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Articles by Kazuhiro Wada in JoVE

 JoVE General

Radioaktiv In-situ- Hybridisierung zum Nachweis Diverse Genexpressionsmuster in Tissue


JoVE 3764 4/27/2012

1Howard Hughes Medical Institute, Department of Neurobiology, Duke University, 2Department of Biological Sciences, Hokkaido University

Dieses Protokoll wird erfolgreich eingesetzt, um quantitativ zu detektieren Ebenen und räumliche Muster der mRNA-Expression in mehreren Gewebetypen über Wirbeltierarten. Das Verfahren lässt sich erkennen geringer Menge Transkripte und ermöglicht die Verarbeitung von Hunderten von Dias gleichzeitig. Wir präsentieren dieses Protokoll mit Expression Profiling der aviären embryonalen Gehirn Bildung als Beispiel.

Other articles by Kazuhiro Wada on PubMed

Neuartige SR-reich-related Protein Spange Spezifisch Mit Inaktivierten CLK4 Und Induziert Die Exon EB Einbeziehung Der CLK

Identifikation Von Proteinen Durch Methylierten Protein-Arginin-N-Methyltransferase 1, PRMT1, Mit Einem Neuen Ausdruck Klonierungsstrategie

FoxP2 Ausdruck in Vogel-Gesang Lernenden Und Nicht-Lernenden

Überarbeitete Nomenklatur Für Aviäre Telencephalon Und Einiger Verwandter Hirnstammkerne

Differentielle Expression Von Glutamat-Rezeptoren in Neuronalen Bahnen Für Vogelgrippe Gelernt Stimmgebung

Die Vogelgrippe Gehirn-Nomenklatur-Forum: Terminologie Für Ein Neues Jahrhundert in Vergleichende Neuroanatomie

Viele der Annahmen der Homologie, die auf dem basieren die Standardnomenklatur für die Zellgruppen und Faser Landstriche Vogelgrippe Gehirne sind fehlerhaft und daher diese Terminologie fördert Missverständnis der funktionalen Organisation der Vogelgrippe Gehirne und ihrer evolutionären Beziehung zur Säugetier-Gehirne. Dieses Problem erkennen, begann eine Reihe von Vogelgrippe Hirnforschern aufs, die Terminologie zu revidieren, die in dem Avian Gehirn Nomenklatur Forum, an der Duke University von 18 bis 20 Juli 2002 gipfelte. Klicken Sie in der neuen Terminologie auf diesem Forum zugelassen hat die fehlerhafte Vorstellung, dass das Telencephalon Vögel fast vollständig aus einer übersättigten Basalganglien besteht aus der Teleenzephalischer Terminologie ausgelesen wurden, und die eigentlichen Teile der Basalganglien und der Hirnstamm afferenten Zelle Gruppen gewesen Vornamen reflektieren ihre jetzt offensichtlich Homologien. Teleenzephalischer Regionen, die irrtümlich genannt wurden, entsprechend der vermuteten Homologie zu Säugetier-Basalganglien wurden umbenannt, als Teile des Pallium, verwenden Präfixe, die meisten etablierte Abkürzungen (Aufrechterhaltung der Kontinuität mit der ersetzten Nomenklatur) beibehalten. Details dieses Treffen und seinen wichtigsten Schlussfolgerungen werden in diesem Papier vorgestellt, und die Details der neuen Terminologie und seine Basis in einem längeren Begleiter-Papier präsentiert werden. Wir fordern alle diese neuen Terminologie zu verwenden, weil wir glauben, dass es bessere Kommunikation unter den Neurologen fördern wird.

Avian Gehirne Und Ein Neues Verständnis Von Wirbeltier-Evolution Des Gehirns

Nachtsichtgeräte Hirnareal in Wandernde Singvögel

Eine Molekulare Neuroethological Ansatz Zur Identifizierung Und Charakterisierung Einer Kaskade Von Behaviorally Regulierter Gene

