Dit artikel biedt een methode om te testen de monosynaptic verbindingen tussen neuronen door tetrodotoxine en het tetrodotoxine-resistente natrium-kanaal, NaChBac.
Methodenartikel
Dit artikel biedt een methode om te testen de monosynaptic verbindingen tussen neuronen door tetrodotoxine en het tetrodotoxine-resistente natrium-kanaal, NaChBac.
Hier, wordt een nieuwe techniek genoemd Tetrotoxin (TTX) Engineered weerstand voor indringende Synapses (kerken) toegepast om te testen voor monosynaptic verbindingen tussen neuronen van de doelgroep. De methode is gebaseerd op co uitdrukking van een transgene activator met het tetrodotoxine-resistente natrium-kanaal, NaChBac, in een specifieke presynaptische neuron. Verbindingen met vermeende post synaptic partners worden bepaald door geheel-cel opnames in aanwezigheid van de TTX, die blokken van elektrische activiteit in de neuronen die niet NaChBac doen uitdrukken. Deze aanpak kan worden aangepast voor het werken met elke activator of calcium imaging als een verslaggever van verbindingen. KERKEN wordt toegevoegd aan de groeiende verzameling van hulpprogramma's voor het bepalen van de connectiviteit binnen netwerken. KERKEN is echter uniek in die zin dat zij ook betrouwbaar bulk of volume transmissie en spill-over transmissie verslag.
Een belangrijk doel van de neurowetenschappen is om de verbindingen tussen neuronen te begrijpen hoe informatie stroomt door schakelingen in kaart. Talrijke benaderingen en middelen zijn beschikbaar om te testen voor functionele verbindingen tussen neuronen in een waaier van model systemen1,2gekomen. Voor het genereren van de meest nauwkeurige schakelschema's met behulp van electrofysiologie, is het belangrijk om op te lossen of waargenomen verbindingen tussen twee cellen directe en monosynaptic versus indirecte en polysynaptic zijn. Een gouden standaard voor het maken van dit onderscheid in zoogdieren neuronen is voor het meten van de latentie tussen enkele action potentials in de presynaptische cellen en het begin van excitatory postsynaptisch stromingen (EPSCs) in het tweede neuron. Monosynaptic verbindingen moeten korte latencies voor een paar milliseconden en lage variabiliteit3. Deze aanpak kan worden gecompliceerd in ongewervelde neuronen omdat synapsen op in hun dendrites ver van de somatische opname site treedt, veroorzaakt door vertragingen in de opsporing als gevolg van lange electrotonic afstanden tussen postsynaptisch conductances en de opname elektrode. Dergelijke vertragingen kunnen leiden tot dubbelzinnigheid over poly-versus monosynaptic bijdragen. Bovendien, kleine synaptic gebeurtenissen kan verval alvorens de site somatische opnames en rijden sterker presynaptische activiteit, dreigt te werven van polysynaptic evenementen.
Diverse technieken zijn ontwikkeld om te testen voor monosynaptic verbindingen in ongewervelden. Een benadering gebruikt hoge divalente kationen oplossingen (Hi-Di) met overtollige Mg++ en Ca++. Deze oplossing blokkeert polysynaptic verbindingen op vermindering release waarschijnlijkheid en toenemende actiepotentiaal drempel om de gunst van de detectie van monosynaptic input4,5. Bepaling van de precieze verhouding van Mg++ aan Ca++ vereist, echter, is niet triviaal en zelfs bescheiden stimulatie6polysynaptic bijdragen kunnen aanhouden. Een alternatieve benadering genaamd GFP reconstitutie in Synaptic Partners (greep) maakt gebruik van de nabijheid tussen pre-en postsynaptisch membraan gevonden op synapsen afleiden een monosynaptic verbinding 7. Hier, een onderdeel van de groen fluorescente proteïne (GFP) wordt uitgedrukt in een neuron en de aanvullende fragment van het molecuul wordt uitgedrukt in een vermeende postsynaptisch partner. De aanwezigheid van fluorescentie geeft aan dat de twee neuronen zijn genoeg dicht bij toestaan reconstitutie van het GFP-molecuul en impliceert het bestaan van een synaps. GREEP kunt melden synapsen ten onrechte, hoewel, als twee cellen hebben nauw apposed membranen, zoals in een zenuw of fascicle. Varianten van greep elimineren deze valse positieven door het binden van de presynaptische fragment van GFP rechtstreeks naar synaptobrevin, waardoor de reconstitutie alleen op actieve synapsen8. Terwijl greep en zijn varianten instrumentaal zijn bij het bepalen van de functionele connectiviteit in de Drosophila CNS, kunnen sommige verbindingen niet zichtbaar worden gemaakt door greep als de afstanden tussen de pre- en postsynaptisch partners is relatief groot. Dit is vooral relevant bij de beoordeling van volume transmissie neuromodulatie9 of10remming GABAergic zijn gekoppeld.
Hier blijkt een complementaire en nieuwe techniek voor het testen van directe monosynaptic verbindingen in de Drosophila CNS. Deze methode, genaamd tetrodotoxine Engineered weerstand voor indringende Synapses (kerken), werkt door co uitdrukking van de tetrodotoxine (TTX)-resistente natrium-kanaal, NaChBac en een optogenetic activator in een presynaptische cel tijdens het opnemen van vermeende postsynaptisch partners9. In aanwezigheid van de TTX, wordt alle actiepotentiaal-gemedieerde activiteit onderdrukt in cellen dan die uiting van NaChBac. Het NaChBac kanaal herstelt selectief prikkelbaarheid in de gerichte presynaptische cel(len), synaptische transmissie licht-opgeroepen het toelaat. Deze methode maakt sterke activering van de presynaptische neuronen, zodanig dat verbindingen postsynaptically kunnen worden opgelost door somatische opname terwijl het verminderen van de kans op polysynaptic schakelingen te werven. Nog belangrijker is, is deze techniek maakt de studie van volume transmissie en onthult de verspreiding van zender vrijgelaten uit een enkel neuron in een circuit. Bovendien kan de kerken de chemische aard van de verbinding via conventionele farmacologie onthullen. KERKEN is geschikt voor gebruik in elk modelsysteem waarmee de transgene uitdrukking van TTX-ongevoelig natrium kanalen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Prepareer vliegen en identificeren GAL4 promotor lijnen
2. voorbereiding van de TTX voorraad
3. Prepareer vliegen electrofysiologie
4. het verkrijgen van geheel-cel opname
5. de synaptische verbinding testen
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
KERKEN wordt gebruikt om te onderscheiden tussen mono- en polysynaptic bijdragen in synaptic verbindingen tussen neuronen. Terwijl de zwakke stimulatie van een cel kan worden gebruikt voor rechtstreekse verbindingen testen, werft rijden vaak grotere presynaptische activiteit polysynaptic verbindingen (figuur 1A). KERKEN werkt door mede uiting geven aan de TTX-ongevoelig natrium-kanaal NaChBac en een optogenetic-activator, en het testen van verbindingen in aan...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
KERKEN analyse complimenten huidige technieken die worden gebruikt voor circuit kraken doordat de detectie van synapsen tussen geïdentificeerde neuronen. In het bijzonder blijkt de aanpak monosynaptic verbindingen door in grote lijnen silencing actie potentials met TTX wijl restoring prikkelbaarheid in een select aantal neuronen met de TTX-ongevoelig natrium-kanaal NaChBac. Synaptic release wordt opgewekt door stimulatie van de optogenetic terwijl postsynaptisch gebeurtenissen worden gecontroleerd met de opnames van de g...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
We zouden graag bedanken Joshua Singer, Jonathan Schenk, evenals nadenkende reviewers voor opmerkingen op het manuscript. Wij zouden ook willen bedanken Ben White en Harold Zakon voor discussies over de techniek. Jonathan Schenk de gegevens heeft verschaft voor figuur 3A. Dit werk werd gesteund door een subsidie van de Stichting Whitehall en een NIH R21 naar QG.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| UAS-csChrimson | Bloomington Drosophila Stock Center | 55135 | Wordt gebruikt als neurale activator |
| UAS-NaChBac | Bloomington Drosophila Stock Center | 9466 | Resotores exciteerbaarheid in cellen in TTX |
| Tetrodotoxin | Tochris | 1078 | Speciale toestemming kan nodig zijn om TTX te kopen, omdat het een gereguleerde stof is |
| all trans-Retinal | Sigma-Aldrichall trans-Retinal | R2500 | Vereist co-factor voor channelrhodopsin |
| Lasbaar 321 roestvrij staal Vel, 0.002" Dik, 10" Breed | McMaster Carr | 3254K7 | Wordt gebruikt om een aangepaste vlieghoudster te maken. Aangepaste folie kan worden gelaserd op pololu.com vanuit het geleverde PDF-bestand |
