Methodenartikel

In Vivo Zwei-Photonen-Imaging Of Experience-abhängigen molekularen Veränderungen in kortikalen Neuronen

DOI:

10.3791/50148

5. Januar 2013

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Experience-abhängigen molekularen Veränderungen in Nervenzellen sind essentiell für die Fähigkeit des Gehirns, in Reaktion auf Verhaltensstörungen Herausforderungen anzupassen. Ein In vivo Zwei-Photonen-Imaging-Verfahren wird hier das ermöglicht die Rückverfolgung von molekularen Veränderungen in den einzelnen kortikalen Neuronen durch genetisch kodierte Reporter beschrieben.

Zusammenfassung

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Die Fähigkeit des Gehirns als Reaktion auf Erfahrungen zu ändern ist wichtig für gesunde Funktion des Gehirns, und Anomalien in diesem Prozess beitragen zu einer Vielzahl von Erkrankungen des Gehirns 1,2. Zum besseren Verständnis der Mechanismen, durch die Schaltkreise des Gehirns reagieren auf eines Tieres Erfahrung erfordert die Fähigkeit, die Erfahrung angewiesen molekulare Veränderungen in einer bestimmten Gruppe von Neuronen zu überwachen, die über einen längeren Zeitraum, in dem lebenden Tier. Während die Erfahrung und die damit verbundenen neuronalen Aktivität ist bekannt, dass Veränderungen der Genexpression in Nervenzellen 1,2 auslösen, die meisten der Methoden, um solche Veränderungen zu erkennen erlauben nicht wiederholte Beobachtung der gleichen Neuronen über mehrere Tage oder keine ausreichende Auflösung zu beobachten einzelnen Neuronen 3 , 4. Hier beschreiben wir eine Methode, die in vivo Zwei-Photonen-Mikroskopie mit einem genetisch kodierten fluoreszierenden Reporter Erfahrungen abhängigen Veränderungen der Genexpression in einzelnen kortikalen Neuronen über die Strecke Laufe des Tages-to-day Erfahrung.

Einer der gut etablierten Erfahrung abhängigen Genen ist Activity-regulierten Zytoskelett assoziierten Protein (Arc) 5,6. Die Transkription von Arc wird schnell und stark von verstärkten neuronalen Aktivität 3 induziert wird, und dessen Proteinprodukt reguliert die Endozytose von Glutamatrezeptoren und langfristige synaptischen Plastizität 7. Die Expression von Arc wurde weithin als molekularer Marker neuronaler Schaltkreise in spezifischen Verhaltensweisen 3 beteiligten Karte verwendet. In den meisten dieser Studien wurde Arc-Expression durch in situ-Hybridisierung oder Immunhistochemie in festen Gehirnschnitte detektiert. Obwohl diese Methoden ergab, dass die Expression von Arc auf eine Teilmenge von erregenden Neuronen nach Verhaltensstörungen Erfahrung, wie die zellulären Strukturen des Arc Ausdruck kann mit mehreren Episoden von wiederholten oder besondere Erfahrungen über Tage zu ändern wurde nicht untersucht wurde lokalisiert. ntent "> In vivo Zwei-Photonen-Mikroskopie ein guter Weg, um Erfahrungen-abhängige zelluläre Veränderungen im lebenden Gehirn 8,9 untersuchen bietet. Um die Prüfung der Arc Ausdruck in Live-Neuronen durch Zwei-Photonen-Mikroskopie zu ermöglichen, haben wir vorher erzeugte einen Dominoeffekt in Maus, in der ein GFP-Reporter steht unter der Kontrolle des endogenen Promotor Arc 10 platziert. Dieses Protokoll beschreibt die chirurgischen Vorbereitungen und bildgebenden Verfahren zum Verfolgen erfahrungsabhängiger Arc-GFP-Expression in neuronalen Mustern Ensembles in dem lebenden Tier. Bei diesem Verfahren , chronische kranialen Fenster wurden zuerst in Arc-GFP-Mäuse in den kortikalen Regionen von Interesse implantiert. Die Tiere wurden dann wiederholt durch Zwei-Photonen-Mikroskopie nach gewünschten Verhaltensänderungen Paradigmen im Laufe von mehreren Tagen abgebildet. Diese Methode kann allgemein für Tiere, die anderen fluoreszierenden Reporter Erfahrung-abhängigen molekularen Veränderungen 4.

Protokoll

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Die experimentellen Verfahren beschrieben wurden vom National Institute of Mental Health Animal Care und Use Committee genehmigt und wurden in Übereinstimmung mit dem National Institutes of Health Guide für die Pflege und Verwendung von Labortieren.

Ein. Präoperative Vorbereitung

  1. Reinigen Sie alle Werkzeuge in einem heißen Perle Sterilisator vor aseptische Chirurgie, reinigen die Operation vor Ort mit 70% Ethanol, und legte sauber Packpapier und Klebeband. Trage sterile Handschuhe. Betäuben das Tier mit frisch zubereiteten 1,2% Avertin Lösung bei 0,02 ml / g, intraperitoneal gegeben. Alternativ mit Isofluran-Gas betäub....

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Ergebnisse

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Dieses Protokoll beschreibt eine Methode, um Erfahrungen abhängigen molekularen Veränderungen in den einzelnen kortikalen Neuronen in lebenden Tieren zu verfolgen. Eine chronische kranialen Fenster als einem kortikalen Bereich von Interesse in einer Maus, die ein fluoreszierendes Reporterprotein der Genexpression erstellt. Zweiphotonenmikroskopie können dann mit verschiedenen Verhaltensparadigmen gekoppelt werden, um verhaltensrelevante induzierte molekulare Veränderungen einzelner Neuronen beobachten und zu verfolgen s.......

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Diskussion

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Die in-vivo-Bildgebung hier beschriebene Methode ermöglicht die wiederholte Untersuchung des Arc Veränderungen der Genexpression in den gleichen Gruppen von Neuronen über mehrere Tage im lebenden Tier. Es ist eine effiziente und vielseitige Methode, um Informationen über neuronale Plastizität verwandte molekulare Dynamik in einzelnen Neuronen in Reaktion auf verschiedene Verhaltensweisen Erfahrungen zu erhalten. Standard histochemische Verfahren wie in situ Hybridisierung und Immunfärbung kann einzelli.......

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Offenlegungen

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Danksagungen

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Die Autoren bedanken sich bei L. Belluscio für Chirurgie Filmtechnik, D. Kwon danke für die Dreharbeiten Unterstützung, Bearbeitung K. Liu für Video-Unterstützung und K. MacLeod für alle Hintergrundmusik. KW erkennt die großzügige Unterstützung der NIMH Division of Intramural Forschungsprogramme und die Gene, Cognition and Psychosis Program. Diese Arbeit wurde von der NIMH Intramural Research Program (VC, YY, SMKW) und der NIAAA Division of Intramural Klinische und Biologische Research Program (VC, RMC, DML) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Name der Einrichtung Firma Katalog-Nummer Kommentare (optional)
FV1000 Multi-Photonen-Laser-Scanning-Mikroskop Olymp FV1000MPE Imaging
Dissektionsmikroskop Omano 555V107 Chirurgie
Stereotaxis Chirurgie Bühne für Mäuse Harvard Apparatus 726335 Chirurgie
20X oder 25X Wasser Immersionsobjektiv Olymp XLPL25XWMP Imaging
Mikroskoptisch mit Kopf-Befestigungsrahmen Maßgeschneiderte N / A Imaging
Feinen Pinzette Fine Science Tools 11251-20 Chirurgie
Dentalbohrmaschinen Grat Fine Science Tools 19007-05 Chirurgie
CCD-Kamera QImaging QICAM 12-Bit Imaging

Referenzen

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  1. Leslie, J. H., Nedivi, E. Activity-regulated genes as mediators of neural circuit plasticity. Progress in neurobiology. 94 (3), 223-237 (2011).
  2. Flavell, S. W., Greenberg, M. E. Signaling mechanisms linking neuronal activ....

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Schlagwörter

Arc Genexpressionkraniales Fenster Surgerygenetisch kodierter ReporterZwei Photonen Mikroskopieerfahrungsabh ngige Ver nderungenfluoreszierende Reporter M useVerhaltensparadigmenGFP Expressionsverfolgung

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