Name: in vivo two-photon imaging of experience-dependent molecular changes in cortical neurons
Uploaded: 2013-01-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons at JoVE.com

Forfatterne ønsker å takke L. Belluscio for kirurgi filming utstyr, D. Kwon for filming hjelp, K. Liu for videoredigering hjelp, og K. MacLeod for all bakgrunnsmusikk. KW erkjenner sjenerøs støtte fra NIMH Division of egenutført forskningsprogrammer og Genes, kognisjon og Psykose Program. Dette arbeidet ble støttet av NIMH egenutført Research Program (VC, YY, SMKW) og Niaa Seksjon for egenutført Clinical and Biological Research Program (VC, RMC, DML).

De eksperimentelle prosedyrer beskrevet nedenfor ble godkjent av National Institute of Mental Health Animal Care og bruk komité og var i samsvar med National Institutes of Health Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr. 1. Preoperativ forberedelse <ol><li> Rengjør verktøy i en varm perle sterilisator før aseptisk kirurgi, rengjøre kirurgi området med 70% etanol, og sette ned Clean Drop kluter. Slitasje sterile hansker. Anesthetize dyret med nylagde 1,2% Avertin løsning, git...

<ol>
	<li>Leslie, J. H., Nedivi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-regulated+genes+as+mediators+of+neural+circuit+plasticity.">Activity-regulated genes as mediators of neural circuit plasticity.</a> Progress in neurobiology. 94 (3), 223-237 (2011).</li><li>Flavell, S. W., Greenberg, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signaling+mechanisms+linking+neuronal+activity+to+gene+expression+and+plasticity+of+the+nervous+system.">Signaling mechanisms linking neuronal activity to gene expression and plasticity of the nervous system.</a> Annual review of neuroscience. 31, 563-590 (2008).</li><li>Guzowski, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+behaviorally+relevant+neural+circuits+with+immediate-early+gene+expression.">Mapping behaviorally relevant neural circuits with immediate-early gene expression.</a> Current opinion in neurobiology. 15 (5), 599-606 (2005).</li><li>Barth, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+circuits+and+systems+using+transgenic+reporters+of+neural+activity.">Visualizing circuits and systems using transgenic reporters of neural activity.</a> Curr. Opin. Neurobiol. 17 (5), 567-5671 (2007).</li><li>Lyford, G. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=a+growth+factor+and+activity-regulated+gene,+encodes+a+novel+cytoskeleton-associated+protein+that+is+enriched+in+neuronal+dendrites.">a growth factor and activity-regulated gene, encodes a novel cytoskeleton-associated protein that is enriched in neuronal dendrites.</a> Neuron. 14 (2), 433-445 (1995).</li><li>Link, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Somatodendritic+expression+of+an+immediate+early+gene+is+regulated+by+synaptic+activity.">Somatodendritic expression of an immediate early gene is regulated by synaptic activity.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92 (12), 5734-5738 (1995).</li><li>Shepherd, J. D., Bear, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+views+of+Arc,+a+master+regulator+of+synaptic+plasticity.">New views of Arc, a master regulator of synaptic plasticity.</a> Nature neuroscience. 14 (3), 279-284 (2011).</li><li>Fu, M., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience-dependent+structural+plasticity+in+the+cortex.">Experience-dependent structural plasticity in the cortex.</a> Trends in Neurosciences. 34 (4), 177-187 (2011).</li><li>Holtmaat, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term,+high-resolution+imaging+in+the+mouse+neocortex+through+a+chronic+cranial+window.">Long-term, high-resolution imaging in the mouse neocortex through a chronic cranial window.</a> Nature. 4 (8), 1128-1144 (2009).</li><li>Wang, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+two-photon+imaging+reveals+a+role+of+arc+in+enhancing+orientation+specificity+in+visual+cortex.">In vivo two-photon imaging reveals a role of arc in enhancing orientation specificity in visual cortex.</a> Cell. 126 (2), 389-402 (2006).</li><li>Mostany, R., Portera-Cailliau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Craniotomy+Surgery+Procedure+for+Chronic+Brain+Imaging.">A Craniotomy Surgery Procedure for Chronic Brain Imaging.</a> J. Vis. Exp. (12), e680 (2008).</li><li>Dombeck, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+Large-Scale+Neural+Activity+with+Cellular+Resolution+in+Awake.">Imaging Large-Scale Neural Activity with Cellular Resolution in Awake.</a> Mobile Mice. Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li><li>Zipfel, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+tissue+intrinsic+emission+microscopy+using+multiphoton-excited+native+fluorescence+and+second+harmonic+generation.">Live tissue intrinsic emission microscopy using multiphoton-excited native fluorescence and second harmonic generation.</a> PNAS. 100 (12), 7075-7080 (2003).</li><li>Eichhoff, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+calcium+imaging+of+the+aging+and+diseased+brain.">In vivo calcium imaging of the aging and diseased brain.</a> Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 35, 99-106 (2008).</li><li>Klohs, J., Rudin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unveiling+molecular+events+in+the+brain+by+noninvasive+imaging.+The+Neuroscientist:+a+review+journal+bringing+neurobiology.">Unveiling molecular events in the brain by noninvasive imaging. The Neuroscientist: a review journal bringing neurobiology.</a> neurology and psychiatry. 17 (5), 539-559 (2011).</li><li>Chen, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+chamber+and+artificial+dura+method+for+long-term+optical+imaging+in+the+monkey.">A chamber and artificial dura method for long-term optical imaging in the monkey.</a> Journal of neuroscience. 113 (1), 41-419 (2002).</li><li>Kleinfeld, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluctuations+and+stimulus-induced+changes+in+blood+flow+observed+in+individual+capillaries+in+layers+2+through+4+of+rat+neocortex.">Fluctuations and stimulus-induced changes in blood flow observed in individual capillaries in layers 2 through 4 of rat neocortex.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (26), 15741-15746 (1998).</li><li>Barretto, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-lapse+imaging+of+disease+progression+in+deep+brain+areas+using+fluorescence+microendoscopy.">Time-lapse imaging of disease progression in deep brain areas using fluorescence microendoscopy.</a> Nature medicine. 17 (2), 223-228 (2011).</li><li>Stosiek, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+two-photon+calcium+imaging+of+neuronal+networks.">In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (12), 7319-7324 (2003).</li><li>Tian, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+neural+activity+in+worms,+flies+and+mice+with+improved+GCaMP+calcium+indicators.">Imaging neural activity in worms, flies and mice with improved GCaMP calcium indicators.</a> Nat. Methods. 6 (12), 875-881 (2009).</li></ol>

In vivo avbildning metoden beskrevet her gjør gjentatt undersøkelse av Arc genuttrykk endringer i de samme sett av nevroner over flere dager i levende dyr. Det er en effektiv og fleksibel metode for å få informasjon om nevrale plastisitet-relaterte molekylære dynamikk i enkelte nerveceller i respons på ulike atferdsmessige erfaringer. Standard histokjemiske metoder som in situ hybridisering og farging kan oppnå encellede oppløsning 3, men mangler evnen til å spore genekspresjon endr...

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på utstyr </td><td> Selskapet </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer (valgfritt) </td></tr><tr><td> FV1000 multi-foton laser scanning mikroskop </td><td> Olympus </td><td> FV1000MPE </td><td> Imaging </td></tr><tr><td> Disseksjon mikroskop </td><td> Omano </td><td> 555V107 </td><td> Kirurgi </td></tr><tr><td> Stereotaxis kirurgi scenen for mus </td><td> Harvard Apparatus </td><td> 726335 </td><td> Kirurgi </td></tr><tr><td> 20X eller 25X vann nedsenking mål </td><td> Olympus </td><td> XLPL25XWMP </td><td> Imaging </td></tr><tr><td> Mikroskop scenen med head-fiksering ramme </td><td> Skreddersydde </td><td> N / A </td><td> Imaging </td></tr><tr><td> Fin tang </td><td> Fin Science Verktøy </td><td> 11251-20 </td><td> Kirurgi </td></tr><tr><td> Dental drill burr </td><td> Fin Science Verktøy </td><td> 19007-05 </td><td> Kirurgi </td></tr><tr><td> CCD-kamera </td><td> QImaging </td><td> QICAM 12-bit </td><td> Imaging </td></tr></tbody></table>

in vivo two-photon imaging of experience-dependent molecular changes in cortical neurons

