Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Historisk Visa och fysiologi demonstration på NMJ av Kräftor öppnare Muscle

doi: 10.3791/1595 Published: November 9, 2009

Summary

Öppnaren muskeln i kräftor benet presenteras för sin historiska betydelse och experimentella mångsidighet i muskler fenotyp, synaptisk fysiologi och plasticitet.

Abstract

Här presenterar vi några av de viktigaste viktiga upptäckter som gjorts med öppnaren neuromuskulära (NMJ) utarbetande av kräftdjur och illustrera att det fortfarande finns mycket att lära av denna modell beredning. För att förstå historien kan man förstå varför även idag denna NMJ fortfarande erbjuder ett rikt lekplats för att hantera frågor om pre-och postsynaptiska funktion och plasticitet. Livskraft och enkel tillgång till terminalen för intracellulära samt extracellulära elektrofysiologi och bildhantering är betydande fördelar. Mekanismerna bakom modulering av vesikulär kinetik och fusion inom hög-och låg-utgångsplintar är tiggeri för utredning. Beredningen har också en testbar modell för beräkningar bedömningar och manipulationer för att undersöka viktiga variabler i teoretiska modeller av synaptisk funktion, till exempel kalcium dynamik vid korttidsbehandling underlättande. Den synaptiska komplexitet aktiva zonen och statistisk natur quantal Meddelandet har också ett öppet område för framtida utredning både experimentellt och beräkningsmässigt.

Protocol

Inledning

Den neuromuskulära korsningar av skaldjur har gett viktiga bidrag till fysiologi och särskilt synaptiska fysiologi under åren. Lättheten i dissekering och livskraft är förmodligen de viktigaste faktorerna som främjade tidigt anatom och senare fysiolog att använda kräftdjur som experimentell förberedelser. Kräftor i synnerhet är lätt att få från de flesta sötvatten bäckar och sjöar samt de är lätta att hålla i laboratoriemiljö jämfört med skaldjur som kräver en kall miljö saltvatten.

En zoolog tillbaka i slutet av 1800-talet tog till sitt hjärta särskilt kräftdjur arter (dvs., kräftor) och skrev en bok med titeln The Kräftor ( TH Huxley , 1879). Denna text fungerade som guidebok på dessa organismer i flera år och idag är fortfarande hyllas som en heltäckande bok selektivt på kräftor att hantera livets historia, anatomi och fysiologi. Huxley såg kräftor som modell djur att dyka ner i djupet i zoologi i alla aspekter, alltså, den omfattande karaktären av hans bok. Tidpunkten var fördelaktigt som fysiologi var blommar i slutet av 1880-talet med Ringer förståelse av joner som behövs för att upprätthålla förberedelser groda hjärtat (Ringer, 1882a, b). Detta är sannolikt en anledning till att fysiologiska experiment gått snabbt i andra arter samt kräftor. Dessutom hade en saltlösning för att upprätthålla kräftdjur förberedelser har beskrivits av van Harreveld 1936.

Överraskande innervationsområden av öppnaren muskeln i kräftor ben var också att präglas runt denna tidpunkt i historien (Biedermann, 1887). Men ännu mer förvånande är att fysiologiska studier som redan pågår i musklerna i kräftor av Charles Richet i Frankrike. I själva verket kanske experiment i kräftor vara möjligen den första att visa att underlätta i den neuromuskulära (NMJ) (Richet, 1879, se även Richet, 1881). Under de närmaste decennierna kräftor NMJs höll på att beskrivas anatomiskt och fysiologiskt avseende till spänningar utveckling och anatomi (Van Harreveld och Wiersma, 1936).

Tillkomsten av intracellulära inspelning, med vassa elektroder (Ling och Gerard, 1949), återupplivas fältet för att hantera olika uppsättningar av frågor. Kräftdjur muskler var kända för att producera graderade sammandragningar (Katz & Kuffler 1946, Katz, 1949, Wiersma, 1949), men det var inte förrän 1953 som Fatt och Katz inspelade transmembrane potential på kort sikt underlätta i fibrer krabba muskeln.

Öppnaren muskler i armar och ben på kräftor återigen upp i 1961 när Dudel och Kuffler visat stöd i denna muskel och visade för 1: a gången fenomen presynaptisk hämning (1961 a, b, Dudel, 1963, 1965a). De rapporterade också om quantal typ av synaptisk transmission på denna NMJ (1961b). Under de senaste 50 åren har det skett en hel del uppmärksamhet ägnas åt förberedelser och olika tekniker används för att övervaka synaptisk fysiologi. För en kort överblick av undersökningar med hjälp av detta preparat börjar vi med att notera att hela muskeln innerveras av ett retande och hämmande axon som kan vara selektivt stimuleras. Atwood (1964) visade med tåg av stimulering den excitatoriska postsynaptiska potentialer underlättas och producerade muskelspänningar. Iravani (1965) rapporterade om regionala skillnader i synaptiska svar beroende på region i muskeln. Strax därefter Dudel (1965a, b) registrerade potentialer längs nerven terminalerna på öppnaren och visade att neuromodulator serotonin förbättrade synaptisk transmission genom ökad menar quantal innehåll.

Vid denna tid var det konstaterats att kräftdjur muskler svarat på glutamat och olika aminosyror samt GABA (Van Harreveld och Mendelson, 1959, Robbins, 1959;. Kerkut et al, 1965). Hämmande svar av GABA identifierades av Florey (Bazemore et al., 1956, 1957) och andra (Boistel och Fatt, 1958). Senare GABA isolerades och bekräftas av Kravtiz (Kravitz och Potter, 1965; Kravitz et al, 1963a, b;. Kravitz, 1962) från axoner av preparat hummer öppnaren.

