Model omurgalı saç hücresi sisteminde motor komutlar sırasında afferent nöron aktiviteslerindeki değişiklikleri izlemek için bir protokol açıklıyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Model omurgalı saç hücresi sisteminde motor komutlar sırasında afferent nöron aktiviteslerindeki değişiklikleri izlemek için bir protokol açıklıyoruz.
Duyusal sistemler davranışları yönlendirmek için gerekli ipuçlarını toplar, ancak hayvanlar hangi bilgilerin biyolojik olarak ilgili olduğunu deşifre etmelidir. Locomotion, hayvanların çevredeki çevrenin ilgili duyusal ipuçlarından ayrılmaları gereken farklı ipuçları üretir. Örneğin, bir balık yüzdüğünde, vücut dalgalanmalarından oluşan akış, yanal çizgi sistemini oluşturan saç hücrelerinden oluşan mekanoresptif nöromstlar tarafından tespit edilir. Saç hücreleri daha sonra duyusal afferent nöronlar aracılığıyla sensörden beyne sıvı hareket bilgilerini iletir. Eş zamanlı olarak, sensörlü aşırı yüklemeyi önlemek için motor komutunun corollary deşarjı saç hücrelerine aktarılır. Bu nedenle, yanal hat sisteminin hassasiyetini değerlendirirken, locomotion sırasında tahmine dayalı motor sinyallerinin inhibitör etkisinin muhasebesi kritik öneme sahiptir. Zebra balığı larvalarında (döllenme sonrası 4-7 gün) posterior lateral çizgi afferent nöron ve ventral motor kök aktivitesini aynı anda izlemek için birkaç saat sürebilen in vivo elektrofizyolojik bir yaklaşım geliştirdik. Afferent nöronların hücre dışı kayıtları, tek veya birden fazla nörondan aktiviteyi algılayabilen gevşek yama kelepçe tekniği kullanılarak elde edilir. Motor nöron aktivitesini tespit etmek için cam elektrotlarla deriden ventral kök kayıtları yapılır. Deneysel protokolümüz, sağlam ve neşeli bir omurgalıda motor davranışlarda duyusal girişteki endojen veya çağrıştırılan değişiklikleri izleme potansiyeli sağlar.
Mekanosensory sistemlerinin afferent nöronları işitme ve denge sırasında saç hücrelerinden beyne bilgi aktarır. Elektrofizyoloji, afferent nöronların hassasiyetini doğrudan kayıtlarla ortaya alabilir. Saç hücrelerinden tüm hücre yamalama zor olsa da, aşağı akış afferent nöronlardan kayıt yapmak daha kolaydır ve kontrollü stimülasyonlara yanıt olarak eylem potansiyellerinin değerlendirilmesine izin verir1,2,3. Saç hücrelerini uyarmak, mekanosensör yapıları değiştiren sapmalarına yol açar, böylece afferent nöronlarda eylem potansiyellerinde (sivri) bir artışı tetikler4,5,6. Dış uyaranların yokluğunda, afferent nöronlar da saç hücrelerinden7,8sonrası afferent post-sinaptik terminallere glutamat sızıntısı nedeniyle kendiliğinden yükselir ve duyarlılığın korunmasına katkıda bulunduğu gösterilmiştir9,10. Afferent aktivitenin yama kelepçesi kaydı, mikrofonikler 11 , 12 veya fonksiyonelkalsiyum görüntüleme13, 14,15 gibi daha düşük zamansal çözünürlüğe sahip teknikler kullanılarak mümkün olmayan saç hücresi hassasiyetinin ve sinyal dinamiklerinin gözlemlenmesine olanak tanır. Aşağıdaki protokol, saç hücresi duyarlılığındaki anlık değişiklikleri ortaya çıkarmak için motor komutlarla eşzamanlı afferent aktivitenin kaydedilmasına izin verecektir.
