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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
皮質ネットワークは抑制性介在ニューロンの小さいが、多様なセットで制御されます。介在ニューロンの機能的研究は、そのためターゲットを絞った記録や厳密な識別を必要とします。ここで説明するには、単一または細胞内の標識と神経細胞のシナプス結合のペア、事後形態学的および免疫細胞化学分析からホールセル記録を含む組み合わされたアプローチです。
GABA作動性抑制性介在は、脳の神経回路内の中心的な役割を果たしている。介在ニューロンは、ニューロン集団(10〜20%)の小規模なサブセットを含みますが、その多様な機能を反映して、生理的、形態学的および神経化学的不均質性の高いレベルを示している。したがって、介在ニューロンの調査は、組織の原則と神経回路の機能に重要な洞察を提供しています。しかし、これは、個別の介在ニューロンの種類の選択と識別のための統合された生理学的および神経解剖学的アプローチが必要です。トランスジェニック動物の急性脳切片からの全細胞パッチクランプ記録、ニューロン特異的マーカーのプロモーターの下で蛍光タンパク質を発現し、標的とし、電気生理学的に、特定のニューロン型の内因性及びシナプスの特性を特徴付けるための効率的な方法を提供する。細胞内の色素の標識と組み合わせることで、このアプローチは、事後カ月で拡張することができますrphologicalおよび免疫細胞化学分析、記録されたニューロンの体系的な識別を可能にします。これらの方法は、皮質ニューロンの多様な種類の機能的特性に関する科学的問題の広い範囲に合うように調整することができる。
海馬神経回路は、長い、それらの学習と記憶に重要な役割だけでなく、ヒトとげっ歯類の両方における空間ナビゲーションに、解剖学と生理学の両方に関して、厳しい調査の対象とされてきた。同様に、海馬の著名な、単純な層状の組織は、この領域の皮質ネットワークの構造的および機能的特性に取り組む研究の好ま対象になります。
海馬の回路は主要な興奮性細胞(> 80%)およびより小さな(10〜20%)が、抑制性介在1-3の非常に多様な集団から構成されている。介在ニューロンは、その高速なイオンチャネル型のGABA A受容体(GABA Aルピー)で作用軸索の端末と低速メタボの GABA B受容体(GABA Bルピー)からγ-アミノ酪酸(GABA)を放出4。これらの阻害のメカニズムは、励起を相殺し、主要な細胞の興奮性を調節するため、赤外線タイミング及び放電のパターン。しかし、介在ニューロンから放出されたGABAは、本人の細胞上ではなく、介在ニューロン自身5,6のみならず機能します。前とシナプス後受容体が介在ニューロンの多様な種類の中フィードバック調節および抑制の相互作用を媒介する。介在ニューロンネットワークにおけるこれらの阻害メカニズムは、異なる周波数7における特定の振動で、集団活動パターンの生成および整形の中心であると考えられる。
全細胞パッチクランプ記録は、固有の性質とニューロンのシナプスの相互作用の検査のために十分に確立された方法である。しかし、介在ニューロンの種類の高度な多様性のために、抑制性介在の調査は、記録された細胞の厳密な識別を必要とします。海馬介在ニューロンタイプが明確な形態的特徴および神経化学的マーカー発現によって特徴付けられるように、解剖学的および免疫細胞化学のE組み合わせxaminationは、正確な介在ニューロンのアイデンティティ6,8,9を決定するための手段を提供することができる。
本論文では、ゆっくりとGABA Bの特徴付けを可能にする、単一のニューロンまたはシナプス結合のペアからホールセルパッチクランプ記録は事後形態学的および免疫細胞化学分析に続いて、細胞内の標識を組み合わせた実験的なアプローチについて説明します受容体は特定さ介在ニューロンにおける阻害効果を媒介する。一例として、私たちはそのシナプス後の標的の細胞体および近位樹状突起の神経支配と「速いスパイク」(FS)ことを特徴としている介在ニューロンの一つの主要なタイプ、いわゆる「籠細胞」(BC)のサブセット、に焦点を当てる放電パターン、密細胞体層を覆う軸索、およびカルシウム結合タンパク質のパルブアルブミン(PV)10,11の発現。これらのニューロンは、大規模なシナプス後抑制電流だけでなく、著名な事前の表示GABA B R活性化12に応答して、それらのシナプス出力のシナプス変調。ここで説明される技術の組み合わせは、他の同定されたニューロンタイプのさまざまな内因性またはシナプスのメカニズムを調査するためにも同様に適用することができる。