Kräftorna musklerna erbjuds inte bara lättillgängliga preparat men gör att man kan studera hur enskilda identifierbara motoriska nervceller kan resultera i olika postsynaptiska svaren på fysiologiska och strukturell nivå. I synnerhet öppnaren muskeln innerveras av en enda excitatoriska motoriska neuron, men den excitatoriska postsynaptiska potentialer (epsps) på olika platser kan variera över 50 gånger i rygg ytliga fibrer (Bittner, 1968a, b) och så mycket som åtta gånger i ventrala ytliga fibrer (Iravani, 1965).

"> Med det nyskapande upptäcker att öppnaren NMJ i kräftor utställda på lång sikt underlätta (LTF) (Sherman och Atwood, 1971), förutom på kort sikt underlätta, de mekanistiska grunderna för dessa fenomen måste åtgärdas. Som en sida anteckning långsiktig potentiering (LTP) upptäcktes på ryggradsdjur hjärnan två år senare (Bliss och L MO, 1973) utan referens till den ursprungliga upptäckten av fenomenet på kräftor NMJ. Från denna period på många utredare fokuserat på egenskaper av STF och LTF med öppnaren NMJ av kräftor att studera de cellulära mekanismer (Atwood, 1973, 1976, 1982; Atwood et al, 1994;. Zucker, 1973, 1974a, b; Bittner och Sewell, 1976;. Parnas et al, 1982a, b, c, d, Dudel et al, 1983;.. Vyshedskiy och Lin, 1997a, b, c) Också en fokuspunkt har varit att förstå hur en motor neuron innervating olika muskelfibrer på öppnaren muskler kan ge upphov för så skilda synaptiska svar (Linder, 1974; g · nzel et al, 1993;. Govind et al, 1994;. Iravani, 1965, Atwood, 1967, Bittner, 1968a, b; Sherman och Atwood, 1972, Zucker, 1974a; Parnas et al, 1982a;. Zucker och Haydon, 1988; Dudel, 1989a, b, c, d).

Synaptic struktur för att redogöra för differentialen synaptiska svaren kan undersökas via ultrastrukturella analys (Jahromi och Atwood, 1974). Åtgärder av joniska skillnader på grund av verksamheten kan undersökas med axonal injektioner av Ca2 + och Na + indikatorer samt Ca2 + buffertar (Mulkey och Zucker 1993,. Winslow et al, 2002), och dessa flöden kan modelleras i terminalen (Winslow et al, 1994;. Cooper et al, 1996b).. Aktivitet beroende anpassningar (Atwood et al, 1991.) Och de farmakologiska identifiering av neuromodulator receptor subtyper (Dropic et al, 2005;. Ruffner et al, 1999;. Sparks och Cooper, 2004; Sparks et al, 2004;. Tabor och Cooper , 2002;) som påverkar synaptiska vesikler pooler och kinetik (Logsdon et al, 2005;. Southard et al, 2000;.. Sparks et al, 2003) har också undersökts som leder vägen till nya frågor som måste lösas. Begreppen kalcium roll under STF kontra membran depolarisation i synaptisk transmission på öppnaren NMJ leda till vissa skillnader i yttrandet (Mulkey och Zucker, 1991; Hochner et al, 1989).

Relativt nyligen regionala differentiering i synaptisk styrka och underlättande av den inre motor neuron, har varit upp och verkar bero på skillnader från lokala presynaptiska förändringar i synaptiska struktur och fysiologi (Atwood et al, 1994;. Atwood och Cooper, 1995, 1996a , b; Cooper et al, 1995b, 1996a, b).. Ultrastrukturella analys från elektron mikrografisk studier har visat att varicosities innehåller majoriteten av de synaptiska kontakter (Florey och Cahill, 1982;. Cooper et al, 1995b). Styrkan i synaptisk transmission minskar längs en ​​enda terminal vilket förefaller bero på komplexiteten i de synaptiska strukturen (Cooper et al, 1996a;.. Govind et al, 1994). Skillnaderna i synaptiska strukturen kan delvis förklara skillnaderna i Ca2 +-inflödet under stimulering vid olika frekvenser (Cooper et al. 1995b, 1996b).

Eftersom det finns regionala skillnader i muskler fenotyp och biokemi bland muskelfibrer av öppnaren (g · nzel, et al, 1993;.. Mykles et al, 2002) som är indelade i regioner, skulle kunna förklara en utvecklingsstörd reglerad muskel fenotyp som påverkar och upprätthåller de regionala skillnaderna i motor neuron (Mykles et al., 2002). Idén om retrograd influenser har undersökts i groda skelettmuskulatur (Nudell och Grinnell, 1983), i hummer (Katz et al., 1993), och i kräftor (Lnenicka och Mellon, 1983) med rimliga övertygande bevis. Den lokala regleringen av terminaler i en enda neuron utan att påverka andra terminaler är rumsligt fullt möjligt i kräftdjur motoriska nervceller eftersom terminalerna kan mäta från 1 cm till 10 cm i avstånd från varandra. Till skillnad från ryggradsdjur, kan en motor enhet inkluderar mer än en muskel i ryggradslösa djur (se recension av Atwood, 1973). Den Excitor motorneuron som innerverar hela öppnaren muskeln innerverar också båren muskeln i en mer proximal ben segment. Facilitering mätningar mellan muskelfibrer av öppnaren muskler visade att det finns skillnader som kan vara relaterade till vila nivåer i Ca2 + joner (Cooper et al. 2005b) och / eller eventuellt samarbeta för övergång (Parnas et al. 1982a, b)

