Neuroscience
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Modellazione 3D di spine dendritiche con plasticità sinaptica
Chapters
Summary May 18th, 2020
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Il protocollo sviluppa un modello tridimensionale (3D) di un segmento dendritico con spine dendritiche per modellare la plasticità sinaptica. La rete costruita può essere utilizzata per la modellazione computazionale del traffico di recettori AMPA nella plasticità sinaptica a lungo termine utilizzando il programma software Blender con CellBlender e MCell.
Transcript
Modellazione geometrica 3D computazionale della reazione delle specie chimiche attraverso la fusione. è un metodo utile per studiare i meccanismi del traffico di recettori in e fuori dalla colonna vertebrale dendritica sta facendo plasticità sinaptica. Questa tecnica ha il vantaggio di creare un ambiente ricco per fare ipotesi e proiezioni su sistemi non lineari con un gran numero di variabili.
Per creare una mesh di una singola colonna vertebrale dendritica con una testa della colonna vertebrale e un collo della colonna vertebrale utilizzando una sfera modificata. Primo frullatore aperto. Con Cell Blender già installato e premere 5 sulla tastiera, per passare dalla prospettiva alla vista ortogonale.
Premere 1 per passare alla vista frontale e premere MAIUSC C per centrare il cursore. Per creare la testa del dorso, premete Maiusc A per aprire la tavolozza Mesh e selezionate mesh. Selezionate Sfera UV (UV Sphere) e nell'aggiunta della sfera UV, impostate la dimensione su 0,25 e gli anelli su 32.
Per rendere la parte superiore della testa piatta, premere TAB per passare dalla modalità Oggetto alla modalità Modifica. Premete B per selezionare i tre quarti superiore della sfera e premete Canc, selezionate Vertici (Vertices) e INVIO (Enter) per rimuovere i vertici. Premere B e selezionare la parte superiore della sfera.
Premete E, S, 0 ed Invio per sigillare la parte superiore dei vertici ancora selezionati. E spostare la freccia blu verso il basso per allinearsi alla parte superiore della testa della colonna vertebrale. Per aumentare la risoluzione della mesh nella parte superiore della colonna vertebrale, selezionare Strumento e coltello e utilizzare il coltello per tagliare un cerchio intorno al centro della parte superiore.
Quindi selezionate Utensile (Tool) e Loop taglia (Loop) e scorrete quattro volte per creare quattro cerchi concentrici attorno al centro della parte superiore. Per creare la pressa B del collo della colonna vertebrale e selezionare la parte inferiore della mesh. Premete Elimina vertici e B e selezionate la parte inferiore della mesh.
Premete E e Z e selezionate meno 0,45 per creare un'estrusione nella posizione dell'asse Z, a meno 0,45 micrometri. Per rendere la mesh compatibile con la cella M, premete Ctrl T per triangolare la mesh e selezionate Utensile (Tool) e Rimuovi doppie (Remove doubles). Per creare una dendrite a dorso multiplo, premete Maiusc A per aprire la tavolozza Mesh e selezionate Mesh e Cylinder.
Nel menu Aggiungi cilindro impostare il raggio di 0,3 micrometri e la profondità su due micrometri e premere INVIO. Premere 3 per ottenere una vista frontale del cilindro e premere Z per rendere trasparente la rete.
Utilizzate la freccia normale blu per spostare la base della colonna vertebrale all'interno del cilindro e fate clic con il pulsante destro del mouse per selezionare la Dendrite. Selezionate Modificatore (Modifier) e Aggiungi modificatore (Add Modifier) e selezionate Boolean, Unione operazioni (Operation Union) e spine oggetto (Object Spine). Fate clic su Applica (Apply) per creare una mesh congiunta della Dendrite e della colonna vertebrale.
Quindi utilizzare il mouse per selezionare la mesh della colonna vertebrale isolata, cambiando la posizione e l'angolo per inserire ogni nuova colonna vertebrale in una posizione fisiologica. Per creare AMPAR, selezionare Molecole e inserire una nuova molecola. Cambiare il nome in AMPAR e cambiare il tipo di molecola in Molecola di superficie.
Quindi cambiare la costante di diffusione 0,05 per 10 all'ottavo centimetro quadrato al secondo. Per tracciare gli ancoraggi legati agli AMPAR, al PSD1 durante la condizione basale, aprire Plot Output Settings e premere per definire le molecole. Quindi impostare la molecola su Anchor_AMPAR, l'oggetto su Dendrite e la regione su PSD1.
Per eseguire una simulazione delle condizioni basali, selezionare Esegui simulazione. E impostare le iterazioni su 30.000 e il passo del tempo su uno per 10 a meno tre secondi. Fare clic su Esporta ed esegui e attendere la fine della simulazione.
Al termine della simulazione, selezionate Ricarica dati visualizzazione, Riproduci animazione, Traccia impostazioni di output e traccia per visualizzare i risultati temporali spaziali. Per eseguire la condizione di potenziamento omosinaptico selezionare Posizionamento molecola e rel_anchorLTP_psd1. Selezionare rel_anchorLTP_psd1 e modificare Quantità in Rilascio a 200.
Quindi impostare Quantità su Rilascia su zero. Selezionare rel_anchor_psd1. Modificare quantità per rilasciare a zero ed eseguire la simulazione come appena dimostrato.
La plasticità sinaptica può essere approssimativamente verificata attraverso cambiamenti nel numero di specie di AMPAR legate ad ancoraggi ad ogni colonna vertebrale. Per il calcolo esatto del verificarsi di plasticità sinaptica. Si consiglia di calcolare la variazione del numero totale di AMPAR ancorati e liberi alla sinapsi.
Il potenziamento omosinaptico AMPAR e la depressione possono essere verificati attraverso aumenti e diminuzioni del numero di AMPAR ancorati rispettivamente, causati da cambiamenti nell'affinità degli AMPAR da parte degli ancoraggi rispetto alla condizione basale. Ad esempio, l'induzione omosinaptica a lungo termine del potenziamento in una singola colonna vertebrale, crea un effetto depressione eterosnaptica a lungo termine alle spine vicine. Seguendo questa procedura, il modello può essere ampliato per indagare il processo di induzione di LTP e LTD alle spine dendritiche.
Questo metodo consente il test di ipotesi sul funzionamento di sistemi non lineari complessi con un gran numero di variabili.
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