Pedunculopontine Nucleus Nöronlar Kayıt Gama Bant Salınımlılığı

Özet

pedunculopontine çekirdeği (PPN) beyin sapı bulunur ve nöronlar maksimum uyanma ve hızlı göz hareketleri (REM) uykusu beyin devletler sırasında aktive edilir. Bu eser PPN nöronlar in vitro gama bandı eşik altı membran salınım kayıt için deneysel bir yaklaşım anlatılmaktadır.

Özet

(Cı / PG çekirdeği, örneğin, centrolateral / parafascicular) PPN sinaptik efferentler birçok intralaminar talamik bölgelerin nöronal aktivitenin modüle bilinmektedir. PPN veya in vivo Cı / PG çekirdekleri ya aktivasyonu hayvanın uyarılma ve kortikal elektroansefalogram (EEG) gama bandı aktivitesinde bir artış uyarılması için tarif edilmiştir. Retiküler Aktive Sistemde gama bandı salınımları üretimi için hücresel mekanizmalar (RAS) nöronlar diğer beyinleri çekirdeklerde gama bandı salınımlarını oluşturmak için bulunanlarla aynıdır. (9 dan parasagital dilim - 25 gün eski sıçan) PPN nöronlarının akım kelepçe kayıtları sırasında, kare adımlar depolarizan kullanımı hızla -25 mV ötesinde depolarize olmaktan PPN nöronlar engelledi voltaj bağımlı potasyum kanallarını aktive.

1 enjekte - uzun cari rampaları depolarizan 2 sn yavaş yavaş PPN zar potansiyeli res depolarizeting 0 mV doğru değerleri. Ancak, enjekte depolarizan kare bakliyat rampalar tarafından oluşturulan salınımlar kıyasla genlik küçük olması gösterdi membran potansiyelinin gama-bant salınımlar oluşturdu. Bütün deneyler, voltaj bağımlı sodyum kanalı ve hızlı sinaptik reseptörleri bloke edicilerin mevcudiyetinde gerçekleştirilmiştir. Yüksek eşikli gerilime-bağlı kalsiyum kanallarının aktivasyonu PPN nöronlarda y-bant salınımlı aktivitesi altında yatan gösterilmiştir. Spesifik metodolojik ve farmakolojik müdahalelerin neden ve in vitro PPN eşikaltı gama bandı salınımını sürdürmek için gerekli araçları sağlayarak, burada açıklanmıştır.

Giriş

PPN çekirdeği anatomik kaudal Mezensefalik tegmentumdaki dahildir. PPN RAS ¹ önemli bir bileşenidir. PPN (uyanma, REM uykusu yani) ² davranışsal aktif devletlerin bakım katılır. Sıçan bilateral PPN lezyonların azalır veya REM uykusunu ⁴ elimine ederken, kortikal EEG ³ - (40 Hz 20) in vivo PPN'nin elektrik stimülasyonu hızlı salınım kaynaklı. PPN nöronların çoğunluğu beta / gama-bant frekansı aksiyon potansiyelleri ateş ederken (20-80 Hz), bazı nöronlar spontan ateşleme düşük oranlar sundu (<10 Hz) ^5. Ayrıca, PPN gibi motivasyon ve dikkat ⁶ gibi davranış diğer yönleri dahil olmak görünüyor. Doğrudan yüksek frekans (40 - 60 Hz) deserebre hayvanlarda PPN çekirdeğinin ⁷ elektrik stimülasyonu hareketlilik teşvik edebilir. Son yıllarda, derin beyin stimülasyonu (DBS) PPN'nin sağa sola şikayet eden hastaları tedavi etmek için kullanılır olmuşturParkinson hastalığı (PH) ⁸ olarak yürüyüş açıkları kapsayan m bozukluklar.

Önceki raporlar kare akım darbeleri ⁹ kullanılarak depolarize zaman neredeyse tüm PPN nöronlar gamma bant frekansı aksiyon potansiyelleri ateş göstermiştir. Çünkü mV kadar veya -25 altında kare bakliyat depolarizasyonlarından sırasında voltaj bağımlı potasyum kanallarının şiddetli aktivasyon. Bunun bir sonucu olarak, herhangi bir güçlü gama salınımlar Tetrodotoksin ¹⁰ kullanılarak aksiyon potansiyelleri nesil engelleme sonra gözlenmiştir. Böyle bir sorun atlamak için bir çaba, 1 - uzun cari rampaları depolarizan 2 sn kullanıldı. Kısmen voltaj bağımlı potasyum kanallarını inaktive ederken Rampaları yavaş yavaş, 0 mV kadar değerleri istirahat membran potansiyeli depolarize. Net gama bandı membran salınımlar ¹⁰ (-25 mV ve -0 mV arasında, yani) yüksek eşik kalsiyum kanallarının voltaj bağımlılığı penceresi içinde belirgindi. Sonuç olarak, gama bandı olduğu faaliyetlerty PPN nöronlar ⁹ gözlendi ve her iki P / Q ve N-tipi voltaj bağımlı kalsiyum kanalları PPN ¹⁰ gama bant salınımları oluşturmak amacıyla aktive edilmesi gerekir.

bir dizi çalışma PPN nöronlarda yüksek eşik kalsiyum kanallarının yerini tespit edilmiştir. Boyaların kombinasyonunu enjekte oranlı metrik floresan görüntüleme geçerli rampalar ¹¹ ile depolarize zaman farklı dendritler aktive edilir voltaj kapılı kalsiyum kanalları aracılığıyla geçici kalsiyum gösterdi.

PPN nöronların içsel özellikleri dolayısıyla RAS ve talamokortikal döngüler arasında yüksek frekanslı titreşimli nöronal aktiviteyi uyaran, uyanma ve REM uykusu sırasında bu hücrelerin simultane aktivasyonu izin öne sürülmüştür. Bu tür uzun erimli bir etkileşim güvenilir bir şekilde sürekli olarak ¹² etrafımızdaki dünya değerlendirebilecek bir beyin durumunu desteklemek için kabul edilir. Burada, biz denemeyi tarifGerekli al koşulları oluşturmak ve in vitro PPN hücrelerinde gama bandı salınımını korumak için. Bu protokol daha önce tarif edilmemiştir, ve diğer beyin alanlarında gama bandı aktivitesini aracılık içsel membran özelliklerini incelemek için grupların bir dizi yardımcı olacaktır. Ayrıca, mevcut adım y bandı aktivitesi bu hücrelerde üretilen edilemez hatalı sonuca yol açabilir.

Protokol

Tüm deneysel protokoller Arkansas Tıbbi Bilimler Üniversitesi (Protokol numarası # 3593) Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmış ve bakım ve laboratuvar hayvanlarının kullanımına ilişkin Sağlık kılavuzların National Institutes ile anlaşma idi.

Standart yapay beyin omurilik sıvısının hazırlanması 1. (CSF)

1. Stok Çözeltisi A Hazırlanması
   1. kimyasal ilave edilmeden önce, temiz bir 1 L'lik bir kap için distile su, 700 ml ilave edilir.
   2. Sürekli 500 ml bir hacme karıştırılırken, NaCI 136,75 g KCI 6.99 g, MgSO ₄ 2.89 g, ve NaH ₂ PO ₄ 2.83 g ekleyin.
   3. Seyreltildikten sonra 1 L bir son hacme ulaşmak için daha fazla damıtılmış su ekleyin, her bir bileşiğin nihai konsantrasyon 117 mM NaCI, 4.69 mM KCI olduğu, 1.2 ila ₄ mm MgSO, ve 1.18 mM NaH ₂ PO _4.
   4. 2 hafta boyunca 4 ° C'de buzdolabında tutun.
2. Stok Çözeltisi B'nin Hazırlanması
   1. kimyasal ilave edilmeden önce, temiz bir 1 L çanağa damıtılmış 700 ml su ekleyin.
   2. Sürekli 500 ml bir hacme karıştırılırken, D-glukoz 41.45 g NaHCO ₃ 41.84 g ekleyin.
   3. Seyreltildikten sonra 1 L bir son hacme ulaşmak için daha fazla damıtılmış su ekleyin, her bir bileşiğin nihai konsantrasyon 11.5 mM D-glikoz ve 24.9 mM NaHCO _3'tür.
   4. 2 hafta boyunca 4 ° C'de buzdolabında tutun.
   5. Her deney karışımı önce 50 50 ml stok B ile stok ml sürekli karbojen (-% 5 _CO2 karışımı% 95 O ₂₎ ile oksijene ederken nihai konsantrasyon aCSF solüsyon elde etmek ve oda sıcaklığında bırakın damıtılmış su ile 1 L'ye getir en az 30 dakika karıştırıldı. Sadece her bir deney başında nihai konsantrasyon aCSF hazırlayın ve günün sonunda atın.

Sakkaroz-yapay beyin omurilik sıvısının 2. Hazırlık(Sakroz-CSF)

1. Stok Çözeltisi C hazırlanması
   1. kimyasal ilave edilmeden önce, temiz bir 1 L'lik bir kap için distile su, 700 ml ilave edilir.
   2. Sürekli damıtık su 500 mi karıştırılırken, sükroz, 240 g, NaHCO ₃ 6.55 g, KCI 0.671 g, _MgCl2 4.88 g, _CaCI2 0.22 g askorbik asit, 0.21 g ekleyin.
   3. Seyreltildikten sonra 1 L bir son hacme ulaşmak için daha fazla damıtılmış su ekleyin, her bir bileşiğin nihai konsantrasyon 701,1 mM sakaroz, 78 mM NaHCO _3, 9 mM KCI, 24 mM _MgCl2, 1.5 mM _CaCl2 ve 1.2 mM askorbik asit .
   4. en fazla bir hafta boyunca 4 ° C'de stok çözeltisi C tutun.
   5. Her deney karışımı önce sürekli bir karbojen (% 95 O _{2-5% CO2} karışımı) ile oksijene ise son konsantrasyonda sukroz-CSF çözelti elde etmek ve oda sıcaklığında bırakın distile su, 600 ml stok C, 50 ml, 300 mi en az 30 dakika karıştırıldı.

3. Dilim Hazırlık

1. karbojen ile oksijene, buz içinde 100 mi sükroz aCSF çözeltisi ile temiz bir beher yerleştirilir ve 0.1 M NaOH solüsyonu birkaç damla eklenirken bir pH metre kullanılarak 7.4 pH düzeltme (zaman pH <7.4) ya da 0.1 M HCI çözeltisi ( pH> 7.4).
2. sakaroz-aCSF ile bir vibratome bir kesim odasına kadar doldurun ve oksijen. Kesme odasına bağlanmış gliserol tabanlı soğutma sistemi açın ve 0 kadar soğuması için 15 dakika bekleyin - 4 ° C.
3. (; <50 ul son hacim ile 70 mg / kg, ip), Ketamin ile (yetişkin Zamanlı gebe Sprague-Dawley fareleri ile 12 yaş 9) yavrular anestezisi. yavru sakin olduğunda, çift o kuyruk tutam refleks yoktur edin.
4. yavrular başını kesmek.
   1. Bir karbonlu çelik neşter bıçak kullanarak geri ve forseps kullanarak yanlara cilt çekin önden uzunlamasına kafa cildi kesin. sc hareketli beyini çevreleyen kemik kesmekyanal issors ve tamamen beyin açığa çıkarın.
   2. Sonra hızla (başlangıçta hafifçe en kaudal alanlara doğru en rostral beyni dışarı itmek için koku ampul altına) bir spatula kullanarak beyin kaldırmak. Yavaşça buzla soğutulmuş oksijenli sükroz yapay beyin omurilik sıvısı (sükroz-CSF) içine beyin itin.
5. (Yarımkürede yaklaşık üçte birini öldürmesi) sağ hemisfer bir parasagital kesim olun ve manyetik içeren sagital 400 mikron bölümleri kesmek için bir vibroslicer kesme odasına sabit olacak bir metalik diske beynin kesilmiş tarafını tutkal pedunculopontine çekirdeği (PPN). bütün hücre patch-clamp kayıtları önce 45 dakika boyunca oda sıcaklığında PPN dilimleri tutun.