倫理に関する声明:すべての手順や動物のメンテナンスが動物の保護に関する制度的なガイドライン、ドイツの動物保護法、欧州理事会指令609分の86 / EECに基づいて実施し、地元当局からガイドライン(ベルリン、T-0215/11 )
急性海馬スライスの調製
2の作製と記録ピペットの充填
FS-INSから3。全細胞パッチクランプ記録
GABA B R媒介性応答を誘発する4。細胞外電気刺激
FS-INとCA1のPC結合シナプスの5ペア録音
電気生理学的特性の解析6。
FSインの7。可視化と免疫細胞化学
8。イメージングと可視化の再構築FSイン
但し、スライス品質はCA1 PCやFS-INSは、最小限の困難を伴って達成することができ、両方からの録音、かなり良いです。 VGATプロモーター13の下ヴィーナス/ YFPを発現するトランスジェニックラットのラインが明確にFS-INS、または実際のBCを識別しない。しかし、INSからの記録str内とその周辺。錐体 、FS-INSの密度は、FS-INS( 図2B)を選択する可能性の高い結果1一般的に高い。 FS-INSは、CA1パソコンとRS-INSの両方とは異なるそれらの特徴的な生理学的特性によって区別することができる。彼らは比較的脱分極静止膜電位(-58.9±1.5 mVの、15細胞、対CA1パソコン、26細胞における-62.6±1.1 mVの)、低入力抵抗を持っている(92±12MΩ対103のPCが±14MΩ)と高速見かけの膜時定数(15.4±2.6ミリ秒対PCの中で22.0±2.7ミリ秒)、resul過分極電流パルス( 図2F)への迅速な電圧応答内ティン。 FS-INSは、(振幅22.6±2.9 mVの平均)を非常に顕著に高速afterhyperpolarization続い比較的低振幅(82.8±1.0 mVの)の非常に短い活動電位(0.38±0.01ミリ秒)を排出する。 (左、図2D; 34から128 Hzの範囲82±10 Hz)を大脱分極電流パルス(250 pA)でに応じて、FS-INSは、高周波数で発射した。
FS-INSにおけるGABA B R媒介性シナプス後電流を評価するために、薬理学的に分離されたシナプス応答はSTRでの抑制性線維の細胞外刺激によって誘発された。放線/ lacunosum-moleculareボーダー。 図3を FS-IN、複合シナプス応答の構成要素の連続的な遮断は単シナプスGABA B R媒介遅いIPSCを分離した例を示している。シナプス応答は、イーライだったSTRに3-5刺激(200 Hzで配信50 Vの強さ、0.1ミリ秒の持続時間、)の単一の刺激や電車によって引用。 lacunosum-moleculare /放線ボーダー( 図3A)。興奮性と抑制性の両方の構成要素( 図3C、上 )を含む初期化合物の応答が強く(: 図3C、ミドルそれぞれDNQX、10μMおよびAP-5、50μMの、)AMPAおよびNMDA受容体拮抗薬の浴適用によって減少した。 ( -これらの実験で、約-60 mV程度の逆転電位で、保持電位-65 mVので媒介現在の推定の内向きのCl)を、現在の遅い外向き(推定により媒介される残留単シナプスIPSCは内向き電流早く速く成る100 mVのに逆転近い電位とK +コンダクタンス)。選択的GABA A Rアンタゴニストgabazineの応用(SR-95531、10μM)を残して、速いIPSCを廃止遅いGABA B R媒介IPSC( 図3C、下部、黒いトレース)を単離し;これは単一の刺激に応答して観察されたが、より明確に刺激の短い列に応答した。それは強力かつ選択的な拮抗薬CGP-55845(CGP、5μM、 図3C、下、灰色のトレース)によって遮断されたように、この応答は、GABA B R活性化K +コンダクタンスであることが確認された。 FSのBCは、典型的には、最近の刊行物12に示すように大きな振幅GABA B R媒介性IPSCを示す。
