Opisujemy sekcję układu nerwowego zająca morskiego Aplysia po znieczuleniu, izolację neuronów do krótkotrwałej hodowli tkanek oraz zapisy prądów jonowych pojedynczej komórki za pomocą techniki patch clamp.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy sekcję układu nerwowego zająca morskiego Aplysia po znieczuleniu, izolację neuronów do krótkotrwałej hodowli tkanek oraz zapisy prądów jonowych pojedynczej komórki za pomocą techniki patch clamp.
Ślimak morski Aplysia californica ma długą historię jako model funkcjonowania układu nerwowego, ze szczególnym znaczeniem w badaniach nad uczeniem się i pamięcią. Typowymi przygotowaniami do takich badań są te, w których neurony czuciowe i ruchowe pozostają nienaruszone u minimalnie wypreparowanego zwierzęcia lub technicznie wyszukana współkultura neuronalna poszczególnych neuronów czuciowych i ruchowych. Rzadziej spotykany jest izolowany preparat neuronalny, w którym małe skupiska nominalnie jednorodnych neuronów są dysocjowane na pojedyncze komórki w krótkotrwałej hodowli. Takie wyizolowane komórki są przydatne do biofizycznej charakterystyki prądów jonowych przy użyciu technik patch clamp i ukierunkowanej modulacji tych przewodności. Opisano protokół przygotowania takich kultur. Protokół wykorzystuje łatwe do zidentyfikowania glutaminergiczne neurony czuciowe zwojów opłucnej i policzkowej oraz opisuje ich dysocjację i minimalne utrzymanie w hodowli przez kilka dni bez surowicy.
morski, Aplysia, jest użytecznym modelem neurobiologicznym od wielu dziesięcioleci. Najbardziej znany jest jako model habituacji i warunkowania klasycznego 7, 8. Badania nad uczeniem się i pamięcią w tym modelu zdobyły Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2000 roku dla Erica R. Kandela, w nagrodzie, którą dzielił z Arvidem Carlssonem i Paulem Greengardem 10. Badania z udziałem zapisów elektrycznych ze zredukowanych preparatów, w których elementy układu nerwowego tego bezkręgowca są wycinane ze zwierzęcia z pozostawionymi nerwami i mięśniami, pomogły wyjaśnić rolę poszczególnych neuronów w Aplysia. Identyfikacja precyzyjnych mechanizmów molekularnych, które składają się na uczenie się w Aplysia, często wykorzystywała jednak inną technikę, długoterminowe kohodowle neuronu czuciowego i motoneuronu, uzyskiwane jeden po drugim od poszczególnych zwierząt dawców i pozwalane na utworzenie synapsy w naczyniu hodowlanym 21.
My i inni 1, 3, 6, 14, 15, 16 wykorzystaliśmy łatwość, z jaką zidentyfikowane neurony mogą być celem w tym modelu, jak również ich wytrzymałość w długoterminowych eksperymentach, aby stworzyć dysocjowane krótkoterminowe kultury klastrów nominalnie jednorodnych neuronów, w których badamy prądy jonowe pod zaciskiem napięcia w konfiguracji patch clamp. Wiele neuronów Aplysia wytrzymuje powtarzające się rundy zaciskania łat, aby dać czas na długotrwałe manipulacje eksperymentalne. Technika ta jest przydatna dla neuronów, takich jak komórki torebki neurowydzielniczej zwoju brzusznego oraz neurony czuciowe zwojów opłucnej i policzkowej, których dysocjację opisujemy tutaj, ale nie dla bardzo dużych neuronów o średnicy >60 μm, takich jak L7 lub R2 zwoju brzusznego. Nie stosujemy surowicy Aplysia w naszych hodowlach, w przeciwieństwie do kokultur neuronów czuciowo-ruchowych opisanych w innych miejscach. Większość neuronów uzyskanych przy użyciu tej procedury będzie pozbawiona procesów przez pierwsze 48 godzin w hodowli, co ułatwi rejestrację napięcia całej komórki, ale następnie wykiełkuje i rozwinie aksony i inne procesy przez około 14 dni, zanim umrze z powodu braku składników odżywczych i / lub czynników wzrostu.
Ta technika tworzy pierwotne kultury 50-100 neuronów na talerz z fizjologicznie udokumentowanych regionów zwojów policzkowych i opłucnowych. Protokół ten jest przydatny dla naukowców badających aspekty fizjologii pojedynczej komórki w eksperymentach, które wymagają wielu powtórzeń eksperymentalnych na zwierzę. Wytwarza dopasowaną parę kultur ze względu na anatomiczny podział komórek docelowych na lewą i prawą hemiganglia, co pozwala na badania, które korzystają z dopasowanych kultur poddanych działaniu substancji i kontrolnych.
Protokół jest skierowany do neuronów grupy S (BSC) w zwoju policzkowym oraz neuronów brzuszno-ogonowych opłucnej (PVC) w zwoju opłucnej. Komórki te mają odpowiedni rozmiar do zapisów napięcia całych komórek i wykazują silne odpowiedzi glutaminergiczne. Omawiana metodologia jest odpowiednia dla większości zwojów nerwowych układu nerwowego Aplysia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie komórek
2. Elektrofizjologia
Metoda to standardowe zaciskanie łatek, które zostało opisane w licznych tekstach (np. Sakmann i Neher, 1995)16. Protokół ten będzie działał na komórkach o pojemności ≤100 pF lub komórkach o średnicy <60 μm w dniach 3 i 4 protokołu. Komórki bez procesów są optymalne do nagrywania. Obowiązują następujące uwagi specjalne:
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Lokalizacje neuronów sensorycznych w zwojach, które są celem w niniejszym protokole – neuronów BSC i PVC – przedstawiono na Rysunku 1. Neurony BSC znajdują się w dwóch symetrycznych owalnych skupiskach po stronie brzusznej zwoju gębowego, czyli na powierzchni skierowanej w stronę przeciwną do masy gębowej w nienaruszonym zwoju (Rysunek 1A). Neurony PVC tworzą obustronne skupiska w kształcie litery V, które owijają się wokół powierzchni grzbietowej zwoju pleadingowego w kierunku osi centr...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisane tutaj techniki dysocjacji dają kultury neuronów czuciowych zawierające 50-100 izolowanych neuronów przeplatanych niewielką liczbą komórek glejowych i innych niezidentyfikowanych komórek. Najbardziej krytycznymi krokami w protokole są czas, w którym zwoje pozostają w roztworze enzymu, oraz migotanie, dysocjacja strawionych klastrów komórkowych w celu rozbicia klastra na pojedyncze komórki. Trawienie enzymatyczne (krok 1.8) musi być zoptymalizowane w dostępnej temperaturze. W temperaturze 23 °C z powolnym wstrząsan...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ufundowane przez NIH P40 OD010952, Fundację Korein, stypendium Uniwersytetu Miami dla SLC i stypendium Maytag dla ATK. Autorzy wyrażają wdzięczność pracownikom National Resource for Aplysia, a także Lauren Simonitis i Hannah Peck, które dostarczyły mikrofotografie do rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sztuczna woda morska ASW | Sigma-Aldrich | różne | (mM): 417 NaCl, 10 KCl, 10 CaCl2 (2 H2O), 5MgCl2 (6H2O), 15 HEPES-NaOH, pH 7,6 |
| Roztwór wewnątrzkomórkowy | Sigma | różne | (mM): 450 KCl, 2,9 CaCl2 (2 H2O), 2,5 MgCl2 (6 H2O), 5 Na2ATP, 10 EGTA i 40 HEPES-KOH, pH 7,4 |
| Poli-D-lizyna | Sigma | P6407 | |
| penicylina/streptomycyna dodana do ASW o 1:100 | Lonzo Walkersville, Inc. | 17-603E | 5 000 jednostek/ml penicyliny plus 5 000 mg/ml streptomycyny |
| Neutralna dyspaza II | Roche Diagnostics | 10165859001 | |
| hialuronidaza | Sigma-Aldrich | H4272 | |
| kolagenaza typu XI | Sigma-Aldrich | C9407 | |
| L-glutaminian (L-Glu) | Sigma-Aldrich | 49601-100G | |
| D-asparaginian (D-asp) | Sigma-Aldrich | 11200-10G | |
| N-metylo-D-asparaginian (NMDA) | Biomol | 100002-268 | |
| L-Asp | Sigma | A6683-25G | |
| Kwas alfa-amino-3-hydroksylo-5-metylo-4-izoksazolowo-propionowy (AMPA) | Sigma | A6816-5MG | |
| Antagoniści L-Glu R | różne | ||
| agar | |||
| kynurenate | Sigma-Aldrich | 61250 | |
| APV | Sigma-Aldrich | A5282 | |
| Kwas DL-2-amino-5-fosfonopentanowy (antagonista NMDAR) | |||
| 2-propanol | VWRSP | BDH1133 | |
| Roztwór chlorujący | Sigma | różne | 25 g FeCl3 + 25 ml stężonego HCl + 50 ml H2O |
| Silikon Sylgard 2-częściowy polimer | World Precision Instruments (WPI) | SYL184 | Zapewnia powierzchnię wyprowadzającą dla małych naczyń preparacyjnych |
