В данной статье представлен протокол регистрации in vivo электрической активности пептидергических нейронов гипоталамуса с использованием цельноклеточной электрофизиологии у интактных личинок данио-рерио.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В данной статье представлен протокол регистрации in vivo электрической активности пептидергических нейронов гипоталамуса с использованием цельноклеточной электрофизиологии у интактных личинок данио-рерио.
Гипоталамус — это древняя область мозга, которая регулирует различные аспекты физиологии и поведения, включая сон и бодрствование, аппетит, энергетический гомеостаз, тревогу, депрессию и социальное взаимодействие. Определенные популяции нейронов в гипоталамусе оказывают свое воздействие посредством высвобождения нейротрансмиттеров и нейропептидов. Запись патч-зажима для целых клеток является незаменимым подходом для изучения роли этих факторов в синаптической передаче и функционировании мозга. Тем не менее, получить доступ к нейронам гипоталамуса для электрофизиологических записей у интактных млекопитающих сложно из-за их расположения глубоко в мозге. В результате наше понимание внутренних свойств и физиологических функций нейронов гипоталамуса ограничено. Личинки данио-рерио являются полезной альтернативной моделью для изучения нейронов гипоталамуса благодаря своему прозрачному и маленькому, но хорошо сохранившемуся позвоночному мозгу. Здесь мы представляем протокол для записи in vivo целоклеточного патча нейронов гипоталамуса у интактных личинок рыбок данио. Используя эту технику, мы можем записывать пептидергические нейроны в гипоталамусе, изучать реакцию этих нейронов на сенсорные стимулы и исследовать их влияние на нижестоящие нейроны. Таким образом, этот экспериментальный метод обеспечивает полезный подход к изучению физиологических функций нейропептидергических нейронов гипоталамуса у интактных животных.
В качестве популярной модели позвоночных животных, данио-рерио (Danio rerio) широко используются в исследованиях в области нейробиологии и имеют ряд преимуществ:1. Их набор генов и архитектура мозга высоко консервативны у млекопитающих, и они обладают богатым поведенческим репертуаром, что делает их полезными для изучения генетических и нейронных механизмов, лежащих в основе таких поведенческих процессов, как сон, тревога, депрессия и социальное взаимодействие.. Их небольшие размеры и низкие затраты на обслуживание делают их идеальными для высокопроизводительного скрининга генов или лекарств, направленных на лечение психоневрологических заболеваний 7,8. Наконец, оптическая прозрачность личинок данио-рерио в сочетании с передовыми методами светового микроскопа и наличием нескольких флуоресцентных репортеров делает их особенно подходящими для мониторинга нейронной и астроглиальной активности при клеточном разрешении по всему мозгу 9,10,11.
Гипоталамус рыбок данио, расположенный глубоко в вентральном промежуточном мозге, анатомически и молекулярно консервативен с гипоталамусом млекопитающих, но на 2-3 порядка меньше, что обеспечивает более простую систему для изучения функции гипоталамуса12. Нейроны гипоталамуса образуют обширные синаптические связи с многочисленными областями мозга, включая таламус, ствол мозга, гипофиз и конечный мозг, через которые они регулируют физиологический гомеостаз, нейроэндокринную сигнализацию и вегетативное поведение13,14. Такая модуляция поведения и физиологии в значительной степени зависит от нейропептидов, которые представляют собой короткоцепочечные аминокислоты, которые действуют путем связывания с рецепторами, связанными с G-белком (GPCR)15. В отличие от быстродействующего высвобождения аминокислотных нейромедиаторов в синапсе, нейропептиды могут диффундировать на большие расстояния посредством объемной передачи и опосредуть медленные модулирующие эффекты на синаптическую передачу ивозбудимость нейронов.
Недавние исследования на рыбках данио раскрыли различные функции нейропептидов гипоталамуса с помощью междисциплинарных подходов, таких как визуализация кальция всего мозга, секвенирование РНК отдельных клеток, высокопроизводительный поведенческий анализ и картирование нейронных цепей 4,12,17,18. Эти новые методы изменили нашу способность характеризовать клеточное разнообразие в больших масштабах, связывать молекулярные механизмы с функциями нейропептидов на уровне цепей и картировать нейронные цепи, лежащие в основе конкретного поведения. Тем не менее, эти подходы остаются ограниченными в своей способности разрешать быструю физиологическую динамику и точные синаптические механизмы, лежащие в основе функции нейропептида.
Метод патч-зажима, разработанный Неером и Сакманом, остается золотым стандартом для исследования физиологии нейронов благодаря своему беспрецедентному временному разрешению и биофизической точности, позволяющей напрямую измерять флуктуации мембранного потенциала, синаптические токии динамику ионных каналов. Этот метод особенно бесценен для изучения нейропептидергических клеток, характерные для которых паттерны взрыва и нейромодулирующие влияния требуют прямых электрофизиологических измерений для полного понимания их роли в поведении и гомеостазе 15,16,23.
Здесь мы разработали оптимизированный протокол, который позволяет надежно записывать целые клетки личиночных пептидергических нейронов гипоталамуса данио-рерио, несмотря на технические проблемы, связанные с глубоким анатомическим расположением этих нейронов. Эта методология обеспечивает прямой доступ к электрической активности этих клеток, позволяя детально исследовать их реакцию на визуальные и слуховые стимулы (рис. 1). Интегрируя электрофизиологию с оптогенетикой, мы можем точно охарактеризовать функциональную связь между цепями гипоталамуса и нижележащими нейронами (рис. 2 и рис. 3), облегчая изучение нейропептидов в физиологическом гомеостазе и поведенческом контроле. Этот подход устраняет критический пробел в исследованиях в области нейробиологии, позволяя одновременно изучать функцию нейронов гипоталамуса на биофизическом, клеточном и кольцевом уровнях.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все эксперименты были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию (IACUC) в Шанхайском университете (протокол для животных YS 2025-169) и IACUC в Калифорнийском технологическом институте (протокол для животных 1836). Данио рерио с 5 по 7 день после оплодотворения (ДПФ) кормили коловратками и использовали для экспериментов. На этой стадии развития пол не определяется. Взрослые рыбки данио на перламутровом фоне [mitfa(w2/w2)]24 использовались для разведения.
1. Решения и рецепты
2. Приготовление и препарирование рыбок данио
3 Запись патч-зажима для целых клеток
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой рукописи мы представляем усовершенствованную технику записи in vivo цельноклеточного патч-clamp для исследования нейронов гипоталамуса у интактных рыбок данио, уделяя особое внимание гипокретиновым (Hcrt) нейронам.
Как показано на рисунке 1, наша методология позволяет проводить прямые электрофизиологические записи от этих нейронов глубоко в мозге у интактного животного (рисунок 1A), преодолевая ограничения традиционных...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Описанный здесь протокол позволяет записывать пептидергические нейроны в гипоталамусе личинки данио-рерио, одной из самых глубоких и технически сложных областей мозга. Из-за сложности, присущей этому препарату, успешная запись с помощью патч-клэмпа требует тщательного внимания к нескольким критическим параметрам, а именно качеству пипетки, технике подхода, чистоте раствора и здоровью тканей. Эти факторы в совокупности определяют вероятность достижения и поддержания стабильных записей гиг...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов и нечего раскрывать.
Мы хотели бы поблагодарить доктора Даниэля Вагенаара за его помощь в разработке устройств для оптогенетических экспериментов. Эта работа была поддержана грантами R35 NS122172 и R34 NS126800 от Национальных институтов здравоохранения для D.A.P., а также Шанхайской программой привлечения зарубежных талантов для R.Z.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Усилитель | Аксон | 700В | |
| Капилляры из боросиликатного стекла | Саттер | БФ100-58-10 | |
| ПЗС-камера | Dage-MTI | ИК-1000 | |
| Компьютеры для электрофизиологической регистрации | Лощина | Точность 3660 | |
| Диджидата | Аксон | 1440А | |
| Клетка Фарадея | Заказной | ||
| Щипцы | Ф.С.Т. | Дюмон #5 | |
| Инкубатор | Лонрой | ГЗП-150Б | |
| Мембранный фильтр | Миллипора Сигма | SLGV004SL | |
| Микро нож | Ф.С.Т. | 10318-14 | |
| Объективный | Олимп | Mplan 5X/0.1; UMPlanFI/IR 60X/0,9 Вт | |
| Перистальтический насос | Длиннее | БТ100-1Л | |
| Держатель для пипеток | Нарисигэ | Н-7 | для вскрытия |
| Съемник | Инструмент Саттера | -97 | |
| Стереомикроскоп для флуоресцентного скрининга и диссекции | Олимп | СЗХ16 | |
| Стимулятор | А.М..И | Мастер8 | |
| Трехмерный микроманипулятор | Инструмент Саттера | МПК-325 | |
| Вертикальный инфракрасный ДИК микроскоп | Олимп | BX51WI | |
| Стол для виброизолятора | ТМС | 61-541-06 | |
| Видеомонитор | САНСПО | СП-717 | |
| Водяная баня | Ихэн | ГВС-12 | |
| Транслятор X-Y | Заказной |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.