Skillnaderna i strukturell komplexitet hos hög och låg-output synapser längs terminalerna på öppnaren muskeln undersöktes för quantal signaturer när det gäller rekrytering av aktive zoner bland synapser under STF men detta har visat sig vara svårt att veta (Lancaster et al, 2007;. viele et al, 2003, 2006.). Möjlig poolerna av blåsor bland hög-och låg-utgång synapser kommer att vara reglerade differentiellt i kinetik som det kallas neromodulators har differentiell effekt på låg och hög effekt terminaler (Logsdon et al, 2005;. Sparks och Cooper, 2004; Cooper et al., 2003).

Den framtida användningen av öppnaren muskeln beredningen i kräftor är lika rik som det har varit 50 eller 100 år sedan. Beredningen är fortfarande mycket härdig i jämförelse med många andra synaptisk förberedelser. Quantal svar kan elektrofysiologiska in direkt på synaptiska kontakter samt avbildas för vesikler dynamiken i olika typer av väl definierade terminaler. Beredningen har inte förlorat sin charm i att ha samma identifierbara nervceller för retande och hämmande insatsvaror. Trots att kräftor inte är praktiskt för genetisk manipulation, studier är möjliga att åtgärda roll synaptiska proteiner som för Drosophila. Det finns många likheter i synaptisk funktion för att Drosophila NMJs (Atwood och Cooper, 1995, 1996a, b) som kan granskas av studier protein injektion (Han et al., 1999). Regleringen av synaptiska vesikler pooler inom motoriska nervändar finns också ett rikt område för framtida utredning och mekanistiska studier för att förstå kalcium reglering under STF (Desai-Shah et al, 2008;. Desai-Shah och Cooper, 2009) för att förklara många av de återstående mysterier i grunderna i synaptisk transmission.

Metoder

Dissection

Kräftor, Procambarus clarkii, mäta 6-10 cm i kroppslängd (Atchafalaya Biological Supply Co, Raceland, LA) är förmås att automatisera den första eller andra promenader benet av kraftfullt nypa på ischiopodite segmentet.

Figur 1
Vrid benet runt tills man kan vara säker på utsidan (laterala sidan) är vänd uppåt på dissekering plattan. Detta är oftast den välvda sidan uppåt. Placering av benet på en bit papper hjälper till så att preparatet kan vridas lätt samtidigt som dessa nedskärningar.

Figur 2

Med en skalpell blad brytare och hållare ett vasst rakblad används för att etsa nagelbanden tills bara skära igenom i det mönster som visas i denna siffra för meropodite segmentet. Försiktighet måste användas inte skära för långt distalt på rygg för att ventrala skära av meropodite - carpopodite gemensamt. Lämna fjällskiktet på plats för nu.

Figur 3

Figur 4

Med rakkniv skalpell bladet etch nagelbanden på propodite tills bara skära igenom i det mönster som visas i ovanstående siffra för propodite segmentet på den ena sidan och sedan upprepa på andra sidan gå med i proximala nedskärningar. Försiktighet måste användas inte skära i öppnaren muskeln. Detta kan göras genom att hålla bladet lutar på det närmare muskler när skär genom nagelbanden. Även för den dorsala till ventrala klippa, koppla runt den ventrala sidan, vara noga med att inte skära för proximal som det gemensamma anslutningen är smal och lätt bryts. Lämna fjällskiktet på plats för nu.

Figur 5

Förberedelserna bör omsättas i saltlösning. Denna dissektion maträtt bör ha en Sylgard (Dow Corning) beläggning på undersidan (1 cm tjock). Den Sylgard används så att insekten stift kan fastna i den för att hålla förberedelserna fortfarande. Vid denna punkt sticka en nål i rygg caudal hörnet, i snitt, i fönstret som gjorts i meropodite.
Med fin pincett (# 5) lyfter en aning nagelbanden från distala änden och med rakkniv, klippa fibrerna flexor musklerna ifrån nagelband, skär i ett distalt proximal sätt. Lyft upp fönstret i nagelbanden av.

Figur 6

Figur 7

Nu skär apodeme (sena) på meropodite - carpopodite gemensamt (se nedan). Var mycket noga med att dra sena från benet hålrum innan snittet och att bara klippa senan och inte det viktigaste benet nerv som är på insidan av senan. Nyp senan där det skars med pincett och dra av flexor muskel bort genom att lyfta den i en caudal riktning. Den största benet nerv och extensor muskler är utsatta för.

Figur 8

Gå vidare till propodite segmentet och nu skär på propodite dactylopodite gemensamt. Här närmare senan skär kanske från nagelbanden bilagan. Dra ventrala (närmare muskel sida) segment av propodite ner och tillbaka caudally, så att muskeln som bifogas i den bakre regionen kan ses. Skär dessa muskler med rakkniv. Var noga med att inte skära i muskeln för nära leden och risken att skära grenen motoriska nerven till öppnaren muskeln. Öppnaren muskel är nu utsatt för koksaltlösning.

Figur 9

Figur 10

Återvänd till meropodite regionen att isolera nerven buntar som innehåller retande och hämmande motoriska nervceller till öppnaren muskeln. I de mest caudal regionen av meropodite segmentet benet nervknippen innehåller vanligtvis en separat nerv bunt. Denna korta region där två buntar kan ses är där ryggens bunt kan transected med fina sax. Den avskurna ändan kan sedan plockas upp med # 5 pincett och försiktigt drog distalt tills ungefär halva längden av meropodite segmentet nås. Denna långa nerv gren innehåller den excitatoriska öppnaren nerv och den större bunt av nerver innehåller hämmande motor neuron i öppnaren muskeln.

Figur 11

Figur 12

Figur 13

Beredningen i meropodite segmentet är nu skära i en diagonal sådant sätt att en insekt stift kan placeras genom rygg aspekt av meropodite. Detta placerar ventrala delen av öppnaren muskeln upp så att den är riktad mot betraktaren (se nedan).

Figur 14

Figur 15

Figur 16

Den återstående fibrerna i närmare muskler som blockerar synen på öppnaren muskler nu kan tas bort genom att trycka på fibrerna mot nagelband och ut ur propodite hålighet. Ibland kan en bindväv täcker öppnaren som kan tas bort genom att försiktigt använda # 5 pincett. De viktigaste benet nerv som löper längs öppnaren muskler och går in i dactylopodite kan antingen skära i början av dactylopodite gemensamma eller bara dras upp med den fina pincett. Det huvudsakliga ben nerv och ibland uppenbara tillhörande blodkärl kan nu dras försiktigt i en proximal riktning för längden på öppnaren muskler och klipp bort.

Figur 18

Nu öppnaren muskeln utsätts utan vävnad för att komma i vägen för en intracellulär elektrod eller en samlingspunkt macropatch elektrod.

Figur 19

För att stimulera den excitatoriska nerven till öppnaren muskeln beredningen nu flyttat till en inspelning kammare utformad med en plast sug elektrod. Att ha stimulerande elektrod byggs in i kammaren innebär att man slipper använda en mikromanipulator att placera en stimulerande elektrod. Pin förberedelserna i inspelningen skålen och placera den gren av den nerv som innehåller den excitatoriska nerv i sug-elektroden.

Figur 20

Figur 21

(Hämtade från: Mykles, DL, Medler, SA, Koenders, A., och Cooper är RL (2002) Myofibrillar protein isoformen uttryck korrelerade med synaptisk effekt i långsamma fibrerna i klo och benmusklerna opener av kräftor och hummer i tidningen. Experimental Biology 205 (4): 513-522).

Saline

Dissekerade förberedelser upprätthålls i kräftor saltlösning, en modifierad Van Harreveld lösning (i mm: 205 NaCl, 5,3 KCl, 13,5 CaCl2.2H2O, 2,45 MgCl2.6H2O, 5 HEPES justeras till pH 7,4).

Inspelning intracellulära EPSPS

Att framkalla en evoked respons, är excitatoriska axonet selektivt stimuleras av en Grass stimulator. En region i öppnaren muskel är spetsad med skarpa intracellulära elektrod (20 till 30 mOhm motstånd) fylld med 3 M KCl. En standard huvud scen och förstärkare för intracellulär registrering kan användas, men vi använt en modell Axonclamp 2B (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA) förstärkare och en X LU huvudet skede. Kortvarig underlättande (STF) eller olika andra typer av önskade svaren kan erhållas genom att variera stimulansen villkor. STF erhålls genom att ett tåg av 10 eller 20 pulser med 10 eller 20 sekunders mellanrum, respektive att den excitatoriska nerv. Frekvensen av stimulering med i samma tåg kan varieras (40, 60 och 80 Hz). Intracellulärt EPSP inspelningar rutinmässigt utförs av dessa standardförfaranden (Crider & Cooper, 1999, 2000;. Cooper et al 1995b, Dudel, 1983, Sparks och Cooper, 2004; Desai-Shah och Cooper, 2009).

Öppnaren muskel är uppdelad i tre övergripande områden: distala, centrala och proximal. Även om hela öppna muskeln innerveras av en motor neuron, de NMJs är strukturellt olika och har regionala specifika skillnader i synaptiska effekten hos dessa tre allmänna områden (Cooper et al. 1995a, b). Muskelfiberstrukturen fenotyp typ har också visat sig vara annorlunda i dessa regioner (Mykles et al. 2002). Av dessa skäl är de mest distala fibrer som används, eftersom de är lätt avgränsade för konsekvens mellan förberedelser.

Figur 22

Inspelning fokus quantal EPSPS direkt över identifierbar regioner i nervändsluten

Den synaptiska varicosities visualiseras med vitala färgämnet 4-Di-2-Asp (Magrassi et al., 1987), som inte påverkar synaptisk överföring, vid de koncentrationer som används och tider (5 mikroM, 5-min behandling, Cooper et al ., 1995b). Med fluorescensmikroskopi, lumen i ett makro-patch inspelning elektrod (Cooper et al, 1995c,.. St ¨ hmer et al, 1983) kunde placeras direkt över en enda isolerad varicosity. Att frammana nervändsluten är excitatoriska motoriska nerven stimuleras som nämnts ovan. Spontan samt framkallat quantal svar kan registreras längs raden av visualiseras varicosities, genom att försiktigt sänka lumen och höja den över varje varicosity.

Den synaptiska potentialer registreras via ett makro-patch elektrod i huvudsak som beskrivs av Dudel, 1981; Wojtowicz et al. (1991) och Mallart (1993). Kimax glas (ytterdiameter: 1,5 mm) drogs och brand-polerade för att producera patch tips med innerdiametrar från 10 till 20 mikrometer. Lumen i elektroden är fylld med bad-mediet. Förstärkaren är den samma som används för den intracellulära inspelningar som nämns ovan. Elektrod och tätning motstånd kan bestämmas genom att testa strömpulser genom elektroden. Seal motstånd varierade från 0,3 till 1,0 M0hm och elektroden motståndet varierade från 0,5 till 1,0 M.0. Seal motstånd kan övervakas under hela inspelningen.

