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Neuroscience

Evaluación de la complejidad dendrítica del hipocampo en ratones envejecidos utilizando el método de Golgi-Cox

Published: June 22, 2017 doi: 10.3791/55696
Automatic Translation
1,2,3, 1,2, 1,2, 1,2,3
1Division of Radiation Health, University of Arkansas for Medical Sciences, 2Department of Pharmaceutical Sciences, University of Arkansas for Medical Sciences, 3Neurobiology & Developmental Sciences, University of Arkansas for Medical Sciences

Summary

Aquí presentamos un protocolo de Golgi-Cox en detalle extenso. Este método fiable de tinción de tejidos permite una evaluación de alta calidad de la citoarquitectura en el hipocampo, ya lo largo de todo el cerebro, con un mínimo de resolución de problemas.

Abstract

Las espinas dendríticas son las protuberancias de los ejes neuronales dendríticos que contienen sinapsis excitatorias. Las variaciones morfológicas y ramificadas de las dendritas neuronales dentro del hipocampo están implicadas en la cognición y en la formación de la memoria. Existen varios enfoques para la tinción de Golgi, todos los cuales han sido útiles para determinar las características morfológicas de los mandrales dendríticos y producir un fondo claro. El presente método de Golgi-Cox (una ligera variación del protocolo que se proporciona con un kit de tinción de Golgi comercial), fue diseñado para evaluar cómo una dosis relativamente baja del fármaco quimioterapéutico 5-flurouracilo (5-Fu) afectaría a la morfología dendrítica , El número de espinas y la complejidad de la arborización dentro del hipocampo. El 5-Fu moduló significativamente la complejidad dendrítica y disminuyó la densidad de la columna a lo largo del hipocampo de una manera específica de la región. Los datos presentados muestran que el método de tinción de Golgi efFectivamente teñido las neuronas maduras en el CA1, el CA3, y el giro dentado (DG) del hipocampo. Este protocolo informa los detalles de cada paso para que otros investigadores puedan manchar el tejido con fiabilidad a través del cerebro con resultados de alta calidad y solución de problemas mínima.

Introduction

Las dendritas son la mayor parte de las neuronas que reciben y procesan la entrada presináptica 1 . Sus procesos dendríticos tienen una geometría compleja, donde las ramas proximales tienen un diámetro mayor que las ramas distales. A medida que las dendritas se desarrollan, forman varias conexiones con otras neuronas en un proceso denominado arborización dendrítica. La extensión y el patrón de esta ramificación determina la cantidad de entradas sinápticas que una dendrita puede procesar adecuadamente 2 .

La arborización dendrítica es un proceso necesario para la plasticidad dependiente de la actividad y el desarrollo adecuado de los circuitos neuronales. La extensión, la retracción, la ramificación y la sinaptogénesis son procesos intrincados que incluyen programas genéticos intrínsecos e influencias de factores extrínsecos. Las variaciones morfológicas y ramificadas de las dendritas neuronales dentro del hipocampo están implicadas en la cognición y en la formación de la memoriaF "> 3 , 4. Las alteraciones en la complejidad dendrítica están asociadas con cambios fisiopatológicos y de comportamiento 5. Las anomalías están relacionadas con varios estados patológicos, incluyendo el Síndrome del Frágil X y el Síndrome de Down 6 .

Las espinas dendríticas son los compartimentos subcelulares especializados de los arboles dendríticos que reciben entrada excitatoria dentro del sistema nervioso central. Hay tres clases morfológicas de espinas dendríticas, con el nombre de cada clase en función de su tamaño y forma: 1) espinas de hongos, que tienen densidades postsinápticas complejas con más receptores de glutamato que otras espinas 7 ; 2) espinas dorsales, que carecen de un tallo; Y 3) espinas delgadas, que consisten en un tallo estrecho prolongado y una cabeza globular 8 . El volumen de la columna dendrítica se utiliza en parte para definirlos, con espinas delgadas, generalmente más pequeñas (0,01 μm 3 3 ) 9 , 10 . Las espinas se estabilizan con la maduración. Por ejemplo, las espinas delgadas se retraen después de unos días o se convierten en espinas de hongos. Alternativamente, las espinas de hongo son relativamente estables y pueden sobrevivir durante un período prolongado. Se cree que la fuerza de las conexiones neuronales se basa en el número de espinas y / o en su volumen 11 , 12 , 13 .

