Name: multi-photon intracellular sodium imaging combined with uv-mediated focal uncaging of glutamate in ca1 pyramidal neurons
Uploaded: 2014-10-08T14:00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multi-photon Intracellular Sodium Imaging Combined with UV-mediated Focal Uncaging of Glutamate in CA1 Pyramidal Neurons at JoVE.com

Diese Studie wurde durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, Ro2327 / 6-1), um CRR Die Autoren möchten Durry S. und C. Rodrigo für kompetente technische Unterstützung, und M. Dübbert (Elektronik-Labor, Zoologisches Institut danken unterstützt , Universität zu Köln, Deutschland) um Hilfe bei der Umsetzung der Pockels-Zelle-Controller und die HF-Schalter.

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	<li>Rose, C. R., Kovalchuk, Y., Eilers, J., Konnerth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+Na++imaging+in+spines+and+fine+dendrites+of+central+neurons.">Two-photon Na+ imaging in spines and fine dendrites of central neurons.</a> Pflueg. Arch., Eur. J. Phy. 439, 201-207 (1999).</li><li>Rose, C. R., Konnerth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMDA+receptor-mediated+Na++signals+in+spines+and+dendrites.">NMDA receptor-mediated Na+ signals in spines and dendrites.</a> J. Neurosci. 21, 4207-4214 (2001).</li><li>Meier, S. D., Kovalchuk, Y., Rose, C. 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Exp. , (2011).</li><li>Pannasch, U., Sibille, J., Rouach, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+electrophysiological+recordings+of+synaptically-evoked+astroglial+and+neuronal+responses+in+acute+hippocampal+slices.">Dual electrophysiological recordings of synaptically-evoked astroglial and neuronal responses in acute hippocampal slices.</a> J. Vis. Exp. , (2012).</li><li>Minta, A., Tsien, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+indicators+for+cytosolic+sodium.">Fluorescent indicators for cytosolic sodium.</a> J. Biol. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Na/K+pump+current+and+[Na](i)+in+rabbit+ventricular+myocytes:+Local+[Na](i)+depletion+and+Na+buffering.">Na/K pump current and [Na](i) in rabbit ventricular myocytes: Local [Na](i) depletion and Na buffering.</a> Biophys. 84, 4157-4166 (2003).</li><li>Regehr, W., Tank, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+concentration+dynamics+produced+by+synaptic+activation+of+CA1+hippocampal+pyramidal+cells.">Calcium concentration dynamics produced by synaptic activation of CA1 hippocampal pyramidal cells.</a> J. Neurosci. 12, 4202-4223 (1992).</li><li>Kushmerick, M. J., Podolsky, R. 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Neurosci. Meth. 180, 9-21 (2009).</li><li>Nikolenko, V., Peterka, D., Araya, R., Woodruff, A., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+light+modulator+microscopy.">Spatial light modulator microscopy.</a> Cold Spring Harbor protocols. , 1132-1141 (2013).</li></ol>

Die Autoren erklären, keine Interessenkonflikte. Die Autoren erhielten finanzielle Unterstützung ermöglicht Open Access-Veröffentlichung von Rapp OptoElektronik (Wedel, Deutschland), die ein Instrument in der Video-Artikel verwendet wird, erzeugt. Das Unternehmen war in den Experimenten noch in der Datenverarbeitung noch in der Handschrift weder schriftlich beteiligt.