| Dissectiemicroscoop | Zeiss | Stemi 2000-C | Wordt gebruikt voor het dissecteren van preparaten |
| Waxer | Almore | Eectra Waxer 66000 | Wordt gebruikt tijdens dissectie om de vlieg in folie vast te zetten |
| Paraffinewas | Joann | 4917217 | Wordt gebruikt met waxer |
| Nummer 5 tang | Fine Science Tools | #5CO | Wordt gebruikt voor dissectie en het ontdoen van de schede |
| Dissectiescharen | Fine Science Tools | 15001-08 | Wordt gebruikt om delen van de cuticula te verwijderen tijdens dissectie |
| Wolfraamdraad | A-M Systems | 797500 | Gebruik met elektrolyse om versterkte naalden voor dissectie te maken |
| Recirkelende peristaltiekpomp | Simply Pumps (Amazon) | PM200S | voor het recyclen van TTX |
| Snelheidsregelaar voor peristaltiekpomp | Zitrades (Amazon) | N/A | PWM-dimregeling voor LED-verlichting of lint, 12 Volt 8 Amp, instelbare helderheidslichtschakelaar dimmregeling DC12V 8A 96W voor ledstripverlichting B |
| Versa-Mount Precisie gecomprimeerde luchtregelaar | McMaster Carr | 1804T1 | Voor het aanbrengen van positieve druk tijdens het patchen |
| Glazen capillairen | World Precision Instruments | TW150F-3 | Voor patchpipetten |
| Multifunctionele meter | McMaster Carr | 3846K431 | Meter voor drukregelaar |
| Elektrofysiologiecamera | Dage MTI | IR-1000 | Elke camera die werkt in het IR-bereik (850 nm) zal werken. Je wilt geen rode verlichting gebruiken, omdat dit csChrimson kan activeren |
| IR LED | Thorlabs | M850F2 | Voor schuine verlichting |
| vezeloptiek voor IR LED | Thorlabs | M89L01 | Koppelt aan IR LED |
| Objectieflens | Olympus 40X | LUMPlanFLN | Dit kan op de meeste microscopen worden gebruikt en werkt goed voor het visualiseren van vliegneuronen. |
| Bernstein LED | Thorlabs | M590L3d | Voor het visualiseren van RFP en mCherry |
| Blauwe LED | Thorlabs | M470L3d | Voor het visualiseren van GFP |
| GFP-filterset | Chroma | 49011 | Voor het visualiseren van GFP of het stimuleren van channel2rhodopsin |
| Aangepast mCherry-filterset | Chroma | et580/25x en t600lpxr (uit de 49306-set) maar met een et610lp-barrière/emissie-optiek | Gebruik alleen als u geïdentificeerde neuronen met channel2rhodopsin wilt patchen |
| Dichroic om Bernstein en blauwe LED te combineren | Thorlabs | DMLP550R | Gebruik alleen voor het patchen onder mCherry en het exciteren van channel2rhodopsin met blauw licht. |
| Rode LED | LEDSupply | Cree XPE 620 - 630 nm | Wordt gebruikt om csChrimson aan te drijven |
| LED-driver | LEDSupply | 3021-D-E-1000 | Wordt gebruikt om LED's aan te drijven voor optogenetische stimulatie |
| Manipulator | Sutter Instruments | MP-225 | Wordt gebruikt om de pipet tijdens opnames te positioneren |
| Patchclamp-versterker | A-M Systems | Model 2400 | Een gelijkwaardige versterker is geschikt |
| Bessel-filter | Warner Instruments | LPF 202A | Auxiliaire filter dat wordt gebruikt om de stroomspoor naar de oscilloscoop tijdens het patchen te filteren. |
| Data-acquisitiesysteem | National Instruments | NI PCIe-6321 781044-01 | Wordt gebruikt om gegevens van de versterker naar de computer op te nemen |
| Connectorblok - BNC-aansluiting BNC-2090A | National Instruments | 779556-01 | Wordt gebruikt om de versterker aan te sluiten op de DAQ-kaart. |
| Stalen folie | McMaster Carr | 3254K7 | Stalen folie voor aangepaste opnamekamer |
| Magneten | K&J Magnetics | D42 | Om de opnamekamer aan de ringsteun vast te zetten |
| 1/16" Cell Cast Acryl Clear | Pololu | Wordt gebruikt om een aangepaste opnamekamer te maken. Acryl kan worden gelaserd op pololu.com vanuit het geleverde PDF-bestand |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen