés susmentionnées des méthodes d’imagerie conventionnelles et révèlent l’organisation cellulaire précise de couche 514.
Toutes les procédures expérimentales ont été approuvés par le Comité des expériences sur animaux RIKEN Wako et Comité de sécurité de Experiment RIKEN génétique recombiné et interprétés conformément aux directives institutionnelles des animaleries de la RIKEN Brain Science Institut.
1. préparation de l’imagerie Chambers
2. Injection de traceur
Remarque : Faire des injections dans le colliculus supérieur (2.2) ou pons (2.1). Injection dans les neurones de projection cérébrale sous étiquette pons dans une région du cerveau large y compris les zones visuelles et motrices, tandis que de l’injection dans les neurones de projection cérébrale sous étiquettes colliculus supérieur dans l’aire visuelle. Pour des expériences de contrôle, injecter une solution saline au lieu de la sous-unité de toxine de choléra fluorescent marqué B. Pour le maintien de l’état stérile utilisent le matériel stérilisé et des gants en plastique, nettoyés avec de l’éthanol.
3. fixation et coupe
4. compensation sans anticorps coloration (méthode SeeDB)
5. compensation avec anticorps coloration (AbScale méthode)
6. cellule détermination de Position
Nous marqué des neurones de projection corticale par l’expression de tdTomato dans Tlx3-cre/Ai9 souris transgéniques et visualisé des neurones de projection cérébrale secondaire par l’injection du traceur rétrograde CTB488 dans la protubérance. L’hémisphère gauche du cerveau était soumis à la méthode SeeDB et analysés à l’aide d’un microscope biphotonique avec une immersion en eau long objectif de distance de travail (25 X, N.A. 1,1, distance de t...
Nous avons présenté les procédures pour obtenir des images en trois dimensions à grande échelle de l’organisation spécifique du type de cellule des types de grandes cellules en couche néocorticales souris 5. Par rapport à la coloration de la tranche conventionnelle, la méthode est plus utile dans la détermination de l’organisation en trois dimensions du néocortex. La méthode permet l’acquisition d’images de la plus large et les régions plus profondes du cerveau par rapport à la typique en vivo
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous remercions Atsushi Miyawaki et Hiroshi Hama pour leurs conseils sur les expériences de elAbSca, Charles Yokoyama pour l’édition du manuscrit, Eriko Ohshima et Miyuki Kishino pour leur assistance technique. Ce travail a été soutenu par des fonds de recherche du RIKEN T.H. et subventions pour la recherche scientifique du ministère de l’éducation, Culture, Sports, Science et technologie (MEXT) du Japon pour T.H. (domaines innovants « Mésoscopique neuronaux » ; 22115004) et S.S. (25890023).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Crym-egfp transgenic mice | MMRRC | 012003-UCD | |
Tlx3-cre transgenic mice | MMRRC | 36547-UCD | |
ROSA-CAG-flox-tdTomato mice | Jackson Laboratory | JAX #7909 | |
Silicone rubber sheet | AS ONE | 6-611-01 | 0.5 mm thickness |
Silicone rubber sheet | AS ONE | 6-611-02 | 1.0 mm thickness |
Silicone rubber sheet | AS ONE | 6-611-05 | 3.0 mm thickness |
Petri dishes | Falcon | 351008 | |
Cover glass | Matsunami | C022241 | |
Cholera toxin subunit B (recombinant), Alexa Fluor 488 conjugate | Invitrogen | C22841 | |
Cholera toxin subunit B (recombinant), Alexa Fluor 555 conjugate | Invitrogen | C22843 | |
Cholera toxin subunit B (recombinant), Alexa Fluor 594 conjugate | Invitrogen | C22842 | |
Cholera toxin subunit B (recombinant), Alexa Fluor 647 conjugate | Invitrogen | C34778 | |
26 G Hamilton syringe | Hamilton | 701N | |
Injector pump | KD Scientific | KDS 310 | Pons injection |
Injector pump | KD Scientific | KDS 100 | Superior colliculus injection |
Manipulator | Narishige | SM-15 | |
Sodium pentobarbital | Kyoritsu Seiyaku | Somnopentyl | |
Isoflurane | Pfizer | ||
Lidocaine | AstraZeneca | Xylocaine injection 1% with epinephrine | |
Drill | Toyo Associates | HP-200 | |
Avitene microfibrillar hemostat | Davol Inc | 1010090 | |
Alonalfa | Daiichi-Sankyo | Alonalpha A | |
Surgical silk | Ethicon | K881H | |
Incubator | UVP | HB-1000 Hybridizer | |
Glass pipette | Drummond Scientific Company | 2-000-075 | |
Electrode puller | Sutter Instrument Company | P-97 | |
Paraffin Liquid, light | Nacalai tesque | 26132-35 | |
Saline | Otsuka | 1326 | |
Paraformaldehyde | Nacalai tesque | 26126-54 | |
Tungsten needle | Inter medical | Φ0.1 *L200 mm | |
Vibratome | Leica | VT1000S | |
50 mL plastic tube | Falcon | 352070 | |
α-thioglycerol | Nacalai tesque | 33709-62 | |
D(-) Fructose | Nacalai tesque | 16315-55 | |
BluTack | Bostik | CKBT-450000 | |
Two-photon microscope | Nikon | A1RMP | |
Water-immersion long working distance objectives | Nikon | CFI Apo LWD 25XW, NA 1.1, WD 2 mm | |
Water-immersion long working distance objectives | Nikon | CFI LWD 16XW, NA 0.8, WD 3 mm | |
Motorized stage | COMS | PT100C-50XY | |
Filter | Semrock | FF01-492/SP-25 | |
Filter | Semrock | FF03-525/50-25 | |
Filter | Semrock | FF03-575/25-25 | |
Filter | Semrock | FF01-629/56 | |
Filter | Chroma | D605/55m | |
5 mL plastic tube | AS ONE | VIO-5B | |
2 mL plastic tube | Eppendorf | 0030120094 | |
Urea | Nacalai tesque | 35905-35 | |
Triton X-100 | Nacalai tesque | 35501-15 | |
Glyserol | Sigma-aldrich | 191612 | |
D(-)-sorbitol | Wako | 191-14735 | |
Methyl-β-cyclodextrin | Tokyo chemical industry | M1356 | |
γ-Cyclodextrin | Wako | 037-10643 | |
N-acetyl-L-hydroxyproline | Skin Essential Actives | 33996-33-7 | |
DMSO | Nacalai tesque | 13445-45 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-aldrich | A7906 | |
Tween-20 (1.1 g/mL) | Nacalai tesque | 35624-15 | |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A21422 | |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A21428 | |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A21235 | |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly CrossAdsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11029 | |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) Highly CrossAdsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21206 | |
Confocal microscope | Olympus | FV1000 | |
Water-immersion long working distance objectives | Olympus | XLUMPLFLN 20XW, NA 1.0, WD 2 mm | |
Anti-NeuN | Millipore | MAB377 | |
Anti-NeuN | Millipore | ABN78 | |
Anti-CTIP2 | Abcam | ab18465 | |
Anti-Statb2 | Abcam | ab51502 | |
Anti-GAD67 | Millipore | MAB5406 | |
Anti-GABA | Sigma | A2052 | |
Anti-Parvalbumin | Swant | 235 | |
Anti-Parvalbumin | Frontier Institute | PV-Go-Af460 | |
Anti-Parvalbumin | Sigma | P3088 | |
Anti-Parvalbumin | Abcam | ab11427 | |
Anti-Somatostatin | Peninsula Laboratories | T-4103 | |
Anti-c-Fos | CalbioChem | PC38 |
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