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In JoVE (3)
- Une technique de la fenêtre mince crâne pour chronique à deux photons In vivo de Murine microglies dans les modèles de la neuro-inflammation
- Imagerie chronique des souris cortex visuel en utilisant une préparation Diluée-crâne
- Injection intracrânienne des vecteurs adéno-associés virale
Other Publications (14)
- Neuron
- The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience
- Trends in Neurosciences
- The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience
- Developmental Neurobiology
- Cerebral Cortex (New York, N.Y. : 1991)
- The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience
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- PloS One
- Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
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Articles by Ania K. Majewska in JoVE
JoVE Neuroscience
Une technique de la fenêtre mince crâne pour chronique à deux photons In vivo de Murine microglies dans les modèles de la neuro-inflammation
1Center for Neural Development and Disease, Department of Neurology, Child Neurology Division, University of Rochester, 2Department of Neurobiology and Anatomy, University of Rochester
Nous décrivons une méthode pour visualiser plusieurs reprises la microglie et les monocytes circulants murin
JoVE Neuroscience
Imagerie chronique des souris cortex visuel en utilisant une préparation Diluée-crâne
Neurobiology and Anatomy, University of Rochester
Dans ce matériel vidéo et complémentaires, nous montrons un protocole pour les maladies chroniques
JoVE Neuroscience
Injection intracrânienne des vecteurs adéno-associés virale
Neurobiology and Anatomy, University of Rochester
Nous présentons ici l'injection intracrânienne de vecteurs AAV pour le marquage fluorescent des neurones et cellules gliales dans le cortex visuel.
Other articles by Ania K. Majewska on PubMed
Géométrie épines Dendritiques: Implication Fonctionnelle Et Le Règlement
Épines dendritiques sont des saillies minuscules sur les arbres dendritiques où des synapses excitatrices sont situés la plupart des. Les progrès récents dans les technologies d'imagerie nous ont donné beaucoup de perspicacité dans la fonction d'épines que les compartiments biochimiques. Ici nous passons en revue des données récentes suggérant que la géométrie des épines dendritiques contrôle de la signalisation calcique post-synaptique et est bidirectionnelle régulée au cours du plasticité synaptique.
Le Remodelage De La Structure Synaptique Dans Aires Corticales Sensorielles Dans Vivo
Bien que les changements en matière plastique sont connus pour se produire dans le développement et le cortex adulte, il reste difficile de savoir si ces changements nécessitent le remodelage des circuits corticaux par lequel les synapses se forment et éliminé ou si elles reposent sur des changements dans la force des synapses existantes. Pour déterminer la stabilité structurale des épines dendritiques et les terminaux des axones in vivo, nous avons choisi deux approches. Tout d'abord, nous avons effectué imagerie time-lapse à deux photons de la motilité épines dendritiques de la couche 5 neurones pyramidaux pour mineurs [jour postnatal 28 (P28)] souris sur les plans visuel, auditif et somatosensoriel cortex. Nous avons trouvé qu'il y avait des différences dans les taux basal de la motilité des épines dendritiques des neurones du type même cortex, avec différents cortex visuel présentant les moins dynamiques structurelles. Recâblage entrée visuelle dans le cortex auditif à la naissance, toutefois, pas réussi à modifier la motilité épines dendritiques, ce qui suggère que les taux de plasticité structurale pourrait être intrinsèque à la région corticale. Deuxièmement, nous avons étudié la persistance de la fois le pré-synaptique (terminaisons axonales) et post-synaptique (épines dendritiques) dans les structures de jeunes souris adultes (P40-P61), en utilisant chronique in vivo à deux photons d'imagerie dans les différentes zones sensorielles. Les deux terminaux et les épines ont été relativement stables, avec> 80% persistant sur une période de trois semaines dans toutes les régions sensorielles. Terminaisons axonales étaient plus stables que les épines dendritiques. Ces données suggèrent que des changements dans la fonction réseau au cours de l'apprentissage des adultes et de la mémoire peut se produire par des changements dans la force et l'efficacité des synapses existantes ainsi que quelques travaux de la connectivité par la perte et le gain de synapses.