Hjernens evne til å endre i respons til erfaring er viktig for sunn hjernefunksjon, og abnormaliteter i denne prosessen bidrar til en rekke av hjernen lidelser 1,2. For bedre å forstå de mekanismer som hjernen kretser reagerer på et dyrs opplevelse krever evne til å overvåke erfaring-avhengige molekylære endringer i et gitt sett av nevroner, over en lengre tidsperiode, i levende dyr. Mens erfaring og tilhørende nevral aktivitet er kjent for å utløse genekspresjon endringer i nevroner 1,2, til de fleste av metodene oppdage slike endringer ikke tillater gjentatt observasjon av de samme neuronene over flere dager eller ikke har tilstrekkelig oppløsning til å observere individuelle nevroner 3 , 4. Her beskriver vi en metode som kombinerer in vivo to-foton mikroskopi med en genetisk kodet fluorescerende reporter å spore erfaring-avhengige genuttrykk endringer i enkelte kortikale nevroner over<html> løpet av dag-til-dag opplevelse. En av de veletablerte erfaring-avhengige gener er aktivitet regulert cytoskeletal assosiert protein (Arc) 5,6. Transkripsjon av Arc er raskt og sterkt indusert av intensivert neuronal aktivitet 3, og protein produktet regulerer endocytose av glutamat reseptorer og langsiktig synaptisk plastisitet 7. Uttrykket av Arc har vært mye brukt som en molekylær markør for å kartlegge nevrale kretser som er involvert i bestemte atferd 3. I de fleste av disse studiene, ble Arc uttrykk oppdaget ved in situ hybridisering eller immunhistokjemi i faste hjernen seksjoner. Selv om disse metodene viste at uttrykket av Arc ble lokalisert til en undergruppe av eksitatoriske nevroner etter atferdsmessige erfaring, hvordan de cellulære mønstre av Arc uttrykk kan forandre seg med flere episoder av gjentatte eller særegne opplevelser over dager ble ikke undersøkt. ntent &quot;&gt; In vivo to-foton mikroskopi tilbyr en effektiv måte å undersøke erfaring-avhengige celleforandringer i levende hjernen 8,9. For at undersøkelsen av Arc uttrykk i levende neuroner av to-foton mikroskopi, vi tidligere genererte en knock- i mus linje der en GFP reporter er plassert under kontroll av den endogene Arc promoter 10. Denne protokollen beskriver kirurgiske forberedelser og bildebehandling prosedyrer for sporing erfaring-avhengige Arc-GFP uttrykk mønstre i neuronal ensembler i levende dyr. I denne metoden , kroniske kraniale vinduer ble først implantert i Arc-GFP mus over kortikale regioner av interesse. Disse dyrene ble deretter gjentatte ganger avbildes av to-foton mikroskopi etter ønskede atferdsmessige paradigmer i løpet av flere dager. Denne metoden kan være gjelder generelt for dyr som bærer andre fluorescerende journalister erfaring-avhengige molekylære endringer 4.

<html> Denne protokollen beskriver en metode for å spore erfaring-avhengige molekylære endringer i enkelte kortikale nevroner i levende dyr. En kronisk cranial vindu først opprettes over en kortikal regionen av interesse i en mus som bærer en fluorescerende reporter av genekspresjon. To-foton mikroskopi kan deretter bli kombinert med ulike atferdsmessige paradigmer å observere behaviorally induserte molekylære endringer i individuelle nevroner og spore slike endringer i de samme sett av nevroner over flere dager <s...

Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons at JoVE.com

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

Erfaring-avhengige molekylære endringer i nevroner er avgjørende for hjernens evne til å tilpasse seg i respons til atferdsmessige utfordringer. En<em&gt; In vivo</em&gt; To-foton bildebehandling Metoden er beskrevet her som gjør at sporing av slike molekylære endringer i enkelte kortikale nevroner gjennom genetisk kodet journalister.

I Vivo to-foton avbildning av erfaring-avhengige molekylære endringer i kortikale Neurons

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation

A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation

Traditionally in neuroscience, in vivo two photon imaging of the murine central nervous system has either involved the use of open-skull1,2 or ...

In vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord Using Two-photon Microscopy

In vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord Using Two-photon Microscopy

In vivo Imaging av Mouse Spinal Cord Bruke to-foton Mikroskopi

In vivo imaging using two-photon microscopy 1 in mice that have been genetically engineered to express fluorescent proteins in specific cell types 2-3 has ...

In Vivo Two-Photon Microscopy of Single Nerve Endings in Skin

In Vivo Two-Photon Microscopy of Single Nerve Endings in Skin

In Vivo to-foton mikroskopi av Enkeltnerveender i hud

Nerve endings in skin are involved in physiological processes such as sensing1 as well as in pathological processes such as neuropathic pain2. Their ...

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

To-Photon<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging av dendrittutløperne i Mouse Cortex Bruke en Tynnet-skalle Forberedelse

In the mammalian cortex, neurons form extremely complicated networks and exchange information at synapses. Changes in synaptic strength, as well as ...

Two-photon Imaging of Cellular Dynamics in the Mouse Spinal Cord

To-foton Imaging av Cellular Dynamics i Mouse Spinal Cord

Two-photon (2P) microscopy is utilized to reveal cellular dynamics and interactions deep within living, intact tissues. Here, we present a method for ...

Simultaneous Two-photon In Vivo Imaging of Synaptic Inputs and Postsynaptic Targets in the Mouse Retrosplenial Cortex

Simultaneous Two-photon In Vivo Imaging of Synaptic Inputs and Postsynaptic Targets in the Mouse Retrosplenial Cortex

Samtidig To-foton<em&gt; I Vivo</em&gt; Imaging av synaptiske innganger og postsynaptiske mål i Mouse Retrosplenial Cortex

This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in the mouse retrosplenial cortex (RSC) using in vivo two-photon ...

Quantification of Filamentous Actin (F-actin) Puncta in Rat Cortical Neurons

Quantification of Filamentous Actin F-actin Puncta in Rat Cortical Neurons

Kvantifisering av Trådformede Actin (F-aktin) puncta i Rat kortikale nevroner

Filamentous actin protein (F-actin) plays a major role in spinogenesis, synaptic plasticity, and synaptic stability. Changes in dendritic F-actin rich ...

Two-photon Calcium Imaging in Neuronal Dendrites in Brain Slices

To-fotonet kalsium Imaging i Neuronal Dendrites i hjernen skiver

Calcium (Ca2+) imaging is a powerful tool to investigate the spatiotemporal dynamics of intracellular Ca2+ signals in neuronal dendrites. Ca2+ ...

In Vivo Two-photon Imaging of Cortical Neurons in Neonatal Mice

In Vivo Two-photon Imaging of Cortical Neurons in Neonatal Mice

I Vivo To-fotonet avbilding av kortikale nevroner i Neonatal mus

Two-photon imaging is a powerful tool for the in vivo analysis of neuronal circuits in the mammalian brain. However, a limited number of in vivo imaging ...

Transpupillary Two-Photon In Vivo Imaging of the Mouse Retina

Transpupillary To-foton In vivo Avbildning av musens netthinne

The retina transforms light signals from the environment into electrical signals that are propagated to the brain. Diseases of the retina are prevalent ...