Name: implementing dynamic clamp with synaptic and artificial conductances in mouse retinal ganglion cells
Uploaded: 2013-05-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Implementing Dynamic Clamp with Synaptic and Artificial Conductances in Mouse Retinal Ganglion Cells at JoVE.com

Este trabajo es apoyado por el Consejo Australiano de Investigación (ARC DP0988227) y la Iniciativa de Investigación de Ciencias Biomédicas subvención de la disciplina de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Sydney. El amplificador de patch clamp equipo EPC 8 fue financiado por el Fondo de inicio de la disciplina de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Sydney. El Instrutech LIH 8 8 Sistema de Adquisición de Datos equipos se compraron con los fondos de la Fundación Rebecca L. Cooper y el Fondo de inicio de la disciplina de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Sydney. Nos gustaría agradecer a los revisores anónimos por sus sugerencias y comentarios perspicaces.

1. Configuración general y preparación de tejidos <ol><li> Mantenga el puntero del ratón en la oscuridad durante 30 min (tratar de reducir su nivel de estrés). Mientras espera, preparar 1 l de solución extracelular. En primer lugar se disuelven 1,9 g de bicarbonato de sodio en medio de un litro de agua Milli-Q. Su pH se mantiene en el 7,4 por burbujeo con un 95% de O2 y 5% de CO 2. Cinco minutos más tarde, se disuelven 8,8 g de Ames Medio en 100 ml de agua Milli-Q, se suman a la solución d...

<ol>
	<li>Robinson, H. P. C., Kawai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injection+of+digitally+synthesized+synaptic+conductance+transients+to+measure+the+integrative+properties+of+neurons.">Injection of digitally synthesized synaptic conductance transients to measure the integrative properties of neurons.</a> Journal of Neuroscience Methods. 49, 157-165 (1993).</li><li>Sharp, A. A., O'Neil, M. B., Abbott, L. F., Marder, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dynamic+clamp:+artificial+conductances+in+biological+neurons.">The dynamic clamp: artificial conductances in biological neurons.</a> Trends in Neuroscience. 16, 389-394 (1993).</li><li>Sharp, A. A., O'Neil, M. B., Abbott, L. F., Marder, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+clamp:+computer-generated+conductances+in+real+neurons.">Dynamic clamp: computer-generated conductances in real neurons.</a> Journal of Neurophysiology. 69, 992-995 (1993).</li><li>Johnson, D., Wu, S. M. -. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Foundations of cellular neurophysiology. , (1995).</li><li>Taylor, W. R., Vaney, D. 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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-attached+voltage-clamp+and+current-clamp+recording+and+stimulation+techniques+in+brain+slices.">Cell-attached voltage-clamp and current-clamp recording and stimulation techniques in brain slices.</a> Journal of Neuroscience Methods. 154 (1-2), 1-18 (2006).</li><li>Feng, S. S., Jaeger, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+SK+calcium-dependent+potassium+currents+in+regulating+the+activity+of+deep+cerebellar+nucleus+neurons:+a+dynamic+clamp+study.">The role of SK calcium-dependent potassium currents in regulating the activity of deep cerebellar nucleus neurons: a dynamic clamp study.</a> Cerebellum. 7 (4), 542-546 (2008).</li><li>Butera, R., Lin, R., Destexhe, A., Bal, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Key+factors+for+improving+dynamic+clamp+performance.+In:+Dynamic-Clamp+From+Principles+to+Applications+Series.">Key factors for improving dynamic clamp performance. In: Dynamic-Clamp From Principles to Applications Series.</a> Dynamic-Clamp From Principles to Applications Series: Springer Series in Computational Neuroscience. 1, (2009).</li><li>Marco, S. D. i., Nguyen, V. A., Bisti, S., Protti, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permanent+functional+reorganization+of+retinal+circuits+induced+by+early+long-term+visual+deprivation.">Permanent functional reorganization of retinal circuits induced by early long-term visual deprivation.</a> The Journal of Neuroscience. 29 (43), 13691-13701 (2009).</li><li>Zhao, Y., Inayat, S., Dikin, D. A., Singer, J. H., Ruoff, R. S., Troy, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patch+clamp+technique:+review+of+the+current+state+of+the+art+and+potential+contributions+from+nanoengineering.">Patch clamp technique: review of the current state of the art and potential contributions from nanoengineering.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: Journal of Nanoengineering and Nanosystems. 222 (1), 1-11 (2009).</li><li>Lobb, C. J., Paladini, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+a+NMDA+receptor+conductance+in+rat+midbrain+dopaminergic+neurons+using+the+dynamic+clamp+technique.">Application of a NMDA receptor conductance in rat midbrain dopaminergic neurons using the dynamic clamp technique.</a> J. Vis. Exp. (46), e2275 (2010).</li><li>Briggman, K. L., Euler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+electroporation+and+population+calcium+imaging+in+the+adult+mammalian+retina.">Bulk electroporation and population calcium imaging in the adult mammalian retina.</a> Journal of Neurophysiology. 105 (5), 2601-2609 (2011).</li><li>Middleton, T. P., Protti, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannabinoids+modulate+spontaneous+synaptic+activity+in+retinal+ganglion+cells.">Cannabinoids modulate spontaneous synaptic activity in retinal ganglion cells.</a> Visual Neuroscience. 28 (5), 393-402 (2011).</li><li>Pottek, M., Knop, G. C., Weiler, R., Dedek, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+characterization+of+GFP-expressing+cell+populations+in+the+intact+retina.">Electrophysiological characterization of GFP-expressing cell populations in the intact retina.</a> J. Vis. Exp. (57), e3457 (2011).</li></ol>

Aquí se muestra el uso de la abrazadera dinámico para evaluar la influencia de la relación y la temporización relativa de la excitación y la inhibición en la producción de células ganglionares de la retina. Abrazadera dinámica hace uso de simulaciones por ordenador para introducir conductancias sinápticas fisiológicamente grabados o artificiales en neuronas vivas. Esta metodología proporciona una herramienta interactiva por el cual las conductancias pueden ser modificados y se inyecta en las neuronas para ca...

La retina es un tejido neural casi transparente que recubre la parte posterior del ojo. Muchos estudios utilizan la retina como modelo para investigar los primeros pasos en el procesamiento visual y los mecanismos de señalización sináptica. Dado que la red de la retina en la preparación de todo el montaje se mantiene intacta después de la disección, se representa un sistema ideal para estudiar las interacciones sinápticas como sus respuestas fisiológicas son muy similares a las condiciones in vivo. Por lo tanto, el uso de una retina aislada de las propiedades de las neuronas puede ser estudiado mediante técnicas de patch clamp (para revisiones en la técnica, véase 6,9,13). Identificación de la contribución exacta de los circuitos y los neurotransmisores a la respuesta de células ganglionares específicos, sin embargo, se ve obstaculizada por lo general como agentes farmacológicos actúan en varios sitios. Respuestas fisiológicas de neuronas de la retina a la luz, el estímulo natural se pueden grabar con pipetas de vidrio llenos de líquido intracelular. Con cl patchtécnicas de amplificación, las respuestas neuronales a la estimulación de luz se pueden grabar como membrana fluctuaciones potenciales (pinza de corriente) o como corrientes (fijación de voltaje). Al mantener el potencial de membrana a diferentes voltajes y la implementación de un análisis de la conductancia a posteriori, es posible aislar entradas sinápticas inhibitorias y excitatorias 5,12. Este tipo de experimentos se puede llevar a cabo en un medio de baño normal y en la presencia de diferentes agentes farmacológicos para aislar la contribución de los diferentes neurotransmisores y receptores a las respuestas neuronales. Una gran cantidad de estudios de muchos laboratorios caracteriza la dependencia de la adición de salida y entradas excitatorias e inhibitorias en las propiedades de estímulo, como el tamaño, el contraste, las frecuencias espaciales y temporales, la dirección, orientación y otras variables de estímulo. Aunque estos enfoques experimentales proporcionan información acerca de la relación entre la salida de pico y entradas sinápticas como una función de las propiedades de estímulo,interpretación de la contribución de los tipos de células específicas y de sus entradas sinápticas a la excitabilidad celular no es sencillo. Esto es debido al hecho de que los insumos típicamente tanto excitatorios e inhibitorios varían con las propiedades de estímulo y, por tanto, no es posible evaluar el impacto preciso que los cambios en cualquiera de estas entradas tiene en spiking neuronal. Un enfoque alternativo para eludir estas limitaciones es para llevar a cabo abrazadera grabaciones dinámicos, que permiten una evaluación crítica de la contribución de las entradas sinápticas individuales para clavar de salida. La técnica de la pinza dinámica permite la inyección directa de la corriente en la célula y la cantidad de corriente inyectada en un momento dado depende del potencial de membrana registrada en ese momento 1,2,3 (para una revisión, ver 7,14). Se trata de una pinza de corriente modificada configuración donde a, interacción rápida retroalimentación en tiempo real entre la célula en la grabación y el equipo que comprende hardware especializado, softwarey se logra un ordenador. La cantidad de corriente inyectada en la célula se calcula en consecuencia. Por lo tanto, la ventaja de este método es que la célula puede ser estimulada con diferentes combinaciones de formas de onda de la conductancia, y su respuesta se imitan la activación de los receptores que median las entradas sinápticas. Por ejemplo, la comparación de la respuesta a la inyección de las conductancias de excitación e inhibición para una pequeña mancha con la respuesta a la inyección de la conductancia excitador para un pequeño punto sólo proporciona información sobre el impacto de la inhibición de la respuesta celular. Del mismo modo, otras combinaciones de conductancias registrados fisiológicamente pueden ser co-inyectaron a revelar cómo estímulo dependiente de los cambios en las conductancias excitatorios y / o inhibidor afecta a la salida pico. En nuestro estudio, la técnica de la pinza dinámica se utiliza para demostrar el impacto de la amplitud relativa y el momento de entradas sinápticas sobre las propiedades de disparo de las células ganglionares de la retina. Varios conductanciasobtenido a partir de experimentos fisiológicos en condiciones de control o en presencia de agentes farmacológicos fueron empleados como entradas. Además, también se utilizaron las conductancias artificiales basados ​​en funciones alfa con el fin de investigar cómo entradas sinápticas están integrados por las neuronas. Por lo tanto esta es una técnica versátil que permite distintos tipos de conductancia generado ya sea fisiológicamente, farmacológicamente o computacionalmente para ser inyectada en la misma célula ganglionar, lo que la comparación de las respuestas a estas entradas se puede hacer.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane Inhalation Anaesthetic</td>
			<td>Pharmachem</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ames Medium with L-Glutamate (Powder)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Gluconate, Anhydrous</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES Sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride solution (4.9 mol/l)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adenosine 5'-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde Powder, 95%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Lucifer Yellow, Rabbit IgG Fraction (3 mg/ml)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 594 Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) 2 mg/ml</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent Preserving Media</td>
			<td>BioFX Laboratories Inc.</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Capillary Glass Tubing with flame polished ends (OD = 1.50 mm, ID = 0.86 mm, Length = 15 cm)</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>64-0794</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Stage Glass Microelectrode Puller</td>
			<td>Narishinge Japan</td>
			<td>Model PP-830</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minipuls 2</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millex-GV 0.22 &mu;m Filter Unit</td>
			<td>Millipore Corporation</td>
			<td>SLGV004SL</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer Lock Reusable Hypodermic Needle: 30 G</td>
			<td>Smith &amp; Nephew (Australia)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Inline Solution Heater</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>Model SH-27B</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual Automatic Temperature Controller</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>TC-344B</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus Stereomicroscope SZ61</td>
			<td>Olympus Corporation</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus Microscope BX50WI: with 40X objective</td>
			<td>Olympus Corporation</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0-30 V 2.5 A DC Power Supply</td>
			<td>Dick Smith Electronics</td>
			<td>Q1770</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Microscopic Camera ProgResMF cool</td>
			<td>Jenoptik</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator MP-225</td>
			<td>Sutter Instrument Company</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Patch Clamp Amplifier EPC 8</td>
			<td>HEKA Elektronik</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InstruTECH LIH 8+8 Data Acquisition System</td>
			<td>HEKA Elektronik</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer: DELL</td>
			<td>Dell Corporation</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implementing dynamic clamp with synaptic and artificial conductances in mouse retinal ganglion cells