Zebra balığı (Danio rerio) vücutlarına göre su hareketini tespit etmek için yanal çizgi sistemini oluşturan nöromistiklerde bulunan saç hücrelerini kullanır, bu da navigasyon için gerekli sinir sinyallerine çevrilir16,17,18, avcı kaçınma, av yakalama19,20ve okul21. Su akışı ayrıca yüzme hareketleri ile kendi kendine üretilebilir22 , 23,24, solunum22,25,26ve besleme27. Bu davranışlar saç hücrelerini yorabilen ve algılamayı bozabilen tekrarlayan hareketlerden oluşur. Bu nedenle, yanal çizgi sisteminin dış (exafferent) ve kendi kendine oluşturulan (reafferent) akış uyaranları arasında ayrım yaptığı kritik öneme sahiptir. Bir corollary deşarjı, zebra balıklarında hareket sırasında kendi kendine oluşturulan akış sinyallerini hafifletir. Bu inhibitör tahmine dayalı motor sinyal, girişi değiştirmek veya reafferent geri bildirimin işlenmesini kesmek için azalan nöronlar aracılığıyla duyu reseptörlerine aktarılır28,29. Bu besleme sistemini erken anlamamıza katkıda bulunan ufuk açıcı çalışma, nöral devrenin bağlantı ve endojen aktivitesinin korunmadığı in vitro preparatlara dayanıyordu28, 30,31,32,33,34,35. Bu protokol, endojen geri bildirim dinamiklerinin korunduğu bozulmamış bir sinir devresini korumaya yönelik bir yaklaşımı açıklar, böylece corollary deşarj in vivo'nun daha iyi anlaşılmasını sağlar.
Burada özetlenen protokol, larva zebra balıklarında posterior lateral çizgi afferent nöron ve motor nöron aktivitesinin aynı anda nasıl izleneceğini açıklar. Motor komutlarından önce, sırasında ve sonrasında farklı sinyal dinamiklerini karakterize etmek, merkezi sinir sisteminden gelen ve hareket sırasında saç hücresi hassasiyetini modüle eden gerçek zamanlı, endojen geri bildirimler hakkında içgörüler sağlar. Bu protokol, deneylerden önce hangi malzemelerin hazırlanması gerektiğini özetler ve daha sonra zebra balığı larvalarının nasıl felç edileceğini ve hazırlanacağını açıklar. Protokol, afferent nöronların ve motor nöronların hücre dışı ventral kök (VR) kayıtlarının istikrarlı bir gevşek yama kaydının nasıl oluşturulacağını açıklayacaktır. Bu protokol kullanılarak elde edilebilen temsili veriler örnek bir bireyden sunulur ve deneysel protokolün birden fazla çoğaltması üzerinde analiz yapılır. Verilerin önceden işlenmesi MATLAB'da özel yazılı komut dosyaları kullanılarak gerçekleştirilir. Genel olarak, bu in vivo deneysel paradigma, model omurgalı saç hücresi sistemindeki hareket sırasında duyusal geri bildirimlerin daha iyi anlaşılmasını sağlamaya hazırdır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tüm hayvan bakım ve deneyleri Florida Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan protokollere uygun olarak gerçekleştirildi.
1. Elektrofizyolojik kayıtlar için malzemelerin hazırlanması
2. Çözüm hazırlığı
3. Elektrofizyolojik kayıtlar için larvaların hazırlanması
4. Ventral kök kaydı
5. Afferent nöron kaydı
6. Veri toplama
7. Ötenazi
8. Ön işleme ve veri analizi
NOT: Veri ön işleme ve analizi, komut satırı kodlamasının temel bir anlayışını gerektirecektir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Zebra balığı larvaları düzgün bir şekilde hareketsiz hale getirildikten ve arka lateral çizgi afferent ganglion ve VR kaydı elde edildikten sonra, hem afferent hem de motor nöronlardaki aktivite aynı anda ölçülebilir. Kayıt kanalları, kayıtsız ve VR etkinliğinin sürekli izlenmesi için boşluksuz kayıt protokolleri (adım 1.4) kullanılarak görüntülenir. Gerçek zamanlı olarak, spontan afferent ani artış oranındaki düşüşler, fiktif yüzme nöbetlerinin göstergesi olan VR aktivitesi ile eş zamanlı olarak gözlenebilir (
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklanan deneysel protokol, sağlam ve neşeli bir omurgalıda motor davranışlar arasında duyusal girişteki endojen değişiklikleri izleme potansiyeli sağlar. Özellikle, larva zebra balıklarında yanal çizgi afferent nöronların ve ventral motor köklerinin eşzamanlı hücre dışı kayıtlarını gerçekleştirmeye yönelik in vivo bir yaklaşımı detaylandırıyor. Spontan afferent aktivite daha önce zebra balıklarında potansiyel eşzamanlı motoraktivitesi 1,2 ,39,
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar rakip finansal çıkarlar beyan etmemektedir.
