Name: 3d modeling of dendritic spines with synaptic plasticity
Uploaded: 2020-05-18T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Modeling of Dendritic Spines with Synaptic Plasticity at JoVE.com

Эта работа была частично поддержана Грантом Государственного научного фонда Сан-Паулу (FAPESP) #2015/50122-0 и IRTG-GRTK 1740/2, грантом IBM/FAPESP #2016/18825-4 и грантом FAPESP #2018/06504-4.

ПРИМЕЧАНИЕ: Пожалуйста, смотрите дополнительный файл 1 для глоссарий терминов, используемых в этом протоколе.
1. Установите Blender, CellBlender и MCell
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол требует установки MCell, Blender и Cell Blender.
<ol><li>Скачать и установить программное обесп?...

<ol>
	<li>Sweatt, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+plasticity+and+behavior+-+sixty+years+of+conceptual+advances.">Neural plasticity and behavior - sixty years of conceptual advances.</a> Journal of Neurochemistry. 139, 179-199 (2016).</li><li>Heine, 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=Surface+mobility+of+postsynaptic+AMPARs+tunes+synaptic+transmission.">Surface mobility of postsynaptic AMPARs tunes synaptic transmission.</a> Science. 320 (5873), 201-205 (2008).</li><li>Buonarati, O. R., Hammes, E. A., Watson, J. F., Greger, I. H., Hell, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+postsynaptic+localization+of+AMPA-type+glutamate+receptors+and+their+regulation+during+long-term+potentiation.">Mechanisms of postsynaptic localization of AMPA-type glutamate receptors and their regulation during long-term potentiation.</a> Science Signaling. 12 (562), 6889 (2019).</li><li>Nair, 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=Super-Resolution+Imaging+Reveals+That+AMPA+Receptors+Inside+Synapses+Are+Dynamically+Organized+in+Nanodomains+Regulated+by+PSD95.">Super-Resolution Imaging Reveals That AMPA Receptors Inside Synapses Are Dynamically Organized in Nanodomains Regulated by PSD95.</a> Journal of Neuroscience. 33 (32), 13204-13224 (2013).</li><li>Cz&#246;nd&#246;r, K., 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=Unified+quantitative+model+of+AMPA+receptor+trafficking+at+synapses.">Unified quantitative model of AMPA receptor trafficking at synapses.</a> Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (9), 3522-3527 (2012).</li><li>Triesch, J., Vo, A. D., Hafner, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Competition+for+synaptic+building+blocks+shapes+synaptic+plasticity.">Competition for synaptic building blocks shapes synaptic plasticity.</a> eLife. 7, 37836 (2018).</li><li>Earnshaw, B. A., Bressloff, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+model+of+AMPA+receptor+trafficking+and+its+regulation+during+long-term+potentiation/long-term+depression.">Biophysical model of AMPA receptor trafficking and its regulation during long-term potentiation/long-term depression.</a> Journal of Neuroscience. 26 (47), 12362-12373 (2006).</li><li>Earnshaw, B. A., Bressloff, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+role+of+lateral+membrane+diffusion+in+AMPA+receptor+trafficking+along+a+spiny+dendrite.">Modeling the role of lateral membrane diffusion in AMPA receptor trafficking along a spiny dendrite.</a> Journal of Computational Neuroscience. 25 (2), 366-389 (2008).</li><li>Antunes, G., Roque, A. C., Simoes-de-Souza, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+Induction+of+Long-Term+Potentiation+and+Long-Term+Depression.">Stochastic Induction of Long-Term Potentiation and Long-Term Depression.</a> Scientific Reports. 6, 30899 (2016).</li><li>Kotaleski, J. H., Blackwell, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+the+molecular+mechanisms+of+synaptic+plasticity+using+systems+biology+approaches.">Modelling the molecular mechanisms of synaptic plasticity using systems biology approaches.</a> Nature Reviews Neuroscience. 11 (4), 239-251 (2010).</li><li>Bhalla, U. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+computation+in+neurons:+a+modeling+perspective.">Molecular computation in neurons: a modeling perspective.</a> Current Opinion in Neurobiology. 25, 31-37 (2014).</li><li>Cz&#246;nd&#246;r, K., Thoumine, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+mechanisms+regulating+AMPA+receptor+accumulation+at+synapses.">Biophysical mechanisms regulating AMPA receptor accumulation at synapses.</a> Brain Research Bulletin. 93, 57-68 (2013).</li><li>Bromer, 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=Long-term+potentiation+expands+information+content+of+hippocampal+dentate+gyrus+synapses.">Long-term potentiation expands information content of hippocampal dentate gyrus synapses.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (10), 2410-2418 (2018).</li><li>Antunes, G., Simoes-de-Souza, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMPA+receptor+trafficking+and+its+role+in+heterosynaptic+plasticity.">AMPA receptor trafficking and its role in heterosynaptic plasticity.</a> Scientific Reports. 8 (1), 10349 (2018).</li><li>Kerr, R. 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=Fast+monte+carlo+simulation+methods+for+biological+reaction-diffusion+systems+in+solution+and+on+surfaces.">Fast monte carlo simulation methods for biological reaction-diffusion systems in solution and on surfaces.</a> SIAM Journal on Scientific Computing. 30 (6), 3126 (2008).</li><li>Czech, J., Dittrich, M., Stiles, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Creation,+Monte+Carlo+Simulation,+and+Visualization+of+Realistic+3D+Cell+Models.">Rapid Creation, Monte Carlo Simulation, and Visualization of Realistic 3D Cell Models.</a> Systems Biology. 500, 237-287 (2009).</li><li>Stiles, J., Bartol, T., De Schutter, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monte+Carlo+Methods+for+Simulating+Realistic+Synaptic+Microphysiology+Using+MCell.">Monte Carlo Methods for Simulating Realistic Synaptic Microphysiology Using MCell.</a> Computational Neuroscience. , (2000).</li><li>Jorstad, 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=NeuroMorph:+A+Toolset+for+the+Morphometric+Analysis+and+Visualization+of+3D+Models+Derived+from+Electron+Microscopy+Image+Stacks.">NeuroMorph: A Toolset for the Morphometric Analysis and Visualization of 3D Models Derived from Electron Microscopy Image Stacks.</a> Neuroinformatics. 13 (1), 83-92 (2015).</li><li>Antunes, G., Roque, A. C., Simoes de Souza, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+intracellular+competition+for+calcium:+kinetic+and+thermodynamic+control+of+different+molecular+modes+of+signal+decoding.">Modelling intracellular competition for calcium: kinetic and thermodynamic control of different molecular modes of signal decoding.</a> Scientific Reports. 6, 23730 (2016).</li><li>Antunes, G., Roque, A. C., Simoes-de-Souza, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanisms+of+detection+and+discrimination+of+dynamic+signals.">Molecular mechanisms of detection and discrimination of dynamic signals.</a> Scientific Reports. 8 (1), 2480 (2018).</li><li>Hoops, S., 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=COPASI--a+COmplex+PAthway+SImulator.">COPASI--a COmplex PAthway SImulator.</a> Bioinformatics. 22 (24), 3067-3074 (2006).</li><li>Faeder, J. R., Blinov, M. L., Hlavacek, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rule-based+modeling+of+biochemical+systems+with+BioNetGen.">Rule-based modeling of biochemical systems with BioNetGen.</a> Methods in Molecular Biology. 500, 113-167 (2009).</li><li>Gillespie, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exact+stochastic+simulation+of+coupled+chemical+reactions.">Exact stochastic simulation of coupled chemical reactions.</a> Journal of Physical Chemistry. 81 (25), 21 (1977).</li><li>Anggono, V., Huganir, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+AMPA+receptor+trafficking+and+synaptic+plasticity.">Regulation of AMPA receptor trafficking and synaptic plasticity.</a> Current Opinion in Neurobiology. 22 (3), 461-469 (2012).</li><li>Matsuda, S., Launey, T., Mikawa, S., Hirai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+AMPA+receptor+GluR2+clusters+following+long-term+depression+induction+in+cerebellar+Purkinje+neurons.">Disruption of AMPA receptor GluR2 clusters following long-term depression induction in cerebellar Purkinje neurons.</a> EMBO Journal. 19 (12), 2765-2774 (2000).</li><li>Ahmad, 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=Postsynaptic+Complexin+Controls+AMPA+Receptor+Exocytosis+during+LTP.">Postsynaptic Complexin Controls AMPA Receptor Exocytosis during LTP.</a> Neuron. 73 (2), 260-267 (2012).</li><li>Sheng, M., Hoogenraad, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+postsynaptic+architecture+of+excitatory+synapses:+a+more+quantitative+view.">The postsynaptic architecture of excitatory synapses: a more quantitative view.</a> Annual Review of Biochemistry. 76, 823-847 (2007).</li></ol>

В данной статье представлен метод строительства 3D-сеток для моделирования реакционно-диффузионных процессов синаптической пластичности в дендритном сегменте с дендритными шипами. Разработанная модель содержит дендритный сегмент с несколькими дендритными шипами. Боковое распростр?...

Синаптическая пластичность была связана с обучением ипамятью 1. Синаптическая пластичность, такая как долгосрочная потенция (LTP) и долгосрочная депрессия (LTD), связана соответственно с вставкой и удалением рецепторов АМРА (АМПАР) в и из синаптической мембраны2. Синапсы AMPAR расположены поверх небольших объемных структур, называемых дендритными шипами3. Каждый позвоночник содержит белковую плотную область в постсинаптической мембране, называемую постсинаптической плотностью (PSD). Якорные белки в АМПАР-ловушке PSD в синаптической области. Есть несколько копий АМПАР в рамках одного синапса и торговли и реакции АМПАР с другими видами в дендритных шипов является стохастическийпроцесс 2,4. Существует несколько разрозненных моделей торговли синаптических рецепторов при дендритных шипах5,,6,,7,,8. Однако не хватает стохастических вычислительных моделей оборота АМПАР, связанных с синаптической пластичностью у 3D-структур дендритов и их дендритных шипов.
Вычислительное моделирование является полезным инструментом для изучения механизмов, лежащих в основе динамики сложныхсистем,таких как реакция-диффузия АМРА в дендритных шипов во время возникновениясинаптической пластичности 9,10,11,12. Модель может быть использована для визуализации сложных сценариев, различных чувствительных параметров и принятия важных прогнозов в научных условиях с участием многих переменных, которые трудно или невозможноконтролировать экспериментальные 12,13. Определение уровня детализации вычислительной модели является фундаментальным шагом в получении точной информации о смоделированном явлении. Идеальная вычислительная модель – это тонкий баланс между сложностью и простотой для захвата основных характеристик природных явлений без вычислительной запретительной. Слишком подробные вычислительные модели могут быть дорогостоящими для вычислений. С другой стороны, в плохо детализированных системах может не хватать основных компонентов, которые необходимы для того, чтобы зафиксировать динамику этого явления. Хотя 3D-моделирование дендритных шипов вычислительно дороже, чем 2D и 1D, есть условия, например, в сложных системах со многими нелинейными переменными, реагирующих и рассеянных во времени и 3D пространстве, для которых моделирование на 3D-уровне имеет важное значение для получения информации о функционировании системы. Кроме того, сложность может быть тщательно уменьшена, чтобы сохранить основные характеристики низкомерной модели.
В стохастичной системе с небольшим количеством копий данного вида в небольшом объеме средняя динамика системы отклоняется от средней динамики большой популяции. В этом случае требуется стохастичное вычислительное моделирование реакционных диффузионных частиц. Эта работа вводит метод стохастичного моделирования реакции-диффузии нескольких копий АМРА в 3D дендритных шипах. Целью данного метода является разработка 3D вычислительной модели дендритного сегмента с дендритными шипами и их синапсами для моделирования синаптической пластичности.
Метод использует программное обеспечение MCell для решения модели численно, Blender для построения 3D-сеток, и CellBlender для создания и визуализации моделирования MCell, в том числе spatiotemporal реакции диффузии молекул в 3D-сетки14,15,16. Blender является набором для создания сеток и CellBlender является дополнением для базового программного обеспечения Blender. MCell является симулятор Монте-Карло для реакции диффузии отдельных молекул17.
Обоснование использования этого метода состоит из моделирования синаптической пластичности для достижения лучшего понимания этого явления в микрофизиологической среде дендритных шипов14. В частности, этот метод позволяет моделирование гомосинаптической потенции, гомосинаптической депрессии и гетеросинаптической пластичности между дендритнымишипами 14.
Особенности этого метода включают моделирование 3D геометрической структуры дендрита и его синапсов, диффузию случайной ходьбой, а также химические реакции молекул, связанных с синаптической пластичностью. Этот метод обеспечивает преимущество создания богатых сред для проверки гипотез и прогнозирования функционирования сложной нелинейной системы с большим количеством переменных. Кроме того, этот метод можно применять не только для изучения синаптической пластичности, но и для изучения стохастической реакции-диффузии молекул в структурах 3D-сетки в целом.
Кроме того, 3D-сетки дендритных структур могут быть построены непосредственно в Blender из электронного микроскопа серийныхреконструкций 18. Хотя сетки, основанные на серийных реконструкциях, обеспечивают 3D-структуры, доступ к экспериментальным данным не всегда доступен. Таким образом, конструкция сеток, адаптированных из основных геометрических структур, как описано в настоящем протоколе, обеспечивает гибкость в разработке индивидуальных дендритных сегментов с дендритными шипами.
Другим альтернативным вычислительным методом является массовое моделирование хорошо смешанныхреакций в регулярном томе 9,,10,,11,,19,,20,,21,,22. Массовое моделирование очень эффективно в решении реакций многих видов в рамках одного хорошо смешанноготома 23, но объемный подход чрезвычайно медленно, чтобы решить реакцию-диффузии молекул во многих хорошо смешанных вокселей в высоком разрешении 3D сетки. С другой стороны, настоящий метод с использованием MCell моделирования реакции-диффузии отдельных частиц эффективно работает в высоком разрешении 3Dсетки 15.
Прежде чем использовать этот метод, следует спросить, требует ли изучаемое явление стохастичного подхода к реакции диффузии в 3D-сетке. Если явление имеет несколько копий (менее 1000) по крайней мере одного из реагирующих видов, рассеянных в сложной геометрической структуре с небольшим объемом отсеков, таких как дендритные шипы, то стохастичное моделирование реакционно-диффузии в 3D-сетках подходит для применения.
Есть несколько шагов, необходимых для построения 3D вычислительной модели дендритного сегмента, содержащего дендритные шипы с синаптической пластичностью. Основными шагами являются установка надлежащего программного обеспечения для строительства модели, строительство одного дендритного позвоночника, который будет использоваться в качестве шаблона для создания нескольких шипов, и создание дендритного сегмента, который связан с несколькими дендритными шипами. Шаг для моделирования синаптической пластичности состоит из вставки якорей в области PSD и AMPARs в дендритном сегменте и дендритных шипов. Затем определяются кинетические реакции между якорями, расположенными в PSD и AMPARs, для производства сложных якорных видов АМПАР, которые ловят АМПАР в синаптической области. Соответственно, увеличение и уменьшение сродства между якорями и синаптических АМПАР создают процесс LTP и LTD.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Blender</td>
			<td>Blender Foundation</td>
			<td></td>
			<td>https://www.blender.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CellBlender</td>
			<td>University of Pittsburgh</td>
			<td></td>
			<td>https://mcell.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mcell</td>
			<td>University of Pittsburgh</td>
			<td></td>
			<td>https://mcell.org/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d modeling of dendritic spines with synaptic plasticity

Вычислительное моделирование диффузии и реакции химических видов в трехмерной (3D) геометрии является фундаментальным методом понимания механизмов синаптической пластичности в дендритных позвоночниках. В этом протоколе детальная 3D структура дендритов и дендритных шипов моделируется с помощью сеток на программном обеспечении Blender с CellBlender. На сетке определяются синаптические и экстрасинаптические области. Далее, синаптические рецепторы и синаптические молекулы якоря определяются с их диффузионные константы. Наконец, химические реакции между синаптических рецепторов и синаптических якорей включены и вычислительной модели решается численно с программным обеспечением MCell. Этот метод описывает spatiotemporal путь каждой молекулы в 3D геометрической структуры. Таким образом, очень полезно изучить торговлю синаптических рецепторов в и из дендритных шипов во время возникновения синаптической пластичности. Ограничением этого метода является то, что большое количество молекул замедляет скорость моделирования. Моделирование дендритных шипов с помощью этого метода позволяет изучать гомосинаптические потенции и депрессии в одиночных позвоночниках и гетеросинаптической пластичности между соседами дендритных шипов.

Эти результаты обеспечивают шаги для строительства 3D сетки, которая имитирует дендритный позвоночник с головой позвоночника и шеи позвоночника(рисунок 1 на рисунке 4). Кроме того, несколько дендритных шипов могут быть вставлены в одном дендритном<strong class...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Modeling of Dendritic Spines with Synaptic Plasticity at JoVE.com

3D Modeling of Dendritic Spines with Synaptic Plasticity

Протокол разрабатывает трехмерную (3D) модель дендритного сегмента с дендритными шипами для моделирования синаптической пластичности. Построенная сетка может быть использована для вычислительного моделирования оборота рецепторов AMPA в долгосрочной синаптической пластичности с помощью программной программы Blender с CellBlender и MCell.

3D моделирование дендритных шипов с синаптической пластичностью

Computational modeling of diffusion and reaction of chemical species in a three-dimensional (3D) geometry is a fundamental method to understand the ...

Вычислительное 3D геометрическое моделирование реакции химических видов путем синтеза. является полезным методом для изучения механизмов торговли рецепторами в и из дендритного позвоночника делает синаптической пластичности. Преимущество этого метода заключается в создании богатой среды для составления гипотез и прогнозов о нелинейных системах с большим количеством переменных.Создать сетку из одного дендритного позвоночника с головой позвоночника и шеей позвоночника с помощью модифицированной сферы. Первый открытый Blender. С Cell Blender уже установлен и нажмите 5 на клавиатуре, чтобы изменить с точки зрения ортогонального зрения.Нажмите 1, чтобы изменить вид спереди и нажмите Shift C, чтобы центр курсора. Для создания позвоночника головки нажмите Shift A, чтобы открыть палитру сетки, и выберите сетку. Выберите УФ-сферу и в добавить УФ-сферу, установите размер до 0,25, а кольца до 32.Чтобы сделать верхнюю часть головы плоским прессом Tab, чтобы переключить Blender из режима Object в режим редактирования. Нажмите B, чтобы выбрать три верхние четверти сферы и нажмите Удалить, выберите Vertices и введите, чтобы удалить vertices. Нажмите B и выберите верхнюю часть сферы.Нажмите E, S, 0 и введите, чтобы запечатать верхнюю часть vertices еще выбраны. И переместить синюю стрелку вниз, чтобы выровнять в верхней части головы позвоночника. Чтобы увеличить разрешение сетки в верхней части позвоночника, выберите инструмент и нож и использовать нож, чтобы сократить круг вокруг центра верхней.Затем выберите инструмент и петлю вырезать и слайд четыре раза, чтобы создать четыре концентрических кругов вокруг центра верхней. Для создания позвоночника шеи нажмите B и выберите дно сетки. Нажмите Удалить Vertices и B и выбрать нижней части сетки.Нажмите E и q и выберите минус 0,45, чтобы создать экструзию к положению оси, при минус 0,45 микрометра. Чтобы сделать сетку совместимой с M-клеточным прессом Ctrl T, чтобы триангуляции сетки и выбрать инструмент и удалить удваивается. Для создания нескольких позвоночника Dendrite нажмите Shift A, чтобы открыть палитру сетки и выбрать сетку и цилиндр.В меню Add Cylinder установите радиус 0,3 микрометра и глубину до двух микрометров и нажмите Enter. Press R и введите 90, чтобы повернуть цилиндр на 90 градусов и использовать синюю стрелку, чтобы перетащить цилиндр на дно позвоночника. Нажмите 3, чтобы получить передний вид цилиндра и нажмите на нее, чтобы сделать сетку прозрачной.Используйте синюю обычную стрелку, чтобы переместить основание позвоночника в интерьер цилиндра и правым щелчком мыши, чтобы выбрать Дендрит. Выберите Модификатор и добавьте модификатор и выберите Boolean, Operation Union и выберите Object Spine. Нажмите Применить, чтобы создать совместную сетку дендрита и позвоночника.Затем используйте мышь, чтобы выбрать сетку изолированного позвоночника, изменяя положение и угол, чтобы вставить каждый новый позвоночник в физиологическом положении. Для создания АМРА выберите Молекулы и вставьте новую молекулу. Измените название на AMPAR и измените тип молекулы на молекулу Surface.Затем измените диффузию константы 0,05 раза 10 до восьмого квадратного сантиметра в секунду. Для построения якорей, связанных с АМРА, на PSD1 во время базального состояния, открытые настройки выхода участка и нажмите, чтобы определить молекулы. Затем установите молекулу Anchor_AMPAR, объект для дендрита и Региона на PSD1.Для запуска моделирования Basal Condition выберите моделирование Run. И установите итерации до 30 000 и шаг времени до одного раза 10 до минус трех секунд. Нажмите Экспорт и запустить и ждать окончания моделирования.В конце моделирования выберите данные визуализации перезагрузки, анимацию Воспроизведения, настройки вывода участка и сюжет для визуализации пространственных временных результатов. Для запуска гомосинаптической потенции условие выберите Молекула размещения и rel_anchorLTP_psd1. Выберите rel_anchorLTP_psd1 и измените количество для выпуска до 200.Затем измените количество, чтобы освободиться до нуля. Выберите rel_anchor_psd1. Измените количество, чтобы выпустить к нулю и запустить моделирование, как только что продемонстрировано.Синаптическая пластичность может быть примерно проверена путем изменения количества видов АМПАР, связанных с якорями на каждом позвоночнике. Для точного расчета возникновения синаптической пластичности. Рекомендуется рассчитать изменение общего числа якорных и бесплатных АМПАР в синапсе.AMPAR гомосинаптической потенции и депрессии могут быть проверены за счет увеличения и уменьшения числа якорных АМПАР соответственно, вызванные изменениями в сродстве АМПАР якорей по сравнению с базальным состоянием. Например, гомосинаптическая долгосрочная индукция потенции на одном позвоночнике, создает гетеросинаптический эффект длительной депрессии у соседних шипов. После этой процедуры, модель может быть расширена, чтобы исследовать процесс индукции LTP и LTD в дендритных шипах.Этот метод позволяет проверить гипотезу о функционировании сложных нелинейных систем с большим количеством переменных.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Preparation of Oligomeric &beta;-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Preparation of Oligomeric ÃƒÅ½Ã‚Â²-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Подготовка Олигомерные β-амилоида 1-42 И индукция Synaptic Обесценение Пластичность на срезах гиппокампа

Impairment of synaptic connections is likely to underlie the subtle amnesic changes occurring at the early stages of Alzheimer s Disease (AD). ...

Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) of Fluorescence Tagged Proteins in Dendritic Spines of Cultured Hippocampal Neurons

Fluorescence Recovery After Photobleaching FRAP of Fluorescence Tagged Proteins in Dendritic Spines of Cultured Hippocampal Neurons

Флуоресценция Восстановление после фотообесцвечивания (FRAP) флуоресценции меткой Белки в Дендритные Шипы культивированный нейронов гиппокампа

FRAP has been used to quantify the mobility of GFP-tagged proteins. Using a strong excitation laser, the fluorescence of a GFP-tagged protein is bleached ...

Lateral Diffusion and Exocytosis of Membrane Proteins in Cultured Neurons Assessed using Fluorescence Recovery and Fluorescence-loss Photobleaching

Боковая диффузия и экзоцитоз мембранных белков в культивируемых нейронов оценивали по флуоресценции и флуоресценции восстановления потерь фотообесцвечивания

Membrane proteins such as receptors and ion channels undergo active trafficking in neurons, which are highly polarised and morphologically complex. This ...

Voltage-sensitive Dye Recording from Axons, Dendrites and Dendritic Spines of Individual Neurons in Brain Slices

Напряжение чувствительные краски Запись с аксонов, дендритов и дендритных шипиков отдельных нейронов в срезах мозга

Understanding the biophysical properties and functional organization of single neurons and how they process information is fundamental for understanding ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Быстрый Micro-ионтофорезом глутамата и ГАМК: полезный инструмент по расследованию Synaptic интеграции

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Deriving the Time Course of Glutamate Clearance with a Deconvolution Analysis of Astrocytic Transporter Currents

Выводя на динамику Глутамат зазор Деконволюция Анализ астроцитов Токи Transporter

The highest density of glutamate transporters in the brain is found in astrocytes. Glutamate transporters couple the movement of glutamate across the ...

Imaging Dendritic Spines of Rat Primary Hippocampal Neurons using Structured Illumination Microscopy

Визуализация дендритных шипиков крысы первичной нейронов гиппокампа с помощью структурированного подсветки микроскопия

Dendritic spines are protrusions emerging from the dendrite of a neuron and represent the primary postsynaptic targets of excitatory inputs in the brain. ...

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

Двухфотонное<em&gt; В естественных условиях</em&gt; Визуализация дендритных шипиков в мыши Cortex Использование разреженных черепа Подготовка

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

Pentylenetetrazole-Induced Kindling Mouse Model

Модель Pentylenetetrazole индуцированной растопку мыши

Pentylenetetrazole (PTZ) is a GABA-A receptor antagonist. An intraperitoneal injection of PTZ into an animal induces an acute, severe seizure at a high ...

Combining Optogenetics with Artificial microRNAs to Characterize the Effects of Gene Knockdown on Presynaptic Function within Intact Neuronal Circuits

Сочетание Оптогенетика с искусственных микроРНК охарактеризовать последствия нокдаун гена на пресинаптическом функции внутри нетронутыми нейронных цепей

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a ...