Direkt räkning av quantal händelser som är möjligt med låga stimulering frekvenser. För varje framkallat svar kan antalet quantal händelser fastställas. För en serie av reaktioner, är det totala antalet quantal händelser räknas för att sedan uppskatta betyda quantal innehåll baserat på dessa direkta räknas. Ett sätt att beräkna betyda quantal innehåll är att det totala antalet kvanta och dividera med det totala antalet svar (del Castillo och Katz, 1954). Det finns andra metoder man kan använda och bygger på maximal amplitud eller den del av EPSPS (Cooper et al. 1995b).

References

  1. Atwood, H. L. γ -aminobutyric acid and crab muscle fibres. Experientia (Basel). 20, 161-163 (1964).
  2. Atwood, H. L. Variation in physiological properties of crustacean motor synapses. Nature. 215, 58-58 (1967).
  3. Atwood, H. L. An attempt to account for the diversity of crustacean muscles. Am. Zool. 13, 357-378 (1973).
  4. Atwood, H. L. Organization and synaptic physiology of crustacean neuromuscular systems. Prog. Neurobiol. 7, 291-391 Forthcoming.
  5. Atwood, H. L. Synapses and neurotransmitters. The Biology of Crustacea. Sandeman, H. L., Atwood, D. C. 3, Academic Press, Inc. New York. 105-150 (1982).
  6. Atwood, H. L., Cooper, R. L. Functional and structural parallels in crustaceans and Drosophila neuromuscular systems. Am. Zool. 35, 556-565 (1995).
  7. Atwood, H. L., Cooper, R. L. Assessing ultrastructure of crustacean and insect neuromuscular junctions. J. Neurosci. Meth. 69, 58-58 (1996).
  8. Atwood, H. L., Cooper, R. L. Synaptic diversity and differentiation: Crustacean neuromuscular junctions. Invertebrate Neurosci. 1, 291-307 (1996).
  9. Atwood, H. L., Cooper, R. L., Wojtowicz, J. M. Non-uniformity and plasticity of quantal release at crustacean motor nerve terminals. Advances in Second Messenger and Phosphoprotein Research. Molecular and Cellular Mechanisms of Neurotransmitter Release. Stjärne, L., Greengard, P., Grillner, S. E., Hökfelt, T. G. M., Ottoson, D. R. Raven Press. New York. 363-382 (1994).
  10. Atwood, H. L., Nguyen, P. V., Mercier, A. J. Activity-dependent adaptation in neuromuscular systems: comparative observations. Plasticity of Motoneural Connections. Elsevier. 101-114 (1991).
  11. Bazemore, A., Elliott, K. A. C., Florey, E. Factor I and γ -aminobutyric acid. Nature. 178, 1052-1053 (1956).
  12. Bazemore, A. W., Elliott, K. A. C., Florey, E. Isolation of Factor I. J. Neurochem. 1, 334-339 (1957).
  13. Biedermann, W. Beiträge zur allgemeinen Nerven- und Muskelphysiologie. Zwanzigste Mittheilung. über die Innervation der Krebsschere. Sitz. Berlin D. Akad. Wiss. Wien, Math. Naturwiss. Kl. Abt. III. 95, 7-40 (1887).
  14. Bittner, G. D. Differentiation of nerve terminals in the crayfish opener muscle and its functional significance. J. Gen. Physiol. 51, 731-758 (1968).
  15. Bittner, G. D. The differentiation of crayfish muscle fibers during development. J. Exp. Zool. 167, 439-456 (1968).
  16. Bittner, G. D., Sewell, V. L. Facilitation at crayfish neuromuscular junctions. J. Comp. Neurol. 109, 287-308 (1976).
  17. Bliss, T. V. P., Lomo, T. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. J. Physiol. 232, 357-374 (1973).
  18. Boistel, J., Fatt, P. Membrane permeability change during inhibitory transmitter action in crustacean muscle. J. Physiol. 144, 176-191 (1958).
  19. Cooper, R. L., Dönmezer, A., Shearer, J. Intrinsic differences in sensitivity to 5-HT between high- and low-output terminals innervating the same target. Neuroscience Research. 45, 163-172 (2003).
  20. Cooper, R. L., Hampson, D., Atwood, H. L. Synaptotagmin like expression in the motor nerve terminals of crayfish. Brain Res. 703, 214-216 (1995).
  21. Cooper, R. L., Harrington, C. C., Marin, L., Atwood, H. L. Quantal release at visualized terminals of a crayfish motor axon: Intraterminal and regional differences. J. Comp. Neurol. 375, 583-600 (1996).
  22. Cooper, R. L., Marin, L., Atwood, H. L. Synaptic differentiation of a single motor neuron: Conjoint definition of transmitter release, presynaptic calcium signals and ultrastructure. J. Neurosci. 15, 4209-4222 (1995).
  23. Cooper, R. L., Stewart, B. A., Wojtowicz, J. M., Wang, S., Atwood, H. L. Quantal measurement and analysis methods compared for crayfish and Drosophila neuromuscular junctions and rat hippocampus. J. Neurosci. Meth. 61, 67-79 (1995).
  24. Cooper, R. L., Winslow, J., Govind, C. K., Atwood, H. L. Synaptic structural complexity as a factor enhancing probability of calcium mediated transmitter release. J. Neurophysiol. 75, 2451-2466 (1996).
  25. Crider, M. E., Cooper, R. L. The importance of the stimulation paradigm in determining facilitation and effects of neuromodulation. Brain Research. 842, 324-331 (1999).