GABA B RSによってFS-IN抑制出力のシナプス前調節を評価するために、記録がシナプス結合されたFS-INとCA1 PCから行われたペアリング。以前に1,3に示すように、FSのBCをとのCA1 PC間のシナプス接続性は、比較的高い。以前に示したようにこれらの記録では、カップリング確率が近接セル対(≤5010μmの50%以上である。 <stronG>図4A)5。しかしながら、これは、検査介在ニューロンのタイプに強く依存する。接続性は、長い脱分極電流注入(100ミリ秒、≥500 Pa)以下、各単一のAPを誘発短い脱分極パルス(1ミリ秒の継続時間、20 Hzで配信10パルスまで1-5 nAの)列のいずれかでテストされました。シナプス前ニューロンにおけるAPは、短い待ち時間でシナプス結合型のPCの急激な上昇と減衰を速く、GABA A R媒介性IPSCを誘発した。ペアリング·パルス(20 Hzで2パルス)が印加されたとき、シナプス短期うつ病を示した(対のパルス比<1)1。図示の例の電池では、GABA B Rアゴニストのバクロフェン(2-10μM)の浴アプリケーションは、最初にIPSC( 図4Bおよび図4C)の振幅の実質的な減少をもたらした。 CGP-55845が常にIPSCが回収された拮抗薬(5個の細胞12のうち5 <その後の入浴アプリケーション/ SUP>; 図4Bおよび4C)。
記録は、アウトサイドアウトパッチが正常に形成され、完了した後、切片を一晩固定し、続いて視覚化し、分析し記録した細胞の形態を、それらの神経化学的マーカーの含有量を決定するために処理した。 図5Aは 、代表的な一FS BCの形態を示して共焦点顕微鏡で得られた合成画像スタックの投影中。 PVの細胞の発現は、細胞体と記録され、ビオシチンで標識した細胞( 図5B)の近位樹状突起の上に明確な免疫シグナルを与えた免疫細胞化学的ラベリングで確認された。細胞の三次元再構成は、フィジーソフトウェア( 図5C)17簡単な神経トレーサープラグインを使用してステッチ画像スタックから行われた。軸索は、strに近く担保の高密度を示した。錐体付き&#8220;と推定紀元前としてこのセルを識別する、CA1のPC( 図5A、挿入図 )の細胞体の周囲に形成されたバスケット」。また、strの近くソーマの局在。錐体とCA1のすべての層にまたがる放射状に指向樹状突起は、FSのBC 10の典型的な形態的特徴によく一致する。
要約すると、識別されたFSのPV +のBCから得た全細胞記録では、これらの細胞が大振幅の GABA B R媒介遅い性IPSCを発現し、それらのシナプス出力も著しくシナプス前GABA BとRs の活性化によって阻害されることを実証した。

急性海馬スライスの図1。調製(A)を、新たに解剖したラットの脳。維持し、脳を囲む氷に注意してください0℃付近脳全体の温度。ライカVT1200Sのビブラトーム上で300μmの海馬スライスの(B)のカット。半球の皮質表面が最初に切断されるように整列される。半球と脳スライスをカットした後、氷のACSF(矢印)。(C)の一定carbogenationを取り巻く雪解け氷を大量に注温めスクロースACSFに移動されます。スライスを裏返しだけ海馬とその上の皮質を残し、前脳と中脳を除去するためにトリミングされた。

図2の介在からの全細胞パッチクランプ記録。(A)室の周りに記録の設定。流入及び流出が層流に近いを達成するために、チャンバの両側にあることに注意してください。また、目に見えるrecordiです電極ngの、ヘッドステージ上に搭載し、両側の接地電極だけでなく、客観的な中央の(40X、水浸)。(B)VGAT-ヴィーナス/ YFP信号の低消費電力落射蛍光画像スライス内の海馬のCA1。同じ領域の(C)IR-DICイメージング。 BとCの矢印は、細胞体層中の金星/ YFPポジティブ介在ニューロンを示している。(D)パネルBに示されたニューロンの細胞体の高出力IR-DIC画像、ディンプルを形成近づいパッチピペットで表面(上)と、続いて、全細胞構成(ボトム)のセル。(E)の記録全細胞パッチクランプを確立する主要な段階を模式図(左側)試験電圧に漫画応答を有するピペットチップ(右側)の抵抗を監視する-pulse。一番上の行:離れて、細胞からの浴中のピペット;アッパーミドル:ディンプルの形成を伴うパルス振幅の減少、抵抗の穏やかな増加を示した。中央下:ギガオームシール形成。電流パルス振幅が劇的に減少していることに注意してください。ピペット容量が補償される前にのみ、高速容量性電流は、パルスの最初と最後に表示されます。下:ホールセル記録構成は、ピペットチップの下の膜パッチを突破することによって達成される。 FS-IN(上)とハイパーファミリーにより誘発さCA1 PC(下)の直列抵抗補償が適用される前にパルスの最初と最後に大きいが、比較的遅い容量性電流に注意してください。(F)代表痕跡 - 脱分極電流パルスに(プロトコルは、上の図を参照)。 CA1 PCのはるかに遅い発射に比べて、FS-INの非常に高い周波数の放電に注意してください。右側のインセット:CA1 PC(上)と、FS-INからのAP波形の比較(底部は灰色で、黒で、PC、AP上にオーバーレイ)、ジを示すAPとAHPの波形のfference。

