Method Article
Этот отчет демонстрирует технику для механической изоляции отдельных жизнеспособных нейронов сохраняя прилагается пресинаптических boutons. Vibrodissociated нейроны имеют преимущества быстрого производства, отличное фармакологического контроля и улучшения пространства-зажим без влияния из соседней клетки. Этот метод может быть использован для работы с изображениями синаптических элементов и патч-зажим записи.
Механические диссоциации нейроны от центральной нервной системы имеет то преимущество, что пресинаптические boutons остаются прикрепленными к изолированного нейрона интересов. Это позволяет для исследования синаптической передачи в условиях, когда вне-и внутриклеточной среды постсинаптических может легко контролироваться. Вибрации основе методики без использования протеаз, известных как vibrodissociation, является наиболее популярной техникой для механической изоляции. Микропипетки, с кончика огневой полировкой к форме небольшого шарика, помещаются в мозге часть из P1-P21 грызунов. Микропипетки вибрирует параллельно поверхности среза и опустил через толщина среза в результате освобождения изолированных нейронов. Изолированных нейронов готовы для обучения в течение нескольких минут vibrodissociation. Этот метод имеет преимущества перед использованием первичных нейронов культур, мозг ломтиками и ферментативно изолированных нейронов в том числе: быстрое производство эффективных, относительно зрелых нейронов подходит для электрофизиологических исследований и обработки изображений; превосходный контроль внеклеточной среде, свободной от влияния соседних клеток; пригодность для хорошо контролируемых фармакологических экспериментов с использованием быстрое применение наркотиков и общего superfusion клетки; и улучшения пространства-зажим в цельноклеточной записи по отношению к нейронам ломтик или препаратов клеточной культуры. Этот препарат может быть использован для изучения синаптической физиологии, фармакологии, модуляции и пластичности. В режиме реального времени изображений как до, так и постсинаптические элементы в живых клетках и boutons Также возможно использование vibrodissociated нейронов. Характеристика молекулярной составляющих до-и постсинаптические элементы также могут быть достигнуты с иммунологическими и обработки изображений подходов.
1. Подготовка стеклянные запаянные микропипетки
2. Подготовка фрагментов мозга от P1-P21 Крысы или Мыши
3. Vibrodissociation
4. Электрофизиологические Запись
5. Изображений пресинаптических окончаний
6. Представитель Результаты:
Спонтанное и текущие Injection-Вызванные Обжиг Vibrodissociated Нейроны
Записи из типичных vibrodissociated гиппокампа СА1 пирамидальный нейрон показаны на рисунке 4A. Спонтанные потенциалы действия превышения можно наблюдать в пирамидных нейронов отделена от крыс базолатеральной миндалине, гиппокампе и VTA 1,5. Во время ток-зажим записи с СА1 пирамидных нейронов, гиперполяризующих инжекции тока производит типичные ответы напряжения при деполяризующего тока достаточной величины, вызывает превышение потенциалов действия с задержкой типичный образец стрельбы с умеренным текущих уровней и не-размещения потенциалов действия в ответ на сильный ток инжекции ( Рис 4В).
Спонтанное и миниатюрные постсинаптические ГАМК Ингибирующее токи в Vibrodissociated Нейроны
Во время напряжения-зажим записей с CsCl основе внутриклеточного решения, спонтанные синаптические токи наблюдаются (рис. 5А). Эти события будут устранены в низкое содержание кальция в раствор, содержащий 2,6, и в большинстве нейронов типа полностью блокирован ГАМК рецепторов, таких как бикукуллином или gabazine (рис. 5б, в), указывая, что это sIPSCs опосредованы ГАМК выпуска и активации этого подтипа рецепторов ионотропных. Тем не менее, в принципе, нейроны мозга от таких регионах, как базолатеральной миндалины 2 и вентральной области покрышки 5,7, ГАМК рецепторы блокадапоказывает меньшую продолжительность EPSCs посредничестве глутаматергической активацией АМРА-типа рецепторов. Интересно, что применение ТТХ при концентрациях, которые являются специфическими для блокады наиболее чувствительных к токсин напряжения закрытого натриевые каналы снижает частоту и амплитуду sIPSCs наблюдается в vibrodissociated нейронов от нескольких областях мозга (рис. 6А) 2,4,7. Таким образом, активность натриевых каналов участвует в ГАМК-релиз, в ущипнул-офф синаптических boutons. Пока еще не ясно, если полномасштабный потенциалов натрия действия происходят в этих терминалах. Стоит отметить, что входное сопротивление хорошо запечатаны 1 мкМ окончание аксона диаметра, вероятно, будет хорошо в ГОм диапазона. Таким образом, открытие даже небольшого количества натриевых каналов может быть недостаточно для деполяризовать терминалы для активации кальциевых каналов, которые опосредуют связи возбуждения секреции. По поводу этих кальциевые каналы, данные свидетельствуют о том, что N и P / Q-образные каналы участвовать в выпуске на ГАМК-терминалов в vibrodissociated препаратов из гиппокампа СА1 и в других местах 8.
