このビデオ記事は、げっ歯類の急性海馬切片を使用したCA1錐体ニューロンのシナプスタグ付け、捕捉、交差タグ付けなど、長期的な可塑性とそれに関連するプロセスを研究するための実験的手順について説明しています。
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このビデオ記事は、げっ歯類の急性海馬切片を使用したCA1錐体ニューロンのシナプスタグ付け、捕捉、交差タグ付けなど、長期的な可塑性とそれに関連するプロセスを研究するための実験的手順について説明しています。
シナプスのタグ付けと捕捉(STC)とクロスタギングは、特定の時間枠内でニューロンでシナプスの特異性と結合性がどのように達成されるかを説明する細胞レベルでの2つの重要なメカニズムです。これらの長期的な可塑性に関連するプロセスは、細胞レベルでの記憶形成と持続性の基礎を研究するための主要な候補モデルです。STCとクロスタグには、(1)特定の刺激パターンによって引き起こされるシナプスタグの設定、および(2)シナプスタグが新たに合成された可塑性関連タンパク質(PRP)と相互作用するシナプスキャプチャの2つの連続プロセスが含まれます。STCとクロスタギングの概念に関する理解の多くは、海馬のCA1領域で行われた研究から生じており、技術的な複雑さのために、多くの研究室はまだこれらのプロセスを研究できていません。海馬スライスの調製と安定した後期LTP/LTDの記録のための実験条件は、シナプスタグ付け/クロスタグを研究するために非常に重要です。このビデオ記事では、ラットの急性海馬スライスからの安定した長期電界電位記録を使用して、CA1錐体ニューロンのSTCやクロスタギングなどの長期可塑性プロセスを研究するための実験的手順について説明します。
脳内の情報の符号化と保存は、神経科学において依然として最も重要で、熱心に追求されている課題です。長年にわたり、長期増強(LTP)と長期うつ病(LTD)は、記憶1,2の主要な細胞相関として浮上してきました。これらの活動依存的な変化は、入力特異性と結合性を示し、ニューロンネットワーク1,3,4の記憶トレースの安定化をもたらす。シナプス可塑性の2つの形態の維持には、可塑性関連製品(PRP)の合成が必要です5-10。新たに合成されたタンパク質と、LTPまたはLTDを発現する特定の活性化シナプスとの相互作用のみを含むシナプスの特異性は、記憶にとって重要です。この特異性は、PRPが最近活性化された「タグ付き」シナプス11,12と相互作用する'Synaptic Tagging and Capture'(STC)の概念によって説明される。STCプロセスは、細胞レベルでの記憶の連想特性のフレームワークを提供します。それは、短期的な可塑性の形態が、結合的かつ時間依存的な方法で、どのように長期的な形態の可塑性に変換されるかという概念的基礎を我々に与えてくれる13。
STCのプロセス中に、一つの入力における強い破傷的変化がタンパク質合成依存性の後期LTPへと導かれる結果となり、その結果、同じニューロン集団への別の独立した入力で誘導されたタンパク質合成非依存の早期LTPが持続的なものへと強化されます13。一過性の神経活動による局所シナプスタグの設定と、強い神経活動による拡散性PRPの合成は、STC13,14の2つの重要なイベントです。最近増強された「タグ付き」シナプスによるPRPの捕捉は、長期的な増強の維持の基本です。STC現象15-17の存在を確認し、候補の「タグ」18および「PRPs」19を特定するために、多くの研究が行われてきた。カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMKII)および細胞外シグナル調節キナーゼ1/2(ERK1/2);CaMKIV、プロテインキナーゼM(PKM)、脳由来神経栄養因子(BDNF)は、それぞれ「タグ」および「PRP」の候補分子の一部です19-21。シナプスタグ付けモデルはさらに拡張され、LTPとLTDの間の正の連想相互作用、つまり「シナプスクロスタグ」22が含まれるようになりました。シナプスクロスタグでは、一方のシナプス入力における後期LTP/LTDは、独立したインプットにおける反対のタンパク質合成非依存性早期LTD/LTPをその長期持続型に、またはその逆に変換する22。
海馬スライス調製は、長期シナプス可塑性の研究において最も広く使用されているモデルです23,24。シナプスタグ付けとクロスタグの概念に関する理解の多くは、海馬のCA1領域で行われた研究から生じており、技術的な複雑さのために、多くの研究室はまだこれらのプロセスを研究することができません。ラット海馬スライスの調製および安定した後期LTP/LTDの長時間の記録のための実験条件は、シナプスタグ付け/クロスタグを研究するために極めて重要である23,25,26。この記事では、ラットの急性海馬スライスからの安定した長期電界電位記録を使用して、CA1錐体ニューロンのSTCやクロスタギングなどの長期可塑性プロセスを研究するための詳細な実験手順について説明します。
すべての動物の手順は、シンガポール国立大学の施設内動物管理使用委員会(IACUC)によって承認されました。
人工脳脊髄液の1.準備(ACSF)
インターフェイス商工会議所の調製