図3。薬理学的化合物のシナプス応答の解剖、FS-INが遅いの GABA B R媒介性IPSCを分離する。 strの境界に配置された記録電極(パッチ)と、(A)記録チャンバー内のスライスのIR-DIC画像、。オリエンス (オリ)と錐体 (Pyrで。)とstrの国境でのシミュレーション電極(スティミュラス)。放線 (。ラッド)とlacunosum-moleculare(LM)、(B)左:。記録構成の模式図。右:現在の注射を脱分極するハイパーファミリーにより誘発さFS-INにおける重畳電圧応答(C)は 、細胞外刺激に応答して、FS-INから記録された代表のトレース。上:化合物シナプス応答は、単一の刺激(50 Vの強さ、0.1ミリ秒の持続時間)によって誘発された通常のACSFで生産。アッパーミドル:DNQX(10μM)とd-AP-5(50μM)の浴適用後の単シナプスIPSC絶縁型。ミドル下:速い単シナプス性IPSCは、お風呂にgabazine(10μM)の添加後にブロックされます。下:(200 Hzで)5刺激の列車がお風呂にCGPの後願(5μM)(重ね合わせた灰色のトレース)によってブロックされているIPSC(黒のトレース)仲介遅いの GABA B Rを明らかにする。

対になった結合されたFS-INとCA1、PC対から記録する抑制性シナプス伝達のシナプス前調節の図4。分析。 (A)左図:二つの記録ピペットのIR-DIC画像、<の境界でのFS-IN上にパッチ左に1 em>のSTR。オリエンス(オリ)と錐体 (Pyrで)近いSTRへのCA1、PC上にパッチ右。放線 (ラッド)。右パネル:。APを示す代表的なトレースがシナプス前のFS-INに誘発される電流パルスの家族へのFS-IN(左)と、CA1 PC(右)からの代表的な電圧応答(B)と記録的な構成の概略制御条件バクロフェンの浴適用後の(左上のトレース)、(10μM、中央)、およびCGPのその後のアプリケーション(右5μM)の下(上)と、CA1、PC(下)の短期の待ち時間ユニタリIPSC 。 CGPはIPSCの振幅のほぼ完全な回復をもたらしたのに対し、バクロフェンは、〜50%IPSCの振幅を減少させたことに注意してください。制御トレースはunderlainて示されている。IPSCの振幅の(C)経時プロットは、バクロフェンおよびCGPの効果を示す。性IPSCは、10秒間隔で記録した。

| 名前 | 組成(mM)の | 使用 | ノート |
| スクロースACSF | 87のNaCl、2.5のKCl、25のNaHCO 3、1.25のNaH 2 PO 4、25グルコース、ショ糖75、7のMgCl 2、0.5のCaCl 2、1ピルビン酸ナトリウム、1のNa-アスコルビン酸 | 調製および脳スライスのストレージ | でpH = 7.4;浸透圧=〜350オスモル |
| ACSFの記録 | 125のNaCl、2.5のKCl、25のNaHCO 3、1.25のNaH 2 PO 4、25グルコース、1のMgCl <sUB> 2,2のCaCl 2、1ピルビン酸ナトリウム、1のNa-アスコルビン酸 | 脳スライスからの記録 | でpH = 7.4;浸透圧= 310〜315 mOsmで |
| 細胞内液(1) | 125 K-グルコン酸、10のKCl、10 HEPES、10 EGTA、2のMgCl 2、2のNa-ATP、0.3のNa-GTP、1のNa-ホスホクレアチン及び0.1%ビオシチン | GABAB IPSC記録の電極を充填 | でpH = 7.4;浸透圧= 295から305ミリオスモル |
| 細胞内液(2) | 105 K-グルコン酸、40のKCl、10 HEPES、0.1 EGTA、2のMgCl 2、2のNa-ATP、0.3のNa-GTP、1のNa-ホスホクレアチン及び0.1%ビオシチン | 対になった記録のための電極を充填 | でpH = 7.4;浸透圧= 295から305ミリオスモル |
| リン酸緩衝液(PB) | の100mMのNaH 2 PO 4 | 固定スライスをすすぎ | pH値= 7.4 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | 25のNaH 2 PO 4 </ SUB>、154のNaCl(0.9%w / v)の | 固定スライスおよび抗体インキュベーションをすすぎ | pH値= 7.4 |
| パラホルムアルデヒド固定液 | 4%重量/パラホルムアルデヒド、0.1 mMのPB V | 脳切片の固定 | pH値= 7.4 |
