Cholinergiczna modulacja pobudliwości obwodów przyczynia się do fundamentalnych aspektów poznania, a zmieniona modulacja cholinergiczna jest cechą zaburzeń neurodegeneracyjnych i neuropsychiatrycznych, w tym choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, schizofrenii i uzależnień1-4. Ustalonym mechanizmem cholinergicznego ułatwiania przekaźnictwa synaptycznego w OUN jest bezpośrednia aktywacja nAChR zlokalizowanych w miejscach presynaptycznych. Aktywacja tych receptorów presynaptycznych prowadzi do zwiększenia wewnątrzkomórkowego Ca2+ ([Ca2+]i) w zakończeniach presynaptycznych – zarówno bezpośrednio, ze względu na stosunkowo wysoką przewodność wapniową niektórych podtypów nAChR, jak i pośrednio, poprzez wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne5, zwiększając w ten sposób uwalnianie neuroprzekaźników. W rzeczywistości aktywacja presynaptycznych nAChR została powiązana ze zmianami w uwalnianiu szerokiej gamy neuroprzekaźników, w tym glutaminianu, GABA, ACh i dopaminy6-10. Chociaż proces ten był badany pośrednio przy użyciu metod elektrofizjologicznych w różnych synapsach, optyczne reportery [Ca2 +] i recykling pęcherzyków synaptycznych pozwalają na bardziej bezpośredni i czasowo precyzyjny pomiar zjawisk presynaptycznych.
Presynaptyczna lokalizacja nAChR została przekonująco zademonstrowana dzięki bezpośredniemu immuno-złotemu znakowaniu nAChR na poziomie mikroskopu elektronowego (EM)11,12. Kilka innych technik zostało również wykorzystanych do pośredniego rozwiązania problemu lokalizacji nAChR, w tym wykrywanie lokalizacji chimer białkowych podjednostki nAChRs w hodowanych neuronach13,14, elektrofizjologiczny zapis prądów nAChR w zakończeniach synaptycznych15,16, monitorowanie zmian wywołanych nikotyną w [Ca2 +] i w synaptycznych zakończeniach nerwowych za pomocą obrazowania żywych komórek17oraz pośrednie monitorowanie uwalniania neuroprzekaźników w terminalu synaptycznym za pomocą technik obrazowania żywych komórek ze wskaźnikami fluorescencyjnymi, w tym egzocytozy pęcherzyków synaptycznych oglądanej za pomocą styrylowych amfipatycznych barwników FM (FM1-43 i FM4-64) lub synapto-pHluorin oraz za pomocą specyficznych reporterów neuroprzekaźników fluorescencyjnych, takich jak CNiFER dla ACh i iGluSnFr dla glutaminianu18–20. Ogólnie rzecz biorąc, obecne podejścia do identyfikacji presynaptycznej lokalizacji nAChR są skomplikowane i wymagają specjalnych systemów i technik, aby umożliwić wiarygodną identyfikację i fizjologiczne monitorowanie aktywności presynaptycznej.
Tutaj opisujemy protokoły i sprzęt do systemu kohodowli in vitro obwodu brzusznego hipokampa (vHipp) – jądra półleżącego (nAcc), który zapewnia bezpośredni dostęp do identyfikacji i analizy zarówno pre-, jak i postsynaptycznych komponentów transmisji synaptycznej. Pokazujemy przykłady presynaptycznej lokalizacji nAChR i obrazowania żywych komórek sygnalizacji Ca2 + za pośrednictwem nAChR i uwalniania neuroprzekaźników wzdłuż aksonów vHipp. Naturalnym (i prostym) rozszerzeniem przedstawionego tu protokołu jest przygotowanie kontaktów pre- i postsynaptycznych złożonych z neuronów o różnych genotypach. W ten sposób można bezpośrednio ocenić udział danego produktu genowego w pre- i/lub postsynaptycznych mechanizmach modulacji.