Модуляции и пластичности передачи ряда нейромедиаторов и рецепторов был рассмотрен использованием vibrodissociated нейронов 3,4,9. Нейротрансмиттеров показано, что такие действия являются модуляторных аденозин, ГАМК, серотонин, эндоканнабиноиды и т.д. 2,6,10,11,12. Кроме того, краткосрочные синаптической пластичности, таких как эндоканнабиноидов-зависимой деполяризации вызванного подавлением торможения (DSI) также был описан в этой подготовке 2,11. Эти результаты показывают, что многие формы рецептор-опосредованного и транс-синаптических сигнализации эндогенными нейромодуляторов целы в vibrodissociated подготовки.
Кальций Переходные и везикулярного выпуска в Axon терминалов в Vibrodissociated подготовка
Использование EMCCD оборудованных инвертированного микроскопа описано выше, мы рассмотрели кальция переходных процессов в пресинаптические терминалы в vibrodissociated нейрон-Bouton подготовки. На рисунке 2 показана ячейка нагрузки с АМ-этерифицированные Fluo-4 и последующего разведения постсинаптических красителя в гиппокампа СА1 пирамидальных нейронов. Спонтанное переходных кальция наблюдаются в некоторых красителей заполненные boutons показано, как регионы, представляющие интерес (трансформирования) на рис 6В. Применение 1 мкМ тетродотоксин (TTX) устраняет эти спонтанные переходных процессов, указывая, что они опосредованы активацией напряжения натриевых токов, которые спонтанно активизируется в boutons, что приводит к последующим поднимается кальция. Увеличение внеклеточной KCl от 10 мм до 40 мм с быстрым решением производит обмен увеличился флуоресценции, измеряемой в трансформирования, которые соответствуют пресинаптических окончаний (рис. 7а). Одновременная запись из постсинаптического нейрона используется для мониторинга sIPSCs и определить, если событие частоты увеличивается на высоком K + деполяризации (рис. 7б).
Для визуализации пузырьков синтеза в пресинаптических boutons мы использовали мышей, экспрессирующих synaptopHlourin построить под контролем Thy1 промотора (помечены spH21 мышей). SynaptopHluorin в молекулярной построить в котором эклиптики pHlourin (GFP мутанта с повышенной чувствительностью рН) 12 связан с пузырьком связанные мембранный белок (VAMP2) 13. Этот механизм помещает pHlourin мотив в просвете пузыря, где сравнительно кислая среда гасит флуоресценцию. После слияния пузырьков этот мотив подвергается более нейтральный внеклеточной среде с результирующее увеличение флуоресценции при puncta, которые соответствуют пузырьки / пресинаптических окончаний. Vibrodissociation нейронов гиппокампа от spH21 мышей позволяет визуализации флуоресцентных puncta от размера и расположения ожидается ГАМКергических терминалов (рис. 8А). Применение высоких K + - содержащие внешнее решение увеличивает флуоресценции в этих терминалов, и этот эффект блокируется в присутствии внешнего раствора, в котором внеклеточного кальция снижается до 0,2 мм (рис. 8Б). Таким образом, деполяризация вызванного увеличением флуоресценции-видимому, отражает возбуждения секреции связи на ГАМК-синапсы в нейрон-Bouton подготовки.
Способности измерять пресинаптических переходных кальция и пузырьков синтеза в аксон терминалы нейрон-Bouton препарата позволяет нам изучить последствия нейромодуляторов, наркотиков и синаптической пластичности на пресинаптические механизмы, участвующие в возбуждения секреции связи и экзоцитоза / эндоцитоза. Эти методы могут быть объединены с другими молекулярными инструментами и генной инженерии мышей для изучения роли белков в частности пресинаптических функции и модуляции / пластичность.
Рисунок 1. Vibrodissociated нейроны из гиппокампа области СА1 () Объединенные образ DICм зеленых флуоресцентных изображений из GAD65 мыши. DIC изображение сливается четко показать расположение зеленых терминалов (B) флуоресценции изображение из synaptophluorin (spH21) мыши. Шкала бар = 10 мкм
Рисунок 2 Кальций индикатор загрузки процедура: (А) всю камеру загружается с АМ-этерифицированные красителя; (B) цельноклеточная записи разбавляет краситель; (C) терминалов визуализируются как области интереса (наконечники стрел)..
