Perforato Patch-clamp registrazione di topo neuroni sensoriali olfattivi In neuroepithelium intatto: Analisi funzionale di neuroni Esprimendo un Identificato odorizzante Receptor
Summary
Analyzing the physiological properties of olfactory sensory neurons still faces technical limitations. Here we record them through perforated patch-clamp in an intact preparation of the olfactory epithelium in gene-targeted mice. This technique allows the characterization of membrane properties and responses to specific ligands of neurons expressing defined olfactory receptors.
Abstract
Analizzando le risposte fisiologiche dei neuroni sensoriali olfattivi (OSN) quando stimolato con specifici ligandi è fondamentale per comprendere la base dei comportamenti olfattive-driven e la loro modulazione. Queste proprietà di codifica dipendono fortemente dalla interazione iniziale tra molecole di odore e il recettore olfattivo (OR) espresse nei OSNs. L'identità, specificità e ligando spettro della espressa o sono critici. La probabilità di trovare il ligando della OR esprime in OSN scelto casualmente all'interno dell'epitelio è molto bassa. Per affrontare questa sfida, questo protocollo utilizza geneticamente i topi con tag che esprimono la proteina fluorescente GFP sotto il controllo del promotore di RUP definiti. OSNs sono situati in un epitelio stretto e organizzato che riveste la cavità nasale, con le cellule vicine che influenzano la loro maturazione e funzione. Qui si descrive un metodo per isolare un epitelio olfattivo intatto e registrare tramite patch-clamp le proprietà di OSNs expressing recettori olfattivi definiti. Il protocollo consente di caratterizzare le proprietà della membrana OSN mantenendo l'influenza del tessuto adiacente. Analisi dei risultati di patch-clamp produce una precisa quantificazione del ligando / o interazioni, vie di trasduzione e farmacologia, codifica le proprietà OSN e la loro modulazione a livello della membrana.
Introduction
Neuroni sensoriali olfattivi (OSN) rappresentano il primo passo della percezione olfattiva. Situato nell'epitelio olfattivo rivestimento della cavità nasale nei roditori, trasformano l'informazione chimica di odori in potenziali d'azione inviati attraverso il loro assone al cervello. Per meglio comprendere i meccanismi di codifica olfattive, è necessario caratterizzare le proprietà di trasduzione e membrana di OSNs. Fino a poco tempo fa, la maggior parte delle tecniche utilizzate per caratterizzare le proprietà di OSNs mammiferi sono stati effettuati su dissociato OSNs 1-4. Il processo di dissociazione utilizza diversi (ad esempio, enzimi) processi meccanici e chimici per liberare i OSNs dal loro ambiente. Questi processi inducono un basso numero di cellule disponibili per le registrazioni. Questo numero basso può essere ancora più critico nel caso di cellule GFP etichettati. Dissociazione rimuove anche le interazioni locali cellula-cellula tra OSNs e altre cellule dell'epitelio olfattivo che possono aumentare survivabilityAl e modulazione delle proprietà OSN. Al fine di bypassare la procedura di dissociazione, una preparazione intatto è stato sviluppato 5.
Ogni OSN esprime un recettore olfattivo (OR) selezionati da una famiglia numerosa multigene 6. Ci sono ~ 1000 RUP espresse nella principale epitelio olfattivo nel topo. A causa del gran numero di OR in tipo animali selvatici, le possibilità di registrare OSNs esprimono la stessa OR sono molto basse. Per superare queste limitazioni, gene targeting topi sono disponibili in cui tutti OSNs esprimono un identificato o sono etichettati con una proteina fluorescente 7-9. Questi OSNs etichettati sono stati usati per fare l'analisi funzionale in preparazioni dissociate 7,10,11 con gli inconvenienti citati in precedenza. Un intatto preparazione epitelio 5 da topi geneticamente etichettati elude quindi questi problemi. Esso consente il monitoraggio dell'attività di OSNs esprimenti RUP precisamente definite in un ambiente il più vicino in vivo possibile. Inoltre, patch-clamp di OSNs consentono anche l'analisi precisa di proprietà di membrana, via di trasduzione del farmacologia, ligando / o interazioni. Tutti questi argomenti difficilmente possono essere analizzati utilizzando registrazioni extracellulari. Abbiamo usato questa tecnica per monitorare le risposte dei OSNs che esprimono i recettori olfattivi SR1 e MOR23 12,13. La fattibilità della tecnica è stata confermata da altri gruppi su MOR23 esprimenti OSNs 14 nonché su altri RUP esprimenti neuroni 15,16. Il monitoraggio di una popolazione definita di OSNs può portare alla analisi delle loro proprietà in diversi contesti quali lo sviluppo 14, invecchiamento 17, odorizzante indotta plasticità 18, e il ruolo delle variazioni di sequenza del recettore odorizzante in odore codifica 15. Questo protocollo prevede quindi un potente strumento per monitorare le proprietà funzionali di OSNs definiti a livello della membrana.