Die vorliegende Studie zeigt, dass SBFI ist für Zwei-Photonen-Imaging von intrazellulären Natrium-Transienten in kleinen zellulären Kompartimenten gut geeignet. Es muss berücksichtigt werden, jedoch, dass die Quanteneffizienz der SBFI eher gering 15 und relative Veränderungen in der Natriumkonzentration ziemlich klein mit physiologischer Aktivität. So ist hochauflösenden Messung von Na +-Transienten in feinen Prozesse eine relativ langwierige Aufgabe, und Binning-oder Mittelwertbildung aus mehreren Studien notwendig sein, um zufrieden stellende Signale zu erhalten. Außerdem ist die Kinetik der Natrium Transienten raschend langsam, was es obligatorisch, für längere Zeitperioden aufzuzeichnen. Diese Beobachtung entspricht den in früheren Studien, in denen monoexponentiellen Natrium Transienten in neuronalen Dendriten und in Astrozyten durch große Zerfallszeitkonstanten im Bereich von 10 sec bei Raumtemperatur 1,2,6 gekennzeichnet. Natrium Transienten scheinen somit einen viel langsameren Zeit Co ausübenUrse und viel größer Abklingzeitkonstanten im Vergleich zu Kalzium-Transienten 16. Beiseite, diese Nachteile zu setzen, erweist sich Natrium-Bildgebung ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung der physiologischen Eigenschaften der neuronalen Subdomains sein. So kann beispielsweise Natrium-Bildgebung dienen erregenden synaptischen Aktivität auf oder in der Nähe von aktiven Synapsen überwachen. Da Natrium im wesentlichen nicht gepuffert 8,17, sind Aktivität induzierte Natrium Transienten linear auf einer breiten Palette von synaptischen Glutamatfreisetzung bezogene oder exogen Glutamat. Sie repräsentieren somit direkten und unvoreingenommene Indikatoren neuronaler glutamatergen Aktivität. Außerdem Natriumindikatorfarbstoffe zeichnen sich durch hohe K d &#39;s (SBFI K d im Bereich von 25 mm 1). Selbst bei den verwendeten, um eine ausreichende Helligkeit zu erreichen relativ hohe intrazelluläre Farbstoffkonzentrationen (in der Regel 0,5 bis 1 mm), der hohe K d &#39;s bedeuten, daß die Farbstoffe selbst nicht als Puffer für S handelnOdium. Folglich haben sie nicht die Amplitude noch zeitliche Verlauf der Natrium-Transienten verzerren, das ist immer ein Problem, wenn Calcium-sensitiven Farbstoffe werden in die Zellen 18 eingeführt. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass die erfassten Signale stellen ein gutes Maß für die &quot;echten&quot; Änderungen der intrazellulären Natrium. Ihre langsame zeitliche Verlauf bedeutet dann, dass die Geschwindigkeit für die intrazelluläre Diffusions Natrium in Neuronen ist viel kleiner als bisher angenommen 19. Eine entscheidende Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung von Experimenten der Bewältigung der Eigenschaften von erregenden synaptischen Übertragung und Natrium-Influx Wege in Stacheln und Dendriten ist die Induktion einer schnellen und stark lokalisierte Aktivierung der postsynaptischen Strukturen. Dies kann durch schnelle und lokale Applikation von Glutamat oder Glutamat-Agonisten in der unmittelbaren Umgebung einer Wirbelsäule oder einem Dendriten durch den Blitz-Photolyse von caged Verbindungen erhalten werden. Blitzphotolyse nicht mechanisch damage das Gewebe, ist frei von Bewegungsartefakten und ist gut für die Untersuchung der damit verbundenen Fragen etabliert (zB lokale Calcium-Signal). Der Durchmesser des Uncaging Stelle betrug 1,5 um in der xy-Ebene. Uncaging fast eine stachelige Dendriten induzierte Natrium-Signale in beiden Stacheln und die Mutter Dendriten. Während die Signale eher größte in Stacheln am nächsten an der Uncaging Ort zu sein, waren die Amplituden in der übergeordneten Dendriten und Dornen weiter weg noch recht ähnlich zu denen in unmittelbarer Nähe des Uncaging Ort. Uncaging wurde für 300 ms, während der innere Ströme in Amplitude erhöht geführt. Uncaged Glutamat könnte im Gewebe während der gleichen Zeitperiode diffundiert sind, Aktivierung ionotropen Glutamat-Rezeptoren und Natrium-Influx auf dendritische Dornen Regionen und weiter weg von der Uncaging Ort. Eine intrinsische Problem, das bei der Verwendung eines UV-Laser für die Photolyse von caged Verbindungen durch die Zelle Badelösung verabreicht trittist &quot;innere Filter &#39;. Aufgrund der hohen Absorptionsrate des Käfigs wird UV-Licht stark entlang dem Weg von dem Ziel zu der Stimulationsstelle 20,21 gedämpft. Ein möglicher Weg, um dies zu vermeiden ist die lokale Perfusion mit dem Käfig, der nur an der Stimulationsstelle, die außerdem verringert die Menge der Caged Compound auf ein Minimum beschränkt ist erforderlich. Im Vergleich zu UV-Laser-Scanning-vermittelte Uncaging, nahen Infrarot-Zwei-Photonen-Uncaging 22 ist