PPN Dilimleri 4. Kayıtlar Gamma-bant Salınımlılığı

1. Potasyum glukonat hücre içi Çözüm hazırlanması (High-K ⁺ Çözümü)
   1. Yerleştirmekdistile su 10 ml ile temiz bir beher buz. K ⁺ -gluconate, 90,68 mg phosphocreatine di Tris tuz, 47.66 mg HEPES, 1.5 mg EGTA, 40.58 mg Mg ²⁺ ATP ve 4 mg Na ⁺ ₂ -GTP: Sürekli eklemek karıştırırken.
   2. KOH 7.3 (damıtılmış su içinde 100 mM), pH ayarlama. 20 mL'lik bir son hacme ulaşmak için saf su ekle. 290 mOsm - gerekli olduğunda, 280 olarak sakaroz (damıtılmış su içinde 100 mM) ile, ozmolarite ayarlayın. Seyreltildikten sonra, her bir bileşiğin nihai konsantrasyon 124 mM K ⁺ -gluconate olan, 10 mM fosfokreatin di Tris tuzu, 10 mM HEPES, 0.2 mM EGTA, 4 mM Mg2 ⁺ -ATP ve 0.3 ^mM, Na ⁺ ₂ -GTP.
   3. Kısım hücre 1 ml tüpler çözeltiler ve dondurularak -20 ° C'de ilave edildi. günde bir kısım kullanın ve deneyler süresince 4 ° C'de tutun.
2. Tüm hücre yama Kelepçe Kayıtlar
   1. bir daldırma bölmesi dilimleri yerleştirin ve oksijenli ile (1.5 mL / dakika) ile perfüze(% 95 _O2 - _CO2,% 5), aşağıdaki reseptör antagonistlerini içeren CSF: Selektif NMDA reseptör antagonisti, bir 2-amino-5-phosphonovaleric asit (APV, 40 uM), rekabetçi AMP A / kainat bir glutamat reseptör antagonisti 6-siyano-7- nitrokuinoksalin-2,3-dion (CNQX, 10 uM), glisin reseptör antagonisti striknin (STR, 10 uM), belirli bir GABA _A reseptör antagonisti gabazine (GBZ, 10 uM) ve sodyum kanal bloke tetrodoksin (TTX 3μM)
      NOT: sonuçlar ve rakamlar, bu antagonistleri toplu olarak sinaptik bloker veya SBs adlandırılır.
   2. Kayıt yama pipetler dolgu, bir ticari olarak elde edilebilen parça pipet dolgu maddeleri kullanılarak hücre içi yüksek K ⁺ çözeltisi (Direnç 2-7 MQ 1,0 mm dış çapı ve 0.6 mm iç çap normal, ticari olarak temin edilebilir kalın duvarlı borosilikat cam kılcal yapılmış) çözelti filtre. onun amplifikatörün tutucu pipet yerleştirin. Küçük bir pos uygulaBir üç yollu vanaya bağlı bir silikon tüp kullanılarak pipet sahibine bağlı 1 ml'lik şırınga ile gösterilmiş pozitif basıncı. Bir yama kelepçe amplifikatör pipet tutucu arka bağlayın.
   3. yakın kızılötesi diferansiyel girişim kontrast optik kombine bir 4X objektif kullanılarak PPN çekirdeğe yakın bir mekanik mikromanipülatör kullanarak kayıt pipet hareket ettirin.
      NOT: PPN çekirdeği superior serebellar sapı ile dilimler dorsal görülebilir (SCP; akson kalın bir paket olarak gözlemlenebilir). Kayıt pipetler PPN'nin yerleşmişti sapı arka ucuna dorsal hemen bulunduğu compactadaki, pars.
   4. 40X suya daldırma lens kullanarak görüntülenmiştir iken PPN nöron ile temas halinde kayıt pipet getirin ve hızla hücre ile bir mühür formu negatif emiş uygulanır.
   5. Üreticinin protokolü kullanılarak negatif emme sırasında pipet direnci izlemek için gerilim kelepçe mühür yazılımını kullanın.
      1. Ne zaman olumsuz suction yavaş yavaş artar ve pipet ucu yama-kelepçe monitör tarafından okuma direnç değerleri 80 ulaşır - hızla mV -50 ve negatif basınç serbest tutma potansiyeli değiştirmek, 100 Mohm. Sürekli nöronun membran ve elektrik ile erişim tam hücre konfigürasyonunda elde edilir yırtılma girene kadar, emme uygulamak başlayın.
      2. gerilim kelepçe mühür yazılımı ile ölçülen erişim direnç değerleri 10 MOhm veya daha yüksek ise, o zaman küçük miktarlarda negatif emme uygulayarak devam edin.
   6. Kapasitans telafi gerilim kelepçe modunda ve seri direnç (yani, yavaş ve hızlı geçici hücrenin zarı kırılması sonra gözlenen). Köprü değerleri telafi hızla geçerli kelepçe kayıt moduna geçmek ve (örneğin, amplifikatör düğmesini taşımak veya computer's fareyi kullanarak otomatik kompanzasyon menüsünü tıklayın).
      1. PPN nöronun sürekli dinlenme monitörü zar potansiyeli u kaydediliyorüreticinin protokolünü şarkı. depolarizan veya hiperpolarizan değerlere doğru membran potansiyeli kayması istirahat, daha sonra optimum -50 mV nihai değerini tutmak için doğru akım (100 pA kadar) küçük miktarlarda kullanın.
         NOT: -48 mV istikrarlı istirahat membran potansiyeli (RMP) veya daha fazla hiperpolarize (yani, RMP <-48 mV) ile sadece PPN nöronlar tutun.

Sonuçlar

Başlangıçta, gama salınımlar kare akım darbeleri kullanarak uyarılmış bulundu. Sinaptik bloker ve TTX huzurunda PPN nöronların Güncel kelepçe kayıt sürekli istirahat membran potansiyeli ~ -50 mV (Şekil 1A) istikrarlı tutuldu sağlamak için izlenmiştir. İki saniyelik kare akım darbeleri 200 Pa ila 600 Pa (Şekil 1A) genliği artan kayıt pipet ile yama kelepçe amplifikatör tarafından hücre enjekte edilmiştir. Membran potansiyeli ...