Singvögel haben eines der zugänglichsten neuronale Systeme für die Untersuchung von Gehirn Mechanismen des Verhaltens. Neuroethological Studium der Singvögel waren jedoch durch den Mangel an Hochdurchsatz molekulare Ressourcen und gen-Manipulation Tools begrenzt. Diese Einschränkungen zu überwinden, wir konstruiert 21 reguläre normalisiert und subtrahiert in cDNA-Bibliotheken von Gehirnen von Zebrafinken in 57 Entwicklungsstörungen und Verhaltensstörungen Bedingungen versuchen, so viel von dem Gehirn Transkriptom möglichst zu klonen. Aus diesen Bibliotheken waren ungefähr 14.000 Transkripte isoliert, eine geschätzte 4.738 Genen darstellt. Mit der cDNAs haben wir eine hierarchisch organisierten Transkriptom-Datenbank und eine groß angelegte Singvogel Gehirn cDNA-Microarray. Wir verwendeten die Arrays, eine Gruppe von 33 Genen aufzudecken, die in Stirnhirn Gesang Kernen durch Gesang Verhalten reguliert werden. Diese Gene gruppiert in vier anatomische und sechs zeitlichen Muster. Ihre Funktionen umfasste eine Vielzahl von zellulären und molekularen Kategorien, Signaltransduktion, Menschenhandel und strukturelle, synaptisch veröffentlichten Molekülen. Mit der in cDNA und einem lentiviralen Vektor-System konnten wir in Gesang Kernen, Proteine von repräsentativen singen regulierten Genen in Ermangelung des Singens überexprimiert. Diese öffentlich zugängliche Ressource-http://songbirdtranscriptome.net kann jetzt verwendet werden, molekulare Neuroethological Mechanismen des Verhaltens zu studieren.

Lateralized Aktivierung Von Cluster-N in Den Gehirnen Der Wandernden Singvögel

N-Cluster ist ein Cluster von Stirnhirn Regionen gefunden in Nacht-wandernde Singvögel, der hohe Aktivierung der leistungsabhängige Genexpression während Nachtsicht zeigt. Wir haben vorgeschlagen, dass Cluster-N als Nacht-Zugvögel spezialisierte Nachtsicht Bereich funktionieren kann und es in Verarbeitung Magnetkompass Licht-vermittelten Informationen einbezogen werden kann. Hier untersuchten wir diese Ideen. Wir fanden eine signifikante lateralized Dominanz der Cluster-N-Aktivierung in der rechten Hemisphäre des Europäischen Rotkehlchen (Erithacus Rubecula). Aktivierung stammt überwiegend von der kontralateralen (linken) Auge. Garten Waldsänger (Sylvia borin) unter verschiedenen Magnetfeld Bedingungen getestet und unter monochromatisches Rotlicht nicht zeigen große Unterschiede im Cluster-N-Aktivierung. In der ziemlich sitzende sardischen-Waldsänger (Sylvia Melanocephala) gehört, die zu der gleichen Phyolgenetic-Klade, Cluster N zeigte prominente Aktivierung Ebenen, ähnlich wie die beobachteten im Garten Waldsänger und europäischen Robins. So scheint es, dass Cluster-N-Aktivierung in der Nacht in alle Arten innerhalb überwiegend wandernde Gruppen von Vögeln, tritt wahrscheinlich weil diese Vögel die Möglichkeit des Umschaltens zwischen wandernden und sesshaften Lebensweise haben. Die Aktivierung-Studien deuten darauf hin, dass obwohl Cluster N lateralized ist, wie die Abhängigkeit der magnetischen Kompass Orientierung ist, entweder Cluster-N nicht engagiert sich im magnetischen Verarbeitung oder die magnetischen Modulationen der des primären Bildsignals, bilden die Grundlage für die derzeit unterstützten Licht-abhängige Magnetkompass-Mechanismus, sind relativ klein, so dass leistungsabhängige Gen-Ausdruck-Änderungen sind nicht empfindlich genug, um sie abzuholen.

Neue Erfahrung Induziert Persistente Schlaf-abhängigen Plastizität Im Kortex, Aber Nicht Im Hippocampus

