全細胞のホールセルパッチク ランプ記録と急性脳スライスにおける神経樹状突起における Ca2 +過渡現象を記録する 2 光子イメージングを組み合わせた手法を提案します。
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全細胞のホールセルパッチク ランプ記録と急性脳スライスにおける神経樹状突起における Ca2 +過渡現象を記録する 2 光子イメージングを組み合わせた手法を提案します。
カルシウム (Ca2 +) 画像は、神経樹状突起における細胞内 Ca2 +シグナルの時空間ダイナミクスを調べるための強力なツールです。Ca2 +変動は様々 な膜と細胞内メカニズムを介して発生するでき、樹状の興奮性のシナプス可塑性の誘導と制御に重要な役割を果たします。したがって、樹状突起の分岐で Ca2 +シグナルの種類を記録する機能は樹状突起が情報を統合する方法を研究するグループの貴重です。2 光子顕微鏡の出現は、症状や光散乱などの生体の画像に固有の問題を解くことによって、このような研究を大幅に簡略化は。また、2 光子 Ca2 +イメージングと従来の電気生理学的手法の組み合わせによるローカル Ca2 +変動録音と並行して神経細胞の樹状突起でのシナプスを調査することが可能です。相馬。ここでは、gaba 作動性抑制性介在神経細胞の樹状突起にローカル Ca2 +トランジェント (猫) のダイナミクスを研究するこのメソッドを使用する方法について述べる。メソッドは、樹状 Ca2 +急性脳スライスに異なる神経型シグナルの勉強にも適用できます。
ニューロン ネットワーク活動への貢献はそれが受け取るシナプス入力の動的な性質によって決まります。伝統的に、シナプス電流通路の軸索の電気刺激による誘発の体全体セル ホールセル記録するニューロンのシナプスの特性の優勢な方法に依存。ただし、近位に位置するシナプスの唯一の活動は正直このケース1で報告されます。さらに、シナプス固有のメカニズムを評価するためにニューロンのペアから、特定の場所に樹状突起からの録音はそれぞれ関心のシナプスと樹状突起の統合のメカニズムをターゲットに使用されています。画期的シナプスの生理学の分野では、光学的および電気生理学的手法の結婚によって達成されました。2 光子励起レーザ走査型顕微鏡 (2PLSM) Ca2 +イメージングと光遺伝学的ツールとの組み合わせでシナプスで脳スライスで特定の神経接続でのダイナミックな組織の途方もない詳細が明らかに体外とin vivo。
複数の主利点を作った 2PLSM、従来の 1 光子励起顕微鏡2から目立つ: (1) 二光子励起の非線形性質のため、蛍光が焦点のボリュームでのみ生成され、すべて放出される光子を表す有用な信号 (ピンホールのない必要);(2) より長い波長、2PLSM で使用される浸透散乱組織より効率的に;さらに、光子、2 光子励起とバック グラウンド蛍光; あまりにも希薄(3) 生成や毒性また焦点平面に制限されます。したがって、従来の共焦点顕微鏡と比較すると 2 光子システムの高コストは、にもかかわらず、2PLSM 太い生体組織における神経細胞の構造と機能の高解像度の調査のための選択の方法のまま。
散乱体内の 2PLSM の最初のアプリケーションは、樹状突起スパイン3の機能と構造のイメージをだった。Ca2 +イメージングとの組み合わせで 2PLSM として分離された生化学的なコンパートメントで棘関数を明らかにしました。以来、さまざまな神経棘と個々 のシナプス4の間の一対一の対応がある、二光子励起 Ca2 +イメージングすぐになった便利なツールそのまま組織5、個々 のシナプスの活動報告 6,7,8。さらに、2PLSM ベースの Ca2 +イメージングがうまく使われた単一カルシウム チャネルおよび組み込みとシナプスのコンダクタンスの非線形相互作用の活動を監視するし、状態とアクティビティに依存を評価するにはCa2 +シグナル神経樹状突起5,6,7,8,9,10,11の規則。
ユビキタス細胞内二次メッセンジャーであり、その細胞内の時空間的構成イオンの調節するシナプス強度の変化からの生理学的反応の方向を決定するカルシウム チャネル、デンドライトと背骨の成長としてなく、細胞死、生存。複数経路の活性化を介して樹状 Ca2 +上昇が発生します。活動電位 (Ap)、樹状突起を逆伝搬は、電位依存性カルシウム チャネル12を開き、樹状突起と棘13で比較的大域的な Ca2 +トランジェント (猫) を生成します。シナプス伝達はシナプス後 Ca2 +活性化に関連付けられて-透水性受容体 (NMDA、Ca2 +-透水性 AMPA とカイニン酸)、6、14,15猫シナプスのトリガーします。最後に、特定の条件11,12,13,16の下で樹状突起で超直線性 Ca2 +イベントを生成できます。
パッチ ・ クランプ記録との組み合わせで二光子励起 Ca2 +イメージングを採用しています合成 Ca2 +-通常は全細胞記録中にパッチ電極経由で配信される機密の蛍光インジケーター.Ca2 +動態の定量化のための標準的な方法は、デュアル表示法17,18に基づいています。よく分離発光スペクトルと 2 つの同時を使用して (例えば、赤い Ca2 +の組み合わせ-緑の Ca2 +インジケーター オレゴン グリーンこれら 1、蛍光色 4 などと区別しない染料) に比べていくつかの利点があり、単一指示薬法。最初に、Ca2 +-に依存しない染料を使用、Ca2 +イメージングを実行する (樹枝状の枝、棘) 興味の小さい構造を検索します。第二に、緑と赤の蛍光 (ΔG/R) の変化比が大きく変動する [Ca2 +]017ベースライン蛍光の変化に敏感である [Ca2 +]、メジャーとして計算されます。,18します。 さらに、蛍光変化は絶対 Ca 2 +濃度19面でキャリブレーションできます。
急性スライスで二光子励起 Ca2 +イメージング実験を実行する場合の一般的な心配は細胞の健康と高レーザー出力の通常使用による画像取得の安定性。さらに、Ca2 +イメージング実験である摂動法と細胞内 Ca2 +動態の実質的な過大評価懸念 Ca2 +インジケーターとして高度なモバイル外因性 Ca2 +という事実のためにバッファー。したがって、Ca2 +インジケーターとその濃度の選択は、神経型、猫の予想される振幅と実験の質問によって異なります。
我々 は樹状突起における gaba 作動性介在ニューロン9,10、11,20,21 Ca2 +変動の調査の 2 光子励起 Ca2 +イメージング法を適応,22. 抑制介在ショーケース多種多様な錐体細胞20のそれらとは異なる機能性の Ca2 +メカニズムの初期 Ca2 +イメージング研究の大部分は、主ニューロンで行われた中、,23,24. これらの介在ニューロン固有のメカニズム (例えばCa2 +透過性 AMPA 受容体) は、細胞活性の調節に特定の役割を果たすことがあります。二光子励起 Ca2 +イメージングでこれらの細胞の樹状突起が薄く直径樹状突起と棘の欠如から、追加の課題を提示樹状 Ca2 +シグナル介在ニューロンは詳しい調査のための魅力的なターゲットが、特に内因性 Ca2 +結合能力が高い。私たち研究の海馬介在の研究の焦点、次のプロトコル間異なる神経細胞の集団に適用したこれらの課題に対処する適応
このプロトコルは、2 つの外部の非 descanned 探知機 (NDDs)、電気光学変調器 (EOM) とグラデーション コントラスト (SGC) をスキャン Dodt を装備され、光学テーブルにインストールされて商業共焦点 2 光子顕微鏡、実行されました。顕微鏡 800 モード同期チタンサファイアレーザー多光子と結合されていました (> 3 W、140 の fs パルス、80 Hz の繰り返し率) の nm。イメージング システムは、温度制御、2 つのマニピュレーターを持つ翻訳プラットフォーム、コンピューター制御電極アンプ、デジタイザー、刺激と灌流チェンバを含む標準的な電気生理学のリグが装備されていた単位、およびデータ集録ソフトウェア。
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動物保護委員会のラヴァル大学とカナダ評議会は、動物愛護の家畜福祉ガイドラインに従ってすべての実験を行った。
1. 事前準備 (オプション: 1 日を前もって準備)
2. 海馬スライス標本
3. 細胞のホールセルパッチク ランプ記録
4. 二光子励起 Ca2 +イメージング
5.ポストアド ホック記録された細胞の形態学的同定のための免疫組織化学
注: PFA の固定 1 泊後スライスに格納できるリン酸バッファー (PB) アジ化ナトリウム (0.5%) と 1 ヶ月。
6. 猫の解析

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ここで提示されたプロトコルを使用して、体の電流注入によると海馬の CA1 野オリエンス/alveus 介在ニューロンの樹状突起に電気刺激による誘発猫を得られます。複数のポイントで近位樹状突起全体エネルギーを培ってニューロンは、特定のパッチの形状と位置に基づく後で相馬 (図 1 a) から距離が与えられます。相馬の増加 (減少の AP 振幅またはカルシウム チャネル流通、図 1 bの距離依存性低下を示す) からの距離の逆伝搬 Ap による猫の振幅の減少を見ました。免疫組織化学 (Alexa Fluor 546 のストレプトアビジン共役を使用) 後、セルの biocytin ラベルを取得し、占領オリエンス地層と地層結腸寄生虫 (図軸索と解像セルとして記録されたニューロンを識別することができました1 C). 2 番目の実験では、刺激のピペットは遠位樹状サイトにもたらされました。樹状突起上をスキャンする...