Рисунок 3. Схема экспериментальной установки для одновременной цельноклеточная записи изображений и кальция в пресинаптические терминалы на vibrodissociated нейронов. EMCCD = электронного умножения Прибор с зарядовой связью.
Рисунок 4. Представителю сигналы отображаются () спонтанные потенциалы действия от vibrodissociated CA1 нейронов и (Б) ответы мембранные напряжения гиперполяризующих и деполяризующего тока инъекций в текущем зажим записи из нейронов СА1.
Рисунок 5. () Представитель сигналов спонтанного IPSCs от СА1 пирамидальных нейронов. (BC) IPSCs были заблокированы либо gabazine (10 мкМ, B) или бикукуллином (20 мкМ, C).
Рисунок 6. ТТХ ингибирует спонтанное ГАМКергических синаптической передачи, а также исключает пресинаптических переходных кальция в vibrodissociated гиппокампа подготовки. (А) Запись с vibrodissociated нейрона до и во время нанесения ТТХ. Обратите внимание на уменьшение частоты и амплитуды sIPSCs. (B), кальция наблюдается в переходных Fluo-4-загружалась пресинаптических терминала на vibrodissociated нейрона до и во время нанесения ТТХ. Обратите внимание на полную потерю переходных процессов.
Рисунок 7. Одновременная визуализация показатель кальция и sIPSC цельноклеточная записи показывающие влияние высоких K + стимуляции. (А) флуоресценции измеряли с течением времени из пресинаптических Bouton загружены Fluo-4 утра краску. (B) Одновременное увеличение sIPSC частоты и амплитуды во время высокого приложение K +.
Рисунок 8. Ca 2 +-зависимые высокого K + ответ в пресинаптических boutons из spH21 пирамидальных нейронов гиппокампа от региона CA1. (А) Флуоресценция образ vibrodissociated нейрона. (B), High-K +-приложения (показано черными бар) в результате устойчивый рост флуоресценции в присутствии нашего нормального внеклеточного Са 2 +-содержащий раствор (2 мМ Са2 +). Нет флуоресценции увеличение наблюдалось при низких внеклеточного Са 2 + (0.2 мМ Са 2 +). Данные в графе были нормализованы предварительного высокого K + флуоресценции уровнях, и показать средний отклик от 3 boutons.
Успешное vibrodissociation требует, чтобы ломтики содержать здоровые нейроны и что интерстициальные пространства являются достаточно гибкими, чтобы позволить нейронам, чтобы выйти срез без токсических повреждений. Таким образом, метод работает оптимально в раннем постнатальном возрасте (P1-21), когда здоровые ломтиками может быть сделан с меньшим глиальных / interstiatial материала, чем содержится в срезах мозга взрослого человека. По нашему опыту, тем не менее, оптимизация часть подготовки к выживанию нейронов в срезе само по себе может оказаться контрпродуктивным для vibrodissociation техники. Принимая во внимание, мы регулярно готовить срезы для записи на месте с использованием холодного изменение aCSF сахарозы, в которой был заменен на протяжении большей части внеклеточного Na + и Са 2 +, ломтики готовы к vibrodissociation могут быть подготовлены (например, вырезать) в нашей обычной aCSF записи. При подготовке ломтиками для записи с отдельными нейронами в ломтиками сами мы также места срезов в нормальном aCSF при 35 ° С только после перерезки и оставить их в течение 30-60 мин при этой температуре перед их возвращением до комнатной температуры. Тем не менее, ломтики готовы к vibrodissociation перемещаются сразу до комнатной температуры сразу после нарезки. Эти процедуры дают более высокий урожай здоровых нейронов после vibrodissociation, возможно, связано с отсутствием четких интерстициальной ткани, что позволяет нейронам быть более легко потряс освободиться от среза себя. Мы не исчерпывающе рассмотрены условия ломтик подготовки, а мы регулярно получать достаточное нейронов для наших записи и обработки изображений эксперименты на данный день. Вполне возможно, что дополнительные изменения, такие как изменение толщины среза или preincubaton процедуры, можно было бы увеличить выход здоровых нейронов. Очень мягкий лечения протеазы были опробованы в целях повышения урожайности и клетка получить технику для работы в старых животных. Тем не менее, неизменно, даже мягкое лечение протеазы, кажется, нарушают синапс функции. Таким образом, в то время как сочетание протеазы и механической диссоциации все еще можно найти работу они не доказали свою надежность в переднем мозге нейронов на сегодняшний день.