Episodische und räumliche Erinnerungen des Hippocampus während der Akquisition zu engagieren, sondern migrieren auf die Großhirnrinde im Laufe der Zeit. Wir haben vor kurzem vorgeschlagen, dass das Zusammenspiel zwischen slow-Wave (SWS) und REM-Schlaf (REM) Schlaf letzte synaptische Änderungen aus dem Hippocampus an der Hirnrinde ausbreitet. Um diese Theorie zu testen, bewerten wir gemeinsam extrazelluläre neuronale Aktivität, lokales Feld Potenziale (LFP) und Stufen der Plastizität im Zusammenhang mit unmittelbaren frühen Gene (IEG) Bogen und Zif-268 bei Ratten neue Spatio-taktile Erfahrung ausgesetzt. Post-Experience Feuerrate erhöht waren am stärksten in SWS und dauerte viel länger im Kortex (Stunden) als im Hippocampus (Minuten). Während des REM-Schlafes, feuern Preise zeigte starke zeitliche Abhängigkeit über Hirnareale: kortikale Aktivierung während Erfahrung vorhergesagt hippocampal Aktivität in der ersten post-experience Stunde, während hippocampal Aktivierung während Erfahrung kortikale Aktivität in der dritten post-experience Stunde vorhergesagt. Vier Stunden nach Erfahrung, war IEG Ausdruck speziell herraufreguliert während des REM-Schlafes im Kortex, aber nicht im Hippocampus. Bogen-Genexpression im Kortex war proportional LFP Amplitude der Spindel-Serie (10-14 Hz) aber nicht feuern Preise, wie erwartet von Signale mehr Bezug auf dendritische Eingang als auf somatische Ausgang. Die Ergebnisse zeigen, dass Hippocampo-kortikale Aktivierung während Erwachen mehrere Wellen der kortikale Plastizität folgt wie voll Schlaf-Zyklen wiederholen. Ohne entsprechende Veränderungen im Hippocampus mag seine mnemonische Rückzug im Laufe der Zeit erklären.

Früh Einsetzende Song Ohrenbetäubend Induziert Verschlechterung Und Differential Anforderungen Des Signalweges Pallialdrüsensekret Basale Ganglien Gesang

Ähnlich wie Menschen Vertrauen Singvögeln auf auditive Feedback, die akustische und Sequenz-Struktur des Erwachsenen gelernten Laute beizubehalten. Bei Singvögeln betäubt werden, verschlechtern die erlernten Merkmale der Song, wie Silbenstruktur und Sequenzierung, schließlich. Jedoch wurden die zeitlichen Verlauf und die ersten Phasen der Verschlechterung der Song nicht gut, vor allem in den am häufigsten untersuchten Singvogel, der Zebrafink untersucht. Hier beobachteten wir zuvor uncharakterisiertes subtile, aber wichtige Änderungen an Gesang innerhalb von wenigen Tagen nach ohrenbetäubend. Silbenstruktur wurde detectably lauter und leiser Intervalle zwischen Lied Motive erhöht. Obwohl Song Motiv Sequenzen auf 2 Wochen stabil blieb, kam es wie bisher gemeldete, ausgeprägte Veränderungen in längeren Strecken der Song Anfall Sequenzen. Dazu gehörten Löschungen Silben zwischen Lied Motive, Änderungen in der Häufigkeit an welche bestimmten Stücke von Song produziert und Stottern für Vögel waren, die hatten einige Wiederholungen von Silben vor ohrenbetäubend. Silbe-Struktur und Song-Kampf-Sequenz verändert in unterschiedlichem Tempo, angibt, verschiedene Mechanismen für die Erhaltung ihres Zustands. Die Änderungen im Silbenstruktur benötigt einen funktionsfähigen seitlichen Teil, aber nicht der medialen Teil des Weges Pallialdrüsensekret basale Ganglien Vokal, während Änderungen in der Song-Kampf-Sequenz lateralen oder medialen Teile des Weges nicht erforderlich war. Diese Befunde zeigen, dass Lied ohrenbetäubend induziert Veränderungen in Zebrafinken rasch erkannt werden können, nach ohrenbetäubend, akustische und Sequenz-Änderungen können unabhängig voneinander auftreten, und, innerhalb dieser Frist der Pallialdrüsensekret basale Ganglien Gesang Weg der akustischen Strukturänderungen jedoch keine der Song Anfall Sequenz Änderungen steuert.

Molekulare Zuordnung Der Bewegung-assoziierte Gebiete Im Vogelgrippe Gehirn: Ein Motor Theorie Für Gesang Lernen Herkunft

Gesang lernen ist ein kritischer Verhaltens-Substrat für menschliche Sprache. Es ist ein seltenes Merkmal, das in drei weitläufig verwandten Gruppen der Vögel-Singvögel, Kolibris und Papageien gefunden. Diese Vogelgrippe Gruppen haben bemerkenswert ähnliche Systeme zerebrale Gesang Kerne für die Kontrolle der gelernten Laute, die nicht deren enger verwandte Gesang nicht-Learning verwandten gefunden werden. Diese Erkenntnisse führten zu der Hypothese, dass Gehirn Wege für Gesang lernen in verschiedenen Gruppen unabhängig von einem gemeinsamen Vorfahren, aber unter bereits bestehende Einschränkungen entwickelt. Hier empfehlen wir eine Einschränkung, ein pre-existing System zur Bewegungssteuerung. Mithilfe verhaltensbasierter Molekulare Zuordnung, entdeckten wir, dass in Singvögeln, Papageien und Kolibris, alle Kerne der zerebralen Gesang lernen an diskreten Hirnareale aktiv während der Gliedmaßen und Körper Bewegungen angrenzen. Ähnlich wie die Beziehungen zwischen Vokal Kerne Aktivierung und Gesang, Aktivierung in den angrenzenden Gebieten korreliert mit der Menge an Bewegung durchgeführt und war unabhängig von auditiven und visuellen Input. Diese dieselbe Bewegung-assoziierte Hirnregionen waren ebenfalls anwesend in weibliche Singvögel, die nicht lernen, Laute und haben verkümmerte zerebrale Gesang Kerne und Ring-Tauben, die Vokale nicht-Lernenden und haben keine zerebralen Gesang Kerne. Eine Zusammenstellung der vorherigen neuronale Ablaufverfolgung Experimente in Singvögeln legt nahe, dass die Bewegung-assoziierte Gebiete in einem Netzwerk verbunden sind, das parallel zu den angrenzenden Vocal Lernsystem. Diese Studie ist die erste globale Zuordnung, dass wir wissen für Bewegung-assoziierte Gebiete von der Vogelgrippe Großhirn und es zeigt, dass Gehirn-Systeme, die Vokale lernen in weitläufig Verwandte Vögel Steuern direkt an an Bewegungssteuerung angrenzen. Basierend auf diesen Erkenntnissen, schlagen wir eine motor-Theorie für den Ursprung des Vocal lernen, dadurch, dass die Hirnareale spezialisiert für Gesang lernen in Gesang Lernenden entwickelte sich als eine Spezialisierung der bereits vorhandenen motor Weg, der Bewegung steuert.

Variable Essen Betteln Anrufe Sind Vorboten Der Gesang Lernen

Gesang lernen entwickelte sich in wenige Gruppen von Säugetieren und Vögeln. Die Entwicklungs- und evolutionären Ursprünge der Gesang lernen sind noch unklar. Die Nachahmung einer gespeicherten Ton ist ein klares Beispiel für Gesang lernen, aber ist, dass beim Gesang lernen beginnt? Hier verwenden wir eine Ontogenetische Ansatz, wie Gesang lernen zu prüfen, die in ein Singvogel, der Schwirrammer auftritt. Die ersten Laute von Singvögeln, Essen betteln Aufrufe, galten als angeboren, und Gesang lernen taucht später während Subsong, ein Verhalten erinnert an Kleinkinder Geschwätz. Hier berichten wir, dass das Essen betteln Aufrufe von männlichen Spatzen zeigen mehrere Gesang zugeordneten Merkmale: Männchen betteln Anrufe sind sehr variabel zwischen Individuen und geändert durch ohrenbetäubend; die Produktion von Nahrungsmitteln, die Anrufe betteln induziert c-fos-Ausdruck in einer Stirnhirn motor Kern, RA, die mit der Produktion von Gesang beteiligt ist. Elektrolytische Läsionen der RA verringern erheblich die Variabilität der männlichen Aufrufe. Die männlichen betteln Aufrufe fließen anschließend in Subsong, die wiederum in erkennbare Versuche Vokale Nachahmung übergeht. Frauen nicht singen und ihr betteln Aufrufe von ohrenbetäubend oder RA-Läsion nicht betroffen sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass in Chipping Spatzen, intakte Gehör beeinflussen die Qualität der Männchen, die Anrufe betteln, auditive-Sensitive Gesang Variabilität bei Essen betteln Anrufe ist der erste Schritt in eine Modifikation der Sprachausgabe, die schließlich mit Gesang Imitation gipfelt.