Plasticité Et La Spécificité Des Réseaux Traitement Cortical
Le cortex cérébral est divisé en domaines fonctionnels discrets qui sont définies par des propriétés spécifiques, y compris la présence de différents types cellulaires, moléculaires modes d'expression, la connectivité microcircuits et de longue portée. Ces propriétés permettent différents domaines du cortex pour mener à bien des fonctions distinctes. De nouvelles données font valoir que la structure particulière et l'identité des aires corticales ne découle pas seulement des entrées spécifiques, mais aussi des réseaux de traitement uniques. Le but de cette revue est de résumer l'information actuelle sur l'interaction des signaux moléculaires intrinsèques avec les modèles d'activité qui sont entraînés par l'expérience sensorielle et de façonner des réseaux corticaux en se développant, mettant l'accent sur les connexions synaptiques dans les réseaux de vision processus qui. Cet examen fait partie de la question TINS spécial sur les substrats neuronaux de la cognition.
Technologies De Prochaine Génération Optiques Pour éclairer Les Circuits Du Cerveau Génétiquement Ciblées
Les technologies émergentes de l'optique, la génétique, et de la bioingénierie sont combinés pour les études de circuits neuronaux intacts. La progression rapide de ces interdisciplinaires "optogénétique" approches a élargi les capacités pour l'imagerie optique et génétique ciblage de types cellulaires spécifiques. Nous explorons ici les principaux progrès récents qui unissent les approches optiques et génétique, en se concentrant sur les techniques prometteuses qui soit permettent des études de la dynamique de nouveaux neurones et de comportement ou de fournir de nouvelles perspectives sur des systèmes modèles classiques.
Rapide, à Long Terme D'étiquetage Des Cellules Dans Les Pays En Développement Et Des Adultes Contre Les Rongeurs De Visual Cortex En Utilisant Le Double-brin Adéno-associés Vecteurs Viraux
Chronique dans les études d'imagerie in vivo du cerveau exigent une méthode de marquage qui est rapide, durable, efficace, non toxique, et un type de cellule spécifique. Au cours de la dernière décennie, virus adéno-associé (AAV) a été utilisé pour exprimer de façon stable des protéines fluorescentes dans les neurones in vivo. Toutefois, la limitation principale AAV pour de nombreuses études (telles que celles du développement neuronal) est la nécessité de second brin d'ADN de synthèse, ce qui retarde l'expression du transgène de pointe. Le développement de la double-brin (AAV dsAAV) vecteurs a surmonter cette limitation, permettant l'expression du transgène rapide. Ici, nous avons injecté différents sérotypes (1, 2, 6, 7, 8 et 9) d'un vecteur portant le dsAAV la protéine fluorescente verte (GFP) dans le développement et la souris adulte cortex visuel et caractérisé son expression. Nous avons observé l'étiquetage des deux neurones et les astrocytes avec sérotype spécifique tropisme. dsAAV-GFP étiquetage ont montré des niveaux élevés d'expression de la GFP neuronale dès le 2 jours et après l'injection tant que d'un mois, dépassant le début classique AAV d'expression et d'adaptation de sa longévité. Les neurones marqués par dsAAV-GFP est apparu structurellement et électrophysiologique des neurones non marquées identique à, ce qui suggère que dsAAV-GFP n'est ni cytotoxique, ni modifie le fonctionnement normal des neurones. Nous avons également démontré que les cellules dsAAV-marqués peuvent être imagées avec une résolution subcellulaire in vivo sur plusieurs jours. Nous concluons que dsAAV est un excellent vecteur pour l'étiquetage rapide et à long terme dans les études d'imagerie in vivo des astrocytes et les neurones sur le niveau de la cellule unique dans les pays en développement et les adultes cortex visuel.
