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Method Article
Reti corticali sono controllati da un piccolo, ma diverso insieme di interneuroni inibitori. Indagine funzionale degli interneuroni richiede quindi la registrazione mirata e l'identificazione rigorosa. Qui descritto è un approccio combinato che coinvolge le registrazioni whole-cell da coppie singole o sinapticamente-accoppiati di neuroni con etichettatura intracellulare, post-hoc analisi morfologica e immunocitochimica.
Interneuroni inibitori GABAergici svolgono un ruolo centrale nei circuiti neuronali del cervello. Interneuroni comprendono un piccolo sottoinsieme della popolazione neuronale (10-20%), ma mostrano un elevato livello di eterogeneità fisiologica, morfologica, e neurochimici, che riflettono le loro diverse funzioni. Pertanto, l'indagine di interneuroni fornisce importanti informazioni ai principi di organizzazione e funzionamento dei circuiti neuronali. Ciò, tuttavia, richiede un approccio fisiologico e neuroanatomica integrato per la selezione e l'identificazione dei tipi di interneuroni individuali. Whole-cell patch-clamp registrazione da acuta fettine di cervello di animali transgenici, che esprimono proteine fluorescenti sotto i promotori di marcatori specifici di interneuroni, fornisce un metodo efficace per individuare e caratterizzare elettrofisiologicamente proprietà intrinseche e sinaptiche di tipi di interneuroni specifici. Combinato con etichettatura colorante intracellulare, questo approccio può essere esteso con il post-hoc moanalisi rphological e immunocitochimica, consentendo l'identificazione sistematica dei neuroni registrati. Questi metodi possono essere personalizzati per soddisfare una vasta gamma di questioni scientifiche riguardanti le proprietà funzionali dei diversi tipi di neuroni corticali.
Circuiti neuronali ippocampali sono da tempo oggetto di intenso esame, per quanto riguarda sia l'anatomia e la fisiologia, a causa del loro ruolo essenziale nell'apprendimento e nella memoria, così come la navigazione spaziale in entrambi gli esseri umani e roditori. Analogamente, l'organizzazione laminare prominente, ma semplice dell'ippocampo rende questa regione un soggetto privilegiato di studi che riguardano proprietà strutturali e funzionali di reti corticali.
Circuiti dell'ippocampo sono costituiti da cellule eccitatorie principali (> 80%) e una più piccola (10-20%), ma altamente diversificata coorte di interneuroni inibitori 1-3. Interneuroni liberano acido γ-aminobutirrico (GABA) dai loro terminali assoni che agisce a ionotropici veloce recettori GABA A (GABA A Rs) e lenti metabotropici GABA B recettori GABA B (Rs) 4. Questi meccanismi inibitori controbilanciano di eccitazione e regolano l'eccitabilità delle cellule principali, e quindi latempi ir e modello di scarico. Tuttavia, GABA rilasciato da interneuroni agisce non solo sulle cellule principali, ma anche sugli stessi interneuroni 5,6. Recettori pre e post-sinaptici mediano di regolazione di ritorno e inibitori delle interazioni reciproche tra i vari tipi di interneuroni. Questi meccanismi inibitori nelle reti interneuroni sono ritenuti essere centrale per la generazione e la sagomatura di modelli di attività della popolazione, in particolare le oscillazioni a frequenze diverse 7.
Whole-cell patch-clamp registrazione è un metodo consolidato per l'esame delle proprietà intrinseche e delle interazioni sinaptiche dei neuroni. Tuttavia, a causa della elevata diversità di tipi di interneuroni, ricerca di interneuroni inibitori richiede rigorosa identificazione delle cellule registrate. Come tipi di interneuroni dell'ippocampo sono caratterizzati da elementi particolari morfologici e l'espressione marcatore neurochimico, anatomico combinata e immunocitochimica eSAME può fornire un mezzo per determinare l'identità precisa 6,8,9 interneuroni.
Nel presente lavoro si descrive un approccio sperimentale in cui whole-cell patch-clamp da neuroni singoli o coppie sinapticamente-accoppiati sono combinati con etichettatura intracellulare, seguito dal post-hoc analisi morfologica e immunocitochimica, permettendo la caratterizzazione di lenta GABA B recettore mediata effetti inibitori di interneuroni identificati. Come esempio, ci concentriamo su uno dei principali tipi di interneuroni, un sottoinsieme dei cosiddetti "cellule canestro" (BC), che innerva il soma e dendriti prossimali dei suoi obiettivi post-sinaptici ed è caratterizzata da un "spike veloce" (FS) scarico modello, un assone densamente che copre lo strato corpo cellulare, e l'espressione della proteina legante il calcio parvalbumina (PV) 10,11. Questi interneuroni mostrano grandi correnti inibitorie post-sinaptiche, così come pre prominentemodulazione sinaptica della loro produzione sinaptica, in risposta al GABA B R di attivazione 12. La combinazione delle tecniche descritte qui può essere applicato altrettanto bene di indagare i meccanismi intrinseci o sinaptici in una varietà di altri tipi di neuroni identificati.
Dichiarazione Etica: tutte le procedure e animale manutenzione sono stati eseguiti in conformità con le linee guida istituzionali, la legge tedesca Animal Welfare, il Consiglio direttiva 86/609 / CEE per quanto riguarda la protezione degli animali europea, e le linee guida delle autorità locali (Berlino, T-0215/11 )
1 Preparazione di fette acuta-ippocampali
2 Fabbricazione e riempimento di registrazione Pipettes
3. cellule intere patch-clamp Registrazione da FS-INS
4. extracellulare stimolazione elettrica per evocare risposte GABA B R-mediata
5. accoppiati registrazioni di sinapticamente accoppiate FS-IN e CA1 PC
6 Analisi delle proprietà elettrofisiologiche
7 Visualizzazione e immunocitochimica di FS-Ins
8 Imaging e ricostruzione di Visualized FS-Ins
A condizione che la qualità fetta è sensibilmente buona, la registrazione da entrambi CA1 PC e FS-in possono essere raggiunti con difficoltà minima. La linea di topo transgenico che esprime Venere / YFP sotto il promotore vGAT 13 non identifica inequivocabilmente FS-in, o anzi jacket. Tuttavia registrazioni da INs in ed intorno a str. piramidale, dove la densità di FS-in è in genere alta 1, si traduce in una elevata probabilità di selezionare FS-in (Figura 2B). FS-in...
Descriviamo un metodo che combina tecniche elettrofisiologiche e neuroanatomiche caratterizzare funzionalmente i neuroni morphologically- e neurochimico-identificati in vitro; in particolare i diversi tipi di INs inibitorie corticali. Gli aspetti principali della procedura sono: (1) pre-selezione dei potenziali INs; (2) la registrazione intracellulare e la visualizzazione dei neuroni; e infine (3) analisi morfologica e immunocitochimica di INs registrati. Sebbene questo studio ha affrontato PV-in in particolare, il prot...
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Gli autori desiderano ringraziare Ina Wolter per la sua eccellente assistenza tecnica. VGAT-Venus ratti transgenici sono stati generati da Drs. Y. Yanagawa, M. Hirabayashi e Y. Kawaguchi in Istituto Nazionale per le Scienze Fisiologiche, Okazaki, Giappone, utilizzando pCS2-Venere fornito dal Dr. A. Miyawaki.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Transgenic vGAT-venus rats | see Uematsu , et al., 2008 | ||
Venus (515 nm) goggles | BLS Ltd., Hungary | ||
Dissection tools | i.e. FST | For brain removal | |
Vibratome | Leica | VT1200S | Or other high end vibratome with minimal vertical oscillation |
Slice holding chambers | Custom-made in lab | ||
Upright IR-DIC microscope | Olympus, Japan | BX50WI | With micromanipulator system; i.e. Luigs and Neumann, Kleindiek etc. |
CCD camera | Till Photonics | VX55 | |
505 nm LED system | Cairn Research | OptiLED system | Or mercury lamp or other LED system i.e. CooLED. |
Multiclamp 700B | Axon Instruments | Alternatively 2x Axopatch 200B amplifiers | |
WinWCP acquisition software | John Dempster, Strathclyde University | Any quality acquisition software could be used, i.e. EPHUS, pClamp, Igor etc. | |
Electrode Puller | Sutter | P-97 | Used with box-filament |
Borosilicate pipette glass | Hilgenberg, Germany | 1405020 | 2 mm outer, 1 mm inner diameter, no filament |
Peristaltic pump | Gilson | Minipuls | Other pumps or gravity feed could be used instead |
Digital Thermometer | Custom made | ||
Digital Manometer | Supertech, Hungary | ||
Isolated constant voltage stimulator | ![]() | DS-2A | |
Biocytin | Invitrogen | B1592 | Otherwise known as ε-Biotinoyl-L-Lysine |
DL-AP5(V) disodium salt | Abcam Biochemicals | ab120271 | |
DNQX disodium salt | Abcam Biochemicals | ab120169 | Alternatively NBQX or CNQX |
Gabazine (SR95531) | Abcam Biochemicals | ab120042 | Alternatively bicuculline methiodide |
R-Baclofen | Abcam Biochemicals | ab120325 | |
CGP-55,845 hydrochloride | Tocris | 1248 | |
Streptavidin 647 | Invitrogen | S32357 | |
anti-PV mouse monoclonal antibody | Swant, Switzerland | 235 | Working concentration 1:5,000-1:10,000 |
anti-mouse secondary antibody | Invitrogen | A11030 | If using Venus or GFP rodent using a red-channel (i.e. 546 nm) is advisable. |
Normal Goat Serum | Vector Labs | S-1000 | |
Microscopy slides | Any high quality brand | ||
Glass coverslips | Usually 22 x 22 mm | ||
Agar spacers | Agar block, cut on vibratome to 300 μm | ||
Laser scanning confocal microscope | Olympus, Japan | Fluoview FV1000 | Or other comparable system |
Fiji (Fiji is just ImageJ) | http://fiji.sc/Fiji | See Schindelin et al., 2012 |
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