מאמר זה מציג פרוטוקול לרישום in vivo של פעילות חשמלית של נוירונים פפטידרגיים היפותלמוסיים באמצעות אלקטרופיזיולוגיה של מהדק טלאי תא שלם בדגי זברה שלמים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מאמר זה מציג פרוטוקול לרישום in vivo של פעילות חשמלית של נוירונים פפטידרגיים היפותלמוסיים באמצעות אלקטרופיזיולוגיה של מהדק טלאי תא שלם בדגי זברה שלמים.
ההיפותלמוס הוא אזור מוח עתיק המווסת היבטים מגוונים של פיזיולוגיה והתנהגות, כולל שינה וערות, תיאבון, הומאוסטזיס אנרגטי, חרדה, דיכאון ואינטראקציה חברתית. אוכלוסיות עצביות ספציפיות בהיפותלמוס מפעילות את השפעותיהן באמצעות שחרור נוירוטרנסמיטורים ונוירופפטידים. הקלטת מהדק תיקון של תא שלם היא גישה הכרחית לחקר התפקידים של גורמים אלה בהעברה סינפטית ובתפקוד המוח. עם זאת, זה מאתגר לגשת לנוירונים היפותלמוסיים לרישום אלקטרופיזיולוגי ביונקים שלמים בשל מיקומם עמוק בתוך המוח. כתוצאה מכך, ההבנה שלנו לגבי התכונות הפנימיות והתפקודים הפיזיולוגיים של נוירונים היפותלמוסיים מוגבלת. דג הזברה הזחלי הוא מודל חלופי שימושי לחקר נוירונים בהיפותלמוס בשל מוח החולייתנים השקוף והקטן, אך השמור היטב. כאן, אנו מציגים פרוטוקול להקלטות מהדק טלאי של תאים שלמים in vivo של נוירונים היפותלמוסיים בדג זברה זחל שלם. באמצעות השיטה הזו אנו יכולים להקליט מתאי עצב פפטידרגיים בהיפותלמוס, לבחון את התגובות של תאי העצב האלה לגירויים חושיים, ולחקור את ההשפעות שלהם על תאי עצב במורד הזרם. טכניקה ניסויית זו מספקת אפוא גישה שימושית לחקר התפקודים הפיזיולוגיים של נוירונים נוירופטידרגיים היפותלמוסיים בבעלי חיים שלמים.
כמודל פופולרי של בעלי חוליות, דג הזברה (Danio rerio) נמצא בשימוש נרחב במחקר במדעי המוח ויש לו מספר יתרונות1. השלמת הגנים וארכיטקטורת המוח שלהם נשמרת מאוד אצל יונקים, ויש להם רפרטואר התנהגותי עשיר, מה שהופך אותם לשימושיים לחקר מנגנונים גנטיים ועצביים העומדים בבסיס התנהגויות כמו שינה, חרדה, דיכאון ואינטראקציה חברתית 2,3,4,5,6 . גודלם הקטן ועלויות התחזוקה הנמוכות הופכים אותם לאידיאליים לבדיקת תפוקה גבוהה של גנים או תרופות המיועדות לטיפול במחלות נוירו-פסיכיאטריות 7,8. לבסוף, השקיפות האופטית של דג הזברה הזחל, בשילוב עם טכניקות מיקרוסקופ מתקדמות של יריעות אור, והזמינות של מדווחים פלואורסצנטיים מרובים, הופכת אותם למתאימים במיוחד לניטור פעילות עצבית ואסטרוגליאלית ברזולוציה תאית על פני כל המוח 9,10,11.
ההיפותלמוס של דג הזברה, הממוקם עמוק במוח הגחוני, נשמר מבחינה אנטומית ומולקולרית עם ההיפותלמוס של היונקים, אך הוא קטן ב-2-3 סדרי גודל, ומספק מערכת פשוטה יותר לחקר תפקוד ההיפותלמוס12. נוירונים היפותלמוסיים יוצרים קשרים סינפטיים נרחבים עם אזורי מוח מרובים, כולל התלמוס, גזע המוח, בלוטת יותרת המוח והטלנצפלון, דרכם הם מווסתים הומאוסטזיס פיזיולוגי, איתות נוירואנדוקריני והתנהגויות אוטונומיות13,14. אפנון כזה של התנהגות ופיזיולוגיה מסתמך במידה רבה על נוירופפטידים, שהם חומצות אמינו קצרות שרשרת הפועלות על ידי קשירה לקולטנים מצומדים לחלבון G (GPCRs)15. בניגוד לשחרור נוירוטרנסמיטר מהיר של חומצות אמינו בסינפסה, נוירופפטידים עשויים להתפזר למרחקים ארוכים יותר באמצעות העברת נפח, ולתווך השפעות מווסתות איטיות על העברה סינפטית וריגוש עצבי16.
מחקרים אחרונים בדגי זברה חשפו פונקציות מגוונות של נוירופפטידים היפותלמוסיים באמצעות גישות רב תחומיות כגון הדמיית סידן במוח שלם, ריצוף RNA של תא בודד, ניתוח התנהגותי בתפוקה גבוהה ומיפוי מעגלים עצביים 4,12,17,18. טכניקות מתפתחות אלה שינו את יכולתנו לאפיין מגוון תאי בקנה מידה גדול, לגשר על מנגנונים מולקולריים עם פונקציות נוירופפטידים ברמת המעגל, ולמפות מעגלים עצביים העומדים בבסיס התנהגויות ספציפיות19,20. עם זאת, גישות אלה נותרו מוגבלות ביכולתן לפתור את הדינמיקה הפיזיולוגית המהירה והמנגנונים הסינפטיים המדויקים העומדים בבסיס תפקוד הנוירופפטיד.
טכניקת מהדק התיקון, שפותחה על ידי נהר וסקמן, נותרה תקן הזהב לחקר הפיזיולוגיה העצבית בשל הרזולוציה הזמנית שאין שני לה והדיוק הביופיזיקלי שלה, המאפשרת מדידה ישירה של תנודות פוטנציאל הממברנה, זרמים סינפטיים ודינמיקה של תעלות יונים21,22. טכניקה זו לא יסולא בפז במיוחד לחקר תאים נוירופטידרגיים, שדפוסי ההתפרצות האופייניים שלהם והשפעותיהם הנוירומודולטוריות דורשות מדידה אלקטרופיזיולוגית ישירה כדי להבין באופן מלא את תפקידיהם בהתנהגות ובהומאוסטזיס 15,16,23.
כאן, פיתחנו פרוטוקול אופטימלי המאפשר הקלטות אמינות של תאי תיקון שלמים של נוירונים פפטידרגיים היפותלמוסיים של דג זברה, למרות האתגרים הטכניים שמציב המיקום האנטומי העמוק של נוירונים אלה. מתודולוגיה זו מספקת גישה ישירה לפעילות החשמלית של תאים אלה, ומאפשרת חקירה מפורטת של תגובותיהם לגירוי חזותי ושמיעתי (איור 1). על ידי שילוב אלקטרופיזיולוגיה של מהדק טלאי עם אופטוגנטיקה, אנו יכולים לאפיין במדויק קישוריות תפקודית בין מעגלים היפותלמוסיים לנוירונים במורד הזרם (איור 2 ואיור 3), מה שמקל על חקר נוירופפטידים בהומאוסטזיס פיזיולוגי ובקרה התנהגותית. גישה זו מגשרת על פער קריטי במחקר במדעי המוח, ומאפשרת חקירה מכניסטית של תפקוד הנוירונים ההיפותלמוסיים ברמה הביופיזית, התאית והמעגלית בו זמנית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש מוסדי (IACUC) באוניברסיטת שנחאי (פרוטוקול בעלי חיים YS 2025-169) ו-IACUC במכון הטכנולוגי של קליפורניה (פרוטוקול בעלי חיים 1836). דגי הזברה בין 5 ל-7 ימים לאחר ההפריה (dpf) הוזנו ברוטיפרים ושימשו לניסויים. בשלב זה של ההתפתחות, המין אינו נקבע. דגי זברה בוגרים על רקע נקר [mitfa(w2/w2)]24 שימשו לרבייה.
1. פתרונות ומתכונים
2. הכנה ונתיחה של דג הזברה
3 הקלטת תיקון-מהדק תא שלם
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בכתב יד זה, אנו מציגים טכניקה משופרת של הקלטת מהדק טלאי תא שלם in vivo לחקירת נוירונים היפותלמוסיים בדגי זברה שלמים, במיוחד תוך התמקדות בתאי עצב היפוקרטין (Hcrt).
כפי שמוצג באיור 1, המתודולוגיה שלנו מאפשרת הקלטות אלקטרופיזיולוגיות ישירות מתאי העצב האלה עמוק בתוך המוח בחיה שלמה (איור 1A), תוך התגברות על מגבלות של פרוסות מבחנה מסורתיות או תכשירים מוחיים מנותחים. תאי עצב Hcrt ממוקמים עמוק בתוך המוח הגחוני, עם הקרנות אקס...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר כאן מאפשר הקלטות של נוירונים פפטידרגיים בהיפותלמוס של דג הזברה, אחד מאזורי המוח העמוקים והמאתגרים ביותר מבחינה טכנית לגישה. בשל הקושי המובנה בתכשיר זה, הקלטות מוצלחות של מהדק טלאי דורשות תשומת לב קפדנית לכמה פרמטרים קריטיים, כלומר איכות הפיפטה, טכניקת הגישה, טוהר התמיסה ובריאות הרקמות. גורמים אלה קובעים ביחד את הסבירות להשיג ולשמור על רישומי חותם ג'יגה יציבים. ראשית, הדמיה ברורה של תאי המטרה וקצה הפיפטה היא קריטית לנגיעה מוצלחת בתאי פיפטה ויצירת חותם ג'יגה. זה דורש כיול ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים ואין מה לחשוף.
ברצוננו להודות לד"ר דניאל וגנאר על עזרתו בתכנון מכשירים לניסויים אופטוגנטיים. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים R35 NS122172 ו-R34 NS126800 מהמכונים הלאומיים לבריאות ל-D.A.P, ותוכנית ההיכרות עם כישרונות בחו"ל של שנחאי ל-R.Z.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מגבר | אקסון | 700 מיליארד | |
| נימי זכוכית בורוסיליקט | סאטר | BF100-58-10 | |
| מצלמת CCD | דג'-MTI | IR-1000 | |
| מחשבים להקלטות אלקטרופיזיולוגיות | Dell | דגם Precision 3660 | |
| דיגידאטה | אקסון | 1440א | |
| כלוב פאראדיי | בהתאמה אישית | ||
| מלקחיים | פ.ס.ט. | דומונט #5 | |
| אינקובטור | לונרוי | GZP-150B | |
| פילטר ממברנה | מיליפור סיגמא | SLGV004SL | |
| מיקרו סכין | פ.ס.ט. | 10318-14 | |
| המטרה | אולימפוס | Mplan 5X/0.1; UMPlanFI/IR 60X/0.9W | |
| משאבה פריסטלטית | יותר | BT100-1L | |
| מחזיק פיפטה | נארישיגה | ח-7 | לדיסקציה |
| פולר | מכשיר סאטר | עמ' 97 | |
| סטריאומיקרוסקופ להקרנה ודיסקציה פלואורסצנטית | אולימפוס | SZX16 | |
| ממריץ | א.מ.פ.י | מאסטר8 | |
| מיקרומניפולטור תלת מימדי | מכשיר סאטר | MPC-325 | |
| מיקרוסקופ DIC אינפרא אדום זקוף | אולימפוס | BX51WI | |
| שולחן מבודד רטט | TMC | 61-541-06 | |
| צג וידאו | סונספו | SP-717 | |
| אמבט מים | צרפת | HWS-12 | |
| מתרגם X-Y | בהתאמה אישית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.