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Abstract
Introduction
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Neuroscience

Análise em profundidade Physiological de populações de células definido no aguda Tissue Fatias do mouse Vomeronasal Organ

Published: September 10, 2016
doi:
10.3791/54517
, ,
1Department of Chemosensation, Institute for Biology II,RWTH Aachen University, 2Mill Hill Laboratory,The Francis Crick Institute

Summary

Here, we describe a physiological approach that allows identification and in-depth analysis of a defined population of sensory neurons in acute coronal tissue slices of the mouse vomeronasal organ using whole-cell patch-clamp recordings.

Abstract

In most mammals, the vomeronasal organ (VNO) is a chemosensory structure that detects both hetero- and conspecific social cues. Vomeronasal sensory neurons (VSNs) express a specific type of G protein-coupled receptor (GPCR) from at least three different chemoreceptor gene families allowing sensitive and specific detection of chemosensory cues. These families comprise the V1r and V2r gene families as well as the formyl peptide receptor (FPR)-related sequence (Fpr-rs) family of putative chemoreceptor genes. In order to understand the physiology of vomeronasal receptor-ligand interactions and downstream signaling, it is essential to identify the biophysical properties inherent to each specific class of VSNs.

The physiological approach described here allows identification and in-depth analysis of a defined population of sensory neurons using a transgenic mouse line (Fpr-rs3-i-Venus). The use of this protocol, however, is not restricted to this specific line and thus can easily be extended to other genetically modified lines or wild type animals.

Introduction

A maioria dos animais dependem muito de seus sentidos químicos para interagir com os seus arredores. O sentido do olfato desempenha um papel essencial para encontrar e avaliar alimentos, evitando predadores e localização de parceiros de acasalamento adequados. Na maior parte dos mamíferos, o sistema olfactivo consiste em, pelo menos, quatro subsistemas anatomicamente e funcionalmente distintas: periféricas do epitélio olfactivo principal de 1,2, o gânglio Grueneberg 3,4, o órgão do septo de Masera 5,6 e o órgão vomeronasal. O VNO compreende a estrutura sensorial periférica do sistema olfativo acessório (AOS), que desempenha um papel importante na detecção de sinais químicos que transmitem informações sobre a identidade, sexo, classe social e estado sexual 7-10. O VNO está localizado na base do septo nasal direita acima do palato. Em ratos, que é um tubo que termina bilateral-cego contidas numa cápsula cartilaginosa 11-13. O órgão consiste em um Epítetos sensorial medial em forma de crescentelium que abriga os VSNs e de uma parte não-sensorial no lado lateral. Entre ambos os epitélios encontra-se um lúmen cheio de muco que está ligado à cavidade nasal através da conduta 14 estreita vomeronasal. Um grande vaso sanguíneo lateral no tecido não-sensorial fornece um mecanismo de bombagem vasculares para facilitar a entrada de moléculas relativamente grandes, na sua maior parte não-voláteis, tais como péptidos ou proteínas pequenas para o lúmen através VNO pressão negativa 15,16. Os componentes estruturais da VNO estão presentes no nascimento e o órgão atinge o tamanho adulto logo antes da puberdade 17. No entanto, se a AOS roedor já é funcional em juvenis ainda está sujeito a debate 18-20.

VSNs distinguem-se por tanto a sua localização epitelial e do tipo de receptor de eles expressam. VSNs mostram uma morfologia bipolar com um axónio e não mielinizadas um único dendrite apical que se projecta para o lúmen e termina num botão dendrítica microvilosidades. ax VSNons fasciculate para formar o nervo vomeronasal, que deixa a cápsula cartilaginosa no final dorso-caudal, ascende ao longo do septo, passa a placa cribiforme e projetos para o bulbo olfativo acessório (AOB) 21,22. O epitélio sensorial vomeronasal consiste de duas camadas: a camada apical está localizada mais perto do lado luminal e portos tanto V1R- e todos menos um tipo de FPR-rs-expressando neurónios. Esses neurônios co-expressar o G αi2 à proteína G α-subunidade e projeto para a parte anterior da AOB 23-25. Neurônios sensoriais localizadas nas V2Rs expressas camada mais basal ou FPR-rs1 ao lado G αo e enviam seus axônios para a região posterior da AOB 26-28.

Vomeronasal neurónios são activados por provavelmente bastante pequenas (29-33 semioquímicos V1Rs) ou compostos proteicos (34-38 V2Rs) que são secretadas em vários fluidos corporais, tais como urina, saliva e fluido lacrimal 37,39-41 </sup>. Em experiências in situ demonstraram que VSNs também são activadas por péptidos formilados e vários compostos antimicrobianos / ligada à inflamação 25,42. Além disso, de forma heteróloga expressa proteínas FPR-R partilham espectros de agonistas com FPRs expressas no sistema imunitário, indicando um potencial papel como detectores de doença em animais da mesma espécie ou de fontes de alimentos deteriorados 25 (ver referência 43).

Fundamental para a compreensão das relações receptor-ligando e cascatas de sinalização a jusante em populações específicas VSN é uma avaliação detalhada de suas características biofísicas básicas em um ambiente nativo. No passado, a análise de sinalização celular grandemente beneficiado a partir de animais geneticamente modificados que marcam uma população definida de neurónios por co-expressam uma proteína marcador fluorescente 30,44-49. Neste protocolo, uma linha de ratinhos transgénicos que expressa FPR-RS3 em conjunto com um marcador fluorescente (FPR-RS3-i-Vénus) é usado.Esta abordagem exemplifica como empregar tal estirpe de ratinhos geneticamente modificados para desempenhar análise eletrofisiológica de uma população de células opticamente identificáveis ​​utilizando único neurônio gravações de patch-clamp em coronais fatias aguda do tecido VNO. Uma pressão-driven de ar do sistema de perfusão multi-barril para estímulos sensoriais e agentes farmacológicos permite a estimulação neuronal rápida, reversível e focal ou inibição durante as gravações. gravações de célula inteira em preparações fatia permitir uma análise detalhada das propriedades intrínsecas, conductances activado tensão, bem como padrões de descarga potencial de ação no ambiente nativo da célula.

Protocol

Todos os procedimentos com animais estavam em conformidade com a legislação local e da União Europeia relativa à protecção dos animais utilizados para fins experimentais (Directiva 86/609 / CEE) e com as recomendações apresentadas pela Federação das Associações de Ciência Animal Laboratório Europeu (FELASA). Ambos os ratinhos C57BL / 6 e ratinhos FPR-RS3-i-Vénus foram alojados em grupos de ambos os sexos à temperatura ambiente num 12 h ciclo de luz / escuro com comida e água disponíveis ad libitum….

Representative Results

Para obter insights sobre as propriedades biofísicas e fisiológicas de populações de células definidas, realizamos fatias de tecido coronal agudas do rato VNO (Figura 1-2). Após a dissecção, as fatias podem ser mantidos em solução extracelular oxigenado gelado (S 2) por várias horas. Na configuração de gravação, uma troca constante com solução oxigenada fresca (Figura 2D) garante a viabilidade do tecido durant…

Discussion

O VNO é uma estrutura quimio que detecta semioquímicos. Até à data, a maioria dos receptores vomeronasais continua a ser deorphanized como apenas pares receptor-ligando algumas foram identificadas. Entre aqueles, V1rb2 foi descrito para ser especificamente activada pela feromona urinária 2-heptanona macho 30, V2rp5 para ser activado pelo macho feromona específica esp1 57, bem como V2r1b e V2rf2 para ser activado pelos péptidos MHC SYFPEITHI 48 e SEIDLILGY 58, respectiva…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Ivan Rodriguez and Benoit von der Weid for generating the FPR-rs3-i-venus mouse line, their constructive criticism and fruitful discussions. This work was funded by grants of the Volkswagen Foundation (I/83533), the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SP724/6-1) and by the Excellence Initiative of the German federal and state governments. MS is a Lichtenberg Professor of the Volkswagen Foundation.

Materials

Chemicals
Agarose (low-gelling temperature) PeqLab 35-2030
ATP (Mg-ATP) Sigma-Aldrich A9187
Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethanesulfonic acid (BES) Sigma-Aldrich B9879
Calcium chloride Sigma-Aldrich C1016
Ethylene glycol tetraacetic acid (EGTA) Sigma-Aldrich E3889
Glucose Sigma-Aldrich G8270
GTP (Na-GTP) Sigma-Aldrich 51120
(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) Sigma-Aldrich H3375
Magnesium chloride Sigma-Aldrich M8266
Potassium chloride Sigma-Aldrich P9333
Potassium hydroxide Sigma-Aldrich 03564
Sodium chloride Sigma-Aldrich S7653
Sodium hydrogen carbonate Sigma-Aldrich S5761
Sodium hydroxide Sigma-Aldrich S8045
Surgical tools and consumables
Large petri dish, 90 mm VWR decapitation, dissection of VNO capsule
Small petri dish, 35 mm VWR lid for VNO dissection, dish for embedding in agarose
Sharp large surgical scissor Fine Science Tools decapitation, removal of lower jaw
Strong bone scissors Fine Science Tools cutting incisors
Medium forceps, Dumont tweezers #2 Fine Science Tools removing skin and palate
Micro spring scissors, 8.5 cm, curved, 7 mm blades  Fine Science Tools cutting out VNO 
Two pairs of fine forceps, Dumont tweezers #5 Fine Science Tools dissecting VNO out of cartilaginous capsule
Small stainless steel spatula Fine Science Tools handling agarose block and tissue slices
Surgical scalpel cutting agarose block into pyramidal shape
Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Amplifier HEKA Elektronik EPC-10
Borosilicate glass capillaries (1.50 mm OD/0.86 mm ID) Science Products
CCD-camera Leica Microsystems DFC360FX
Filter cube, excitation: BP 450-490, suppression: LP 515 Leica Microsystems I3
Fluorescence lamp Leica Microsystems EL6000
Hot plate magnetic stirrer Snijders 34532
Microforge  Narishige MF-830
Micromanipulator Device  Luigs & Neumann SM-5
Micropipette puller, vertical two-step Narishige PC-10 
Microscope Leica Microsystems CSM DM 6000 SP5
Noise eliminator 50/60 Hz (HumBug) Quest Scientific
Objective  Leica Microsystems HCX APO L20x/1.00 W
Oscilloscope Tektronik TDS 1001B
Osmometer  Gonotec Osmomat 030
Perfusion system 8-in-1 AutoMate Scientific
pH Meter five easy Mettler Toledo
Pipette storage jar World Precision Instruments e212
Recording chamber  Luigs & Neumann Slice mini chamber
Razor blades Wilkinson Sword GmbH Wilkinson Sword Classic
Oxygenating slice storage chamber; alternative commercial chambers are e.g. BSK1 Brain Slice Keeper (Digitimer) or the Pre-chamber (BSC-PC; Warner Instruments) custom-made
Stereo microscope Leica Microsystems S4E
Trigger interface  HEKA Elektronik TIB-14 S
Vibratome  Leica Microsystems VT 1000 S
Water bath  Memmert WNB 45
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References

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Ackels, T., Drose, D. R., Spehr, M. In-depth Physiological Analysis of Defined Cell Populations in Acute Tissue Slices of the Mouse Vomeronasal Organ. J. Vis. Exp. (115), e54517, doi:10.3791/54517 (2016).
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