räumlich präzise, ​​vor allem, weil die Genauigkeit der Stimulation in der z-Achse erhöht. Auf der anderen Seite, aufgrund der kleinen Querschnitt von allgemein verwendeten Käfige für längere Wellenlängen wie bei der Zweiphotonenanregung verwendet wird, entweder eine hohe Konzentration des photoaktivierbaren Verbindung oder sehr hoch ist, potentiell phototoxischen Lichtintensitäten erforderlich sind. Auch Zwei-Photonen-Photofreisetzung erfordert eine viel höhere Investitionen in die Ausrüstung; unter anderem eine zusätzliche IR-Laser sowie die erforderlichen optischen Komponenten benötigt werden. Sowohl SBFI und MNI-Glutamat sind erregbar in der identischen Wellenlängenbereich. Dies kann zu einer ungewollten Wechselwirkungen von UV-Laser und Uncaging SBFI oder IR-Imaging und Laser-MNI-Glutamat führen, was in der Bleich SBFI vom Uncaging Flash und / oder einer kontinuierlichen Uncaging von Glutamat durch die IR-Strahl. Wie in 6C gezeigt, weder eine UV-Blitz selbst noch die Mehrphotonenabbildungs ​​verursacht jedoch solche Wechselwirkungen unter unseren experimentellen Bedingungen. UV-Blitzsysteme ähnlich dem hier beschriebenen werden routinemäßig in vielen Laboratorien und relativ einfach in bestehende Multi-Photonen-Imaging-Mikroskop aufgenommen werden. Es bietet den Vorteil, dass der Laserstrahl für die Photolyse frei im Blickfeld befinden. Darüber hinaus ermöglicht das System eine schnelle und automatische Neupositionierung des Laserstrahls und die Freisetzung Volumen bzw. in das Blickfeld während eines Experiments. Our Änderung vereinfacht und verbessert die genaue Positionierung des Uncaging Ort, so dass die Rahmen der Imaging-Software kann auf Bildgebung und Uncaging Rahmen deckungsgleich einstellen zu dienen. Zusammengenommen Ganzzell Patch-Clamp-und Multi-Photonen-Natrium-Bildgebung in Dendriten und Dornen des zentralen Neuronen, verbunden mit einem modifizierten Verfahren für UV-Licht induzierte Photofreisetzung von Glutamat, eine zuverlässige und Brenn Aktivierung von Glutamat-Rezeptoren im Gewebe. Es kann somit dazu dienen, die Eigenschaften der exzitatorischen synaptischen Transmission und postsynaptischer Natrium Signale in Neuronen im intakten Gewebe zu analysieren.

Jüngste Verbesserungen in der lichtmikroskopischen Techniken wie Multi-Photonen-Mikroskopie wurden die Untersuchung der morphologischen und physiologischen Parametern von Hirnzellen in das intakte Gewebe mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglicht. In Kombination mit der Elektrophysiologie werden diese Techniken, die heute häufig verwendet, um leistungsbezogenen elektrischen Signale auf Neuronen sowie gleichzeitige Calciumsignale in kleinen Zellkompartimenten zu analysieren, und zwar in feinen Dendriten und Dendriten. Neben Calcium Transienten induziert synaptische Aktivität auch Natrium-Signale in Dendriten und Dornen, sind die Eigenschaften, die weitgehend unerforscht. Solche Signale können durch Zwei-Photonen-Bildgebung von intrazellulären Natrium ([Na +] i), die die Online-Messung von [Na +] i-Transienten über längere Zeiträume ohne nennenswerte Farbbleich-oder Foto-Beschädigung 1,2 können analysiert werden. Für die Bildgebung von [Na +] i </sub&gt;, sind nur ein paar chemische Indikatorfarbstoffe zur Verfügung, zB Corona Grün oder Grün Asante Natrium 3,4. Die am häufigsten verwendeten fluoreszierenden Sonde für Na + Abbildungs ​​Natrium-bindenden benzofuran-isophthalat (SBFI). Es ist eine ratiometrische, UV-angeregten Farbstoff ähnlich dem bekannten Calcium-sensitiven Farbstoffs Fura-2 und hat für konventionelle Na +-Bildgebung in vielen Zelltypen eingesetzt worden (zB 5,6). Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Anregung des Farbstoffs und das Sammeln ihrer Fluoreszenz. Wenn hohe zeitliche Auflösung (dh eine hohe Abbildungsbildrate) wird in Kombination mit räumlichen Informationen benötigt, kann SBFI aufgeregt mit einer Xenon-Bogenlampe oder einer Hochleistungsleuchtdiode (LED) Gerät und seine Emission mit einem High-Speed-Ladung festgestellt werden -gekoppelten Vorrichtung (CCD-Kamera) 7,8. Für maximale räumliche Auflösung tief im Gewebe, ist Multi-Photonen-Laser-Scanning-Mikroskopie die Methode der Wahl 9. Die relativ niedrige Quanten efficiency von SBFI erfordert relativ hohe Farbstoffkonzentrationen (0,5-2 mm) und Direktbeladung der Membran-undurchlässig Form SBFI über einen scharfen Mikroelektroden 10 oder Patch-Pipette 1. Mit SBFI, früheren Arbeiten in akuten Gewebeschnitten der Nagetier-Hippocampus durchgeführt demonstriert tätigkeitsbezogene Natrium Transienten in Dendriten und Stacheln von CA1 Pyramidenzellen, die vor allem durch Einstrom von Natrium durch ionotropen