Tartışmalar

PPN nöronlar onları uyanık ya da REM uykusu sırasında değil, yavaş dalga uykusu ^2,3,5,13-17 sırasında olan hayvanlardan elde in vivo kayıtları sırasında beta / gama bandı frekanslarında aksiyon potansiyelleri ateş izin içsel özelliklere sahiptir. PPN EEG kayıtları sırasında gama frekansları azaltılmış dışında yazarlar daha ön seviyelerinde olduğu beyin sapı terimleri göstermiştir. Beyin sapı lezyonları bu çekirdek bulunduğu yere posterior Ancak, PPN'nin doğr...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sucrose	Sigma-Aldrich	S8501	C12H22O11, molecular weight = 342.30
Sodium Bicarbonate	Sigma-Aldrich	S6014	NaHCO3, molecular weight = 84.01
Potassium Chloride	Sigma-Aldrich	P3911	KCl, molecular weight = 74.55
Magnesium Chloride Hexahydrate	Sigma-Aldrich	M9272	MgCl2 · 6H2O, molecular weight =  203.30
Calcium Chloride Dihydrate	Sigma-Aldrich	C3881	CaCl2 · 2H2O, molecular weight =147.02
D-(+)-Glucose	Sigma-Aldrich	G5767	C6H12O6, molecular weight = 180.16
L-Ascorbic Acid	Sigma-Aldrich	A5960	C6H8O6, molecular weight =176.12
Sodium Chloride	Acros Organics	327300025	NaCl, molecular weight =  58.44
Potassium Gluconate	Sigma-Aldrich	G4500	C6H11KO7, molecular weight =  234.25
Phosphocreatine di(tris) salt	Sigma-Aldrich	P1937	C4H10N3O5P · 2C4H11NO3, molecular weight =  453.38
HEPES	Sigma-Aldrich	H3375	C8H18N2O4S, molecular weight = 238.30
EGTA	Sigma-Aldrich	E0396	[-CH2OCH2CH2N(CH2CO2H)2]2, molecular weight = 380.40
Adenosine 5'-triphosphate magnesium salt	Sigma-Aldrich	A9187	C10H16N5O13P3 · xMg2+, molecular weight = 507.18
Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate	Sigma-Aldrich	G8877	C10H16N5O14P3 · xNa+, molecular weight = 523.18
Tetrodotoxin citrate	Alomone Labs	T-550	C11H17N3O8, molecular weight = 319.27
DL-2-Amino-5-Phosphonovaleric Acid	Sigma-Aldrich	A5282	C5H12NO5P, molecular weight = 197.13
CNQX disodium salt hydrate	Sigma-Aldrich	C239	C9H2N4Na2O4 · xH2O, molecular weight = 276.12
Strychnine	Sigma-Aldrich	S0532	C21H22N2O2, molecular weight = 334.41
Mecamylamine hydrochloride	Sigma-Aldrich	M9020	C11H21N · HCl, molecular weight = 203.75
Gabazine (SR-95531)	Sigma-Aldrich	S106	C15H18BrN3O3, molecular weight = 368.23
Ketamine hydrochloride	Mylan	67457-001-00
Microscope	Nikon	Eclipse E600FN
Micromanipulator	Sutter Instruments	ROE-200
Micromanipulator	Sutter Instruments	MPC-200
Amplifier	Molecular Devices	Multiclamp 700B
A/D converter	Molecular Devices	Digidata 1440A
Heater	Warner Instruments	TC-324B
Pump	Cole-Parmer	Masterflex L/S 7519-20
Pump cartridge	Cole-Parmer	Masterflex 7519-85
Pipette puller	Sutter Instruments	P-97
Camera	Q-Imaging	RET-200R-F-M-12-C
Vibratome	Leica Biosystems	Leica VT1200 S
Refrigeration system	Vibratome Instruments	900R
Equipment
microscope	Nikon	Eclipse E600FN
micromanipulator	Sutter Instruments	ROE-200
micromanipulator	Sutter Instruments	MPC-200
amplifier	Molecular Devices	Multiclamp 700B
A/D converter	Molecular Devices	Digidata 1440A
heater	Warner Instruments	TC-324B
pump	Cole-Parmer	Masterflex L/S 7519-20
pump cartridge	Cole-Parmer	Masterflex 7519-85
pipette puller	Sutter Instruments	P-97
camera	Q-Imaging	RET-200R-F-M-12-C