注:スライスをインキュベートし、電気生理学的記録( 図2B)の間にそれらを維持するために使用されるインターフェース脳切片室は、2つの区画で構成されています。下部チャンバは、温度制御装置により32℃に維持した水を蒸留し、連続的にカルボゲンを通気含ま。
急性海馬スライスの調製
注:解剖プロトコルは冷たいACSFに動物由来の脳の(1)の取り外しと(2)の単離および海馬のスライスで構成されています。ニューロンは、生存したままで分離し、すぐに冷たいACSFで脳を配置し、全体を完了するために、3-5分以内にスライスを含むプロセス。
4.録音CA3-CA1シナプスの応答
注:フィールドの潜在的な記録のために使用される電気のセットアップは 、図2Aに示されています。ファーラ電気的干渉は、電気の設定を適切に接地した後に制御を超えている場合はその日のケージを強くお勧めします。沈め、インターフェース室の多くの異なる種類が市販されています。しかし、インターフェース室は、その中のスライスを呈する、より堅牢なシナプス応答として好ましいです。
スライス室と灌流システムの5.洗浄
記載された方法は、LTP / LTDなどのシナプスタグ付けおよび成体ラットの急性海馬スライスからのクロスキャプチャとしての連想相互作用の長期的なフォームを研究するために使用されている。23この技術は、両方のラット(Wistar系)を用いた実験のために有効であることが分かっていますマウスの様々な30,31を株。方法論は、最大8〜12時間の安定したLTP記録のために正常に使用されています。32
早期LTPの;( 図3B、黒丸 S2)、それによって形質転換しそうでなければ減衰形(1入力(S1)の弱い強直誘発によって設定された「タグ」は、「PRPの「別の独立しているが、重複入力の強い強直誘発により誘導されるをキャプチャ長期的な1( 図3B、白丸)にS1で-LTP)(WTETによって誘発される早期LTPの比較については20,33を参照してください )。弱いによって捕獲のPRP強直誘発セットタグは必ずしもイキによって誘発される後期LTPから来る必要はなく、またSLFSによって誘発される後期株式会社によって提供することができます。 LTPとLTDとの間に正の連想このタイプの相互作用は、「クロスタグ付け/キャプチャ」と呼ばれています。 S1でWTET誘発性の早期LTPはS2でSLFSによって誘発される後期株式会社が提供するのPRP( 図3C、黒丸)を捕捉することにより後期LTP( 図3C、白丸)に強化されます。自身のベースラインと比較した場合に統計的に有意な増強またはくぼみは、両方の場合において、S1及びS2に維持された(ウィルコクソン検定、P <0.05)。
が発生するタグ-PRPの相互作用のために、2つのイベント(弱前強い/強い・ビフォア・弱)の時間的順序は、二つのイベント間の時間ウィンドウは30〜60の範囲内にある限り、重要ではありません分。それはでは、第3の独立しているが、重複シナプスを含めることが賢明だろう入れて、レコーディングの安定性を監視するために、ベースラインコントロールとして使用します。 LTP / LTDの早期及び後期のフォームを誘導するために使用される電気刺激プロトコルは、STCの実験で使用する前に、一貫性と信頼性のための単一入力の実験で検証する必要があります。また、これらの実験の成功は、スライスの品質に大きく依存しているため、プロトコルに記載スライス標本の方法論の重要性を強調したいと思います。

海馬の解剖に使用される図1(A)ツール:(a)は、包帯はさみ(b)のアイリスはさみ(C)骨骨鉗子(d)の薄いヘラ、ソフト(E)スカルペル番号11(F)鎌状スケーラー(G)シャーレやビーカーに合わせて-bristleペイントブラシ(H)プラスチックパスツールピペット(I)ろ紙(85ミリメートル)(J)ろ紙(30ミリメートル)(k)のガラスビーカー(L)アルミ冷却ブロック(m)をペトリ皿。(B)手動組織チョッパー。 (a)は、プラットフォーム(b)は、ブレードホルダー(C)バーニアマイクロメートル、解像度10ミクロンで腕を切断。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2電気生理学セットアップ(A)刺激剤からなるフィールドポテンシャルの記録のための(b)は、差動増幅器(c)は、アナログ-デジタル変換器(D)オシロスコープ(E)取得ソフトウェア(F)を有するコンピュータVibration-耐性テーブルトップ(G)> 4倍の倍率(H)インターフェイス脳スライスチャンバー(I)ACSFとカーボゲン供給のための潅流システム(J)温度コントローラ(k)は、照明源(L)電極ホルダーとマニピュレータと顕微鏡。 (B)インタフェース脳スライスガラスキャピラリーに封入されたインターフェースチャンバー内のチャンバー。(C)&(D)海馬スライス。(E)ステンレス鋼電極 。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3(A)フィールド電位記録用横断海馬スライスと電極位置の略図:この表現では、二つの刺激電極(S1及びS2)を刺激するためにCA1領域の放線状層中に配置された2つの独立したが、重複CA1錐体ニューロンへのシナプス入力。 2つの細胞外記録電極、頂端樹状コンパートメントからレコードフィールドEPSP(興奮シナプス後電位)に1と錐体細胞から体細胞集団のスパイクを記録するために別の体は、それぞれ放線層と層の三角骨に配置されています。 CA1-アンモン角領域1、CA3-アンモン角領域3、DG-歯状回、SC-シャファー側枝繊維、S1-刺激電極1、S2刺激電極2(B)弱いSTCを研究するための強力なパラダイムの前に:弱い強直誘発(WTET)は後期LTPを誘導するために30分でS2(黒丸)の強力な強直誘発(STET)に続く早期LTPを誘導するためのS1(白丸)に適用されます。 S1で初期LTPはタグ付けを示す後期LTPに強化され、クロスタグを研究するための強力なパラダイムの前に(N = 6)(C)弱相互作用をキャプチャします:早期LTPが続くS1(白丸)にWTETによって誘導されます30分後にSLFSを使用してS2の後半-LTDの誘導(黒丸)によります。 S1では、初期LTPは、クロスタグとキャプチャを示す6時間持続する後期LTPに変換された(n = 6)。シングル矢印は早期LTPを誘導するために適用される弱い強直誘発を表します。矢印のトリプレットを表します後期LTPを誘導するための強力な強直誘発。破線矢印はSLFSは後期LTDを誘導するための代表的なシナプスの入力に印加された時点を表します。エラーバーはSEMを示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
急性海馬スライスは、LTPや、STC、クロスキャプチャなどの他の機能的可塑性のプロセスの研究のための優れたモデル系です。それは、海馬の回路の層構造のネットワークの多くを保存し、正確な電極位置を可能にし、血液脳関門なし、と並んで迅速な神経薬理学的操作のためのオープンプラットフォームを提供しています。
この記事では、若い成体ラットから実行可能な急性海馬スライスの調製のための方法論を説明し、STCとクロスタグ付けを調査するためにそれらを使用。これまでの研究は、性別や動物の年齢は電気生理学的研究で使用するために考慮すべき重要な因子であることを強調している。完全に表現成人受容体の機能(5-7週齢のWistar系雄性ラット)で27,28したがって、若い成体動物が使用されている。23非対称性左右の海馬との間の接続にげっ歯類29で指摘されており、NMDA受容体の発現に大きな違いがよく34として報告されています。私たちは以前のLTPの研究と一致するために、右海馬を使用している。23,32しかしながら、海馬のいずれかがあれば、整合性が維持されているとして使用することができます。
任意のプロトコルのように、それは、単離および組織が、伸び損傷し、乾燥または低酸素レンダリングされませんすぐに手続きをスライスするが世話を行うことが非常に重要です。 pH、温度および溶液のイオン組成の変化はスライスし、結果の実行可能性に大きな影響を持つことができます。したがって、このような変動は、避けるべきです。これは、製造工程中に発生するグルタミン酸受容体依存性カルシウム放出の不可逆的神経組織35,36、37でタンパク質合成に影響を与えることができることが観察されました。マニュアル組織スライサーを使用すると、VIと比較して非常に迅速に完了するためのプロセスを可能にすることにより、これを最小化するのを助けることができますbraslicers。しかし、多くの研究室にも効果的にスライスの生存率を維持するために必要な予防措置をvibraslicersを使用しています。考慮すべきもう一つの重要な要因は、実験を開始する前に、長い潜伏期間です。これは準備23時に発生する擾乱後のスライスにおける代謝状態およびキナーゼ活性化レベルの安定性を達成するために本当に重要であることが指摘されています。このような安定性は、長期的な録音の一貫性のために必要です。私たちは、この観察に再強調し、約3時間の長いインキュベーション時間を示唆しています。
刺激パラメータの様々なLTPを誘導することが知られているが、それぞれの場合に誘発される分子機構は(総説については38を参照)と同じでなくてもよいです。これは、順番に、シナプスタグおよび捕捉の実験の結果に影響を与えることができ、耐久性およびLTPの他の特性に影響を与えることができます。したがって、それは、刺激パラダイムと特性を検証することが重要です行う実験室の条件の下で誘発LTPのと一貫性を維持します。
我々は一般的に非常に大きなシナプス前繊維ボレーであり、最大0.5 mVの未満fEPSPsと録音も拒否されている間に繊維ボレーの大幅な変更を伴う実験で実験を考慮していません。さらに、二経路または三経路実験を実行しながら、その経路の独立性を確保することが重要です。これは、対のパルスの円滑プロトコル28を用いて行うことができます。
インターフェイス記録システムの一つの欠点は、チャンバーと周囲との温度と湿度の違いによる長時間録画時間中に電極上に凝縮液滴の形成です。これらの液滴は、慎重に時間から時間にブロットする必要があります。そうしないと液滴はスライス上に滴下し、乱れや信号のさえ喪失を引き起こす可能性があります。我々は通常、このBに取り組みますyが巧み電極に触れることなく、細い濾紙芯を用いて顕微鏡下で導かれた液滴をブロッティング。しかし、最善の解決策は、エジンバラ大学の研究者によって開発されたETCシステムとして、集中型の加熱システムを使用することです。
結びのノートでは、様々な方法論は、異なる実験の目的のために海馬スライスの調製のために使用され、世界中の研究室に存在します。手順のそれぞれは、他の上にいくつかの利点を提供しています。一つ注意深く実験の目的に適合するように、プロトコルの微細な詳細を最適化する必要があります。この記事は、STCやクロスキャプチャなど後期連想プロセスを研究するための方法論のいくつかの側面を改善するのに役立つことを願っています。
このビデオの記事のためのオープンアクセスがCerebosパシフィック・リミテッドが主催しています。
このビデオ記事はCerebos Pacific Limitedがスポンサーです。この研究は、National Medical Research Council Collaborative Research Grant (NMRC-CBRG-0041/2013) とMinistry of Education Academic Research Fund (MOE AcRF- Tier 1 - T1-2012 Oct -02) の支援を受けています。
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| I. 解剖ツール | |||
| 1.包帯はさみ | KLSマーティン、ドイツ | 21-195-23-07 | |
| B-Braun / Aesculap、ドイツ | LX553R | ||
| 2。アイリスはさみ | B-ブラウン/Aesculap、ドイツ | BC140R、 | |
| BC100R | |||
| 3。ボーンロンジャー | World Precision Instruments (WPI), Germany | 14089-G | |
| 4.Scalpel | World Precision Instruments(WPI)、ドイツ。 | 500236-G | |
| B-ブラウン/Aesculap、ドイツ | |||
| BB73 | |||
| 5.メスの刃#11 | B-Braun/Aesculap, Germany | BB511 | |
| 6.鎌型スケーラー | KLS マーティン、ドイツ | 38-685-00 | |
| 7.角度付き鉗子 | B-ブラウン/Aesculap、ドイツ | BD321R | |
| 8。麻酔/導入チャンバー | MIP Anesthesia Technologies (現, Patterson Scientific), Oregon | AS-01-0530-LG | |
| II.ACSFコンポーネントケミカル | |||
| 1.塩化ナトリウム(NaCl) | Sigma-Aldrich | S5886 | |
| 2.塩化カリウム(KCl) | Sigma-Aldrich | P9541 | |
| 3.硫酸マグネシウム七水和物(MgSO4.7H20) | Sigma-Aldrich | M1880 | |
| 4.塩化カルシウム二水和物(CaCl2.2H2O) | Sigma-Aldrich | C3881 | |
| 5.リン酸カリウム一塩基性(KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P9791 | |
| 6.重炭酸ナトリウム(NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| 7.D-グルコース無水(C6H12O6) | Sigma-Aldrich | G7021 | |
| III.電気生理学機器 | |||
| 1.顕微鏡 | リンパス、日本 | モデルSZ61 | |
| 2。Temperature Controller | Scientific Systems Design, Inc., カナダ | PTC03 | |
| 3.差動ACアンプ | AMシステム、米国 | モデル1700 | |
| 4。絶縁パルス刺激装置 | AMシステム、米国 | モデル2100 | |
| 5.オシロスコープ | ロード &シュヴァルツ | HM0722 | |
| 6.デジタル-アナログコンバータ | ケンブリッジエレクトロニックデザイン株式会社 ケンブリッジ、英国 | CED-Power 1401-3 | |
| 7.インターフェース、ブレインスライスチャンバー | サイエンティフィックシステムデザイン社、カナダ | 、BSC01 | |
| 8。チューブポンプ | Ismatec、Idex Health &科学、ドイツ | REGLO-アナログ | |
| 9。Carbogenの流量計 | Cole-Parmer | 03220-44 | |
| 10.ファイバーライトイルミネーター | ドラン・ジェンナー・インダストリー | ズ ファイバーライト MI-150 | |
| 11.マイクロマニピュレーター | Marzhauser Wetzlar, Germany | 00-42-101-0000 (MM-33) | |
| 00-42-102-0000 (MM-32) |
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