NMDA-Rezeptoren verursacht werden 1,2. Für die Untersuchung der Eigenschaften derartiger lokaler Natrium Signale genauer ist eine spezifische Aktivierung von postsynaptischen Rezeptoren durch Anwendung der Rezeptoragonisten eine gut geeignete Methode der Wahl. Um präsynaptischen Aktivität und Transmitterfreisetzung zu imitieren, sollte die Anwendung relativ kurz sein und konzentrierte sich auf lokale Stimulation ermöglichen. Dies erweist sich jedoch als ziemlich schwierig in der intakten Gewebe sein. Lokale Anwendung von Druck-Rezeptor-Agonisten mit einem spitzen Pipette ermöglicht eine sehr Brenn apdung, beherbergt aber das potenzielle Risiko für die Herstellung von Bewegung der Struktur von Interesse (zB wie einem Dendriten oder dendritischen Dornen) und damit behindert hochauflösende Bildgebung. Die Eignung der Iontophorese von neuroaktiven Substanzen hängt von ihrer elektrischen Eigenschaften und die hohe Stromamplituden zellulären Artefakte auch zu produzieren. Ein Weg, um diese Hindernisse zu umgehen ist der Einsatz von Photo-aktivierten Verbindungen und ihre Blitzphotolyse. Grundsätzlich werden zwei verschiedene Prinzipien für Foto-Aktivierung von caged Substanzen verwendet: I) Weitwinkel-Blitzphotolyse 11 und II) Brenn Uncaging Einsatz Scanmodule in Kombination mit Lasern 12. Während Weitfeld Blitzphotolyse wird verwendet, um größere Bereiche von Interesse zu aktivieren, zB eine gesamte Zelle, die Brenn Uncaging wird eingesetzt, um gezielt zu stimulieren kleinen zellulären Kompartimenten. In der vorliegenden Studie wurde ein Verfahren zur Ganzzell-Patch-Clamp-und Multi-p zeigen wir,hoton Natrium Bildgebung in Dendriten und Dornen des zentralen Neuronen, verbunden mit einem modifizierten Verfahren für UV-Licht induzierte Photofreisetzung von Glutamat, die zuverlässig und Brenn Aktivierung von Glutamat-Rezeptoren im Gewebe ermöglicht.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1138">
	<tbody>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;width:239px;">Hadrware/Software Component</td>
			<td style="width:231px;">Manufacturer</td>
			<td style="width:183px;">Type</td>
			<td style="width:487px;">Comment</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Borosilicate-glass capillaries</td>
			<td>Hilgenberg</td>
			<td>1405059</td>
			<td>75 mm x 2 mm, wall thickness 0.3 mm</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Camera</td>
			<td>Jenoptik</td>
			<td>ProgRes MF</td>
			<td>IR-DIC compatible camera</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Deconvolution software</td>
			<td>SVI</td>
			<td>Huygens Pofessional X11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Fiber optic spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>USB 4000</td>
			<td>Miniature fiber optic spectrometer</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Filter tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>cenrifugal filter, 0.2 &#181;m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Imaging software</td>
			<td>Olympus Europe</td>
			<td>Flowview Ver 5.0c, Tiempo</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">IR beam power controller</td>
			<td>Custom built</td>
			<td></td>
			<td>Laser beam intensity control + fast switch to zero on flyback via pockels cell</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">IR laser</td>
			<td>SpectraPhysics</td>
			<td>Mai-Tai VF-N1S</td>
			<td>fs-pulsed Ti:Sa tunable laser (710-990 nm); CAUTION</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">IR power monitor</td>
			<td>Custom built</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Micromanipulator</td>
			<td>Burleigh</td>
			<td>PCS 5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Microscope/Imaging System</td>
			<td>Olympus Europe</td>
			<td>BX51WI/FV300</td>
			<td>Both, the microscope and the imaging systems were strongly modified</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">ND filter wheel</td>
			<td>Newport</td>
			<td>50Q04AV.2</td>
			<td>UV fused silica, optical density 0.05-2.0</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Objective</td>
			<td>Nikon Instruments Europe</td>
			<td>NIR Apo 60x/1.0w</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Patch clamp amplifier</td>
			<td>HEKA</td>
			<td>EPC-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Pipette puller</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>Model PP-830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Pneumatic drug ejection system</td>
			<td>NPI Electronic</td>
			<td>PDES-DXH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Pockels cell</td>
			<td>Conoptics</td>
			<td>350-80 LA-BK</td>
			<td>EOM, used as fast switch and for power adjustment</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Pockels cell driver</td>
			<td>Conoptics</td>
			<td>M302-RM</td>
			<td>High voltage differential amplifier</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Shutter</td>
			<td>Vincent Associates</td>
			<td>LS6ZM2</td>
			<td>ALMgF2-coated BeCu blades</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Shutter controller</td>
			<td>Custom built</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Shutter driver</td>
			<td>Vincent Associates</td>
			<td>Uniblitz VCM D1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Slicer / Vibratome</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Microm HM 650 V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Uncaging software</td>
			<td>Rapp OptoElectronic</td>
			<td>UGA40 1.1.2.6 + NetCam</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">UV laser&#160;</td>
			<td>Rapp OptoElectronic</td>
			<td>DL-355/10</td>
			<td>cw DPSSL Laser, 355 nm; 10 mW; CAUTION</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">UV laser scanning system</td>
			<td>Rapp OptoElectronic</td>
			<td>UGA 40</td>
			<td>Galvanometric scanning system</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">Name of Compound</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td></td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">CNQX</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C-127</td>
			<td>AMPA receptor antagonist; CAUTION</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">DL-AP5</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64210</td>
			<td>NMDA receptor antagonist; CAUTION</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">SBFI K+ Salt</td>
			<td>Teflabs</td>
			<td>OO32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">TTX</td>
			<td>Ascent Scientific</td>
			<td>Asc-055</td>
			<td>Inhibitor of voltage-dependent Na+ channels; CAUTION</td>
		</tr>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:33px;">NMI-caged-L-Glutamate</td>
			<td>Torcis</td>
			<td>1490</td>
			<td>Caged glutamatereleased upon UV absobtion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multi-photon intracellular sodium imaging combined with uv-mediated focal uncaging of glutamate in ca1 pyramidal neurons

Multi-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie wurde die Analyse von morphologischen und physiologischen Parametern von Hirnzellen in das intakte Gewebe mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglicht. In Kombination mit der Elektrophysiologie, wird häufig verwendet, um aktivitätsbezogenen Calciumsignale in kleinen subzellulären Kompartimente wie Dendriten und dendritischen Dornen studieren. Neben Calcium Transienten induziert synaptische Aktivität auch postsynaptische Natriumsignale, deren Eigenschaften nur unwesentlich verstanden. Hier beschreiben wir ein Verfahren für die kombinierte Ganzzell-Patch-Clamp-und Multi-Photonen-Natrium-Bildgebung in der zellulären Mikrodomänen von zentralen Neuronen. Darüber hinaus führen wir eine modifizierte Verfahren für ultra-violetten (UV)-light-induzierte Uncaging von Glutamat, die eine zuverlässige und Schwer Aktivierung von Glutamat-Rezeptoren im Gewebe ermöglicht. Zu diesem Zweck wurden Ganzzell-Aufzeichnungen auf Ammonshorn Teilung 1 (CA1) Pyramidenzellen bei akuter Gewebeschnitt der durchgeführtenMaus Hippocampus. Neuronen wurden mit Natrium-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff SBFI durch die Patch-Pipette gefüllt ist, und Multi-Photonen-Anregung von SBFI aktiviert die Visualisierung von Dendriten und benachbarten Dornen. Um die UV-induzierte Brenn Uncaging zu schaffen, wurden mehrere Parameter, einschließlich der Lichtintensität, Volumen durch die UV-Strahlen Uncaging betroffen, Positionierung des Strahls sowie Konzentration der Käfigverbindung getestet und optimiert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die lokale Perfusion mit geschütztem Glutamat (MNI-Glutamat) und ihre Brenn UV-Uncaging Ergebnis in Einwärtsströme und Natrium Transienten in Dendriten und Dornen. Zeitverlauf und die Amplitude der beiden Ströme nach innen und Natrium Signale korreliert mit der Dauer des Impulses Uncaging. Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, dass die intrazelluläre Natrium Signale werden in Gegenwart Blocker ionotropen Glutamat-Rezeptoren blockiert, was zeigt, dass sie von Natrium-Influx obwohl dieser Weg vermittelt. Zusammenfassend stellt unser Verfahren ein zuverlässiges Werkzeug für dieUntersuchung der intrazellulären Natrium-Signale durch fokale Rezeptor-Aktivierung in intakten Hirngewebe induziert.

In der vorliegenden Studie zeigen wir, ein Verfahren für die Multi-Photonen-Mikroskopie von zellulären Natrium Dynamik mit den natriumabhängigen Fluoreszenzfarbstoff SBFI in CA1-Pyramidenneuronen des Hippocampus der Maus akuten Gewebeschnitten. Darüber hinaus zeigen wir, wie man diese bildgebenden Verfahren mit Laser-Scanning-basierte Uncaging neuroaktiven Verbindungen (zB geschütztes Glutamat) und die präzisen Targeting, um zelluläre Mikrodomänen kombinieren. Laden Neuronen mit SBFI durch die Patch-Pipette aktiviert die Visualisierung der gesamten Zelle mit feinen Dendriten und benachbarten Stacheln durch Verwendung Multi-Photonen-Anregung (6A, B, D und 7A). <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/52038/52038fig6highres.jpg" width="500" /> Abbildung 6. Sodium Signale und synaptische Ströme durch Flash-Photolyse von caged Glutamat induziert. (A) Maximal Projektionsbild eines CA1 Pyramidenzelle über die Patch-Pipette (PP) mit SBFI geladen. Der Kasten zeigt das gezeigte in B. LP vergrößert Bereich zeigt die Position und Orientierung der Pipette für die lokale Durchblutung geschütztes Glutamat. (B) Hochleistungsmaximum Projektion von einem Stapel von optischen Schnitten eines Dendriten mit angrenzenden dendritischen Dornen. Die Stapel optischer Schnitte unter z-Ausrichtung und Entfaltung. Das rote Kreuz zeigt die Zielregion des Uncaging Strahl. Die orange gepunktete Linie umreißt den Bereich von Interesse, von dem die Fluoreszenzemission aufgezeichnet. Die Box gibt den dargestellten Bereich in D. (C) vergrößert Links: Sodium-Signal (obere Reihe) und somatische innen Strom (untere Reihe) durch Flash-Photolyse von caged Glutamat (von gelber Blitz gekennzeichnet) induziert. Die rote Linie stellt eine Anpassung der experimentellen Daten. Der graue Bereich stellt die Periode, in der die Uncaging Blitz (300msec) behindert die Abbildung der Fluoreszenz SBFI. Rechts: Ohne Vor-Perfusion mit geschütztem Glutamat, das gleiche UV-Blitz weder evozierte eine Änderung in SBFI Emissions, noch einen nach innen gerichteten Strom (D) Links:. Hohe Leistungs Bild des Dendriten und den angrenzenden Stacheln wie in B abgegrenzt Daneben das gleiche Bild mit umgekehrten Grauwerte. Die gepunkteten Linien zeigen die Bereiche von Interesse, bei denen die Fluoreszenzemission aufgezeichnet. Das rote Kreuz zeigt die Lokalisierung der Uncaging Strahl. Rechts: Sodium Transienten, die durch UV-Flash-Photolyse von caged Glutamat induziert. Blaue Kurve: Natrium-Signale in Dendriten; rote Spur: Mittelwert der Reaktion von drei Stacheln neben dem Uncaging Ort; grüne Spur: Mittelwert der Reaktion von drei entfernten Stacheln. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52038/52038fig6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a> Nach lokalen Perfusion mit CagedGlutamat, Aufbringen eines UV-Blitzes in der Nähe eines Dendriten in Folge einer vorübergehenden Abnahme der Fluoreszenzemission von SBFI, was eine Zunahme der intrazellulären Natriumkonzentration (6C, D und 7B). Zur gleichen Zeit wurde ein Einstrom im Soma (6C und 7B) aufgezeichnet. Erhöhen der Dauer der UV-Blitz Folge zunehmenden Amplituden sowohl der nach innen hervorgerufenen Ströme und die Natriumsignale (Daten nicht gezeigt), was darauf hinweist, dass das System gut innerhalb seines Dynamikbereichs und weder Uncaging oder zellulären Reaktionen wurden gesättigt. Aufbringen einer UV-Blitz gleicher oder längerer Dauer, um Scheiben, die nicht mit geschütztem Glutamat vorge perfundiert waren, nie ausgelöst Änderungen SBFI Fluoreszenz noch Einwärtsströme, was anzeigt, daß diese Signale durch die Demaskierung Glutamat (Figur 6c). Darüber hinaus zeigen diese Ergebnisse, dass keine gegenseitige Abhängigkeit der Patientenlagerungs- und Uncaging Komponenten u beobachtetnder unseren experimentellen Bedingungen. Natrium-Signale auch in dendritischen Dornen (6D) detektiert werden. Während wir nicht versuchen, der Stimulation eines einzelnen Wirbelsäule nur mit Glutamat Uncaging erreichen, tendenziell Spitzenamplituden zu sein in der Nähe der Stacheln Uncaging Stelle etwas höher, während weiter entfernt Stacheln zeigten nahezu identische Fluoreszenzänderungen als Mutter Dendriten (6D). Schließlich untersuchten wir den Weg für Natrium-Einstrom in Dendriten und Dornen in Reaktion auf Uncaging von Glutamat. Zu diesem Zweck verwendeten wir CNQX und APV, die selektive Blocker für die Natrium-permeable, ionotropen Glutamat-Rezeptoren des AMPA- und NMDA-Subtyps bzw. sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Glutamat-induzierte intrazelluläre Natriumsignale und die hervorgerufene Körperströme wurden in der Gegenwart dieser Blocker (7B) weggelassen. Nach Auswaschen der Blocker, werden die Signale wieder. Dies zeigt, that Uncaging von Glutamat aktiviert ionotropen Glutamat-Rezeptoren auf CA1-Pyramidenneuronen, die den Einstrom von Natrium in Dendriten und Dornen zu vermitteln, was in der intrazellulären Natrium-Transienten und Einwärtsströme. <img alt="Figur 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/52038/52038fig7highres.jpg" width="600" /> Abbildung 7. pharmakologische Profil von Natrium evozierte Signale und Einwärtsströme. (A) SBFI gefüllten CA1 Pyramidenzelle mit Patch-Pipette (PP) mit dem Soma befestigt (B) Links:. Sodium vorübergehend und somatischen Strom, der durch Photoaktivierung von geschütztem Glutamat in einem Dendriten induziert und befestigt Stacheln Center:. Perfusion mit der ionotropen Glutamatrezeptorblocker CNQX und APV hemmt sowohl die Natrium-Signal und die nach innen gerichteten Strom von Photofreisetzung induzierten. Rechts: Nach dem Auswaschen der Blocker die Signale wiederhergestellt werden. Die rote Linie repräsents eine Anpassung der experimentellen Daten. Der graue Bereich stellt die Periode, in der die Uncaging Blitz (300 ms) behindert die Abbildung SBFI Fluoreszenz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52038/52038fig7highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Multi-photon Intracellular Sodium Imaging Combined with UV-mediated Focal Uncaging of Glutamate in CA1 Pyramidal Neurons

Wir beschreiben die Kombination von Brenn UV-induzierten Photoaktivierung von neuro-Wirkstoffe mit Ganzzell Patch-Clamp-und Multi-Photonen-Imaging von intrazellulären Natrium-Transienten in Dendriten und Dornen von Neuronen im Hippocampus bei akuten Gewebeschnitten von Mausgehirn.

Multi-Photonen-Intrazelluläre Sodium Imaging Kombination mit UV-vermittelten Brenn Uncaging von Glutamat in CA1 Pyramidenzellen

Multi-photon fluorescence microscopy has enabled the analysis of morphological and physiological parameters of brain cells in the intact tissue with high ...

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