Aqui descrevemos um procedimento para tecido limpando, etiquetando fluorescente e imagens em grande escala do tecido de cérebro de rato que, desse modo, permite a visualização da organização tridimensional de tipos de células no neocórtex.
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Artigo de método
Aqui descrevemos um procedimento para tecido limpando, etiquetando fluorescente e imagens em grande escala do tecido de cérebro de rato que, desse modo, permite a visualização da organização tridimensional de tipos de células no neocórtex.
O neocórtex dos mamíferos é composto de muitos tipos de neurônios excitatórios e inibitórios, cada um com propriedades específicas eletrofisiológicas e bioquímicas, conexões sinápticas, e na vivo de funções, mas sua basic funcional e anatômica organização de celular para escala de rede é mal compreendida. Aqui nós descrevemos um método para a imagem tridimensional de neurônios fluorescente-etiquetadas em grandes áreas do cérebro para a investigação da organização celular cortical. Tipos específicos de neurônios são rotulados por injeção de traçadores neuronais retrógrados fluorescentes ou expressão de proteínas fluorescentes em ratos transgénicos. Amostras de cérebro de bloco, por exemplo, um hemisfério, são preparadas após a fixação, transparentes com tecido métodos de compensação e submetidas a fluorescente immunolabeling os tipos de células específicas. Grandes áreas são verificadas usando microscópios confocal ou dois fotões equipados com grandes objectivos de distância de trabalho e estágios motorizados. Esse método pode resolver a organização periódica dos módulos funcionais específicas do tipo microcolumn célula no neocórtex do mouse. O procedimento pode ser útil para o estudo da arquitetura celular tridimensional nas áreas diversas do cérebro e outros tecidos complexos.
O neocórtex dos mamíferos é composto por um grande número de tipos de células, cada uma com os padrões de expressão de genes específicos, propriedades bioquímicas e eletrofisiológicas, conexões sinápticas, e na vivo funções1,2 ,3,4,5,6,7. Se estes tipos de células são organizados em estruturas repetidas tem sido pouco claras. Colunas corticais, incluindo colunas de orientação visual e somatossensorial barris, repetiram-se estruturas, mas sua organização celular permanece incerto8,9. Estas estão presentes nas áreas corticais específicas e não são um sistema de todo o cérebro.
Na camada neocortical 5, a grande maioria dos neurônios é classificada em quatro tipos principais. Um tipo importante de neurônios excitatórios, neurônios de projeção sub cerebral, projeta axônios para alvos subcorticais, incluindo o pons, medula espinhal e colículo superior e, portanto, representa a principal saída cortical via10. Neurônios de projeção cortical, um outro tipo importante de neurônios excitatórios, inervam o córtex10. Os neurônios inibitórios também contém duas classes principais: células parvalbumin-expressando e somatostatina-expressando11.
Análises recentes indicam que os tipos de quatro célula são organizados em estruturas repetidas12,13,14. Tanto os neurônios de projeção cerebral secundário a12,13,14 e de neurônios de projeção cortical14 organizam em célula-tipo específico microcolumns com um diâmetro de 1 – 2 células. Células Parvalbumin-expressando e somatostatina-expressando alinham especificamente com microcolumns de neurônios de projeção sub cerebral, mas não com microcolumns de neurônios de projeção cortical14. Microcolumns se alinhar periodicamente para formar um hexagonal lattice de matriz14 e estão presentes em múltiplas áreas corticais incluindo áreas visuais, somatossensorial e motor em cérebro de rato,12,14 e na língua áreas do cérebro humano13. Neurônios no microcolumn individual apresentam atividade sincronizada e ter respostas sensoriais semelhantes14. Estas observações indicam que tipos de células da camada 5 organizam em uma estrutura de treliça de microcolumn que representa a primeira organização de todo o cérebro conhecida de repetir módulos funcionais.
Microcolumns ter um raio de aproximadamente 10 µm e têm uma periodicidade espacial de aproximadamente 40 µm. Além disso, a orientação do microcolumns é paralela às suas dendrites apicais e alterações dependendo de sua posição no córtex14. Portanto, o sistema microcolumn é difícil de analisar usando fatias corticais convencionais com uma espessura típica de algumas dezenas de micrômetros. Além disso, a análise de periodicidade requer dados tridimensionais de uma vasta gama de áreas do cérebro e, portanto, a área de imagem típica de microscopia confocal ou na vivo imagem 2-fóton é muito estreita.
Recentemente, técnicas têm sido desenvolvidas para limpar tecidos grossos15,16. Aqui descrevemos a aplicação desses métodos para obter imagens tridimensionais, em grande escala os tipos de células principais na camada neocortical do rato 5 que compõem o sistema de microcolumn. Neurônios de projeção subcerebral são rotulados pela rotulagem retrógrada ou a expressão da proteína fluorescente verde reforçada em Crym-egfp ratos transgénicos12e projeção cortical neurônios são rotulados por ambos o retrógrado rotulagem ou pela expressão tdTomato em Tlx3-cre/Ai9 ratos17. Parvalbumin-expressando e somatostatina-expressando células são rotuladas por imuno-histoquímica. O método de (anticorpo escala S) AbScale18 é usado para o anticorpo que mancha experimentos, enquanto o método de SeeDB (ver profunda do cérebro)19 é usado para outras experiências. Esses métodos de superassem as dificuldades acima referidas dos métodos convencionais de imagem e revelam a organização celular exata da camada 514.
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Todos os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Comité de segurança do RIKEN genética recombinante experimento e RIKEN Wako Animal experimentos Comité e executados de acordo com as orientações institucionais das instalações da RIKEN cérebro ciência animais Instituto.
1. preparação de câmaras de imagem
2. tracer injeção
Nota: Fazer injeções no pons (2.1) ou no colículo superior (2.2). Injeção para os neurônios de projeção sub cerebral do rótulo de pons em uma região de cérebro grande, incluindo as áreas visuais e motoras, enquanto a injeção para os neurônios de projeção sub cerebral de rótulos colículo superior na área de visual. Para controle de experimentos, injetar soro, em vez de subunidade de toxina da cólera fluorescente-etiquetadas B. Para a manutenção da condição estéril use equipamento esterilizado e luvas de plástico limpadas com álcool etílico.
3. fixação e remoção
4. limpar sem anticorpo que mancha (o método de SeeDB)
5. compensação com anticorpo que mancha (o AbScale método)
6. determinação de posição de célula
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Nós rotulados de neurônios de projeção cortical pela expressão de tdTomato em Tlx3-cre/Ai9 ratos transgénicos e visualizado neurônios de projeção sub cerebral através da injeção do traçador retrógrado CTB488 em ponte. O hemisfério esquerdo do cérebro foi submetido ao método SeeDB e digitalizados usando um microscópio de dois fotões equipado com uma água-imersão tempo trabalhando o objetivo de distância (25 X, N.A. 1.1, distância de trabalho 2 mm) e um palco motorizado. U...
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Apresentamos os procedimentos para obter imagens tridimensionais em grande escala da organização de tipo específico de célula a tipos de grandes células na camada neocortical do rato 5. Em comparação com a coloração da fatia convencional, o método é mais útil na determinação da organização tridimensional do neocórtex. O método permite a aquisição de imagens do mais amplo e as mais profundas regiões do cérebro em comparação com o típico na vivo microscopia 2-fóton ou microscopia confocal convencional e, assim, po...
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Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecemos Atsushi Miyawaki e Hiroshi Hama seus conselhos sobre as experiências de elAbSca, Charles Yokoyama para edição do manuscrito, Eriko Ohshima e Miyuki Kishino para sua assistência técnica. Este trabalho foi financiado por fundos de pesquisa de RIKEN T.H. e Grants-in-Aid para a investigação científica do Ministério da educação, cultura, esportes, ciência e tecnologia (MEXT) do Japão para T.H. (áreas inovadoras "Neurocircuitos mesoscópica"; 22115004) e S.S. (25890023).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Camundongos transgênicos Crym-egfp | MMRRC | 012003-UCD | |
| Camundongos transgênicos Tlx3-cre | MMRRC | 36547-UCD | |
| ROSA-CAG-flox-tdTomato ratos | Jackson Laboratory | JAX #7909 | |
| Folha de borracha de silicone | AS ONE | 6-611-01 | 0,5 mm de espessura |
| Folha de borracha de silicone | AS ONE | 6-611-02 | 1,0 mm de espessura |
| Folha de borracha de silicone | AS ONE | 6-611-05 placas de | 3,0 mm de espessura |
| Falcon | 351008 | ||
| Vidro de cobertura | Matsunami | C022241 | |
| Subunidade B da toxina da cólera (recombinante), Alexa Fluor 488 conjugado | Invitrogen | C22841 | |
| Subunidade B da toxina da cólera (recombinante), Alexa Fluor 555 conjugado | Invitrogen | C22843 | |
| Subunidade B da toxina da cólera (recombinante), conjugado Alexa Fluor 594 | Invitrogen | C22842 | |
| Subunidade B da toxina da cólera (recombinante), conjugado Alexa Fluor 647 | Invitrogen | C34778 | |
| Seringa Hamilton 26 G | Hamilton | 701N | |
| KD Scientific | KDS 310 | Pons injetor | |
| Bomba injetora | KD Scientific | KDS 100 | Manipulador de injeção de colículo superior |
| Narishige | SM-15 | ||
| Pentobarbital de sódio | Kyoritsu Seiyaku | Somnopentil | |
| Isoflurano | Pfizer | ||
| Lidocaína | AstraZeneca | Injeção de xilocaína 1% com epinefrina | |
| Broca | Toyo Associates | HP-200 | |
| Hemostático microfibrilar Avitene | Davol Inc | 1010090 | |
| Alonalfa | Daiichi-Sankyo | Alonalpha A | |
| Seda cirúrgica | Ethicon | K881H | |
| Incubadora | UVP | HB-1000 Hybridizer | |
| Pipeta de vidro | Drummond Scientific Company | 2-000-075 | |
| Extrator de eletrodos | Sutter Instrument Company | P-97 | |
| Parafina Líquida, leve | Nacalai tesque | 26132-35 | |
| Saline | Otsuka | 1326 | |
| Paraformaldeído | Nacalai tesque | 26126-54 | |
| Agulha de tungstênio | Inter medical | Φ 0,1 *L200 milímetro | |
| Vibratome | Leica | VT1000S | |
| 50 mL tubo plástico | Falcon | 352070 | |
| α-thioglycerol | Nacalai tesque | 33709-62 | |
| D(-) Frutose | Nacalai tesque | 16315-55 | |
| BluTack | Bostik | CKBT-450000 | |
| microscópio do Dois-fotão | Nikon | A1RMP | |
| Objetivas de longa distância de trabalho por imersão em água | Nikon | CFI Apo LWD 25XW, NA 1.1, WD 2 mm | |
| Objetivas de longa distância de trabalho por imersão em água | Nikon | CFI LWD 16XW, NA 0.8, WD 3 mm | |
| Platina motorizada | COMS | PT100C-50XY | |
| Filtro | Semrock | FF01-492/SP-25 | |
| Filtro | Semrock | FF03-525/50-25 | |
| Filtro | Semrock | FF03-575/25-25 | |
| Filtro Semrock | FF01-629/56 | ||
| Filtro Chroma | D605/55m | ||
| Tubo de plástico de 5 mL | AS ONE | VIO-5B | |
| Tubo de plástico de 2 mL | Eppendorf | ||
| Uréia | Nacalai tesque | 35905-35 | |
| Triton X-100 | Nacalai tesque | 35501-15 | |
| Gliserol | Sigma-aldrich | 191612 | |
| D(-)-sorbitol | Wako | 191-14735 | |
| Metil-β-ciclodextrina | Indústria química de Tóquio | M1356 | |
| γ- Ciclodextrina | Wako | 037-10643 | |
| N-acetil-L-hidroxiprolina | Ativos Essenciais para a Pele | 33996-33-7 | |
| DMSO | Nacalai tesque | 13445-45 | |
| Albumina de Soro Bovino | Sigma-aldrich | A7906 | |
| Tween-20 (1,1 g/mL) | Nacalai tesque | 35624-15 | |
| Cabra anti-Mouse IgG (H+L) Secundário Cruzado Adsorvido Anticorpo, Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A21422 | |
| Anticorpo secundário de adsorção cruzada anti-coelho IgG de cabra (H+L), Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A21428 | |
| Anticorpo secundário de adsorção cruzada IgG de camundongo de cabra (H+L), Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A21235 | |
| Anticorpo secundário altamente adsorvido de cabra IgG (H+L) de cabra, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11029 | |
| Anticorpo secundário anti-coelho IgG (H+L) altamente adsorvido de burro, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21206 | |
| Microscópio confocal | Olympus | FV1000 | |
| Objetivas de longa distância de trabalho de imersão em água | Olympus | XLUMPLFLN 20XW, NA 1.0, WD 2 mm | |
| Anti-NeuN | Millipore | MAB377 | |
| Anti-NeuN | Millipore | ABN78 | |
| Anti-CTIP2 | Abcam | ab18465 | |
| Anti-Statb2 | Abcam | ab51502 | |
| Anti-GAD67 | Millipore | MAB5406 | |
| Anti-GABA | Sigma | A2052 | |
| Anti-Parvalbumina | Swant | 235 | |
| Anti-Parvalbumina | Frontier Institute | PV-Go-Af460 | |
| Anti-Parvalbumina | Sigma | P3088 | |
| Anti-Parvalbumina | Abcam | ab11427 | |
| Anti-Somatostatina | Peninsula Laboratories | T-4103 | |
| Anti-c-Fos | CalbioChem | PC38 |
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