Кроме того, следует отметить относительно низкую доходность здоровых нейронов после vibrodissociation означает, что техника в основном полезен для изучения обильные нейронов подтипов, в основном нейроны проекции. Наличие GFP-экспрессирующих мышей, у которых небольшой субпопуляции нейронов могут быть легко идентифицированы увеличивает шанс изучения этих реже нейронов. Однако, если выход нейрона может быть существенно улучшилась накопления данных об этих нейронов, вероятно, будет сравнительно медленным.
Несколько шагов оказались иметь решающее значение для успешной загрузки нейронов кальцием зондирования красителей. Воздействие AM-этерифицированные красителя производится при температуре 37 ° С, и мы не увенчались успехом в попытке красителя нагрузки при низких температурах. Концентрация красителей должны быть оптимизированы с учетом как время загрузки и температуры, поскольку кажется, что более высокая концентрация красителя загрузки снижает концентрацию кальция в пресинаптические boutons. Мы наблюдали, что загрузка с более высокой концентрацией уменьшается частота и амплитуда sIPSCs. При загрузке кальция зондирования красителей в пресинаптических терминалах vibrodissociated нейроны, необходимо соблюдать осторожность, потому буферной способности небольших пресинаптических boutons может быть иной, чем в Сома и размеров boutons не соответствуют. Нейрон-содержащих блюда промывают HEPES буфером внешнее решение следующих красителя нагрузки, а время восстановления после мытья имеет решающее значение. Кроме того, чтобы сделать хорошее уплотнение для цельноклеточной записи, клетки должны быть тщательно промывают, чтобы избавиться от не-внутреннее молекул красителя из внешней клеточной мембраны.
В дополнение к использованию vibrodissociated нейронов для работы с изображениями камера электрофизиологии и жить, иммуноцитохимического методы могут также применяться для этих клеток 11,12. Клетки могут быть легко исправлены и окрашивали различных антител и других маркеров клеток. Использование этих клеток обеспечивает чистый препарат для визуализации экспрессии белка в ГАМКергических пресинаптических окончаний. Использование мышей, которые выражают флуоресцентных белков под контроль промоутеров специфичные для нейронов ГАМКергических позволяет следователю для идентификации отдельных синаптических терминалов в vibrodissociated препарата (рис. 1). Изображений флуоресцентных маркеров этого типа может позволить морфологических измерений в терминалы с использованием лазерной микроскопии и новые методы, как Стед (стимуляция выбросов Истощение микроскопия). Визуализация с красителями, что в докладе синаптических пузырьков езда на велосипеде также возможно с этим препаратом. Акаике и его коллеги назвали ГАМК-терминалы с стирил краситель, FM1-43 для визуализации терминалов в живых клетках 4.
Следует также можно выполнять одноклеточные обратной транскриптазы ПЦР для выражения профиля РНК в vibrodissociatedнейронов. Этот метод обычно применяется к ферментативно-диссоциированных нейронов и нейронов, выращенных в культуре клеток.
Мы хотели бы поблагодарить д-ра. Ping Минь Чжу и Сусуму Кояма за помощь во время начальной настройки техники, и доктор Вероника Альварес за помощь в форматировании письменного рукописи. Это исследование было профинансировано Отдел клинической Внутренние и биомедицинских исследований NIAAA.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Пункт | Компания | Каталог # | Комментарии |
Вибрационный тканей Slicer | Leica Microsystems, Inc | VT1200S | |
Клеточная культура Блюдо (35 мм) | BD Сокол | 353001 | |
Блюда со стеклянным дном | Willco блюдо | GWSB-5040 Или GWSB-3522 | 0.16-0.19 мм толщина стекла для работы с изображениями |
Пьезоэлектрические Манипулятор | EXFO-Берли | LSS-3000 | Не могли бы также использовать реле и т.д. |
SD9 площади импульсный Стимулятор | Трава Технологии | SD9K | Для запуска пьезоэлектрического манипулятора |
Пройдя через стереоскоп | Дикие Heerbrugg | TYP 374590 | Не могли бы также использовать любой стереоскоп |
Горячие / коричневый микропипетки съемник | Саттер Инструмент | Р-97 | |
Тонкие стены стеклянные капилляры | Инструменты Всемирного Precision | TW-150F-4 | Для стеклянные запаянные микропипетки и патч микропипетки |
Шесть канала перфузии Системы регулирующий клапан | Warner инструменты | ВК-6 или ВК-6М | |
Перфузии Быстро-Step | Warner инструменты | SF-77B | |
Инвертированный микроскоп с 20-63x целей | Nikon | TS200 Diaphot | |
EMCCD камеры | ANDOR технологии | IXON EM + DU-888 | |
Excite флуоресцентный источник света Освещение | EXFO фотоники Решения Инк | X-Cite 120PC | |
Fluo-4, А. М. кальция индикатор | Молекулярные зонды | F14201 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены