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Method Article
この記事では、組織チョッパーを使用してマウスやラットからex vivoの急性海馬横切片を取得するための信頼性が高く簡単な方法について説明します。切除された海馬から得られたスライスは、グルタミン酸作動系の恒常性を調査するための機能的グルタミン酸取り込み分析に提出できます。
高親和性Na+依存性トランスポーターによる細胞外空間からのグルタミン酸の除去は、脳の固有の接続メカニズムが適切に機能し、恒常性を維持するために不可欠です。海馬は、高次認知機能を管理するユニークな脳構造であり、神経疾患に関するいくつかの研究の対象となっています。げっ歯類モデルにおける生理学的および病理学的メカニズムの調査には、急性海馬スライス(AHS)調製が役立ちます。AHSには、細胞構造とシナプス回路が保存されているため、細胞機能に関する信頼性の高い情報を提供できるという利点があります。AHS製剤は神経化学研究室で一般的に使用されていますが、文献にはいくつかの方法論的な違いが見つかる可能性があります。独特のスライス調製プロトコルが分析される海馬領域を変更する可能性があることを考慮すると、この現在のプロトコルは、切除された海馬から横行AHSを取得するための標準的な技術を提案しています。この実施が簡単なプロトコールは、マウスおよびラットの実験モデルで使用でき、さまざまなバックグラウンド(例:トランスジェニック操作)またはin vivo操作後(例:薬理学的治療または臨床障害を研究するための適切なげっ歯類モデル)で神経化学的ダイナミクス(背側、中期、腹側海馬)を調査するいくつかのex vivoアプローチが可能になります。げっ歯類の脳から海馬を解剖した後、中隔側頭軸に沿った横切片(厚さ300μm)が得られました。これらのAHSには海馬の異なる部分が含まれており、個々の神経化学的調査が行われました(例として、それぞれの基質を使用した神経伝達物質トランスポーター)。海馬は高密度の興奮性シナプスを示し、グルタミン酸は脳内で最も重要な神経伝達物質であるため、グルタミン酸作動系はin vivoで観察される現象の興味深い標的です。したがって、現在のプロトコルでは、L-[3H]-グルタミン酸を使用してex vivo AHSでのグルタミン酸の取り込みを調査するための詳細な手順が提供されています。このプロトコルを使用して海馬機能を調査すると、神経保護または神経毒性のメカニズムに対するグルタミン酸代謝の影響をよりよく理解するのに役立つ可能性があります。
海馬は、高い認知機能がある各半球の内側側頭葉の奥深くに埋もれた脳構造であり、中枢神経系(CNS)の最も研究されているエンティティの1つです。海馬の機能は、宣言記憶と空間記憶に強く関連しています。この構造は、感情行動や視床下部機能の調節にも役割を果たしています1,2,3,4。それが確認されて以来、この領域では記憶の形成と保存の重要なメカニズムが起こっており、現場では海馬領域の深い調査が始まりました。それに伴い、アルツハイマー病、てんかん、大うつ病、ストレスなど、海馬機能に関連するヒトの脳疾患に類似した動物モデルの使用が増加しています。
げっ歯類では、海馬は内側中隔付近から腹側頭皮質に向かって湾曲した形状の構造です。その縦軸に沿って、海馬は3つの異なる領域に分割することができ、それぞれが特定の回路1に関連しています。上部は背側/中隔の海馬を構成し、下部は腹側/側頭の海馬を構成し、それらの間の領域は中間の海馬と見なされます。各部分への細胞投射の違いを網羅した広範な文献があり、各部分によって処理される特定の認知的側面の報告もあります5,6。その内部組織に関しては、海馬領域はその機能領域によって分離することができます。アンモニス(CA)領域は、CA1、CA2、CA3に細分され、海馬の上部、歯状回(DG)と最も内部的な海馬部分である小眼瞭の上を通って広がっています(図1)。これらの領域に位置するシナプスは、生涯を通じて神経原性および可塑性のプロセスを示す連続的な再配列を受けます3。いくつかの研究は、海馬での明確な実験的操作が認知障害をもたらすことをすでに示しています7。生化学的および分子的変化の評価に関しては、急性脳スライスを使用する技術は、海馬のさまざまな側面に関する知識を向上させるための優れたツールです。
その精度と再現性により、神経伝達関連現象(酵素活性、取り込み、または放出)の側面を調査した多くの研究では、ティッシュチョッパー8,9,10,11,12によって得られた切除された海馬からの横AHSが使用されました。このスライス技術とそれに続く取り込み評価は、海馬組織からのトランスポーター活性を保存する必要がある高度な神経化学実験に適しています。そのためには、ティッシュチョッパーの採用が望ましいです、なぜならそれはビブラトームよりも速く、適切な精度で実験的な使用のための適切な時間にAHSを提供するからです。
脳内の興奮性神経伝達は、海馬を含む最も豊富な神経伝達物質であるグルタミン酸によって達成され、これはグルタミン酸シグナル伝達に大きく依存しています13,14。この神経伝達物質の存在量は、細胞外環境において厳密に制御されています。しかし、細胞内小胞内では、最大100 mM15に達することがあります。シナプス間隙で放出されると、グルタミン酸は代謝されず、通常はグルタミン酸の過負荷に対する応答として引き起こされる興奮毒性を避けるために除去する必要があります14,16。毒性を正常なシグナル伝達から分離する唯一のメカニズムは、主にグリア細胞14,17,18,19の原形質膜に位置するタンパク質の活性によるナトリウム依存性輸送である。これらのトランスポーター[GLAST(EAAT1)およびGLT-1(EAAT2)]は、細胞外グルタミン酸レベルを厳密に調節し、DNA転写、mRNAのスプライシングおよび分解、タンパク質の合成および標的化、アミノ酸輸送活性、イオンチャネル活性などの広範な因子によって調節することができる20,21,22,23。したがって、それらの活性は、グルタミン酸としての放射性標識基質の輸送によって測定できます。
放射性標識基質の使用は、細胞膜を越えた輸送などの動的メカニズムを追跡できるため、トランスポーター活性を定量化するための好ましい方法を表しています。放射性トレーサー実験の利点は、その高い感度と特異性に加えて、質量分析24などの競合技術と比較して、その簡便さと費用の少なさである。また、少量のトレーサーを使用するだけで、基質の生理学的レベルが変化しないため、実際の代謝活動シナリオをより代表的な画像で示すことができます。
ex vivo実験アプローチの利用可能性は、新規分子標的の特定と創薬活動に関する基礎研究をサポートするために重要です。したがって、グルタミン酸取り込みがグルタミン酸作動性システムの恒常性に関連性があること、および海馬におけるグルタミン酸作動性シナプスの高い優位性を考慮すると、このプロトコルは、切除された海馬からの横AHSを使用して、グルタミン酸取り込み活性を迅速かつ容易に再現する方法で評価する方法を示しています。このアッセイは、放射性標識されたL-[3H]-グルタミン酸を使用し、定量的な比較と結果の明確な視覚化を可能にし、広範囲の反応条件にわたって、特定のまたはカスタマイズされた基質で使用するために変更することができる25。
急性脳切片には多くの利点があり、薬理学的および遺伝的操作26,27,28の下で機能変化をサポートするために使用されてきた。それらの使用は、次の利点から利益を得ます:(i)神経化学的機能の保存と細胞間相互作用。(ii)ニューロンおよびグリア機能の根底にある経路を調査するために、多数の薬理学的および遺伝的操作を実行する可能性。(iii)細胞外環境の正確な制御。(iv)スライス方法に応じて同じスライスに保持される異なる海馬領域(CA1、CA3、DGなど)への良好な実験的アクセス。独特のスライス調製プロトコルが露出した海馬領域を変化させる可能性があることを考慮すると、このプロトコルは、切除された海馬から横行AHSを取得するための標準的な技術を提案しています。この簡単に実行できるプロトコルは、げっ歯類モデルで使用することができ、さまざまなバックグラウンドで、またはin vivo操作29,30後に神経化学的ダイナミクスを調査するいくつかのex vivoアプローチを可能にする可能性があります29,30(図2)。
すべての手順は、NIHの実験動物のケアと使用に関するガイドに従って実施され、地元の倫理委員会によって承認されました(プロジェクト承認#33732 / CEUA-UFRGS)。不快感を最小限に抑え、実験に使用する動物の数を減らすために、あらゆる努力が払われました。
1.ハンク平衡塩溶液(HBSS)の調製
2. ナトリウムフリーHBSSの調製
3. ラットの海馬解剖用資料の整理
4.ネズミを安楽死させる
5.ラットの脳の除去
6. ラットからの海馬解剖
7.スライスの準備
注:手術材料をベンチに配置しながら(セッション2)、切除した海馬から横切片を取得するために組織チョッパーを準備します。
8. グルタミン酸取り込みアッセイ
9. 放射性L-[3H]-グルタミン酸の計数
10. 計算
グルタミン酸の取り込みは、脳内の神経伝達を制御する最も重要なメカニズムの1つです。特に海馬は、グルタミン酸シグナル伝達の重要な場所であり、脳内の記憶、認知、感情をつなぐ重要なハブです。プロトコルに従って、成体の雄Wistarラットを使用して代表的な結果を生成しました。動物は意識を失うまでイソフルラン3%を使用して麻酔をかけられました。脳を...
提示されたプロトコルは、海馬スライスを使用して簡単に実行できるグルタミン酸取り込み評価を示しています。その結果、AHSは定期的に約60 fmolの放射性標識L-[3H]-グルタミン酸を吸収すること、スライスの厚さ(タンパク質量)がL-[3H]-グルタミン酸の取り込みに影響を与えなかったこと(データは示さず)、海馬の背側、中間部、腹側部分がナイーブな?...
著者は何も開示していません。
著者は、興奮毒性および神経保護に関するブラジル国立科学技術研究所 [465671/2014-4]、CNPq [438500/2018-0]、および [152189/2020-3]、FAPERGS/CAPES/DOCFIX [18/2551-0000504-5]、CAPES [88881.141186/ 2017-01]、CNPq [460172/2014-0]、PRONEX、FAPERGS/CNPq [16/ 2551-0000475-7]、FAPERGS/MS/CNPq/SESRS-PPSUS [30786.434.24734.23112017] から財政支援を受けています。
UFOP - MODALIDADE: "EDITAL PROPP 19/2020 AUXÍLIO À PUBLICAÇÃO DE ARTIGOS CIENTÍFICOS - 2020", PROCESSO N.: 23109.000929/2020-88
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#11 scalpel blade | Swann-Morton | 525 | |
100 mm glass petri dish | Common suppliers | ||
110 mm diameter Whatman Filter | Sigma Aldrich | WHA1001110 | |
42.5 mm diameter Whatman Filter | Sigma Aldrich | WHA1001042 | |
24-well cell culture plate | Falcon | 353047 | |
Becker | Common suppliers | ||
Blades for the tissue chopper | Wilkinson | 3241 | |
Bone rongeur | Erwin Guth | 9,00,005 | |
CaCl2 | Sigma Aldrich | C4901 | |
D-[2,3-3H]-Aspartic acid | PerkinElmer | NET581001MC | 11.3 Ci/mmol (37 MBq) |
D-Glucose | Sigma Aldrich | G8270 | |
N-Methyl-D- Glucamine | Sigma Aldrich | M2004 | |
HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | |
Hidex 300 SL | Hidex Oy. | Super Low Level #425-020 | |
Iris scissors | Erwin Guth | 8,00,040 | |
Isoflurane | Cristalia (São Paulo, Brazil) | 4,10,525 | 1 mL/mL |
KCl | Sigma Aldrich | P3911 | |
KH2PO4 | Sigma Aldrich | P0662 | |
L-[3,4-3H]-Glutamic Acid | PerkinElmer | NET490005MC | 49.7 Ci/mmol (185 MBq) |
MgCl2 | Sigma Aldrich | M8266 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich | M7506 | |
Na2HPO4 | Sigma Aldrich | S9763 | |
NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
NaHCO3 | Sigma Aldrich | S5761 | |
Plastic Pasteur pipette | Common suppliers | ||
Scintillation liquid | PerkinElmer | 1200.437 for 1 x 5 Liter | Optiphase HiSafe 3 |
Small surgical scissors | Erwin Guth | 8,00,040 | |
Small tweezers | Erwin Guth | 6,00,131 | |
Spare chopping discs for the chopper | Common suppliers | ||
Standard scissors | Erwin Guth | 8,00,010 | |
Thin brushes (size 0 or 2) | Common suppliers | ||
Thin double-ended spatula | Erwin Guth | 470.260E | |
Tissue Chopper | Ted Pella, Inc. | 10180 |
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