$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W 2000 roku Gan et al. opisali technikę szybkiego znakowania pojedynczych neuronów i komórek glejowych w układzie nerwowym, która łączyła różne barwniki lipofilowe, pozwalając na jednoczesne znakowanie wielu komórek mózgowych o różnych kolorach1,2. Niedawno technika znakowania balistycznego została opisana przez Seabold et al.3, która wprowadziła barwniki fluorescencyjne (Dil) do neuronów w wycinkach mózgu. Etykietowanie balistyczne to wszechstronna technika barwienia, ceniona ze względu na jej zdolność do stosowania u wielu gatunków zwierząt i w różnym wieku. Co więcej, można go połączyć z barwieniem immunologicznym w celu identyfikacji subpopulacji komórek mózgowych3. W porównaniu z tradycyjnymi technikami (np. impregnacja srebrem Golgiego-Coxa, mikroiniekcja)4, znakowanie balistyczne daje możliwość wyraźniejszego rozróżnienia cech morfologicznych, w tym kolców dendrytycznych, cechy, która ma kluczowe znaczenie dla wyciągania wniosków na temat złożoności neuronów i połączeń synaptycznych5.
Pobudzające neurony piramidowe charakteryzują się pojedynczym, dużym dendrytem wierzchołkowym, wieloma krótszymi dendrytami podstawowymi i tysiącami kolców dendrytycznych6. Neurony piramidowe znajdują się w wielu obszarach mózgu związanych z przetwarzaniem poznawczym wyższego rzędu, w tym w korze przedczołowej (PFC) i hipokampie. W PFC neurony piramidowe obserwuje się w warstwach II/III i warstwie V, z których każda wykazuje unikalną morfologię. W szczególności neurony piramidowe w warstwie II/III PFC mają krótszy dendryt wierzchołkowy i mniej rozgałęzione niż neurony piramidowe w warstwie V6. W hipokampie neurony piramidowe znajdują się zarówno w regionach CA1, jak i CA3, przy czym każdy z nich wykazuje odrębną morfologię. W szczególności neurony piramidowe w regionie CA1 wykazują bardziej charakterystyczny dendryt wierzchołkowy, z rozgałęzieniami występującymi dalej od somy, w stosunku do regionu CA36.
Kolce dendrytyczne na neuronach piramidowych zarówno w PFC, jak i hipokampie są głównym miejscem synaps pobudzających7. Cechy morfologiczne kolców dendrytycznych, które są klasycznie scharakteryzowane w trzech podstawowych kategoriach (tj. cienkie, przysadziste lub grzybowe8), zostały powiązane z wielkością synapsy pobudzającej9. Cienkie kolce, charakteryzujące się długą, cienką szyją, małą bulwiastą głową i mniejszymi gęstościami postsynaptycznymi, są bardziej niestabilne i rozwijają słabsze połączenia. Jednak kolce grzybów, które mają większą dendrytyczną głowę kręgosłupa, są znane z tworzenia silniejszych połączeń synaptycznych, co wynika z ich większych rozmiarów. W ostrym kontraście, przysadziste kolce są pozbawione szyi kręgosłupa, wykazując w przybliżeniu równy stosunek objętości głowy i szyi8. W obrębie hipokampa można również zaobserwować rozgałęzione kolce, przy czym kręgosłup ma wiele głów, które wyłaniają się z tej samej dendrytycznej szyi kręgosłupa10. W związku z tym zmiany morfologiczne kolców dendrytycznych mogą odzwierciedlać funkcjonalność i zdolność strukturalną. Co więcej, badania wykazały, że rozmiar i kształt kolców dendrytycznych odnosi się do ich plastyczności strukturalnej, co prowadzi do wniosku, że małe kolce są zaangażowane w uczenie się i uwagę, podczas gdy większe, bardziej stabilne kolce są zaangażowane w procesy długotrwałe, w tym memory11. Dodatkowo, rozmieszczenie kolców dendrytycznych wzdłuż dendrytu może być związane z łącznością synaptyczną5,12.
Tak więc, niniejszy artykuł metodologiczny ma trzy cele: 1) Przedstawić nasz protokół znakowania balistycznego, który został wykorzystany ze wskaźnikiem sukcesu (tj. neurony spełniające kryteria selekcji i odpowiednie do analizy) wynoszący 83,3%5,12,13 i w wielu regionach mózgu (tj. PFC, jądro półleżące, hipokamp); 2) Zademonstrować możliwość uogólnienia techniki i jej zastosowanie do neuronów hodowanych in vitro; 3) Szczegółowo opisz metodologię zastosowaną w oprogramowaniu do rekonstrukcji neuronów i wnioski, które można wyciągnąć z takich danych.