El método clásico de tinción de Golgi y sus variaciones más modernas han sido útiles para examinar la morfología y densidad de la columna dendrítica. Un aspecto único de la tinción de Golgi es que mancha aleatoriamente alrededor del 5% de las neuronas totales, lo que permite el rastreo de las neuronas individuales [ 14 , 15] . Aunque el mecanismo exacto en el que el método de GolgiOd manchas neuronas individuales es todavía desconocido, el principio del método se basa en la cristalización de cromato de plata (Ag 2 CrO 4 ) [ 16 , 17] . Hay tres tipos principales del método de Golgi: el Golgi rápido, el Golgi-Cox, y el Golgi-Kopsch 18 , 19 . Los tres métodos comienzan con una fase de incubación inicial en sales de cromo durante varios días a meses, pero hay ciertas diferencias clave entre ellos. El Golgi rápido utiliza tetróxido de osmio en el primer paso, mientras que Golgi-Kopsch incluye paraformaldehído. La tinción tanto en el Golgi rápido como en Golgi-Kopsch es seguida por una incubación en una solución de nitrato de plata al 1-2% durante aproximadamente 7 días. El método de Golgi-Cox utiliza cloruro de mercurio y dicromato de potasio en lugar de nitrato de plata y tiene un tiempo de impregnación de 2-4 semanas. Los tejidos se seccionan y se colocan rápidamente en un amoníaco diluido, Seguido por un fijador fotográfico para eliminar las sales. De los tres tipos, se piensa que el método de Golgi-Cox es el mejor en la tinción de los mandrales dendríticos sin mucha interferencia de fondo, en parte, porque los artefactos de cristal no se producen en la superficie del tejido (a diferencia del método de Golgi rápido) 17 , 20 , 21 .

El presente método es una ligera variación del protocolo proporcionado con un kit comercial de tinción con Golgi, y fue diseñado para evaluar cómo una dosis relativamente baja del 5-Fu afectaría las características morfológicas dendríticas y la densidad de la columna vertebral. Cualquier información adquirida podría proporcionar más información sobre cómo el tratamiento quimioterapéutico afecta a los circuitos neuronales.

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Protocol

Los experimentos se realizaron de acuerdo con los estándares éticos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales en la UAMS.

1. Animales y paradigma de inyección de 5-Fu

  1. Adquiera ratones salvajes de 6 meses de edad de tipo C57Bl6 / J y los aloja bajo un ciclo de luz / oscuridad constante de 12 h hasta que alcancen 1 año de edad.
  2. Diluir el 5-Fu en solución salina estéril al 0,9%. Utilizar 60 mg / kg como la dosis requerida por ratón.
  3. Administre las inyecciones intraperitoneales del 5-Fu (una vez por semana durante tres semanas).
    1. Administre las inyecciones intraperitoneales alrededor de la misma hora cada día. Por ejemplo, entre las 0900-1200 h.
  4. Euthanize los animales y extraer los cerebros 30 días después de la inyección final.

2. Procedimiento de eutanasia y extracción cerebral

  1. Retenga el roedor y agarrar la base de la cola. Con la otra mano, coloque el pulgar o el dedoLa base del cuello del roedor. Ponga rápidamente presión en el cuello del roedor y empuje hacia adelante mientras que la otra mano que sostiene la cola tira hacia atrás.
  2. Sostenga al roedor con una mano y las grandes tijeras quirúrgicas con la otra. Coloque el cuello del roedor entre las dos cuchillas y rápidamente decapitar la cabeza.
  3. Tome la cabeza cortada del ratón, y utilice la tijera fina para recortar la piel sobre el cráneo, hasta los ojos. A continuación, coloque las puntas de las tijeras en cada receptáculo para los ojos y cierre las tijeras con una ligera fuerza.
  4. Use tijeras de primavera para cortar el cráneo a la izquierda y la derecha del cerebelo.
  5. Use fórceps para levantar la parte del cráneo que rodea el cerebelo directamente hacia arriba y hacia abajo.
  6. Utilice las tijeras de resorte para cortar a lo largo de la línea midsagittal del cráneo.
  7. Use la pinza para levantar la parte restante del cráneo del cerebro.
  8. Utilice una espátula y una sonda para extraer el cerebro en el recipiente deseado. Usando un acero inoxidableCortar cada cerebro a lo largo del plano midsagittal. Lleve a cabo el siguiente método Golgi-Cox en los hemisferios derechos.

3. Coloración de Golgi y preparación de tejidos

  1. Sumerja los cerebros recién cosechados en 5 ml de solución a base de cloruro mercúrico (solución A del kit) en un tubo cónico de 10 ml. La solución de cloruro mercúrico es sensible a la luz; Cubra el tubo con papel de aluminio. Almacenar la muestra en la oscuridad a temperatura ambiente.
    NOTA: La solución A se proporciona en el kit que aparece en la tabla de materiales. ¡Precaución! La Solución A (también llamada solución de cloruro mercúrico) contiene reactivos tóxicos tales como dicromato de potasio, cloruro mercúrico y cromato de potasio. Use guantes protectores y trabaje en una campana extractora.
  2. Después de 1 día, decantar lentamente la solución en un contenedor temporal (como un barco de pesada grande), y desecharlo en un contenedor de residuos de riesgo biológico. Sumerja los cerebros (todavía en los tubos cónicos originales de 10 ml) con 5 ml deLa solución de cloruro de mercurio, y devolver la muestra a la oscuridad a temperatura ambiente durante 13 días más.
  3. Añadir 30 g de tampón de post-impregnación a 90 ml de agua destilada o desionizada (dH2O). Llenar cada pocillo de una placa de 6 pocillos con 6,5 ml del tampón de post-impregnación, un pocillo por cerebro
    NOTA: El tampón de post-impregnación se proporciona en el kit que aparece en la tabla de materiales.
    1. Después de 14 días (en total) en la solución de cloruro mercúrico, enjuague el tejido con dH $ ₂ $ O, luego transfiérelos en placas de 6 pocillos con tampón de post-impregnación. Cubra las placas con papel de aluminio y guárdelas a temperatura ambiente en la oscuridad.
  4. Pipetear el tampón de post-impregnación después de 1 día de inmersión y renovar con tampón de post-impregnación fresco; Almacenar durante 1 día en la oscuridad a temperatura ambiente. Si es necesario, guárdelo a 4 ° C hasta un mes 22 .