La Déréglementation Postsynaptique à GAP-43 Cortex Souris Hétérozygote Barrel
Formation des moustaches liées barils dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) exige la communication entre les afférences thalamo présynaptiques (TCAS) et post-synaptiques des neurones corticaux. GAP-43 est cruciale impliqués dans le ciblage ATC à postsynaptiques des neurones S1, mais son influence sur les interactions entre ces 2 éléments n'a pas été explorées. Ici, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle réduit l'expression précoce de la différenciation présynaptique modifie GAP-43 (GAP-43 hétérozygotes [Hz] souris) postsynaptique des cellules baril. Nous avons trouvé une augmentation transitoire de la coloration de la cytochrome oxydase entre P6 et P14 chez les animaux HZ, indicative de l'activité métabolique accrue dans le cortex baril durant cette période. Golgi imprégnation et microtubule-associated protein 2 immunohistochimie a montré une anomalie de motifs dendritique dans le cortex GAP-43 Hz à P5, avec une longueur dendritique altérée et la ramification et la rétention anormale des dendrites qui s'étendent dans le développement de cloisons. Cette carence n'est plus apparente au P7, ce qui suggère une récupération partielle des processus d'élagage dendritiques. Enfin, nous avons montré les défauts début de la synaptogenèse de P4 à P5 avec colocalisation a augmenté de NR1 et GluR1 coloration chez la souris HZ. Par P7, cette colocalisation était normalisé à des niveaux de type sauvage. Pris dans leur ensemble, nos résultats suggèrent anormale différenciation postsynaptique à GAP-43 HZ cortex au cours du développement le baril au début, suivie par une compensation adaptative et partielle de sauvetage phénotypique.
Dynamique Des Structures Des Synapses Dans Vivo Corrélation Avec Les Changements Fonctionnels Pendant La Plasticité Peut-dans Le Cortex Visuel
L'impact de l'activité sur les circuits neuronaux est complexe, impliquant des changements à la fois fonctionnelles et structurelles dont l'interaction est largement inconnue. Nous avons utilisé l'imagerie optique des réponses de souris cortex visuel et d'imagerie à deux photons d'épines couche superficielle sur la couche 5 neurones de surveiller la fonction réseau et la dynamique des structures synaptiques dans le cortex visuel de la souris in vivo. L'absence totale de vision due à l'obscurité de la naissance d'élevage atténue les réponses visuelles et de la dynamique quarts colonne vertébrale et des morphologies vers un état immature. Les effets de la vision après l'élevage sombre sont fortement dépendantes de la date de l'exposition: sur une période de jours, fonctionnels et des changements structurels sont une relation temporelle telle que la lumière se stabilise épines tout en augmentant l'activité visuelle entraînée. Les effets de l'exposition de lumière à long terme peut être partiellement imitée par l'amélioration de signalisation inhibitrices expérimentalement dans l'obscurité. Brève exposition à la lumière, cependant, les résultats de manière rapide, transitoire, NMDA-dépendante augmentation des réponses corticales, accompagnée de la dynamique accrue des épines dendritiques. Ces résultats indiquent que l'expérience visuelle induit une réorganisation rapide des circuits corticaux suivie d'une période de stabilisation, et de démontrer une relation étroite entre les changements dynamiques au niveau des synapses individuelles et de la fonction réseau cortical.
Interactions Avec Les Synapses Microgliales Sont Modulés Par L'expérience Visuelle
Les microglies sont les cellules immunitaires du cerveau. En l'absence d'insulte pathologique, leurs processus très mobiles sans cesse étudier le parenchyme cérébral et transitoire des éléments de contact synaptiques. Mis à part la surveillance, leurs rôles physiologiques au niveau des synapses ne sont pas connus. Pour mieux comprendre les rôles possibles de la microglie dans la modification des structures synaptiques, nous avons utilisé la microscopie électronique immunocytochimique, série microscopie électronique section avec des reconstructions tridimensionnelles, et à deux photons en imagerie in vivo pour caractériser les interactions avec les synapses au cours microgliales expérience sensorielle normale et altérée , dans le cortex visuel des souris juvéniles. Au cours de l'expérience visuelle normale, la plupart des processus microgliales affiché apposition directe avec de multiples synapse-associés, y compris les éléments fentes synaptiques. Processus microgliales ont également été distinctement entouré par des poches de l'espace extracellulaire. En termes de dynamique, les processus microgliales localisée à proximité de petites et de plus en plus transitoirement épines dendritiques, qui étaient généralement perdus plus de 2 d. Quand l'expérience a été manipulée par la privation de lumière et de réexposition, les processus microgliales changé leur morphologie, ont montré des distributions modifiées de l'espace extracellulaire, affichées structures phagocytaires, apposées fentes synaptiques plus fréquemment, et enveloppés synapse-associés des éléments plus en détail. Alors que la privation de lumière induite microglie à devenir moins mobiles et ont changé leur préférence de la localisation à proximité d'un sous-ensemble de grandes épines dendritiques qui persistent reculaient, une réexposition lumière inversée ces comportements. Pris ensemble, ces résultats révèlent différentes modalités d'interactions avec microgliales synapses qui sont subtilement modifiés par l'expérience sensorielle. Ces résultats suggèrent que la microglie peut contribuer activement à l'expérience-dépendante modification ou la suppression d'un sous-ensemble spécifique des synapses dans le cerveau sain.
La Souris Cortex Visuel Primaire Est Un Site De Production Et La Sensibilité Aux œstrogènes
L'œstrogène classique féminin, 17β-estradiol (E2), a été démontré à maintes reprises incidence sur le traitement perceptif de repères visuels. Bien que E2 gonadique a souvent été pensé pour influer sur ces processus, la possibilité que le centre de traitement visuel peut être modulée par le cerveau généré par l'hormone n'a pas été explorée. Ici, nous montrons que les œstrogènes associés circuits sont très répandues dans le cortex visuel primaire de la souris (V1). Plus précisément, nous avons cloné l'aromatase, un marqueur de l'œstrogène produire des neurones, et les récepteurs d'oestrogène classiques (RE) et ERa ERβ, en tant que marqueurs pour l'oestrogène-sensibles neurones, et a mené une analyse de l'expression détaillée via hybridation in situ. Nous avons trouvé que les deux monoculaire et binoculaire V1 sont très riches en aromatase et ER-positifs neurones, ce qui indique que V1 est un site de production et de la sensibilité aux oestrogènes. Utilisation de double-fluorescence par hybridation in situ, nous révéler l'identité neurochimique de l'œstrogène-production et de cellules sensibles en V1, et de démontrer qu'ils constituent une population hétérogène neuronale. Nous montrons en outre que l'expérience visuelle engage une importante population de l'aromatase neurones positifs et, dans une moindre mesure, ER-neurones exprimant, suggérant que les niveaux de E2 peut être réglementée localement par un apport visuel en V1. Fait intéressant, les épisodes aigus de l'expérience visuelle n'affectent pas la densité ou la distribution de l'oestrogène-connexes circuits. Enfin, nous montrons que les souris adultes foncé élevés depuis leur naissance présentent également une distribution normale de l'aromatase et ERS tout au long de V1, ce qui suggère que la mise en œuvre et la maintenance des œstrogènes associés à des circuits est indépendant de l'expérience visuelle. Nos résultats démontrent que la V1 adulte est un site de production et de la sensibilité aux oestrogènes, et suggèrent que produites localement E2 peut façonner visuelle traitement cortical.
Un Rôle Pour Microglie Dans La Plasticité Synaptique?