Las células ganglionares son las neuronas de salida de la retina y su actividad refleja la integración de múltiples entradas sinápticas derivados de circuitos neuronales específicas. Técnicas de patch clamp, de fijación de voltaje y configuraciones de corriente con la pinza, se utilizan comúnmente para estudiar las propiedades fisiológicas de las neuronas y caracterizar sus entradas sinápticas. Aunque la aplicación de estas técnicas es altamente informativo, plantean varias limitaciones. Por ejemplo, es difícil de cuantificar cómo las interacciones exactas de las entradas excitadoras e inhibidoras determinan de salida de respuesta. Para solucionar este problema, se utilizó una técnica de modificación actual abrazadera, abrazadera dinámica, también llamada la conductancia abrazadera 1, 2, 3 y examinamos el impacto de entradas sinápticas excitatorios e inhibitorios sobre la excitabilidad neuronal. Esta técnica requiere la inyección de corriente en la célula y es dependiente de la retroalimentación en tiempo real de su potencial de la membrana en ese momento. El injectéd actual se calcula a partir predeterminados conductancias sinápticas excitatorias e inhibitorias, sus potenciales de inversión y instantánea potencial de membrana de la célula. Los detalles de los procedimientos experimentales, patch clamp células para lograr una configuración de célula y el empleo de la técnica de sujeción dinámico se ilustran en este artículo de vídeo. Aquí, se muestra las respuestas de las células ganglionares de la retina de ratón para varias formas de onda de la conductancia obtenido a partir de experimentos fisiológicos en condiciones de control o en la presencia de drogas. Además, se muestra el uso de las conductancias excitatorios e inhibitorios artificiales generados usando funciones alfa para investigar las respuestas de las células.

La contribución de las diferentes fuentes de entradas inhibitorias a las respuestas de células ganglionares se demuestra a través de la aplicación de diversas formas de onda de la conductancia. Estas formas de onda se obtuvieron con estímulos de diferente luminancia en condiciones normales y en presencia de TTX, Na + dependiente de voltaje bloqueador de los canales que bloquea la generación de potencial de acción sólo en un subconjunto de interneuronas inhibidoras de la retina. Figura 2A</stro...

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Implementing Dynamic Clamp with Synaptic and Artificial Conductances in Mouse Retinal Ganglion Cells

Este artículo de vídeo ilustra los set-up, los procedimientos para remendar los cuerpos celulares y cómo implementar clamp grabaciones dinámicas de las células ganglionares de todo el montaje del ratón retinas. Esta técnica permite la investigación de la contribución precisa de entradas sinápticas excitatorias e inhibitorias, y su magnitud relativa y el momento para spiking neuronal.

Implementar Clamp dinámico con conductancias sinápticas y artificiales en células de ratón ganglionares retinianas

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JoVE Journal

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