Ulusal Sağlık Enstitüsü (DC010809), Ulusal Bilim Vakfı (IOS1257150, 1856237) ve Whitney Deniz Biyobilimleri Laboratuvarı'ndan J.C.L.'ye desteklerini minnetle kabul ediyoruz. Liao Lab'ın geçmiş ve şimdiki üyelerine tartışmaları teşvik eden için teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 100 mL beher | PYREX | 1000 | aşındırıcı |
| 10x suya daldırma objektifi | için hazne Olympus | UMPLFLN10xW | larvaları konumlandırmak ve elektrot kaydetmek için düşük büyütme |
| 40x suya daldırma objektifi | Olympus | , | konum elektrot ucu ve yama kelepçesi abfload oluşturmak için daha yüksek büyütme |
| . | Ek kodlama dosyası | Ham elektrofizyoloji kayıtlarını .mat dosyalarına dönüştürmek için özel yazılmış MATLAB komut dosyası | |
| AffVR_preprocess.m | ek kodlama dosyası | Kayıt verilerinin ön işlenmesi için özel yazılmış MATLAB komut dosyası | |
| BNC koaksiyel kablolar | ThorLabs | 2249-C-12 | amplifikatör ve sayısallaştırıcı kanallarını bağlama; filamentli 4 |
| borosilikat cam kılcal damar | Warner Enstrümanlar | G150F-3 | iç çap: 0.86, dış çap: 1.50; Kayıt elektrotları oluşturmak için kullanılan kılcal cam |
| burst_detect | ek kodlama dosyası | Özel yazılı MATLAB işlevi AffVR_preprocess.m bilgisayarı çalıştırmak için gereklidir | |
| N/A | N/A | herhangi bir bilgisayar çalışmalı | |
| DC Güç Kaynağı | Tenma | 72-420 | elektriksel olarak aşındırma diseksiyon pimleri için kullanılır |
| elektrofizyoloji sayısallaştırıcı | Axon Instruments, Molecular Devices | Axon DigiData 1440A | yama kelepçesi veri filamentinin elde edilmesini sağlar |
| Sutter Instrument Company | FB255B | Mikropipet çektirmede kullanılan 2,5 mm kutu filament | |
| ince forseps | Güzel Bilim Araçları | Dumont #5 (0,05 x 0,02 mm) Ürün No. 11295-10 | larvaları manipüle etmek ve sabit kademeli DIC pimleri yerleştirmek için kullanılır |
| mikroskop | Olympus | BX51WI | mikroskobu, yama-kelepçe kayıtlarını görselleştirmek ve oluşturmak için kullanılır |
| esnek, konik pipet ucu | Fisher Scientific | 02-707-169 | esnek uçlar, uçta hücre dışı çözeltiyi dağıtmak için kayıt elektroduna yerleştirilmesini sağlar |
| FluoroDish | World Precision Instruments Inc. | FD3510-100 | kapaklı cam tabanlı çanak kayıt kabı |
| KimWipe | KimTech | 34155 | larvalardaki fazla sıvıyı uzaklaştırmak için kullanılan görev mendili |
| Kwik-Gard | World Precision Instruments Inc. | 710172 | kendiliğinden karışan sylgard elastomer |
| MATLAB | MathWorks | R2020b | veri mikroelektrot amplifikatörü için komut satırı yazılımı |
| Axon Instruments, Molecular Devices | MultiClamp 700B | çift kanallı kayıtlar için yama kelepçesi amplifikatörü | |
| microforge | Narishige | MF-830 microforge | kayıt elektrot |
| mikromanipülatörünü parlatmak için kontrol ünitesi | Siskiyou | MC1000-eR/T | Mikromanipülatörü kontrol etmek için 4 eksenli kadran koordinatörü |
| mikropipet çektirme | Sutter Instrument Company | Flaming/Brown Kılcal | camı kayıt elektrotlarına çekmek için |
| mikroskop kontrol ünitesi | Siskiyou | MC1000e | , mikroskobu sabit aşama ve hazırlık |
| motorlu mikromanipülatör | etrafında konumlandırırSiskiyou | MX7600 | yama-kelepçe kaydı için headstage ve bağlı kayıt elektrodunu konumlandırır |
| MultiClamp Commander | Molecular Devices | 2.2.2 | Axon MultiClamp 700B Commander indirme sayfasından indirilebilir |
| optik hava tablası | Newport Corporation, mikroskobu | yüzdürmek ve kayıtlar sırasında titreşimleri en aza indirmek için VH3036W-OPT breadboard izolasyon tablası | |
| pCLAMP | Moleküler Cihazlar | 10.7.0 | Axon pCLAMP 10'dan indirilebilir Elektrofizyoloji Veri Toplama & Analiz Yazılımı İndirme sayfası |
| kalıcı mürekkep işaretleyici | tutucuya yerleştirirken doğru yönlendirmeyi sağlamak için VR elektrodunun ön kenar tarafını işaretlemek için | amazon.com'dan | Sharpie |
| Falcon | 35-3001 | larvaları paralitik pipet tutucuya daldırmak için kullanılır | |
| Moleküler Cihazlar | 1-HL-U | , kayıt elektrodunu tutar ve ana bölüme bağlanır.tage | |
| pnömatik dönüştürücü | Fluke Biyomedikal Aletler | DPM1B | kayıt elektrodu iç basıncını kontrol etmek için |
| hidroksit | Sigma-Aldrich | 221473-25G | aşındırma için dağ, diseksiyon pimleri, |
| silikon boru | Tygon | 14-169-1A | boru, pnömatik dönüştürücüyü pipet tutucuya bağlamak için |
| spike_detect | ek kodlama dosyası | AffVR_preprocess.m stereomikroskobu çalıştırmak için gerekli özel yazılı MATLAB fonksiyonu | |
| Carl Zeiss | Stemi 2000-C | pim uçlarını görselleştirmek için kullanılır ve larvaların hazırlanması sırasında | |
| düz kenarlı tıraş bıçağı | Canopus | siparişi amazon.com | diseksiyon pimleri |
| swimbout_detect | ek kodlama dosyası | yaparken tungsten telini keserAffVR_preprocess.m şırıngayı çalıştırmak için gerekli özel yazılı MATLAB işlevi | |
| Becton Dickinson Compoany 309602 | kayıt elektrotlarına enjekte etmek için hücre dışı çözelti ile doldurulmuş | ||
| transfer pipeti Sigma-Aldrich | Z135003-500EA | larvaları aktarmak için tek kullanımlık, steril olmayan pipet | |
| trika metansülfonat | Syndel | 12854 | Larvaları yüksek dozda ötenazi yapmak için kullanılan farmasötik aneasthetic. |
| tungsten tel | Dünya Hassas Aletler A.Ş. | 715500 | 0,002 inç, 50,8 & m çapı; diseksiyon pimleri yapmak için kullanılır |
| vakum filtrasyon ünitesi | Sigma-Aldrich | SCGVU11RE | tek kullanımlık, steril, vakum filtrasyon üniteleri hücre dışı çözeltiyi sterilize etmek için kullanılır elektrofizyoloji elektrot zil |
| için kullanılır voltaj-kelepçe akım-kelepçe headstage | Moleküler Cihazlar | CV-7B | sol ve sağ headstage olarak kullanılan MultiClamp 700B amplifikatör ile birlikte verilir |
| alfa;-bungarotoksin | Kayıttan | önce larvaları hareketsiz hale getirmek için | B1601 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.