Le remodelage de circuits du cerveau, y compris la formation, la modification et l'élimination des structures synaptiques, se produit tout au long de la vie comme les animaux s'adaptent à leur environnement. Jusqu'à très récemment, les mécanismes connus pour l'expérience-dépendante la plasticité synaptique avait placé les neurones et de leurs interactions structurelles avec des astrocytes dans le feu des projecteurs. Cependant microglies, les cellules immunitaires du cerveau, sont très actifs même en l'absence d'insultes et de leurs processus pathologiques communiquer périodiquement avec des épines dendritiques et les terminaux des axones dans vivo.1-3 Ce comportement intriguant nous a incité à explorer, en utilisant la microscopie électronique et de deux photon dans l'imagerie in vivo dans le cortex visuel primaire de souris juvéniles, un rôle possible pour la microglie au repos dans la modification de synaptique structures.4 Notre travail à découvert des changements subtils dans le comportement de la microglie au cours des manipulations de l'expérience visuelle, y compris la réglementation des espaces extracellulaires périsynaptiques, contactez avec des sous-ensembles de structure dynamiques et transitoires épines dendritiques, et l'immersion dans phagocytaire des synapses intactes. Sur la base de ces résultats, voici que nous en outre discuter de trois moyens de modification ou l'élimination des synapses qui pourraient être médiés par la microglie dans le contexte de la normale dépendant de l'expérience de plasticité.
VIH-1 Tat Induit Microgliose Et Dommages Synaptic Via Des Interactions Entre Les Périphériques Et Centraux Des Cellules Myéloïdes
Malgré la capacité de traitement par association d'antirétroviraux (TARV) pour réduire la charge virale à des niveaux presque indétectables dans le liquide céphalorachidien et du sérum, le VIH-1 troubles neurocognitifs associés (MAIN) persistent dans le plus grand nombre que la moitié des patients vivant avec cette maladie. Il est de plus en plus consensus selon lequel le substrat réel pour MAIN est la destruction de l'architecture synaptique normale, mais la séquence des événements cellulaires qui conduisent à ce résultat n'a jamais été résolu. Pour examiner si vs centrales périphérique cellules de la lignée myéloïde contribuer à la détérioration synaptique au cours neuroinflammation aiguë nous avons injecté une dose unique du transactivateur du VIH-1 de la protéine de transcription (Tat) ou le contrôle du véhicule dans l'hippocampe de souris C57BL de type sauvage ou chimérique / 6 des souris génétiquement marquée à distinguer l'infiltration et résidant cellules immunitaires. Leucocytes Entre 8-24 h après l'injection de Tat, envahissant CD11b (+) et / ou la myéloperoxydase-positif ayant des caractéristiques de granulocytes ont été trouvés à engloutir à la fois la microglie et les structures synaptiques, et réciproquement microglie englouti envahir leucocytes. En 24 heures, les processus microgliales ont également été observés engainantes dendrites, suivie par l'inclusion d'éléments synaptiques dans la microglie 7 jours après l'injection Tat, avec une microgliose durable d'une durée d'au moins 28 jours. Ainsi, le système nerveux central (SNC) l'exposition à Tat induit une activation précoce de périphériques cellules de la lignée myéloïde avec la phagocytose des éléments synaptiques et réciproque flammes, microgliale des leucocytes périphériques, et microgliose durable. Nos données suggèrent que d'une seule exposition à un antigène étranger, comme le VIH-1 Tat peut conduire à des perturbations de longue durée de l'homéostasie neuro normale avec des conséquences néfastes pour l'architecture synaptique, et suggèrent un mécanisme possible pour la neuroinflammation durable en l'absence de virus productive réplication dans le SNC.
Rapide Si La Plasticité De La Fonction Et La Structure Synapse Ferret Visuelle Corticale in Vivo
Les règles selon lesquelles l'expérience visuelle influence les réponses neuronales et de la structure dans le cerveau en développement ne sont pas bien comprises. Pour élucider la relation entre l'évolution rapide des techniques et le remodelage épines dendritiques in vivo, nous avons effectué des expériences d'imagerie chroniques qui suivent les réponses visuelles et des épines dendritiques dans le cortex visuel furet à la suite de brèves périodes de privation monoculaire. Les changements fonctionnels, qui ont été largement influencées par la perte des réponses oculaires privés, ont été strictement réglementée avec les changements structurels au niveau des épines dendritiques, et a eu lieu très rapidement (sur une échelle de temps d'heures). L'ampleur des changements fonctionnels a été corrélée avec l'ampleur des changements structurels à travers le cortex, et ces deux caractéristiques inversée lorsque l'œil privé a été rouverte. Une règle mondiale gouvernée comment les réponses aux deux yeux ou des changements dans les épines ont été altéré par une carence monoculaire: les changements ont eu lieu indépendamment de la préférence oculaire domination régionale et ont été indépendamment médiée par chaque œil, et la perte ou le gain des réponses ou des épines s'est produite en tant que proportion constante du lecteur predeprivation par l'œil privé ou nondeprived, respectivement.
