이 프로토콜은 온전한 삼차신경절(TG) 뉴런의 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징을 설명합니다. 이 설명에는 TG 노출 수술, TG 뉴런의 생체 내 공초점 현미경 이미징, TG 뉴런 현미경 이미징 중 체세포 자극 적용 및 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징 데이터 분석이 포함됩니다.
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이 프로토콜은 온전한 삼차신경절(TG) 뉴런의 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징을 설명합니다. 이 설명에는 TG 노출 수술, TG 뉴런의 생체 내 공초점 현미경 이미징, TG 뉴런 현미경 이미징 중 체세포 자극 적용 및 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징 데이터 분석이 포함됩니다.
칼슘 이미징은 Ca2+를 세포질로 유입시키거나 세포내 Ca2+ 저장고에서 Ca2+를 방출하는 신호 전달 메커니즘을 모니터링하는 중요한 도구입니다. Ca2+센서 GCaMP3가 Pirt 프로모터 영역의 하류에 삽입되고 거의 모든(>95%) 일차 감각 뉴런에서 발현되는 Pirt-GCaMP3 마우스를 사용하면 삼차 신경절(TG) 일차 감각 뉴런의 Ca2+ 이미징을 통해 >3,000개의 뉴런의 활동을 동시에 모니터링할 수 있습니다. 이를 통해 연구자들은 다른 방법을 사용하여 감지하기가 매우 어려운 생체 내에서 유해한 자극에 대한 신경망 반응과 체감각 및 호르몬 반응을 연구할 수 있습니다.
특히, 얼굴을 자극하는 TG 영역과 머리의 다른 영역을 별도로 모니터링하는 기능을 통해 이후 뉴런 처리 층 전에 얼굴 영역의 자극에 의해 활성화된 일차 감각 뉴런을 모니터링할 수 있습니다. Ca2+ 과도 현상을 생성하는 뉴런의 수와 다양한 감각 양식에 대한 민감도를 나타내는 Ca2+ 현상의 진폭도 관찰할 수 있습니다. 또한 연구자는 활성화된 섬유 유형(무해한 기계 섬유 대 유해한 통각 수용 섬유, Aβ, Aδ 및 C 섬유)의 지표인 뉴런의 직경을 측정할 수 있습니다. 따라서 TG의 Pirt-GCaMP3 칼슘 이미징은 삼차신경 기원 통증(구강안면 및 두개안면, 치아 및/치아 통증, 두통, 편두통, 측두하악 관절 통증, 삼차신경통), 가려움증 및 촉각 및 기타 체감각 및 호르몬 반응.
일차 감각 뉴런은 피부를 포함한 조직을 직접 자극하고 감각 신호를 중추 신경계(척수 또는 뇌간)로 전달합니다. 삼차신경절(TG) 뉴런은 머리를 자극하고 치아, 안와 주위 부위, 구강안면 및 두개안면 부위, 측두하악 관절 1,2 및 수막 3,4,5의 통증을 포함한 감각 자극에 반응합니다. TG 뉴런은 크기, 수초화 수준 및 유전자 발현 프로파일이 다양합니다 6,7,8,9. 작은 뉴런은 통각수용성인 반면, 큰 뉴런은 일반적으로 고통스럽지 않은 기계적 자극에 반응합니다10,11. 삼차신경절 뉴런의 기능 장애는 뉴런 자체와 중추신경계(CNS) 감각 뉴런 모두를 민감하게 만들 수 있습니다11,12.
비병리학적 조건의 정상적인 생리학적 맥락에서 생체 내 뉴런 발화는 통증에 필요하지만 지난 20년까지 생체 내에서 온전한 감각 신경절을 연구하기 위한 도구는 한 번에 상대적으로 적은 수의 뉴런을 모니터링하는 것으로 제한되었습니다13. 일반적으로 낮은 세포질 칼슘 농도, 활동 전위 중 칼슘 유입 및 세포질 신호로 칼슘의 사용으로 인해 칼슘 역학은 칼슘 민감성 형광 지표를 사용하여 생체 내에서 활동 전위 또는 세포 활동을 모니터링하는 강력한 대용물입니다. 이 방법의 이론적 근거는 형광 현미경이 마우스 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 및 쥐25,26. 이는 생체 내에서 더 제한된 수의 뉴런을 모니터링할 수 있는 방법에 비해 강력한 이점입니다.
이 방법의 목표는 두통 통증 모델 19,23,24에서 기계적, 온도, 화학적 및 호르몬 자극에 대한 반응으로 TG에서 생체 내 세포질 Ca2+ 역학을 직접 관찰하는 것입니다. 이 방법은 구강안면 부위의 통증 또는 기타 체감각 검사를 보완하는 데 사용할 수 있습니다. 생체 내 삼차신경 Ca2+ 이미징은 열 및 감각 코딩19,22, 기계 수용체 연구 클래스27, 새로운 종류의 기계민감성 뉴런28 발견, 수막에 대한 정상적인 기계적 스트레스에 대한 삼차 신경 반응 모니터링29, 통증 민감도에 대한 호르몬의 영향 연구24, 구강안면 통증 모델30 특성화에 사용되었습니다., 알코올 금단 유발 통증에 대한 연구 기여자23.
Pirt-GCaMP3 마우스는 모든(>95%) 일차 감각 뉴런에서 높게 발현되는 Pirt 유전자의 프로모터 영역에 Ca2+ 센서 GCaMP3가 삽입되어 있기 때문에 생체 내 신경 활동을 모니터링할 수 있습니다12,18. 이 논문은 공초점 레이저 주사 현미경을 사용하여 Pirt-GCaMP3 마우스의 오른쪽 TG에 대한 생체 내 TG 외과적 노출과 칼슘 지표 현미경 데이터의 수집 및 분석을 수행하는 기술을 보여줍니다.
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여기에 설명된 모든 절차는 기관 동물 관리 및 사용 위원회에서 승인한 프로토콜에 따라 수행됩니다. 수술은 생존할 수 없습니다. 이 절차의 섹션 1과 2는 시작 즉시 수행해야 합니다. 섹션 3은 나중에 수행될 수 있습니다.
1. 우측 TG 영상을 위한 마우스의 고정 및 수술
참고: Pirt-GCaMP3 C57BL/6J마우스 18 은 성별에 관계없이 성인 신체 크기(보통 8주 이상)를 가져야 합니다. 양측 TG 영상이 가능합니다. 여기에 나열된 시간은 숙련된 기술자의 추정치입니다. 출혈이 정상보다 많으면 주어진 시간마다 몇 분 더 걸릴 수 있습니다.
2. TG 이미징
알림: 녹색(FITC) 설정 495nm, 방출 519nm, 검출 파장 500-580nm, GaAsP-Pmt1 이미징 장치, GaAsP-PMT 검출기를 사용하거나 현미경에 권장되는 설정을 사용하십시오. 소프트웨어 설정 요약은 표 1 을 참조하십시오.
3. 분석 프로토콜
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Pirt-GCaMP 삼차신경절의 공초점 스캐닝에 의한 다수의 뉴런 및 특정 삼차신경 가지의 이미징
Pirt-GCaMP3 마우스에서 외과적 TG 노출 후 공초점 현미경을 통해 >3,000개 이상의 뉴런을 동시에 이미징할 수 있습니다(그림 4). 이는 정상적인 생리학적 맥락에서 수천 개의 TG 뉴런을 동시에 관찰할 수 있는 강력한 이점을 제공합니다. 자발적인 Ca2+ 과도 현상은 자극이 없는 상태에서 모니터링할 수 있습니다(그림 4A, B 및 비디오 1). 자극은 V2(그림 4D,E 및 비디오 2) 또는 V3(그림 4G,H 및 ...
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측두하악 관절의 통증 장애와 치근단 치주염은 일반 인구의 각각 약 5%36 및 30-70%37,38에 영향을 미칩니다. 일차 감각 뉴런은 피부, 구강 점막, 치아 및 안와 주위 부위의 유해 자극을 감지하며 이들의 가소성은 지속적인 통증에 기여합니다. 세포 배양 및 외식편은 뉴런을 연구하는 데 사용할 수 있지만 정상적인 생리학적 맥락에서 제거됩니다. TG의 외과적 노출 후 Pirt-GCaMP3 칼슘 이미징을 통해 연구자는 삼차신경30의 가지를 포함하여 얼굴과 머리를 자극하여 정상적인 생리학적 맥락에서 일차 감각 뉴런을 연구할 수 있습니다. 이 칼슘 이미징 방법의 주요 장점은 많은 수의 뉴런을 동시에 모니터링한다는 것입니다. 이 방법을 사용하면 대조군 및 통증 모델 동물 19,22,2...
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저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없음을 선언합니다.
이 연구는 국립 보건원 보조금 R01NS0128574 및 R01DE031477(YSK)과 텍사스 대학교 시스템(YSK)의 Rising STAR Award의 지원을 받았습니다.
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