Dopamin-Rezeptoren Im Singvogelgehirn

Dopamin ist ein wichtiger Neuromodulatory-Transmitter im Gehirn. Es wirkt durch Dopamin-Rezeptoren Änderungen in neurale Aktivität, Genexpression und Verhalten beeinflussen. Singvögel Dopamin in der Striatale Song Kern Bereich X freigegeben und die Ebenen abhängen, sozialen Kontexten ungerichteten und gesteuerte singen. Diese differenzielle Version ist differentielle Expression leistungsabhängige Gene, z. B. egr1 zugeordnet (aviäre Zenk), die im Gehirn von Säugetieren werden durch Dopamin-Rezeptoren moduliert. Hier wir geklont von Zebrafink Gehirn cDNA alle Aviären Dopamin-Rezeptoren: D1 (D1A, D1B, D1D) und D2 (D2, D3, D4) Familien. Sequenz vergleichende Analysen der vorhergesagten Proteine ergab erwartete phylogenetische Beziehungen, in denen die D1-Familie existiert als einzige Exon und die D2-Familie existiert als gespleißten Exon Gene. Zebrafink und Huhn, die D1A, D1B, und D2-Rezeptoren hoch bzw. im Striatum, D1D und D3 in das Pallium und innerhalb der Mesopallium ausgedrückt wurden sowohl die D4 vor allem im Kleinhirn. Ferner zeigte alle Rezeptoren mit Ausnahme der D4, innerhalb der Zebrafink, differentielle Ausdruck in Song Kernen im Vergleich zu den umliegenden Regionen und entwicklungspolitisch geregelten Ausdruck, der für die meisten Rezeptoren während der sensorischen Erwerb und sensomotorischen Phasen des Lernens der Song ging. Im Bereich X die Hälfte der Zellen ausgedrückt D1A und D2-Rezeptoren und ein höherer Anteil der Neuronen D1A-nur-haltigen egr1 ausgedrückt, während ungerichtete jedoch nicht während gesteuerte singen. Unsere Ergebnisse sind konsistent mit Hypothesen, dass Dopamin-Rezeptoren in der Song-Entwicklung und sozialen Kontext-abhängige Verhaltensweisen beteiligt sein können.

Die Dusp1 IEG Wird Durch Natürliche Reize Vorwiegend in Sensorischen Eingabeneuronen Geregelt

Viele unmittelbare frühen Gene (IEGs) haben leistungsabhängige Induktion in einer Teilmenge des Gehirns Unterteilungen oder Neuron-Typen. Jedoch wurden keine noch mit Verordnung bestimmte, Thalamus-Empfänger sensorische Neuronen das Telencephalon oder in den thalamischen sensorischen Eingabeneuronen selbst berichtet. Wir berichten hier, die erste derartige gen, duale Spezifität Phosphatase 1 (dusp1). Dusp1 ist ein Inactivator von Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) und MAPK aktiviert Ausdruck des egr1, eines der am häufigsten studierte IEGs, wie in kultivierten Zellen bestimmt. Wir fanden, dass im Gehirn natürlich verhält, Singvögeln und anderen Vogelarten, Lied zu hören, sehen, visuelle Reize und das Durchführen von motor Verhalten verursacht hohe dusp1 Hochregulation bzw. im auditiven, visuellen und somatosensorischen Eingabezelle Populationen von Thalamus und Thalamus-Empfänger sensorischen Neuronen des Teleenzephalischer Pallium, während hohe egr1 Hochregulation nur in Folge aufgetreten ist angeschlossen, sekundäre und tertiäre sensorische neuronale Populationen von diesen gleichen Wege. Motor Verhalten nicht hohe dusp1 Ausdruck in den Motor-assoziierten Gebieten neben dem Song Kerne, induzieren, wobei egr1 herraufreguliert als Reaktion auf Bewegung ist. Unsere Analyse des dusp1 Ausdrucks im Gehirn der Maus schlägt ähnliche Verordnung in den sensorischen Eingabeneuronen der Thalamus und Thalamus-Empfänger-Schicht IV und VI Neuronen der Hirnrinde. Diese Forschungsergebnisse legen nahe, dass die dusp1 Verordnung, sensorische Eingabeneuronen des Thalamus und Telencephalon spezialisiert hat; Sie zeigen weiter, dass dieser Verordnung dienen kann, Stimulus-induzierte Ausdruck egr1 und andere IEGs, führt zu einzigartigen molekularen Eigenschaften von Stirnhirn sensorische Eingabeneuronen abzuschwächen.

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