L'expérience-dépendante De L'activité Règlement CaMKII Dans Simples Synapses Cortex Visuel Chez Vivo
Asymétrique entrée visuelle au cours du développement induit des modifications persistantes dans la fonction et la structure des neurones corticaux visuels. Les mécanismes moléculaires qui animent dépendants de l'activité changements attendent la visualisation directe de signaux sous-jacents au niveau des synapses individuelles in vivo. En utilisant un transfert d'énergie par génie génétique Förster résonance (FRET) de sonde pour la détection de l'activité CaMKII, et à deux photons d'imagerie de synapses uniques dans identifiés domaines fonctionnels, nous avons révélé mécanismes inattendus et différencié en sous-ensembles spécifiques de synapses in vivo. La privation monoculaire bref conduit à l'activation de la CaMKII dans la plupart des synapses de la couche 2/3 des cellules pyramidales dans les domaines privés des yeux, en dépit d'entraînement visuel réduit, mais pas dans les domaines des yeux nondeprived. Les synapses qui sont éliminés dans des domaines privés des yeux ont une faible activité basale CaMKII, ce qui implique un rôle protecteur pour CaMKII activé contre l'élimination des synapses.
Effets Du Vieillissement Et La Perte Sensorielle Sur Les Cellules Gliales Dans La Souris Et De Visual Cortex Auditifs
Le vieillissement normal s'accompagne souvent d'une perte progressive de la sensibilité du récepteur de l'audition et la vision, dont les conséquences sur la fonction cellulaire dans les aires sensorielles corticales sont restés largement inconnus. En examinant l'auditif primaire (A1) et visuels (V1) cortex chez deux souches de souris consanguines subissant une perte liée à l'âge de l'audition (C57BL/6J) ou de la vision (ABC / CAJ), nous avons pu décrire les changements cellulaires et subcellulaires qui ont été associés au vieillissement normal (survenant chez A1 et V1 de ces deux souches) ou plus précisément liée à l'âge de perte sensorielle (uniquement en A1 de C57BL/6J ou V1 de l'ABC / CAJ), utilisant la microscopie électronique immunocytochimique et microscopie optique. Bien que les changements sont subtils dans les neurones, cellules gliales et en particulier la microglie ont été transformés en animaux âgés. Les microglies sont devenus plus nombreux et irrégulièrement distribué, affiché corps cellulaire plus variable et morphologies des processus, occupé des territoires plus petits, et a accumulé les inclusions phagocytaires qui sont souvent affichées caractéristiques ultrastructurales des éléments synaptiques. En outre, la preuve de défauts ont été observés la myélinisation, et les oligodendrocytes âge sont devenus plus nombreux et ont été plus souvent rencontré par paires contiguës. La plupart de ces effets ont été profondément aggravé par l'âge liés à la perte sensorielle. Ensemble, nos résultats suggèrent que l'altération liée à l'âge des cellules gliales dans aires corticales sensorielles peut être accéléré par l'activité axées sur les mécanismes centraux qui résultent d'une perte liée à l'âge de la sensibilité périphérique. À la lumière de nos observations, ces changements liés à l'âge de la fonction sensorielle doit être envisagée lorsque l'enquête cellulaires, les fonctions du cortex, et comportementaux tout au long de la vie dans ces couramment utilisé C57BL/6J et des modèles de souris CBA / CaJ. © 2012 Wiley Periodicals, Inc
