現在のプロトコルは、海馬への腹側テグメンタル領域(VTA)グルタミン酸突起をトレースするための簡単な方法を示しています。VTAグルタミン酸ニューロンの光刺激をCA1記録と組み合わせて、VTAグルタミン酸末端が生体内での推定ピラミッド発火率を調節する方法を示した。
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現在のプロトコルは、海馬への腹側テグメンタル領域(VTA)グルタミン酸突起をトレースするための簡単な方法を示しています。VTAグルタミン酸ニューロンの光刺激をCA1記録と組み合わせて、VTAグルタミン酸末端が生体内での推定ピラミッド発火率を調節する方法を示した。
脳内のニューロン亜集団の光遺伝学的調節は、研究者が生体内およびex vivoで神経回路を解剖することを可能にした。これは、神経回路内のニューロンタイプの役割と、学習に対する情報符号化におけるその重要性を決定するための前提となる。同様に、この方法は、目覚めおよび麻酔動物における2つ以上の接続された脳領域の生理学的意義を試験するために使用することができる。現在の研究は、VTAグルタミン酸ニューロンが麻酔をかけマウスのCA1(海馬)における推定ピラミッド型ニューロンの発火率をどのように調節するかを示している。このプロトコルは、海馬の層内のVTAシナプス前グルタミン酸末端のトレースのためのVTAグルタミン酸ニューロンのアデノ関連ウイルス(AAV)依存的標識を採用する。AAVベクターに収容された光制御オプシン(チャネロドプシン;hChR2)および蛍光タンパク質(eYFP)の発現は、VTAグルタミン酸末端の前向きのトレースを許可し、VTAグルタミン酸ニューロン細胞体(VTA)の光刺激を認めた。高インピーダンスの急性シリコン電極をCA1に配置し、生体内でのVTA光刺激に対するマルチユニットおよび単一ユニットの応答を検出した。この研究の結果は、海馬(CA1、CA3、およびDG)におけるシナプス前VTAグルタミン酸末端の層依存分布を示す。また、VTAグルタミン酸ニューロンの光刺激は、生体内の推定CA1錐体単位の発火およびバースト速度を増加させた。
過去10年間で、ニューロン型変調の特異性を高めるための遺伝的ツールの配列が開発され、複雑なニューラルネットワーク1のマッピングが行われました。特に、神経細胞に感染し、複製する固有の能力を持つ神経刺激性ウイルスは、ニューロンサブタイプの特定のタンパク質を発現またはアブレートするために展開されています。蛍光タンパク質または遺伝的にコードされたシナプス活性指標を収容する場合、トランスフェクトされたAAVベクターは脳領域を横切るニューラルネットワークを標識および線引きする2,3。AAV構築物におけるプロモーターの選択は、ある程度の特異性(プロモーター依存性発現)を有するニューロン型におけるベクターの発現を指示する。しかし、Cre-loxの組換えを通じて、AAV構築物は、ニューロン標識4、5、6、7に対するより大きな特異性で展開される。注目すべきは、AAVベクターにパッケージ化された光活性化された微生物オプシンおよび蛍光タンパク質は、各種ニューロンサブタイプ8で発現することができ、かつ、イメージング、ニューロン型回路トレース、および光変調9,10に最適である。
AAVは、脳領域(または核)に立体的に注入され、ソーマ、樹状突起、軸索末端におけるレポータータンパク質の発現を駆動する。レポーター遺伝子(eYFP)を収容するAAVの神経発現は、ニューロン細胞体の標識化を促進し、他の脳領域11、12、13、14との間の突起の細胞細胞体および解剖学的トレースを促進する。光制御されたオプシン(例えば、hChR2)を担うAAV-eYFP構築物は、ビボ16における脳領域を標的とする神経投影の画像6、15および刺激ベースの生理学的トレース用のツールとして展開することができる。AAV血清型に応じて、ニューロン標識の方向は、前向きまたは逆行性11、12であってもよい。これまでの研究では、AAV5がニューロン12で前向きに移動することを確立しています。このように、hChR2を発現する細胞体の光刺激は、脳内の他の場所でシナプス前効果を生じる(標的)17。
ここで、AAV(血清型5)を用いて、CaMKIIαプロモーターを用いて、VTAグルタミン酸ニューロンおよび軸索突起においてeYFP(レポーター)およびhChR2(オプシン)を発現させた。この研究の結果は、CA1、CA3、およびDG海馬領域におけるVTA-グルタミン酸シナプス前末端の層依存分布を示す。また、VTAグルタミン酸ニューロンの光刺激は、ベースライン値と比較した場合に、生体内でのCA1マルチユニットおよび単一ユニットの発火率を増加させた。このプロトコルは、ニューラル回路トレース実験から得られるデータの品質を向上させることができる、手頃な価格のツールと市販のソフトウェアを利用しています。
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すべての実験および動物の取り扱い手順は、ルイジアナ州立大学獣医学部の施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されました。
1. 実験動物
2. 頭蓋骨の起術と動物の調製
注: このセクションでは、マウスの頭蓋切除術の術前および手術前の手順について説明します。標準的な定位装置と適切な座標を使用してください (前道:AP、平凡:ML、およびドーソベンタル: DV)。マウスの脳アトラスを参照して、関心のある脳領域の座標を決定します。
3. AAVカクテルインジェクション
注: このセクションでは、成人C57BL/6マウスのVTAへのAAV注入プロセスについて説明します(23~27 g)。記載された方法は、標準定位装置および適切な座標を用いて任意の脳領域へのAAV注入に使用することができる。このプロトコルを実証するために、eYFPおよびhChR2は、CaMKIIαプロモーター下でAAV5媒介トランスフェクションを用いてVTAグルタミン酸ニューロンで発現した(図1)。Cre-loxの組換えもこのステップに使用することができます。
4. 光遺伝学を用いたインビボニューラル録音用のセットアップ
注:このセクションでは、脳回路の光遺伝学的なトレース(CA1へのVTAグルタミン酸ニューロン投影)を用いた急性神経記録のステップについて説明します。必要に応じて、このステップを開始する前に、システム(アンプと接続)で電気ノイズや接地の問題を確認します。ファラデーケージでこのステップを実行すると、録音中の電気的ノイズを除去できます。
5. ニューラル記録
6. アンプとフィルタの設定
7. 生体内光遺伝学的記録と設定
8. 分析
9. AAV発現の蛍光検出
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順次トレース
AAV発現は、注射後21日目のC57BL/6マウスのVTAにおけるレポータータンパク質(eYFP)の免疫蛍光イメージング(eYFP)によって検証された(図2)。海馬におけるシナプス前VTAグルタミン酸突起の前向き標識化に成功したDG、CA3、CA1の層におけるeYFP検出によっても検証された(図6a–d;ムービー 2 と 3.
海馬調節CA1活性へのVTAグルタミン酸予測
VTAグルタミン酸ニューロンの光刺激は、推定錐型CA1ニューロンの活性を増加させた。これは、ライトオフフェーズ(図5a–b)と比較した場合、ライトオンフェーズ(M...
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過去10年間で、AAV構造の設計は大幅に進歩しました。このように、より多くのニューロン特異的プロモーターが、改善されたトランスフェクション特異性14のためのAAV血清型の配列に組み込まれている。蛍光タンパク質、トランスポーター、受容体、イオンチャネルの遺伝子を組み合わせることで、イメージング、神経変調、シナプス活性検出用のAAVライブラリが存在するようになりました。市販のAAV構築物において、遺伝的にコードされたフルオロフォアとイオンチャネル(オプシン)の組み合わせは、神経回路14、18、19の神経解剖学的および電気生理学的トレースを組み合わせることができる。同様に、プロモーター(またはcre-lox再結合法)の選択は、回路内のニューロン型特異的突起のトレースを可能にすることができる。現在の研究では、このプロトコルは、海馬(CA1領域)へのVTAグルタミン酸神経投影の解剖学的および電気生...
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著者らは開示するものは何もない。
この作品は、OOMに授与されたCBSブリッジンググラントによって資金提供されています。OOM、PAA、およびASは、研究を設計し、実験を行いました。ASとPAAは結果を分析した。OOMとPAAは原稿を準備しました。AAVを利用できるようにしてくれたカール・ディスセロス博士(スタンフォード大学)に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3% 過酸化水素 | フィッシャー化学 | H312 | |
| AAV-CaMKIIα-ChR2-eGYP | Addgene | プラスミド #26969 | |
| BNC ケーブル | Amazon | ||
| BNC スプリッター | Amazon | ||
| セラミック スプリット メイティング スリーブ Ø1.25mmフェルール。 | Thorlabs | ADAL1-5 | |
| ドリル | ドレメル | LR 39098 | |
| ゼラチンコーティングスライド | フィッシャーサイエンティフィック | OBSLD01CS | |
| ハミルトンの注射器 (Neuros) | WPI Inc. | 06H | |
| ヘッド ステージ アダプター | ニューロネクサス | Adpt-Q4-OM32 | |
| 高インピーダンス シリコン プローブ | ニューロネクサス | Q1x1-tet-5mm-121-CQ4 | |
| INTAN 512ch レコーディング コントローラー | INTAN | RHD2000 | |
| ヨウ素溶液 | Dynarex | 1425 | |
| イソフルラン | ピラマル | NDC 66794-017-25 | |
| ケタミン | スペクトラム | K1068 | |
| LEDドライバー | Thorlabs | LEDD1B | |
| LED光源(470 nm)-青色光 | Thorlabs | M470F3 | |
| マイクロマニピュレーター | 成重 | M0-203 | |
| 光ファイバー | Thorlabs | CFMLC14L05 | |
| なべ頭フィリップスネジ (M0.6 X 2mm) | Amazon | M0.6 X 2mm | |
| プリアンプヘッドステージ(32チャンネル) | INTAN | C3314 | |
| Stereotaxic frame | Kopf | 1530 | |
| TTL pulser | Prizmatix | 4031 | |
| Urethane | Sigma | U2500 | |
| Xylazine | Alfa Aesar | J61430 | |
| Software | Company | バージョン | |
| Graphpad プリズム | GraphPad | ソフトウェア バージョン 8 | |
| Intan レコーディング コントローラー | Intantech | バージョン 2.07 | |
| Neuroexplorer | Nex Technologies | バージョン 5.215 | |
| Plexon オフライン スパイク ソーター | Plexon Inc | バージョン 4.5 | |
| ACSF 構成: ACSF (ACSF; in mM 125 NaCl, 23, 3 KCl, 1.25 NaH2sub>sub, 1 MgCl2>,<><> | |||
| 2 CaCl<サブ>2および25グルコース)。 |
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