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ここに示すメソッドでは、勉強して樹状 Ca2 +急性脳スライスにおける神経樹状突起におけるシグナル伝達のための 2 光子励起 Ca2 +イメージングとパッチ ・ クランプ電気生理学の組み合わせの使用方法を示します。このメソッドは両方ローカル Ca2 +標高樹枝状のセグメントと細胞の体細胞応答に電気刺激や逆伝搬 AP により誘発されるを監視することができます。樹状ツリーのさまざまな部分の入力を統合し、相馬と通信を勉強する優れたツールとなります。実験の長さを考えると、特に注意は細胞の健康に樹状突起の光損傷を避けるためにイメージングのためのレーザー パワーの使用を制限することによって支払われる必要しますが、あります。これは、ズーム レベルを減少させる、スキャンの期間を短縮、画像集録時にスキャンの速度を増加しても達成できます。介在ニューロンの樹状突起を画像追加の問題が生じます。これらの細胞の樹状突起に棘があるないように、樹状突起に沿ってスキャン シナプス Ca2 +ミクロ相分離構造のローカリゼーションを促進する推奨します。さらに、高い内因性 Ca2...
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著者ない競合する金銭的な利益やその他の利害の関係があります。
この作品は、健康の研究のカナダの協会、自然科学工学研究協議会 (レベル検出グラント)、サヴォイ財団によって支えられました。OC は、レベルから博士フェローシップによって支えられました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 動物系統:マウスCD1 | ルズ | リバー022 | |
| ソフルラン | アッヴィコーポレーション | 0B506-099 | |
| CGP55845塩酸塩 | Abcamab120337 | ||
| 塩化カルシウム | Sigma-Aldrich | C4901 | |
| D-(+)-グルコース | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| 塩化マグネシウム | Sigma-Aldrich | M8266 | |
| 硫酸マグネシウム七水和物 | Sigma-Aldrich | 230391 | |
| パラホルムアルデヒド粉末、95% | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| 塩化カリウム | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| グルコン酸カリウム | Sigma-Aldrich | P1847 | |
| アジ化ナトリウム | Sigma-Aldrich | S2002 | |
| 重炭酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | S8875 | |
| 塩化ナトリウム | シグマ・アルドリッチ | S5886 | |
| ショ糖 | シグマ・アルドリッチ | S9378 | |
| トリトン X-100 | シグマ・アルドリッチ | T9284 | |
| トリズマベース | Sigma-Aldrich | T1503 | |
| Trizma 塩酸塩 | Sigma-Aldrich | T3253 | |
| ナトリウム二塩基性二水和物 | Sigma-Aldrich | 71643 | |
リン酸ナトリウム一塩基性 一水和物 | Sigma-Aldrich | S9638 | |
| Biocytin | Sigma-Aldrich | B4261 | |
| Alexa Fluor 594 Hydrazide | ThermoFisher Scientific | A10438 | |
| SR95531 (Gabazine) | Abcam | ab120042 | |
アデノシン三リン酸 (ATP)-トリス | シグマ-アルドリッチ | A9062 | |
グアノシン (GTP)-Na+ | Sigma-Aldrich | G8877 | |
オレゴングリーン BAPTA-1 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | O6812 | |
ホスホクレアチンジ(トリス)塩 | Sigma-Aldrich | P1937 | |
ストレプタビジン結合 Alexa-546 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | S11225 | |
パッチホウケイ酸ガラス毛細血管 | ワールド精密機器 | 1B100F-4 | |
シータホウケイ酸ガラス毛細血管 | サッター機器 | BT-150-10 | |
P-97 フレーミング/ブラウンマイクロピペットプーラー | サッター機器 | ||
TCS SP5 共焦点多光子顕微鏡 | Leica Microsystems | ||
Chameleon Ultra II Ti:Sapphire 多光子レーザー | Coherent | ||
| LAS AF イメージング取得ソフトウェア | Leica Microsystems | ||
温度コントローラー TC-324B | Warner Instruments | ||
MultiClamp 700B Amplifier | Molecular Devices | ||
Digidata 1440A Digitizer | Molecular Devices | ||
Confocal翻訳者 | Siskiyou | ||
マイクロマニピュレーター | Siskiyou | ||
pClamp データ収集ソフトウェア | 分子デバイス | ||
A365 定電流刺激アイソレーター | ワールド精密機器 | ||
振動機 光学テーブル | キネティックシステム |
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