4. Seccionando

  1. Etiquetar las placas de 12 pocillos en sus tapas con números en orden ascendente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo.
  2. Prepare dos o tres placas de 12 pocillos por cerebro si secciona todo el cerebro.
    1. Etiquetar la parte superior de cada tapa de la placa de 12 pocillos con el número de identificación del cerebro seccionado.
    2. Pipetee 2 mL de 1x PBS en cada pocillo de cada placa.
  3. Configurar el escenario y encender el vibratome; Asegúrese de que hay suficiente 1x PBS en el recipiente para cubrir el tejido.
    1. Cortar dos piezas de película de parafina de plástico y doblarlos dos veces. Colóquelas sobre los orificios de las perillas de los porta-muestras para evitar que salga 1x PBS sobre el mostrador.
    2. Coloque la cinta adhesiva sobre el bloque de tejido del soporte del espécimen y luego ponga pegamento adhesivo de cianoacrilato (ver tabla de materiales) sobre el mismo.
  4. Retire el cerebro de la placa de 6 pocillos y colóquelo en un plato de plástico o de vidrio. Utilice elDe acero de doble filo para cortar alrededor de la mitad del cerebelo.
    1. Corte el cerebelo caudalmente. Asegúrese de que la porción del cerebelo que queda es par.
  5. Coloque inmediatamente la superficie plana del cerebelo restante sobre el pegamento.
    NOTA: La parte dorsal del tejido (la corteza cerebral) debe estar mirando hacia la izquierda o hacia la derecha con respecto a la hoja. El extremo rostral que contenía previamente el bulbo olfatorio adherido debe estar orientado hacia arriba.
    1. Espere al menos unos minutos para asegurarse de que el pegamento se seca completamente.
  6. Mientras que el pegamento que está sosteniendo el cerebro en el lugar está secando, vierte 1x PBS en el baño de la muestra. Después de que el pegamento esté seco, coloque el porta-muestras con el tejido en el baño de muestras.
    1. Si la muestra de tejido no está totalmente cubierta, vierta más 1x PBS en el baño de muestra.
  7. Fije la cuchilla al soporte de la cuchilla del vibratome y lentamenteColoque la cuchilla en el baño de muestras hasta que quede completamente sumergida en 1x PBS. Continúe bajando la hoja hasta que esté ligeramente por debajo de la parte superior del tejido.
  8. Ajuste la velocidad del vibratome a 7, la amplitud a 6, y el ángulo de corte a 12 ° (ver tabla de materiales para el modelo vibratome). Iniciar la vibración y cortar secciones de 200 μm 23 .
    1. Utilice un pincel grande para mover las secciones de tejido del baño de muestras en cada pocillo designado de las placas de 12 pocillos.
  9. Continúe cortando el tejido hasta que se alcance el número deseado de secciones de tejido.

5. Post-tinción

  1. Para cada uno de los siguientes pasos de tinción y enjuagues, use 2 mL de la solución indicada por pocillo. Utilice un relleno motorizado de la pipeta (vea la tabla de materiales) para transferir las soluciones en los pozos. Utilice una pipeta de transferencia (vea la tabla de materiales) para transferir las soluciones de los pozos a los residuos adecuadosContenedores
  2. Enjuague las secciones en un lavado de 30 min de PBS-T 0,01 M (agregue 3,0 ml de detergente (ver tabla de materiales) a 1.000 ml de PBS 0,01 M).
  3. Diluir la solución de hidróxido de amonio (Precaución) 3: 5 en volumen con dH 2 O inmediatamente antes de su uso. Mancha las secciones en la solución diluida de hidróxido de amonio durante 19-21 min.
    1. Proteger la solución de hidróxido de amonio sensible a la luz con papel de aluminio.
      NOTA: El hidróxido de amonio dentro de la solución tiene una concentración de ~ 10% y se clasifica como "peligroso". La solución de hidróxido de amonio puede producir quemaduras si entra en contacto con la piel. Puede causar irritación del tracto respiratorio si se inhala. Use guantes protectores y trabaje en una campana extractora.
  4. Mancha las secciones en el tampón post-tinción (añadir 90 g de reactivo D en 500 ml dH 2 O) durante 19-21 min. El tampón posterior a la tinción es sensible a la luz; Protegerlo con papel de aluminio 22 .
  5. Enjuague las secciones en tres, 5-10 min lavados de 0,01 M PBS-T.

6. Montaje, limpieza y cubierta

  1. Montar las secciones sobre 1% de gelatina recubierto diapositivas con el pincel grande. Deje que se sequen durante 20-30 minutos a temperatura ambiente, y luego colóquelos en un frasco de Coplin durante la noche.
  2. Retire los portaobjetos con las manos enguantadas del frasco de Coplin y colóquelos en un estante de plástico (ver tabla de materiales). Coloque la rejilla de plástico en el plato de tinción (ver tabla de materiales) que contiene 100% de etanol. Deshidratarlos con tres lavados de 5 min.
  3. Lavar los portaobjetos dos veces durante 5 min cada uno en 99% de xileno. Coloque los portaobjetos en una rejilla de vidrio y baje la rejilla en un plato de tinción de vidrio que contiene xileno con una manija de metal (ver tabla de materiales).
    NOTA: Precaución, el xileno es dañino si se inhala y causa irritación si toca la piel. Es altamente inflamable en estados de líquidos y vapores. Use guantes protectores y trabaje en una campana extractora.
  4. Retire las diapositivas del xilEne uno a la vez y rápidamente cubrir el tejido con ~ 0,25 ml de medio de montaje (ver Tabla de Materiales). A continuación, tome las cubiertas de las diapositivas y colóquelas sobre los medios de comunicación.
    1. Empuje las burbujas de aire atrapadas debajo de las cubiertas de la diapositiva hasta el borde con un objeto contundente, como el extremo de un pincel.
  5. Coloque las diapositivas en un área alejada de la luz solar y deje que se sequen durante 2-3 días.
  6. Proceder a la adquisición de imágenes utilizando un microscopio y analizar con el software adecuado.

7. Adquiere la pila de imágenes

  1. Abra el programa de generación de imágenes (consulte Tabla de materiales ). Coloque la diapositiva en el escenario del microscopio. En el menú en la parte superior del programa, haga clic en "Adquisición" y luego haga clic en "Imagen en vivo".
  2. Coloque el microscopio en 10X. Identificar la neurona de preferencia y luego llevar el cursor, que aparece como una X roja, en el centro del soma. Haga clic izquierdo para establecer el punto de referencia.
  3. Coloque el microscopio en 40X. Haga clic en "Mover" en el menú en la parte superior del programa y luego haga clic en "Para punto de referencia."
  4. Comience a crear la pila de imágenes desplazándose manualmente con el fino objetivo por encima del tejido hasta que esté ligeramente fuera de foco.
    1. Haga clic en "Set Top" en la esquina inferior derecha del programa bajo el encabezado "Image Acquisition".
    2. Desplácese ligeramente por debajo del tejido hasta que esté ligeramente desenfocado y luego haga clic en "Establecer fondo" en "Adquisición de imagen". A continuación, haga clic en "Adquirir pila de imágenes".
  5. Después de adquirir la pila de imágenes, escriba el nombre deseado para el archivo de imagen en la ventana que aparece. Guarde como "archivo MBF Ascii".
    1. Cuando se le solicite, seleccione el tipo de archivo como "MBF JPEG2000 archivo de pila" y, a continuación, haga clic en "Guardar".

8. Seguimiento neuronal

  1. En la toolbaR debajo del menú, haga clic en el cuadro titulado "Contour Name". Seleccione "Soma" en el menú desplegable.
  2. Traza manualmente el soma. A continuación, haga clic con el botón derecho del ratón y seleccione "Finalizar el cuerpo de la célula" cuando finalice el rastreo.
  3. Seleccione "AutoNeuron" para abrir otra pestaña titulada "AutoNeuron Workflow".
  4. En "Tipo de configuración", seleccione "Nuevo". Configure los parámetros y haga clic en "Next Step" para abrir el subtítulo "Soma Detection".
    1. Para configurar los parámetros, seleccione "Brightfield". A continuación, en "Max Process Diameter", haga clic en "Start Measuring". Usando el cursor, vaya a la base de la dendrita y ajuste manualmente el diámetro.
  5. Haga clic en "Sí" en la ventana que solicita al usuario que trace la imagen completa. Traza manualmente el soma. Descomprima y luego haga clic en "Siguiente paso" para abrir el subtítulo "Colocación de semillas".
  6. Haga clic en "Validar semillasS "y luego haga clic en" Next Step "para abrir el subtítulo" Neuron Reconstruction ".
  7. En "Neuron", haga clic en "Interactive". Realice el rastreo interactivo siguiendo la dirección del programa de las dendritas y haciendo clic con el botón derecho del ratón para completar el área resaltada trazada por el programa. Después de localizar todas las dendritas, haga clic en "Siguiente paso".
  8. Cuando aparezca una nueva ventana, guarde la nueva configuración con el título deseado. Clic en Guardar."

9. Análisis

  1. Abra el programa de análisis (ver tabla de materiales).
  2. Haga clic en "Archivo" en el menú superior y luego haga clic en "Abrir archivo de datos". Seleccione el archivo de interés.
  3. Bajo el subtítulo de análisis, seleccione "Sholl Analysis".
  4. En la ventana "Análisis Sholl", establezca el radio de inicio a 10 μm. En "Análisis", haga clic en las casillas "Dendritas" y "Sucursales".
  5. Derecho clIck las ventanas recién abiertas y haga clic en "Excel Export". Clic en Guardar."
  6. Bajo el análisis, haga clic en "Análisis de estructura ramificada". Seleccione "Todos los análisis posibles".
  7. Haga clic con el botón derecho en la ventana recién abierta y haga clic en "Exportar Excel" 24 .

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Representative Results

Los efectos del tratamiento con 5-Fu sobre la arborización dendrítica y la complejidad en el hipocampo de las secciones cerebrales teñidas con Golgi se cuantificaron y se trazaron utilizando un software de imágenes disponible comercialmente. Tras el rastreo, se analizaron la arborización dendrítica, la densidad de la columna vertebral y la morfología de la columna con el análisis de Sholl y el índice de complejidad dendrítica (ICD). Sholl análisis es un método analítico cuantitativo que se puede utilizar para determinar la morfología del árbol dendrítico [ 25] . Partiendo del soma, los círculos 10 μm separados entre sí superponen los trazados dendríticos. La longitud de las dendritas está determinada por el número de círculos que cruzan las dendritas. El análisis de puntos de ramificación, un método para determinar la complejidad de un árbol dendrítico, se basa en el número total y el orden de los puntos de ramificación.

Un punto de ramificación se define como cuando unRama se divide en dos sub-ramas. La orden de sucursal es una medida de la complejidad basada en cuántas veces se dividen las ramas. Por ejemplo, un punto de ramificación de primer orden sería la dendrita original que se extiende desde el soma, mientras que un punto de derivación de segundo orden sería el punto en el que la rama se divide en dos sub-ramas. Examinando tanto los puntos de ramificación como el orden de ramificación, la complejidad del árbol dendrítico (basado en el número de puntos de ramificación) y en qué puntos se produce la ramificación (un orden de ramificación más pequeño está más cerca del soma, mientras que un orden de ramificación mayor es Más lejos del soma). Estos parámetros se aplicaron al ICD. Las CA1 y CA3 se dividieron en porciones apicales y basales y se analizaron independientemente 26 , 27 .

Se analizaron las dendritas de las neuronas piramidales CA1 y CA3 y las neuronas granulares en la DG. Todas las neuronas seleccionadas paraCada grupo experimental cumplía los siguientes criterios: 1) las dendritas tenían coloración Golgi oscura y consistente en toda su longitud, 2) las dendritas estaban visiblemente intactas y 3) cada neurona tenía suficiente espacio entre ellas para evitar la interferencia durante el análisis 28 . La figura 1 muestra una neurona que cumple los criterios anteriores. Los datos se expresaron como media pm SEM. Para determinar las diferencias estadísticas entre la farsa y los grupos de 5-Fu, un dos-tailed t- test pareado se utilizó. Todos los análisis estadísticos se realizaron utilizando software analítico (ver tabla de materiales), y p <0,5 fue considerado significativo. Se utilizó un análisis de varianza de factores mixtos (ANOVA) para evaluar los efectos del tratamiento con 5-Fu y el radio de Sholl. Las pruebas post-hoc de LSD de Fisher se utilizaron después del ANOVA cuando era apropiado 29 .

Tanto en CA 1 ( t = 7,68, p <0,01, Figura 2A) y CA3 ( t = 7,54, p <0,01, Figura 3A), se observó una reducción global significativa de espinas tras el tratamiento con 5-Fu. Mientras que el tratamiento con 5-Fu no afectó significativamente la densidad de la columna basal de CA1 ( t = 1,79, p = 0,15, Figura 2 B ), disminuyó significativamente las espinas dendríticas piramidales basales CA3 ( t = 5,57, p <0,05; B ). Además, las pruebas post-hoc de LSD de Fisher revelaron una disminución en la arborización dendrítica de las dendritas piramidales apicales CA1 a 40-100 μm (LSD de Fisher, p <0,001, Figura 2C ) y 130-160 μm (LSD de Fisher, p < 0,05;Se observó un fenómeno similar en las dendritas apicales basales CA1 a 30-60 μm (LSD de Fisher, p <0,001, Figura 2D ) y 70-110 Μm (LSD de Fisher, p <0,05, Figura 2 D ) fuera del soma [ 29] .

Con respecto a las dendritas piramidales apicales CA3, no hubo una diferencia significativa en la longitud dendrítica segmentaria después del tratamiento con 5-Fu en comparación con los controles tratados con solución salina ( F (28,87) = 0,91; p = 0,59; Sin embargo, para las dendritas piramidales basales de CA3, hubo una diferencia significativa entre el tratamiento con 5-Fu y los controles tratados con solución salina en la longitud dendrítica segmentaria ( F (25, 78) =1,85; P & lt; 0,05; Figura 3 D ). El LSD de Fisher reveló que el tratamiento con 5-Fu disminuyó la arborización dendrítica a 90-100 μm ( p <0,01, Figura 3D ), 70-80 μm y 110-120 μm (LSD de Fisher, p <0,05, Figura 3D ) Lejos del soma 29 .

Para determinar la complejidad dendrítica, se usó un análisis de orden de ramificación para comparar los grupos de control tratados con 5-Fu y los tratados con solución salina. Dentro del DG, el análisis de orden de rama mostró una diferencia significativa entre cada orden de tratamiento y rama ( F (8, 36) = 25,61, p <0,001; Esto se analizó más a fondo utilizando el LSD de Fisher, que indicó que había disminución de longitud en el 4 º y 6 ºDespués del tratamiento con 5-Fu ( p <0,001, Figura 4 ) 29 .

Figura 1
Figura 1 : Golgi neurona teñida que representa los criterios de imagen y análisis posterior. Los tres tipos de espinas se pueden ver fácilmente después de la tinción de Golgi. La tinción es consistente en toda la longitud de la dendrita y la dendrita se aísla de otras neuronas. Barra de escala, 5 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2 : Coloración con Golgi n Eurones demostraron diferencias significativas en la densidad de la columna vertebral entre el 5-Fu tratados y los grupos tratados con solución salina en la CA1 apical, pero no la CA1 basal. Hubo una diferencia significativa en la longitud de la columna vertebral entre el 5-Fu tratada y los grupos tratados con solución salina en CA1 apical y basal. (A) En las dendritas piramidales apicales CA1, 5-Fu disminuyó significativamente la densidad de la columna vertebral. ( B ) En las dendritas basales, no hubo cambios significativos en la densidad general de las espinas. ( C ) El análisis de Sholl reveló que el tratamiento con 5-Fu reducía significativamente la arborización dendrítica a 40-100 μm y 130-160 μm del soma en las dendritas piramidales apicales CA1. ( D ) En las dendritas basales, el tratamiento con 5-Fu disminuyó la arborización dendrítica a 30-60 μm y 70-110 μm del soma. Promedio ± SEM (n = 6). P <0,05; ** p <0,01, ANOVA 29 .= "Http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55696/55696fig2large.jpg" target = "_ blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3 : Las neuronas teñidas con Golgi demostraron diferencias significativas en la densidad de la columna vertebral entre los grupos tratados con 5-Fu y tratados con solución salina tanto en CA3 apical como basal. Hubo una diferencia significativa en la longitud de la columna vertebral entre los grupos tratados con 5-Fu y tratados con solución salina en CA3 apical, pero no CA3 basal. (A) En las dendritas piramidales apicales CA3, 5-Fu disminuyó significativamente la densidad de la columna vertebral. ( B ) En las dendritas basales, 5-Fu disminuyó significativamente la densidad total de espinas. ( C ) No hubo efecto significativo del tratamiento con 5-Fu en el área apical de CA 3. ( D ) En las dendritas basales, 5-Fu treaLa arborización dendrítica disminuyó a 70-120 μm del soma. Promedio ± SEM (n = 6). *, P & lt; 0,05; **, p <0,01, ANOVA 29 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4 : Golgi neuronas teñidas dentro de la DG mostró disminución de la longitud en el 4 º y 6 º orden después de 5 - Fu tratamiento en comparación con el grupo tratado con solución salina. Longitud por orden de ramificación en neuronas piramidales de la región hipocampal CA1. Promedio ± SEM (n = 6). P <0,05; ** p <0,01, ANOVA 29 . PeticiónHaga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

En comparación con técnicas más modernas, el método de Golgi-Cox tiene varias ventajas que lo convierten en el método preferido para examinar la morfología de la columna vertebral: 1) La tinción se puede utilizar para esencialmente cualquier tejido, 2) Una configuración básica de microscopio de luz es todo lo que se necesita para Adquirir imágenes de Golgi, 3) la imagen de Golgi-Cox es más rápida que la imagen confocal y 4) las secciones teñidas de Golgi son viables durante varios meses a años más que las muestras que están marcadas con fluorescencia. Incluso con estas ventajas, el método de Golgi-Cox todavía tiene ciertas limitaciones. En primer lugar, todo el proceso es muy lento, lo que requiere varias semanas de tinción seguido por el análisis de las imágenes. Como se observa con este protocolo, se tarda 14 días en la solución A y 1 día en la solución B antes de que la sección pueda comenzar. Además, realizar secciones, post-tinción y montaje tomará 2-3 horas por cerebro. Cada diapositiva debe secarse durante 1 día antes de limpiarlos y cubrirlos. Después de lo cual, la cantidad de tiempoSe llevará a la imagen y el análisis de las secciones dependerá de la persona. En segundo lugar, puede haber problemas de coherencia entre los datos de los analistas debido a las diferencias en la categorización de las espinas [ 30] . Por esta razón, se recomienda que una persona realice la parte de imagen y análisis de cada experimento, lo que prolonga la cantidad de tiempo para completar el proyecto.

Hay varios pasos críticos del método de Golgi-Cox que requieren tiempo y atención exactos. Cuando se tiñen las secciones con la solución de hidróxido de amonio, es imperativo que las secciones permanezcan en la solución durante al menos 19 min, pero no más de 21 min. Si las secciones no están en la solución de hidróxido de amonio durante un tiempo suficiente, no estarán adecuadamente teñidas, lo que significa que las neuronas se verán menos definidas en la imagen, por lo que es más difícil de analizar. Si las secciones se encuentran en la solución de hidróxido de amonio durante más de 21 min,Er-manchado, lo que hace difícil identificar las neuronas individuales. Por lo tanto, al cambiar las soluciones, el investigador debe moverse rápidamente. Otro paso importante es la transferencia de las secciones sobre portaobjetos. Antes de mover las secciones con el pincel grande, lo mejor es primero agregar una pequeña cantidad de PBS-T en la diapositiva. Esto permite que las secciones se coloquen fácilmente en la corredera y se maniobran sin romperse potencialmente. Un paso más crítico es el paso de secado después de que las secciones se colocan sobre una corredera. Si los portaobjetos no se secan durante al menos 20 minutos a temperatura ambiente, entonces es probable que ciertas secciones se caigan durante las etapas de deshidratación. Si los portaobjetos se secan durante más de 30 minutos, es muy probable que se vuelvan frágiles y se rompan durante los pasos de deshidratación.

Al realizar este procedimiento, hay ciertos pasos que pueden ser problemáticos. Por ejemplo, si todo el cerebelo se corta antes de colocar el cerebro en la especificaciónY el seccionamiento del cerebro, el cerebro puede romperse antes de que el DG esté completamente seccionado, haciendo que cualquier sección adicional sea inutilizable. Por lo tanto, es importante sólo cortar caudalmente a través de aproximadamente la mitad del cerebelo. Otro paso que puede afectar negativamente a las secciones es la velocidad del vibrato y la amplitud. Mientras que los ajustes recomendados son para 7 y 6 respectivamente, al cortar, ciertas secciones pueden desintegrarse en el PBS o parecen desiguales. Para corregir esto, ajuste finamente la velocidad del vibratomo o la amplitud, una a la vez hasta que las secciones sean intactas e iguales, entre los ajustes de 6-8.

Aunque los kits comerciales para la tinción de Golgi están disponibles, a menudo carecen de detalles exactos para cada paso individual. Con este protocolo, informamos en detalle todos los pasos que se utilizaron para permitir que otros laboratorios manchan con fiabilidad el tejido con una alta calidad con un mínimo de resolución de problemas. Los materiales utilizados están disponibles para la mayoría de los laboratorios de neurociencia. Aberraciones en dendrita morpHología y alteraciones en el número de espinas dendríticas están relacionadas con una multitud de trastornos neurológicos 31 . Además, estas perturbaciones de la arborización dendrítica podría representar un signo morfológico significativo de la lesión inducida por la quimioterapia en el cerebro [ 32] . En el futuro, examinaremos cómo las alteraciones estructurales inducidas por 5-Fu pueden relacionarse con los cambios conductuales, celulares y moleculares.

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Disclosures

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por una subvención piloto bajo NIH P20 GM109005 (ARA) y por el Centro para la Neurociencia Translacional IDeA programa premio P30 GM110702.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
superGolgi Kit  Bioenno Lifesciences 30100  Contains hazardous materials. 
PBS 10x powder concentrate Fisher  BP665-1
Triton X-100 Sigma 9002-93-1
Permount  Fisher  SP 15-100
Slide cover  Fisher  12-546-14
7 mL Transfer pipette  Globe Scientific  135030
10 mL Falcon tubes  BD Biosciences  352099
Foil  Fisher  01-213-105
12-well plate  BD Biosciences  353043
200 proof Ethanol  Pharmco-AAPER 111000200
Xylene  Acros Organics  1330-20-7 Hazardous. 
Permabond 200 Permabond LLC GF2492
25 mL serological pipette Sigma SIAL1489
Parafilm Midsci HS234526C 
Vibratome  World Precision Instruments  NVSLM1
C57Bl/6 Male Mice  The Jackson Laboratory  000664
Axio Imager 2 ZEISS Multiple components, see website for details. 
AxioCam MRc Camera ZEISS 426508-9902-000
Staining Dish , Green Tissue-Tek 62541-12
Staining Dish Set  Electron Microscopy Sciences  70312-20
Motorized Pipet Filler  Fisher  03-692-168
Neurolucida  mbf Bioscience 
Neurolucida Explorer  mbf Bioscience 
Prism  GraphPad

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References

  1. Stuart, G. J., Spruston, N. Dendritic integration: 60 years of progress. Nat Neurosci. 18 (12), 1713-1721 (2015).
  2. Jan, Y. N., Jan, L. Y. Branching out: mechanisms of dendritic arborization. Nat Rev Neurosci. 11 (5), 316-328 (2010).
  3. Kulkarni, V. A., Firestein, B. L. The dendritic tree and brain disorders. Mol Cell Neurosci. 50 (1), 10-20 (2012).
  4. Kasai, H. Structural Dynamics of Dendritic Spines in Memory and Cognition. Trends Neurosci. 33 (3), 121-129 (2010).
  5. von Bohlen Und Halbach, O. Structure and function of dendritic spines within the hippocampus. Ann Anat. 191 (6), 518-531 (2009).
  6. Wayman, G. A., et al. Activity-dependent dendritic arborization mediated by CaM-kinase I activation and enhanced CREB-dependent transcription of Wnt-2. Neuron. 50 (6), 897-909 (2006).
  7. Bourne, J. N., Harris, K. M. Balancing structure and function at hippocampal dendritic spines. Ann Rev Neurosci. 31, 47-67 (2008).
  8. Lai, K. O., Ip, N. Y. Structural plasticity of dendritic spines: the underlying mechanisms and its dysregulation in brain disorders. Biochim Biophys Acta. 1832 (12), 2257-2263 (2013).
  9. Harris, K. M. Structure, development, and plasticity of dendritic spines. Current Op Neurobiol. 9 (3), 343-348 (1999).
  10. Harris, K. M., Kater, S. B. Dendritic spines: cellular specializations imparting both stability and flexibility to synaptic function. Ann Rev Neurosci. 17, 341-371 (1994).
  11. Leuner, B., Shors, T. J. Stress, anxiety, and dendritic spines: what are the connections. Neuroscience. 251, 108-119 (2013).
  12. Harris, K. M., Fiala, J. C., Ostroff, L. Structural changes at dendritic spine synapses during long-term potentiation. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 358 (1432), 745-748 (2003).
  13. Kasai, H., Matsuzaki, M., Noguchi, J., Yasumatsu, N., Nakahara, H. Structure-stability-function relationships of dendritic spines. Trends Neurosci. 26 (7), 360-368 (2003).
  14. Das, G., Reuhl, K., Zhou, R. The Golgi-Cox method. Methods Mol Biol. 1018, 313-321 (2013).
  15. Koyama, Y. The unending fascination with the Golgi method. OA Anat. 1 (3), 24 (2013).
  16. Pasternak, J. F., Woolsey, T. A. On the "selectivity" of the Golgi-Cox method. J Comp Neurol. 160 (3), 307-312 (1975).
  17. Friedland, D. R., Los, J. G., Ryugo, D. K. A modified Golgi staining protocol for use in the human brain stem and cerebellum. J Neurosci Methods. 150 (1), 90-95 (2006).
  18. Rosoklija, G., et al. Optimization of Golgi methods for impregnation of brain tissue from humans and monkeys. J Neurosci Methods. 131 (1-2), 1-7 (2003).
  19. de Castro, F., Lopez-Mascaraque, L., De Carlos, J. A. Cajal: lessons on brain development. Brain Res Rev. 55 (2), 481-489 (2007).
  20. Gabbott, P. L., Somogyi, J. The "single" section Golgi-impregnation procedure: methodological description. J Neurosci Methods. 11 (4), 221-230 (1984).
  21. Zaqout, S., Kaindl, A. M. Golgi-Cox staining step by step. Front Neuroanat. 10 (38), (2016).
  22. superGolgi Kit. , Available from: http://www.ihcworld.com/products/ssdatasheets/superGolgi%20Kit%20Datasheet%20Protocol.pdf (2017).
  23. Vibroslice NVSL & Vibroslice NVSLM123. , Available from: https://www.wpiinc.com/clientuploads/pdf/NVSL_NVSLM1_IM.pdf (2000).
  24. Neurolucida 11.03. , MBF Bioscience. Williston, VT USA. (2017).
  25. Sholl, D. A. Dendritic organization in the neurons of the visual and motor cortices of the cat. J Anat. 87 (4), 387-406 (1953).
  26. Pillai, A. G., et al. Dendritic morphology of hippocampal and amygdalar neurons in adolescent mice is resilient to genetic differences in stress reactivity. PLoS ONE. 7 (6), (2012).
  27. Morley, B. J., Mervis, R. F. Dendritic spine alterations in the hippocampus and parietal cortex of alpha7 nicotinic acetylcholine receptor knockout mice. Neuroscience. 233, 54-63 (2013).
  28. Titus, A. D., et al. Hypobaric hypoxia-induced dendritic atrophy of hippocampal neurons is associated with cognitive impairment in adult rats. Neuroscience. 145 (1), 265-278 (2007).
  29. Groves, T. R., et al. 5-Fluorouracil chemotherapy upregulates cytokines and alters hippocampal dendritic complexity in aged mice. Behavioral Brain Research. 316, 215-224 (2017).
  30. Risher, W. C., Ustunkaya, T., Singh Alvarado, J., Eroglu, C. Rapid Golgi analysis method for efficient and unbiased classification of dendritic spines. PloS One. 9 (9), (2014).
  31. Kaufmann, W. E., Moser, H. W. Dendritic anomalies in disorders associated with mental retardation. Cerebral cortex. 10 (10), 981-991 (2000).
  32. Kulkarni, V. A., Firestein, B. L. The dendritic tree and brain disorders. Mol Cell Neurosci. 50 (1), 10-20 (2012).

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Neurociencia Número 124 Golgi hipocampo espinas dendríticas morfología dendrítica complejidad arborización
Evaluación de la complejidad dendrítica del hipocampo en ratones envejecidos utilizando el método de Golgi-Cox
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Groves, T. R., Wang, J., Boerma, M., … More

Groves, T. R., Wang, J., Boerma, M., Allen, A. R. Assessment of Hippocampal Dendritic Complexity in Aged Mice Using the Golgi-Cox Method. J. Vis. Exp. (124), e55696, doi:10.3791/55696 (2017).

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