Name: 慢性のためのアダルト生まれの嗅覚ニューロンの選択的なウイルス形質導入 in vivoで Optogenetic刺激 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-12-28T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min
Description: 学ぶオプトジェネティクス刺激法で、マウスの嗅球に生まれた成体ニューロンを選択的に活性化し、行動への影響を観察する方法です。レンチウイルスベクターとLEDインプラントを用いて、神経活動の時空間的制御を実現します。

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この作品は、の&quot;ERA - NET NEURON&quot;のフレームで&quot;ANR - 09 - neuro -の異形004&quot;エコールデ神経科学パリ（ENP）、アジャンス国立デラルシェルシュ、&quot;ノヴァーリス- Taitbout&quot;生命保険会社によってサポートされていました欧州委員会によるFP7のプログラム、&quot;財団流動アラカルトルシェルシュMedicale&quot;、Letten財団とパスツール財団。

1。定位注射<ol><li>これらの実験で使用されているウイルスは、エクスプレスChannelrhodopsine2 - YFP（黄色蛍光タンパク質）の融合は、シナプシンプロモーター6によって駆動される構築するためにHIVウイルスに基づいて複製欠損レンチウイルスベクターです。プラスミドは、寛大にK. Deisserothの研究グループ（によって提供されていました<a href="http://www.stanford.edu/group/dlab/optogenetics/index.html">http://www.stanford.edu/group/dlab/optogenetics/index.html</a> ）。レンチウイルスは、確立されたプロトコル7に記載の市販の供給源から入手または実験室で製造することができる。平均ベクトルの力価は、10 10形質導入単位/ mlのオーダーにあった。ウイルスのアリコートを-80℃で保存されており、ちょうどピペットのロード前に解凍する必要があります。複数の凍結/融解は避けてください。直接ドライアイスには決して暴露ウイルスソリューション。 </li><li>標準ピペットプラー（サッターPのホウケイ酸ガラス毛細管を用いて、ガラスピペットを準備-97ピペットプラー）。引き設定が適切に長いと剛性ピペットを得るために校正する必要があります。次に、直径30〜40μmの先端を得るためにハサミを使用してピペットの先端をカット。ストアは、埃のないボックスにピペットを引っ張った。 </li><li> 50 NLの配信のためにメーカーの指示でNanoject IIマイクロインジェクターを設定します。ミネラルオイルでバック充填することによりインジェクションピペットを準備し、インジェクタープランジャーに入れて下さい。定位フレームにインジェクターを取り付けます。ウイルス溶液を充填する前に、ガラスピペットから部分的に空のオイル</li><li>マイクロピペットで、パラフィルムの滅菌一部にウイルス溶液2μlを移す。優しくウイルス溶液の液滴にガラスピペットを下げ、1〜2μLをピペットを埋める。ピペット内に気泡がないことを確認してください。 </li><li>は100 mg / kgケタミンおよび滅菌生理食塩水で希釈した10 mg / kgのキシラジン、マウスを麻酔。の頭皮から髪を削除するげっ歯類のバリカン、かみそり、はさみ、または化学depilitory剤を用いて動物。 70％エタノールとbetadineを交互の3つのアプリケーションと頭皮を消毒する。すべての手術器具は、オートクレーブしてから、70％エタノールで消毒してください。頭がセキュアであることを保証する、耳のバーや鼻のバーと定位フレームに動物を置きます。角膜の乾燥を防ぐために、眼軟膏を適用します。 </li><li>メスで、両目の間から耳の間に頭皮をカット。頭蓋骨を露出し、クランプのペアで皮膚を固定するために確保肌を引き出します。頭蓋骨の表面を清掃してください。定位固定装置は、ブレグマのガラスピペットの先端でゼロにされます。その後先端は注射部位（;メディオラテラル、それぞれ、左右半球のための± 0.82、、前部の後部、3.30）に配置されます。鼻のバーの位置が定位座標の計算に基づいて調整する必要があります。私たちの実験では、鼻のバーは、uを調整されntilブレグマと注射部位は、同じ高さに揃えられます。 </li><li>注射部位を特定する。高速外科ドリルを使用して、慎重に頭蓋骨に穴を開けます。先端にフック曲がった注射針で、硬膜を露出させる薄い骨の残骸を削除します。穴が正しい位置を中心としていることを確認します。掘削中に脳の表面に破裂血管にしないように注意してください。血管が破裂している場合は、ゆっくりと血流が停止するまで数秒のための小さな綿棒やティッシュペーパーで脳の表面に押してください。 </li><li>ピペットを下げて、ピペットの先端は、脳の表面に触れると背腹の高さをゼロに。その後、正しい背腹の深さ（背腹、脳の表面から2.9）の下側との圧力平衡のために30秒待ちます。 200 NLの合計ウイルスの4倍の50 NLを注入する。各注入の間に30秒待ちます。 </li><li>最後の注射から1分後、ゆっくりとパイプを撤回TTE。他の半球のためのポイント1.6から1.8を繰り返します。定位固定装置から動物を削除し、切開やステッチ外科のスレッドを使用してカット肌をきれいに。動物がケージに戻る前に温暖化パッドに回復することができます。さらに、動物は、直後に非ステロイド性抗炎症鎮痛剤（例えば、カルプロフェン4mg/kg）を与えられ、手術後3日間することができます。 </li></ol> 2。嗅球における in vivo optogeneticの刺激で慢性のLED注入<ol><li>レンチウイルス粒子を注入された動物は、二国間で次の慢性的に小型青色LED（オスラム、LED CMS 4.6W青）で注入される。コネクタがLEDの反対側に配置されるようにメスミニチュア電気コネクタへのはんだは、LEDピン。電気的な近道がないことを確認し、コネクタの正および負のピンを識別する。適切なケーブルも、LEDの現在のコントローラに接続してLEDをテストします。 </li><li>測定および/またはLEDの絶対的な光のパワーを設定するには、マウントマイクロマニピュレータとの位置にLEDが470nmのピーク光強度のパワーメータの光検出器と直接接触してLEDが。不透明な塩ビ板の直径3mmのピンホールを開けます。接辞は、このパワーメータにピンホールと光パワー対1mm 2あたりの消費電力を計算するために、入力電流の標準曲線を構築する。 </li><li> ° C ACSFはビブラトーム14を使用して0から4で脳を介して光の伝搬を測定するには、300の新鮮な脳組織のブロックをカット、500、1000、1500および2500μmの厚さ。 LEDの下に生きたマウスで行われたものと同一開頭と頭蓋骨の一部を置きます。最初に、LEDを中心に組織することなく光パワーを測定する。その後、LEDとパワーメータの光検出器の間の組織の各ブロックを配置し、電力を測定する。比率として計算された組織の厚さに対する相対的な透過率の曲線を、構築する組織を通じて、組織のない測定した電力間。 </li><li>は100 mg / kgケタミンおよび滅菌生理食塩水で希釈した10 mg / kgのキシラジン、マウスを麻酔。 70％エタノールでLEDを清掃し、消毒する。動物の頭皮から髪を削除し、70％エタノールとbetadineを交互の3つのアプリケーションと頭皮を消毒する。その後、定位フレームに動物を配置。角膜の乾燥を防ぐために、眼軟膏を適用します。定位ホルダーにコネクターを取り付けます。嗅球上の頭蓋骨の表面は完全に水平とミニチュアの表面のLEDと平行になるまで鼻のバーの位置を調整する必要があります。 </li><li>メスで、耳の後方3mmまで目に前方3mmから頭皮をカット。わきの皮膚を引っ張り、クランプのペアとそれを固定してください。カミソリの刃を使用して頭蓋骨の表面に膜を削り取る。頭蓋骨を清潔で乾燥した。その後の広告を許可するようにシアノアクリレート接着剤の薄いカバーを適用する歯科アクリルのhesion。 </li><li>嗅球上、高速な手術ドリルを使用して、長方形の開頭（5.1ミリメートル尾を中心に、ブレグマから横方向0ミリメートル尾1mmと横3mm）を行います。慎重に薄い頭蓋骨、これを行うには骨の唯一の薄層が残っているまで。慎重に曲がった注射針の助けを借りて、残りの骨を取り除く。特別なケアは、硬膜を穿刺し、二つの半球間および嗅球の尾側縁に位置する主要な血管を破裂を避けるために注意する必要があります。脳の表面での血液の蓄積と凝固は、組織に最適な光の侵入を排除する。開頭し、滅菌生理食塩水で脳の表面を洗い流してから頭蓋骨を乾燥させる。 </li><li>コネクタにLEDのミニチュアを取り付けます。嗅球の上部にあるLEDミニチュアを下ろします。ミニチュアLEDの主軸は、滅菌生理食塩水とdとクリーンマウスの吻側 - 尾側軸に平行でなければなりませんRY頭蓋骨。その後、歯科アクリルの二層に続いてアクリルの最初の層（ すなわち 、ポリカルボキシレートセメント）と頭蓋骨、LEDを固定します。二つの小さなネジの加算は、LEDを修正するために必要となる場合があります。ネジは頭蓋骨に挿入（LEDの位置まで後方）との両方アクリルで覆われるべきである。アクリルはまだ液体である間、歯のアクリルの表面に頭皮のフリーエッジを引き戻すと接着剤。コネクタ上の任意のアクリルを適用しないように注意してください。アクリルが硬化した後は、定位固定装置から動物を取り外して、ケージに戻す前に、温暖化のパッドの上にリカバリできます。動物は、少なくとも7日間の手術から回復するために彼らのケージで隔離さ残っている。さらに、動物は、直後に非ステロイド性抗炎症鎮痛剤（例えば、カルプロフェン4mg/kg）を与えられ、手術後3日間することができます。 LEDは、実験着床前と終了後にテストする必要があります。 </li><li>光電気CALケーブルは、LEDのタイミングと強度を制御するパルス発生器（マスター- 8）に結合したLEDの電流制御器へのテザー動物のために使用されます。細いケーブルは、運動の完全な自由を可能にする。コネクタの極性を尊重するように注意してください。極性を反転させると、LEDが破損する恐れがあります。 </li></ol> 3。代表的な結果： ChR2 - YFPは、約48時間注入後の神経細胞を形質導入で発現しており、数ヶ月7のために安定しています。図1は、パラホルムアルデヒド固定動物の矢状断面15日間注射後の代表的な絵です。密なラベリングとRMSで注射部位のサイズに注意してください。新生児の細胞の多数は嗅球（図1）の異なる層を植民地化するRMSに沿って移行しています。融合タンパク質は、細胞体、樹状突起、および背骨を含むすべてのニューロンのコンパートメント、で表されます。 ミニチュアLED impla ntationは大規模と関心の広範な地域の安価な光刺激することができます。動物は動きの完全な自由を可能にする光電気ケーブルとLEDコントローラにつながれている。脳組織における光の拡散とChR2活性化の閾値を特徴付けることによって、我々は、光活性化がLED（図2A）の表面の下に〜2mmの深さでトリガーすることができると推定している。の機能的活性化を監視するためにin vivoでの神経細胞をChR2を発現、c - fosの、神経活動のマーカーの発現は、反復的な光刺激（図2B）の後に分析することができます。別の方法として、焦点距離、光の刺激に結合ChR2発現ニューロンの in vitro電気生理学的記録の 14を実行することができます。最後に、2光子標的ルーズパッチ録音は in vivo 9 に LEDが同様のミニチュアでChR2発現皮質神経細胞の機能的活性化を研究するために使用されている。 ntent"&gt; <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3380/3380fig1.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図1"> 図1。レンチウイルスの注射から吻側渡り鳥ストリームにChR2 - YFP発現15日後の吻側RMSのレンチウイルスの注射後のマウスの嗅球のsaggitalセクションの代表的な共焦点画像は、。 RMSの端からOBの別の層に移行する散乱YFP新生ニューロンの存在に注意してください。新生児の細胞（95％）のほとんどは、顆粒細胞層（GCL）と樹状突起の細胞体の嘘が外部網状層（EPL）の樹枝状にする顆粒細胞、です。新生ニ​​ューロンの小集団は、球状層におけるOBの最浅層部、（GL）まで移行する。スケールバー、100μmの。樹状突起にだけでなく、棘のChR2 - YFPの膜発現を示す新生児顆粒細胞のはめ込み、高倍率、。スケールバー、20μmの。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3380/3380fig2.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図2"> 図2。移植の図は、嗅球と新しい顆粒細胞を表すChR2 - YFPの光誘発c - fos発現の上にLEDが点灯します。 注入された嗅球上のLEDの、模式図。 B、​​一時間嗅球の光刺激後の二重標識ChR2 - YFP + c - fosの+顆粒細胞を示す代表的な共焦点画像。 C - fos発現は、ウサギ抗- c - fosの一次抗体（Calbiochem社、1:5000）とA568 -結合抗ウサギ二次抗体（Invitrogen社、1:1000）を用いて明らかにされる。スケールバー、10μmの。

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<li>Alonso, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turning+astrocytes+from+the+rostral+migratory+stream+into+neurons%3A+a+role+for+the+olfactory+sensory+organ%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Turning astrocytes from the rostral migratory stream into neurons: a role for the olfactory sensory organ.</a> J. Neurosci. 28, 11089-11102 (2008).</li>
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<li>Gradinaru, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+and+cellular+approaches+for+diversifying+and+extending+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics.</a> Cell. 141, 154-165 (2010).</li>
<li>Valley, M., Wagner, S., Gallarda, B. W., Lledo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+Affordable+LED+Arrays+for+Photo-Stimulation+of+Neurons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Using Affordable LED Arrays for Photo-Stimulation of Neurons.</a> J. Vis. Exp. (57), e3379-e3379 (2011).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

Optogeneticツールは、最近、嗅覚系における成人生まれたニューロンを含む選択的な神経集団、上の私たちのコントロールを増加している。ここでは、成人生まれのニューロンの特定の集団にChR2 - YFPの発現レンチウイルスベクターの定位注射を行う方法について説明します。注意深く期間ポスト噴射を監視することによって、我々は相対的に均質年齢の成人生まれのニューロンの集団の活動を分析し、操作することができます。 が低いため拡散の広がり、その高い導入効率とRMSの神経芽細胞のためのそれらの相対的な良い親和性から、レンチウイルスベクターは、レトロウイルスやアデノ随伴ウイルス（AAV）のような他のウイルスベクターに比べて支持されるべきである。彼らは選択的にそのような幹細胞や前駆細胞などの分裂細胞に感染するので、レトロウイルスベクターは、脳室下帯に注入し、新生ニューロンの小さな人口を伝達する必要があります。レンチウイルスVと比較してectorsは、AAVベクターは、感染症のはるかに高いスプレッドを提供しています。ただし、RMSの神経芽細胞のAAV形質導入があるためこのような副嗅覚核、戻って嗅...

<table border="1"><tbody><tr><td> 材 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td></tr><tr><td>ケタミン</td><td>メリアル</td><td> Imalgène 1000年</td></tr><tr><td>キシラジン</td><td>バイエルヘルスケア</td><td> Rompum 0.2パーセント</td></tr><tr><td>ピペットプラー</td><td>サッター</td><td> P - 97 </td></tr><tr><td>ガラスキャピラリー（3.5&quot;） </td><td>ドラモンドサイエンティフィック</td><td> 3から000 - 203 - G / X </td></tr><tr><td> Nanoject IIマイクロインジェクター</td><td>ドラモンドサイエンティフィック</td><td> 3-000-204 </td></tr><tr><td>高速外科ドリル</td><td>ファイン科学ツール</td><td> 18000〜17 </td></tr><tr><td>マイクロドリル鋼バリ0.7ミリメートルの先端径</td><td>ファイン科学ツール</td><td> 19008〜07 </td></tr><tr><td> LED CMS青4.6 W </td><td>オスラム</td><td> LBW5SN </td></tr><tr><td>雌電気コネクタ（2.54 mm）の</td><td>フィッシャーElektronik社</td><td> BL5.36Z </td></tr><tr><td> LEDの現在のコントローラ（最大：1A） </td><td> A1W Electronik </td><td> HKO - KL50 - 1000 </td></tr><tr><td>パルスジェネレータ</td><td> AMPI </td><td>マスター- 8 </td></tr><tr><td>光パワーメータ</td><td>トール研究所</td><td> PM100 </td></tr><tr><td>シアノアクリレート接着剤</td><td>ロックタイト</td><td> 454 </td></tr><tr><td>ポリカルボキシレートセメント（第1層のセメント） </td><td> Septodont </td><td> Selfast（＃0068Q） </td></tr><tr><td>メタクリル酸セメント（第2層のセメント） </td><td> GC InternationalCorp。 </td><td> Unifastトラッド - 液体（＃339292） Unifastトラッド - パウダー（＃339114） </td></tr><tr><td>カルプロフェン</td><td>ファイザー</td><td> Rimadyl </td></tr></tbody></table>

慢性のためのアダルト生まれの嗅覚ニューロンの選択的なウイルス形質導入 in vivoで optogenetic刺激

Selective Viral Transduction of Adult-born Olfactory Neurons for Chronic in vivo Optogenetic Stimulation

地元の介在は、連続して1月3日成人げっ歯類の嗅球に再生成されます。このプロセスでは、側脳室の壁の神経幹細胞は、嗅球に到達して組み込むことが吻側渡り鳥ストリーム（RMS）に沿って数ミリ程度のために移行する神経芽細胞を生じさせる、成体のニューロン新生と呼ばれる。異なる手順と嗅覚回路を既存のに成人生まれのニューロンの統合の影響を調べるために、それはニューロンのこの特定の集団の活性を選択的にラベルを付けたり、操作する必要があります。 optogenetic技術の最近の開発は、正確に4,5周囲のニューロンに影響を与えずに、ニューロンのこの特定のコホートをアクティブにするには、光を使用する機会を提供しています。ここで、我々は、彼らが嗅球に到達する前にRMSの神経芽細胞の時間的に制限されたコホートにおけるウイルス発現するChannelrhodopsin2（ChR2）- YFPへの一連の手順を提示し、成人生まれのNEになるurons。さらに、我々はChR2発現ニューロンの in vivo刺激で慢性のLEDミニチュアを移植し、キャリブレーションする方法を示します。

嗅球のアダルト生まれのニューロンはoptogenetically Channelrhodopsin2発現吻側渡り鳥ストリームとLEDが注入されたミニチュアと慢性的な光刺激にレンチウイルス注入を使用して制御することができます。

慢性のためのアダルト生まれの嗅覚ニューロンの選択的なウイルス形質導入 in vivoで Optogenetic刺激

成体げっ歯類の嗅球では、局所介在ニューロンが絶えず再生しています1-3。成人神経発生と呼ばれるこの過程において、神経幹細胞は...

本手順の目的は、遠隔操作によって嗅球ニューロンを活性化させ、その活性化が行動にどのように影響するかを観察することです。これは、レンチウイルスベクターの立体定位注入により、成体の標的ニューロンにYFPと結合したchannelrhodopsin-2の遺伝子を導入することで達成されます。その後、LEDを校正して植込みの準備を行い、脳内に伝達される光量の概算を算出します。本手順の最終ステップは、LEDを嗅球の上に植え込み、適切に配置および固定することである。最終的に、CFOs、免疫染色、および行動テストの結果を通じて、ニューロンの活性化を確認する。標準的な電気刺激や薬理学的摂動などの既存の手法に対する本技術の主な利点は、標識されたニューロンへの光遺伝学的刺激が、活性化されるニューロンの種類と数の両方において非常に特異的であることである。この手法は、精密な時間的および空間的制御が可能であるため、神経変性疾患の治療や診断への応用が期待されます。本法を用いることで、嗅球ネットワークにおける成人骨ニューロンの役割についての知見を得ることができます。また、皮質や大脳肺ニューロンなどの他の浅い領域にも適用可能です。まず、-80°Cの冷凍庫から調製済みのベクタータイターを取り出します。使用するまで凍結状態で保持し、余ったタイターは廃棄してください。ハサミを使用して、プールされたホウケイ酸ガラスピペットの先端を切断します。目的は、直径 30 から 40 µm のチップを作製することです。準備したピペットは、ホコリの入らないボックスに保管してください。次に、マイクロインジェクターをセットし、準備したミネラルオイルのバックフィラー 50 nL をピペットに注入します。その後、ピペットをステレオタキシックフレームに取り付けられたマイクロインジェクターのプランジャーに挿入します。ウイルス力価を解凍後、ガラスピペット内のオイルを一部抜き、そこに力価を充填します。2 µLのウイルスを滅菌済みのパラフィルム上に滴下します。ガラスピペットをその液滴の中にゆっくりと浸し、1〜2 µLのウイルスをピペットに吸い取ります。ピペット内に気泡がないことを確認し、滅菌生理食塩水で希釈したケタミンおよびキシラジンを用いてマウスを麻酔し、動物の準備を進めます。処置を開始する前に、足指をつまむなどの疼痛刺激に反応しないことを必ず確認してください。次に、マウスの頭皮の毛を除去し、頭皮を消毒します。動物を脳定位固定装置にセットし、イヤーバーとノーズバーを使用して頭部を固定し、メスで切開します。両眼の間から両耳の間にかけて頭皮を切開します。皮膚を横に引き寄せて頭蓋骨を露出し、クランプで皮膚を固定します。次に、滅菌生理食塩水を用いて頭蓋骨の表面を洗浄します。ガラスピペットの先端をbreg maに合わせ、ステレオタキシス装置

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神経科学

ここでは、ラットおよびヒトの鼻腔から嗅粘膜をbiopsyingための方法を説明します。これらの生検は、脳疾患の分子異常を識別したり、脳の外傷/疾患の動物モデルの細胞移植に利用することができる多能性成体幹細胞を単離するどちらにも使用できます。...

げっ歯類やヒトから鼻嗅覚幹細胞を単離する

我々は、単一の嗅覚ニューロンの軸索とその終末分枝の遺伝子操作と可視化のためのレンチウイルス技術を提示...

嗅神経細胞のレンチウイルスを介した遺伝子操作と可視化 in vivoで</em

遺伝子操作の時間的および空間的分解能は、彼らがかき乱すことができる生命現象のスペクトルを決定します。ここでは、時間的空間的に離散的な使用...

組み合わせることを使用してターゲットと嗅球の神経細胞インビボでのエレクトロポレーションとGAL4ベースエンハンサートラップゼブラフィッシュの行

ChR2を表現成人生まれのニューロンは嗅覚神経回路の機能に向けての貢献を検討するために、スライスの電気生理学的な準備に操作することができます。...

ニューロンの光刺激のために手ごろな価格のLEDアレイを使用する

私たちは、光遺伝学的アプローチを使用して前脳回路の機能的トポグラフィーとシナプス特性を特徴付ける方法を記述し、in...

光遺伝学的に標的とした前脳回路のレーザー走査型光刺激

Optogeneticsは、行動神経科学の実験で使用するための強力なツールとなっています。このプロトコルは、レーザーシステムの設計とセットアップのステップバイステップガイドを提供し、ほとんどのげっ歯類の行動試験パラダイムと互換性のある複数の同時in...

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