Protocol
Representative Results
Discussion
La capacità di questo protocollo per monitorare correttamente le proprietà di OSNs sani dipende fortemente dalla qualità della preparazione. Pertanto, la procedura di dissezione sono fondamentali. Innanzitutto è fondamentale prestare attenzione alla qualità (pH, osmolarità), l'ossigenazione e temperatura (ghiacciata ma non congelato) del mezzo dissezione. In secondo luogo, la manipolazione dell'epitelio con strumenti di dissezione deve essere limitata come possibile per evitare danni. Infine, è fondamenta…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Authors would like to thank Peter Mombaerts for the generous gift of OR-GFP mice; Anne Lefranc and the CSGA animal facility for excellent animal care. Funding was provided by CNRS through an ATIP and ATIP Plus grants, by Conseil Régional de Bourgogne (FABER and PARI grants), by Université de Bourgogne (BQR program).
Materials
| heavy equipment | |||
| vibration table with Faraday cage | TMC | 63-500 SERIES | required : isolates the recording system from vibrations induced by the environment (movements of experimenter, vibrations of equipment such as fans for cooling computers, etc); can also be purchased with a Faraday cage, or equipped by a custom made Faraday cage; this cage is recommended to avoid electric noise from the environment |
| optics | |||
| microscope | Olympus | BX51WI | upright microcope equipped with epifluorescence; fixed or moving stage depending on the user's preference |
| objectives | Olympus | LUMPLFL40XW | at least 2 objectives required: a 4x or 10x for coarse approach to the cell; and a 40x immersion long distance example Olympus LUMPLFL40XW/IR/0,8/WD:3.3 MM |
| magnifier | Olympus | U-TVCAC | ABSOLUTELY REQUIRED: placed in the light path between the objective and the camera; allows to magnify the image on the screen in order to reach precisely the knob with the recording electrode |
| camera | Olympus | DP72 | a good camera is required to see the neurons in fluorescence as well as in bright field; the controlling software is simple and allows to take pictures and do live camera image to monitor the approach of the electrode to the cell. An ultrasensitive camera is not necessary |
| filters | Olympus/Chroma | depending on the fluorescent protein used in the mice; example for GFP: excitation : BP460-490: emission: HQ530/50m | |
| recording electrodes /system | |||
| amplifier | HEKA | EPC10 USB | monitors the currents flowing through the recording electrode and also controls the puffing by sending a TTL signal to the spritzer; the EPC10 setup is controled by computer |
| software | HEKA | Patchmaster | controls the amplifier during the experiment |
| micromanipulator | Sutter | MP225 | precision micromanipulator, allows precise movements down to 1/1Oth of a micrometer; this model is very stable; avoid hydraulic manipulators that may drift |
| electrode puller | sutter | P97 | with a FT345-B wide trough filament; to prepare recording pipets of about 2µm diameter with a long tip to reach the cells; the resistance should be 15 to 20Mohm with perforated patch clamp solution |
| glass | sutter | BF120-69-10 | in our recording conditions, this glass is ideal for recording pipets |
| recording chamber | warner instruments | RC-26G | a chamber is needed to set the preparation under the microscope. To maintain the preparation in the center of the chamber, a net/anchor should be used. |
| stimulation | |||
| glass | WPI | TW100F-4 | attached in groups of 7, these pipettes are used to prepare prepulled stimulating pipettes |
| multibarrel puller | MDI | PMP-107-Z | by association of pull and twist, this puller allows us to prepare puffing electrodes with 7 barrels |
| precision pressure injector | Toohey Company | P/N T25-1-900 Single Channel | this precision pressure injector controls the pressure ejected in the multibarrel puller; it is controlled manually or by the amplifier by a 5V TTLs |
| micromanipulator | Narishige | YOU-1 | a coarse manipulator is enough to bring the puffing electrode close to the recording site |
| tubings | N/A | tygon tubing to bring the pressure from the puffer to the puffing pipette | |
| solutions/perfusion/chemicals | |||
| vacuum pump | gardner denver | 300 series | a vibrating membrane pump is more quiet and efficient than other types of pumps |
| perfusion system | N/A | N/A | gravity perfusion system with polyethlylen tubing to bring in and out the external solution from the recording chamber |
| nystatin | Sigma-Aldrich | N3503 | mandatory to perpare internal solution for perforated patch clamp |
| DIMETHYL SULFOXIDE | Sigma-Aldrich | D5879 | used to disolve nystatin for internal solution for perforated patch |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S9625 | extracellular solution |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich | P4504 | intracellular/extracellular solution |
| Calcium chloride di hydrate | Sigma-Aldrich | C7902 | extracellular solution |
| Sodium phosphate monobasic monohydrate (NaH2PO4) | Sigma-Aldrich | S9638 | extracellular solution |
| Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4 7H2O) | Sigma-Aldrich | 63140 | extracellular solution |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | extracellular solution |
| Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S6297 | extracellular solution |
| EGTA (Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid) | Sigma-Aldrich | E3889 | internal solution |
| Potassium hydroxyde | Sigma-Aldrich | P1767 | internal solution |
| MethylSulfoxide | Sigma-Aldrich | 47,135-6 | intracellular solution |
| Hepes-Na | Sigma-Aldrich | H7006 | intracellular solution |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S0389 | intracellular solution |
References
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