  26. Crider, M. E., Cooper, R. L. Differentially facilitation of high- and low-output nerve terminals from a single motor neuron. J. of Applied Physiology. 88, 987-996 (2000).
  27. Del Castillo, J., Katz, B. Quantal components of the end-plate potential. J. Physiol. (Lond). 124, 573-57 (1954).
  28. Desai-Shah, M., Cooper, R. L. Different mechanisms of Ca2+ regulation that influence synaptic transmission: comparison between Crayfish and Drosophila NMJs. SYNAPSE. In Press (2009).
  29. Desai-Shah, M., Viele, K., Sparks, G., Nadolski, J., Hayden, B., Srinivasan, V. K., Cooper, R. L. Assessment of synaptic function during short-term facilitation in motor nerve terminals in the crayfish. Open Neurosci. J. 2, 24-35 (2008).
  30. Dropic, A. J., Brailoiu, E., Cooper, R. L. Presynaptic mechanism of action induced by 5-HT in nerve terminals: Possible involvement of ryanodine and IP3 sensitive Ca2+ stores. Comp. Biochem. Phys. A. 142, 355-361 (2005).
  31. Dudel, J. Presynaptic inhibition of the excitatory nerve terminal in the neuromuscular junction of the crayfish. Pflügers Arch. ges. Physiol. 277, 537-557 (1963).
  32. Dudel, J. The mechanism of presynaptic inhibition at the crayfish neuromuscular junction. Pflügers Arch. 284, 66-80 (1965).
  33. Dudel, J. Potential changes in the crayfish motor nerve terminal during repetitive stimulation. Pflügers Arch. 282, 323-337 (1965).
  34. Dudel, J. Graded or all-or-nothing release of transmitter quanta by local depolarization of nerve terminals on crayfish muscle. Pflügers Arch. 398, 155-164 (1983).
  35. Dudel, J. Calcium dependence of quantal release triggered by graded depolarization pulses to nerve terminals on crayfish and frog muscle. Pflügers Arch. 415, 289-298 (1989).
  36. Dudel, J. Shifts in the voltage dependence of synaptic release due to changes in the extracellular calcium concentration at nerve terminals on muscle of crayfish and frogs. Pflügers Arch. 415, 299-303 (1989).
  37. Dudel, J. Calcium and depolarization dependence of twin-pulse facilitation of synaptic release at nerve terminal of crayfish and frog muscle. Pflügers Arch. 415, 304-309 (1989).
  38. Dudel, J. Twin pulse facilitation in dependence on pulse duration and calcium concentration at motor nerve terminals of crayfish and frog. Pflügers Arch. 415, 310-315 (1989).
  39. Dudel, J. The effect of reduced calcium on quantal unit current and release at the crayfish neuromuscular junction. Pflügers Arch. 391, 35-40 (1981).
  40. Dudel, J., Franke, C., Hatt, H. Rapid activation and desensitization of transmitter-liganded receptor channels by pulses of agonists. Ion Channels. Narahashi, T. 3, Plenum Press. New York. 207-260 (1992).
  41. Dudel, J., Kuffler, S. W. The quantal nature of transmission and spontaneous miniature potentials at the crayfish neuromuscular junction. J. Physiol. (Lond). 155, 529-52 (1961).
  42. Dudel, J., Parnas, I., Parnas, H. Neurotransmitter release and its facilitation in crayfish muscle. VI. Release determined by both intracellular calcium concentration and depolarization of the nerve terminal. Pflügers Arch. 399, 1-10 (1983).
  43. Fatt, P., Katz, B. Distributed 'endplate potentials' of crustacean muscle fibres. J. exp. Biol. 30, 433-439 (1953).
  44. Florey, E., Cahill, M. A. The innervation pattern of crustacean skeletal muscle. Cell Tissue Res. 224, 527-541 (1982).
  45. Govind, C. K., Pearce, J., Wojtowicz, J. M., Atwood, H. L. Strong and weak synaptic differentiation in the crayfish opener muscle: structural correlates. Synapse. 16, 45-58 (1994).
  46. Günzel, D., Galler, S., Rathamayer, W. Fibre heterogeneity in the closer and opener muscles of the crayfish walking legs. J. Exp. Biol. 175, 267-281 (1993).
  47. He, P., Southard, R. C., Whiteheart, S. W., Cooper, R. L. Role of alpha-SNAP in promoting efficient neurotransmission at the crayfish neuromuscular junction. J. Neurophysiol. 82, 3406-3416 (1999).
  48. Hochner, B., Parnas, H., Parnas, I. Membrane depolarization evokes neurotransmitter release in the absence of calcium entry. Nature. 342, (6248), 433-435 (1989).
  49. Huxley, T. H. The crayfish an introduction to the study of zoology. Series Landmarks of Science. C. Kegan Paul. London. (1880).
  50. Iravani, J. Membrandepolarisation der Muskelfasern des öffnermuskels des Flusskrebses auf Nervenreiz und Kaliumapplikation. Experientia. 21, 609-610 (1965).
  51. Jahromi, S. S., Atwood, H. L. Three-dimensional ultrastructure of the crayfish neuromuscular apparatus. J Cell Biol. 63, 599-613 (1974).
  52. Katz, B. Neuro-muscular transmission in invertebrates. Biol. Rev. 24, 1-20 (1949).
  53. Katz, B., Kuffler, S. W. Excitation of the nerve-muscle system in crustacea. Proc. R. Soc. Lond. B. 133, 374-389 (1946).
  54. Katz, P. S., Kirk, M. D., Govind, C. K. Facilitation and depression at different branches of the same motor axon: evidence for presynaptic differences in release. J. Neurosci. 13, (7), 3075-3089 (1993).
  55. Kerkut, G. A., Leake, L. D., Shapira, A., Cowan, S., Walker, R. J. The presence of glutamate in nerve-muscle perfusates of Helix. Carcinus and Periplaneta. Comp Biochem Physiol. 15, (4), 485-502 (1965).
  56. Kravitz, E. A. Enzymic formation of gamma-aminobutyric acid in the peripheral and central nervous system of lobsters. J Neurochem. 9, 363-370 (1962).
  57. Kravitz, E. A., Kuffler, S. W., Potter, D. D., Vangelder, N. M. Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. II. Peripheral nervous system. J. Neurophysiol. 26, 729-738 (1963).
  58. Kravitz, E. A., Kuffler, S. W., Potter, D. D. Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. III. Their relative concentrations in separated motor and inhibitory axons. J Neurophysiol. 26, 751-75 (1963).
  59. Kravitz, E. A., Molinoff, P. B., Hall, Z. W. A comparison of the enzymes and substrates of gamma-aminobutyric acid metabolism in lobster excitatory and inhibitory axons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 54, 778-782 (1965).
  60. Kravitz, E. A., Potter, D. D. A further study of the distribution of -aminobutyric acid between excitatory and inhibitory axons of the lobster. J. Neurochem. 12, 323-328 (1965).
  61. Lancaster, M., Viele, K., Johnstone, A. F. M., Cooper, R. L. Automated classification of evoked quantal events. J. Neurosci. Meth. 159, 325-336 (2007).
  62. Lnenicka, G. A., Mellon, D. Jr Changes in electrical properties and quantal current during growth of identified muscle fibres in the crayfish. J. Physiol. 345, 261-284 (1983).
  63. Linder, T. M. The accumulative properties of facilitation at crayfish neuromuscular synapses. J. Physiol., Lond. 238, 223-234 (1974).
  64. Ling, G., Gerard, R. W. The normal membrane potential of frog sartorius fibers. J. Cell. Comp. Physiol. 34, 383-396 (1949).
  65. Logsdon, S., Johnstone, A. F. M., Viele, K., Cooper, R. L. The regulation of synaptic vesicles pools within motor nerve terminals during short-term facilitation and neuromodulation. J. Applied Physiol. 100, 662-671 (2005).
  66. Magrassi, L., Purves, D., Lichtman, J. W. Fluorescent probes that stain living nerve terminals. J. Neurosci. 7, 1207-1214 (1987).
  67. Mallart, A. Calcium dependent modulation of the facilitation of transmitter release at neuromuscular junctions of Drosophila. J. Physiol. (Paris). 87, 83-88 (1993).
  68. Mulkey, R. M., Zucker, R. S. Action potentials must admit calcium to evoke transmitter release. Nature. 350, 152-155 (1991).
  69. Mulkey, R. M., Zucker, R. S. Calcium released by photolysis of DM-nitrophen triggers transmitter release at the crayfish neuromuscular junction. J. Physiol. 462, 243-260 (1993).
  70. Mykles, D. L., Medler, S. A., Koenders, A., Cooper, R. L. Myofibrillar protein isoform expression is correlated with synaptic efficacy in slow fibres of the claw and leg opener muscles of crayfish and lobster. J. Exp. Bio. 205, 513-522 (2002).
  71. Nudell, B. M., Grinnell, A. D. Regulation of synaptic position, size, and strength in anuran skeletal muscle. J Neurosci. 3, (1), 161-176 (1983).
  72. Parnas, H., Dudel, J., Parnas, I. Neurotransmitter release and its facilitation in crayfish. I. Saturation kinetics of release and of entry and removal of calcium. Pflügers Arch. 393, 1-14 (1982).
  73. Parnas, I., Parnas, H., Dudel, J. Neurotransmitter release and its facilitation in crayfish muscle. II. Duration of facilitation and removal processes of calcium from the terminal. Pflügers Arch. 393, 323-326 (1982).
  74. Parnas, H., Dudel, J., Parnas, I. Neurotransmitter release and its facilitation in crayfish. IV. The effect of Mg2+ ions on the duration of facilitation. Pflügers Arch. 395, 1-5 (1982).
  75. Parnas, I., Parnas, H., Dudel, J. Neurotransmitter release and its facilitation in crayfish muscle. V. Basis for synapse differentiation of the fast and slow type in one axon. Pflügers Arch. 395, 261-270 (1982).
  76. Robbins, J. The excitation and inhibition of crustacean muscle by amino acids. J. Physiol. 148, 39-50 (1959).
  77. Richet, C. Contribution a la physiologic des centres nerveux et des muscles de l'ecrevisse. Arch. de Physiol. 6, 263-523 (1879).
  78. Physiologie des muscles et des nerfs. Le ons prof sees la Facult de m decine en 1881, par Charles Richet. Paris, G. Bailli re. (1881).
  79. Ringer, S. Regarding the action of hydrate of soda, hydrate of ammonia, and hydrate of potash on the ventricle of the frog's heart. J. Physiol. 3, 195-202 (1882).
  80. Ringer, S. Concerning the influence exerted by each of the constituents of the blood on the contraction of the ventricle. J. Physiol. 3, 380-393 (1882).