| Mikroskop z powiększeniem 0-40x do sekcji | Dziki | ||
| Techniquip 150 watów Oświetlacz światłowodowy | Mikrooptyka Florydy | TQ FOI-150 | |
| oscylacyjna RotoMix 50800 | |||
| Mikroskop z odwróconym kontrastem fazowym Nikon Diaphot z obiektywami 4x, 20x (opcjonalnie) i 40x | SR Research Ltd. | Eyelink II& | nbsp; |
| Oscyloskop cyfrowy Tektronix | SR Research Sp. z o.o. | ||
| Oprogramowanie do akwizycji i analizy danych pClamp 10 | Urządzenia molekularne | ||
| Komputer PC z systemem operacyjnym Windows XP lub nowszym | Rozwiązania | Thinkserver z półprzewodnikowymi dyskami twardymi (80 GB) i monitorami o niskim poziomie szumów | |
| Ściągacz do mikropipet P87 Flaming/Brown | Sutter Instruments, Novato, CA& | nbsp; | |
| Axon Instruments Wzmacniacz cęgowy Axopatch 200B o zakresie kompensacji pojemności 1-1000 pF; przedwzmacniacz | Molecular Devices, Sunnyvale, CA& | nbsp; | |
| Zespół uchwytu elektrody Axon instruments do przedwzmacniacza Axopatch 200B | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | CV203BU | |
| Digidata 1200 Przetwornik A/D | Urządzenia molekularne, Sunnyvale, CA& | nbsp; | |
| Picospritzer, zasilany przez N2 z regulacją ciśnienia i czasu trwania | Parker Hannifin, Cleveland, OH& | nbsp; | |
| TMC Micro-G Stół wibroizolacyjny | Ametek | ||
| Klatka | Faradaya produkcja na zamówienie | ||
| Burleigh Piezoelektryczne mikromanipulatory z klapką | Burleigh Instruments; Thorlabs | obecnie PCS-5000; -6000 seria + mocowania | |
| manipulatorów ręcznych Narishige M-152 (do systemu perfuzyjnego i pikospritzera) | Narishige USA& | nbsp; | |
| Szklana pipeta z filamentem, 1,5 mm średnica zewnętrzna, średnica wewnętrzna 0,84 mm - | WPI | 1B150-3 | |
| 3 cale długości | |||
| Ag/AgCl półogniwo | WPI | EP4 | |
| Probówki wirówkowe 15 ml, 35-2097 Probówki wirówkowe BD Falcon* | VWRSP | 21008-918 | |
| Nożyczki kątowe | Narzędzia do nauki | 15006-09 | |
| Dumostar Szczypce do drobnych narzędzi | naukowych | 11295-00 | |
| Szalki do hodowli tkankowych sokoła 35 mm | VWRSP | 25382-064 | |
| Szalki do hodowli tkankowych Falcon 150 x 25 mm; 1013 | VWRSP | 1013 | można również przerabiać na małe naczynia rozwarstwiające z sylgardem |
| sylgard WPI | SYL184 | ||
| Taca do sekcji zwierząt | różne | ||
| Probówki wirówkowe 15 ml, 35-2097 BD Falcon | VWRSP | 21008-918 | Do 6-otworowego grawitacyjnego systemu perfuzyjnego |
| Aluminiowe klipsy z końcówkami na | z narzędziami | Do systemu perfuzyjnego | |
| Igły o rozmiarze 23 (ręcznie piłuj punkty) | VWRSP | Do systemu perfuzyjnego | |
| Rurka polietylenowa 0,022"ID x 0,042"OD; 427411 | Becton-Dickinson | Do system perfuzyjny | |
| H-7 stojak/uchwyt na pipety do mikronasadki do perfuzji | Narishige USA | Do | |
| zaworów jednokierunkowych | Do systemu perfuzyjnego | ||
| Drummond Microcaps 1 μ l | VWRSP | Do systemu perfuzyjnego | |
| 18 igieł do odsysania (punkty spiłowania) | |||
| Rurka polietylenowa | Cole Parmer | 4.27436E+11 | |
| drobne szpilki preparacyjne | Fine Science Tools | 26002-20 | |
| rurki kapilarne | Kimble 71900-100 | polerowane ogniowo i w kształcie litery U w płomieniu palnika Bunsena i wypełnione 3% agarem w | |
| sklepie | plasteliną | ||
| uchwyt na talerz do stolika mikroskopowego z izolowaną kąpielą | Pipety | ||
| pasteura | VWRSP | 14672-412 | |
| żarówki do pipet | VWRSP | 53283-911 | |
| filtry strzykawkowe acrodisk | VWRSP | 28144-040 | |
| grubościenne szkło borokrzemianowe o średnicy 1,5 mm | WPI | 1B150F-3 | |
| Butla z azotem o wysokiej czystości i regulator | |||
Tabele 1-3. Wykazy odczynników, materiałów i sprzętu. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.