表1。ソリューションの一覧。
著者は、彼らが競合する金融利害がないことを宣言します。
皮質ネットワークは抑制性介在ニューロンの小さいが、多様なセットで制御されます。介在ニューロンの機能的研究は、そのためターゲットを絞った記録や厳密な識別を必要とします。ここで説明するには、単一または細胞内の標識と神経細胞のシナプス結合のペア、事後形態学的および免疫細胞化学分析からホールセル記録を含む組み合わされたアプローチです。
著者は、彼女の優れた技術支援のための伊那ウォルターに感謝したい。 VGAT-ヴィーナストランスジェニックラットは博士によって生成された。博士A.宮脇により提供PCS2-金星を使用してY.柳川、M.平林およびY.川口生理学研究所において、岡崎、日本、。
| トランスジェニックvGAT-金星ラットは | 、植松、et al.、2008 | ||
| 星(515nm)ゴーグル | BLS株式会社、ハンガリー | ||
| 解剖ツール | すなわち FST | 脳除去ビ | |
| ブラトーム | ライカ | VT1200S | または最小限の垂直振動と他のハイエンドビブラトーム |
| を参照してください スライス保持 | チャンバー ラボでカスタムメイド | ||
| 直立IR-DIC顕微鏡 | オリンパス、日本 | BX50WI | マイクロマニピュレーターシステム付き; すなわち Luigs and Neumann, Kleindiek etc. |
| CCDカメラ | Till Photonics | VX55 | |
| 505 nm LEDシステム | ケアンリサーチ | OptiLEDシステム | または水銀ランプまたはその他のLEDシステム すなわちCooLEDの. |
| マルチクランプ700B | Axon Instruments | Axopatch 200Bアンプ 2台 | |
| WinWCP取得ソフトウェア | John Dempster、ストラスクライド大学 | 、 | つまりEPHUS、pClamp、Igorなど、任意の品質の取得ソフトウェアを使用できます。 |
| 電極プーラー | サッター | P-97 | ボックスフィラメント |
| ホウケイ酸ピペットガラス | ヒルゲンベルク、ドイツ | 1405020 | 2 mm 外径、1 mm 内径、フィラメントなし |
| 蠕動ポンプ | ギルソン | ミニパルス | 他のポンプまたは重力供給を代わりに使用できます |
| デジタル温度計 | カスタムメイド | ||
| のデジタル圧力計 | スーパーテック, ハンガリー | ||
| 絶縁型定電圧刺激装置 | Digitimer Ltd. | DS-2A | |
| Biocytin | Invitrogen | B1592 | 別名 ε-Biotinoyl-L-Lysine |
| DL-AP5(V) 二ナトリウム塩 | アブカム生化学品 | ab120271 | |
| DNQX 二ナトリウム塩 | アブカム生化学品 | ab120169 | あるいは NBQX または CNQX |
| ガバジン (SR95531) | アブカム生化学品 | ab120042 | あるいは bicuculline methiodide |
| R-バクロフェン | アブカム生化学品 | ab120325 | |
| CGP-55,845 塩酸塩 | トクリス | 1248 | |
| ストレプトアビジン 647 | Invitrogen | S32357 | |
| 抗PVマウスモノクローナル抗体 | スイス | 235 | 使用濃度 1:5,000-1:10,000 |
| 抗マウス二次抗体 | Invitrogen | A11030 | VenusまたはGFPげっ歯類を使用する場合は、赤チャネル(すなわち 546 nm)を使用することをお勧めします。 |
| 正常なヤギの血清 | ベクトルの実験室 | S-1000 | |
| の顕微鏡は、 | 任意の良質のブランドの | ||
| ガラスカバースリップ | 通常22 x 22 mm | ||
| の寒天スペーサー | 寒天ブロック、300 &muにビブラートで切られる;m | ||
| レーザー走査型共焦点顕微鏡 | オリンパス、日本 | Fluoview FV1000 | または他の同等のシステム |
| フィジー (フィジーはただのImageJです) | http://fiji.sc/Fiji | Schindelin et al., 2012 を参照してください |