  81. Ruffner, M. E., Cromarty, S. I., Cooper, R. L. Depression of synaptic efficacy in Drosophila neuromuscular junctions by the molting hormone (20-Hydroxyecdysone). J. Neurophysiol. 81, 788-794 (1999).
  82. Sherman, R. G., Atwood, H. L. Synaptic facilitation: Long term neuromuscular facilitation in crustaceans. Science. 171, 1248-1250 (1971).
  83. Sherman, R. G., Atwood, H. L. Correlated electrophysiological and ultrastructural studies of a crustacean motor unit. J. Gen. Physiol. 59, 586-615 (1972).
  84. Sparks, G., Cooper, R. L. 5-HT offsets homeostasis of synaptic transmission during short-term facilitation. J. Applied Physiol. 96, 1681-1690 (2004).
  85. Sparks, G. M., Dasari, S., Cooper, R. L. Actions of MDMA at glutamatergic neuromuscular junctions. Neurosci. Res. 48, 431-438 (2004).
  86. Sparks, G. M., Brailoiu, E., Brailoiu, C., Dun, N. J., Tabor, J., Cooper, R. L. Effects of m-CPP in altering neuronal function: Blocking depolarization in invertebrate motor & sensory neurons but exciting rat sensory neurons. Brain Res. 969, 14-26 (2003).
  87. Southard, R. C., Haggard, J., Crider, M. E., Whiteheart, S. W., Cooper, R. L. Influence of serotonin on the kinetics of vesicular release. Brain Res. 871, 16-28 (2000).
  88. Stühmer, W., Roberts, W. S., Almers, W. The loose patch clamp. Single channel recordings. Sakmann, B., Neher, E. Plenum Press. New York. 123-132 (1983).
  89. Tabor, J., Cooper, R. L. Physiologically identified 5-HT2 -like receptors at the crayfish neuromuscular junction. Brain Res. 932, 91-98 (2002).
  90. Van Harreveld, A., Mendelson, M. Glutamate-induced contractions in crustacean muscle. J. Cell Comp. Physiol. 54, 85-94 (1959).
  91. Van Harreveld, A. A physiological solution for freshwater crustaceans. Proc. Soc Exp. Biol. Med. 34, 428-432 (1936).
  92. Van Harreveld, A., Wiersma, C. A. G. The Triple Innervation of the Crayfish Muscle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 22, (11), 667 (1936).
  93. Viele, K., Lancaster, M., Cooper, R. L. The self-modeling structure of evoked post-synaptic potentials. Synapse. 60, 32-44 (2006).
  94. Viele, K., Stromberg, A., Cooper, R. L. Determining the number of release sites within the nerve terminal by statistical analysis of synaptic current characteristics. Synapse. 47, 15-25 (2003).
  95. Vyshedskiy, A., Lin, J. -W. Study of the inhibitor of the crayfish neuromuscular junction by presynaptic voltage control. J. Neurophysiol. 77, 103-115 (1997).
  96. Vyshedskiy, A., Lin, J. -W. Activation and detection of facilitation as studied by presynaptic voltage control at the inhibitor of the crayfish opener muscle. J. Neurophysiol. 77, 2300-2315 (1997).
  97. Vyshedskiy, A., Lin, J. -W. Change of transmitter release kinetics during facilitation revealed by prolong test pulses at the inhibitor of the crayfish opener muscle. J. Neurophysiol. 78, 1791-1799 (1997).
  98. Wiersma, C. A. G. Synaptic facilitation in the crayfish. J. Neurophysiol. 12, 267-275 (1949).
  99. Winslow, J. L., Duffy, S. N., Charlton, M. P. Homosynaptic facilitation of transmitter release in crayfish is not affected by mobile calcium chelators: implications for the residual ionized calcium hypothesis from electrophysiological and computational analyses. J. Neurophysiol. 72, 1769-1793 (1994).
  100. Winslow, J. L., Cooper, R. L., Atwood, H. L. Sodium in presynaptic nerve terminals in response to stimulation. J. Neurosci. Meth. 118, 163-175 (2002).
  101. Wojtowicz, J. M., Smith, B. R., Atwood, H. L. Activity-dependent recruitment of silent synapses. Ann. NY Acad. Sci. 627, 169-179 (1991).
  102. Zucker, R. S. Changes in the statistics of transmitter release during facilitation. J. Physiol., Lond. 229, 787-810 (1973).
  103. Zucker, R. S. Crayfish neuromuscular facilitation activated by constant presynaptic action potentials and depolarizing pulses. J. Physiol. (Lond). 241, 69-89 (1974).
  104. Zucker, R. S. Characteristics of crayfish neuromuscular facilitation and their calcium dependence. J. Physiol., Lond. 241, 91-110 (1974).
  105. Zucker, R. S., Haydon, P. G. Membrane potential has no direct role in evoking neurotransmitter release. Nature. 335, 360-362 (1988).
Historisk Visa och fysiologi demonstration på NMJ av Kräftor öppnare Muscle
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Cooper, A. S., Cooper, R. L. Historical View and Physiology Demonstration at the NMJ of the Crayfish Opener Muscle. J. Vis. Exp. (33), e1595, doi:10.3791/1595 (2009).More

Cooper, A. S., Cooper, R. L. Historical View and Physiology Demonstration at the NMJ of the Crayfish Opener Muscle. J. Vis. Exp. (33), e1595, doi:10.3791/1595 (2009).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter