מדידת השדרה Presynaptic עיכוב בעכברים על ידי הקלטה פוטנציאלית הגבי רוט<em> בVivo</em
Summary
עיכוב presynaptic GABAergic הוא מנגנון מעכב חזק בחוט השדרה החשוב עבור מנוע ושילוב אות תחושתי ברשתות חוט השדרה. שלילת קוטביות מביא ראשוני בסיסית ניתן למדוד על ידי הקלטה של פוטנציאל שורש הגבי (DRP). כאן אנו מדגימים שיטת רישום vivo של DRP בעכברים.
Abstract
עיכוב presynaptic הוא אחד מהמנגנונים המעכבים החזקים ביותר בחוט השדרה. המנגנון הפיזיולוגי הבסיסי הוא שלילת קוטביות של סיבים מביא העיקריים בתיווכו של סינפסות GABAergic axo-אקסון (שלילת קוטביות מביא ראשונית). כוחה של שלילת קוטביות מביא העיקרית ניתן למדוד על ידי הקלטה של פוטנציאלים-נערך נפח בשורש הגבי (פוטנציאלי שורש הגבי, DRP). שינויים פתולוגיים של עיכוב סינפטי הם קריטיים בעיבוד המרכזי חריג של מצבי כאב מסוימים ובחלק מההפרעות של רגשנות יתר מוטורי. כאן, אנו מתארים שיטה של DRP ההקלטה in vivo בעכברים. הכנת שורשים הגבי בעמוד השדרה בחיה הרדים והליך הרישום באמצעות אלקטרודות יניקה מוסברות. שיטה זו מאפשרת מדידת GABAergic DRP ובכך הערכת עיכוב presynaptic השדרה בעכבר החי. בשילוב עם מודלים עכבר מהונדסים, הקלטת DRP יכול seRVE ככלי רב עוצמה כדי לחקור את הפתופיזיולוגיה של עמוד השדרה הקשורים למחלה. יש בvivo הקלטה מספר יתרונות בהשוואה להכנות vivo לשעבר מבודדות חוט השדרה, למשל את האפשרות של הקלטה או מניפולציה של רשתות ואינדוקציה של DRP על ידי גירוי של עצבים היקפיים supraspinal בו זמנית.
Introduction
עיכוב presynaptic הוא אחד מהמנגנונים המעכבים החזקים ביותר בחוט השדרה. זה מעכב פוטנציאלי postsynaptic מעוררים (EPSPs) בmotoneurons monosynaptically הנרגש מבלי לשנות את פוטנציאל הממברנה postsynaptic והרגישות של motoneurons 1-3. שלילת קוטביות העיקרית מביא (PAD) הנגרמת על ידי סינפסות axo-אקסון GABAergic על גבי סיבי presynaptic חושיים היא המנגנון הבסיסי 4-7 (ראה גם Figure1A). סינפסות אלה מכילים GABA-B-GABA ורצפטורים (GABA R ו GABA-B R). פעילות GABA R מובילה לעלייה במוליכות כלוריד אשר מעוררת PAD עקב חלוקת יון המקומית. לוקי שלילת קוטביות זו ההתפשטות של פוטנציאל פעולה למסופי האקסון ומפחית את כוחם מובילים לירידת Ca 2 + זרם והפחתה של שחרור משדר. הפעלה של רצפטורים GABA-B לא עושהלא לתרום לPAD אבל מוביל לירידה של Ca 2 +-זרם ובכך משפר את עיכוב סינפטי. בעוד שההפעלה של GABA R נראית שמעורבת בעיכוב קצר טווח, GABA-B R מעורב באפנון ארוך טווח 8-10. בנוסף לGABA, המהווה חלק העיקרי של PAD ועיכוב סינפטי, מערכות משדרים אחרות שאולי גם לווסת ולתרום ל11,12 מנגנון זה.
נראים שינויים פתולוגיים בעיכוב presynaptic להיות מכריע בכמה מדינות מחלה למשל דלקת היקפית וכאב נוירופתי 13,14, כמו גם עיבוד כאב המרכזי חריג 15, פגיעה בחוט השדרה 16, ומחלות של מערכת העצבים המרכזית עם רגשנות יתר מוטורי בתיווכו של שידור GABAergic הפגום 17, 18. לפיכך, הערכת עיכוב presynaptic כדאי לחקור מצבים פתולוגיים ניסיוניים ברמת חוט השדרה in vivo </em>. PAD מעורר פוטנציאלי נפח נערך מתן מדידה ישירה של עיכוב סינפטי בחוט השדרה. פוטנציאלים אלה נקראים פוטנציאלים הגבי שורש (DRP) וניתן למדידה משורשי הגבי בעמוד השדרה לאחר הגירוי של שורשי גב צמודים 7.
מדידות הראשונות של DRP דווחו בחתולים וצפרדעים 19 ונחקרו באינטנסיביות בחתולים על ידי אקלס, שמידט, ואחרים בתחילת 1970s 3,4,20,21. בעוד בvivo הקלטות של DRP בחתולים וחולדות 22 23 היו בשימוש נרחב, מדידות בעכברים כבר בוצעו באופן כמעט בלעדי בהכנות vivo לשעבר מבודדות חוט השדרה 15,24. כאן, אנו מתארים שיטה להקליט DRP בעכברים מורדמים in vivo המאפשר מדידה ישירה של עיכוב סינפטי באורגניזם שלם.
Protocol
Representative Results
Discussion
קלטות אלקטרו במיוחד ותאיות של פעילות עצבית ופוטנציאל הסינפטי in vivo הן מדינה של טכניקות אמנות בחקירת פונקציות עצביות במערכת העצבים המרכזית והפתופיזיולוגיה. שילוב של עמוד השדרה הוא קריטי לתפקוד מוטורי, כגון תנועת גפיים ולתפיסה חושית מולטי. עיכוב presynaptic הוא מ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים מנפרד Heckmann לדיונים מועילים בזמן הקמתה של השיטה. יתר על כן, אנו מודים קלאודיה זומר לקבלת סיוע טכני ופרנק שוברט לתמיכה בהפקת הווידאו. העבודה נתמכה על ידי המשרד הפדרלי לחינוך ולמחקר (BMBF), גרמניה, FKZ: 01EO1002 והמרכז הבינתחומי למחקר קליני (IZKF) של Jena בית החולים האוניברסיטאי.
Materials
| Glass tubing (inner diameter 1.16 mm) | Science Products (Hofheim, Germany) | GB200F-10 | Other glass tubing might also be suitable |
| Superfusion solution (sterile, 0,9% NaCl) | Braun Melsungen AG | 3570350 | |
| (Melsungen, Germany) | |||
| Rompun 2% (Xylazine) | Bayer Animal Health GmbH (Leverkusen, Germany) | ||
| Ketamin 10% | Medistar GmbH (Ascheberg, Germany) | KETAMIN 10% | |
| 30G micro needle/ Sterican | Braun Melsungen AG | 4656300 | |
| (Melsungen, Geramny) | |||
| Salts for aCSF | Sigma-Aldrich | Diverse | |
| S88 Dual Output Square Pulse | Grass Technologies (Warwick, USA) | S88X | |
| Stimulator | |||
| SIU5 RF Transformer Isolation Unit | Grass Technologies (Warwick, USA) | SIU-V | |
| InstruTECH LIH 8+8 | HEKA (Lambrecht, Deutschland) | LIH 8+8 + Patchmaster software | |
| Data acquisition | |||
| Universal amplifier | npi (Tamm, Deutschland) | ELC-03X | |
| Micropipette puller | Sutter Instruments (Novato, USA) | P-1000 | |
| Dissecting microscope | Olympus (Tokyo, Japan) | ||
| Micromanipulator | Sutter Instruments (Novato, USA) | MPC-200/MPC-325 | Mechanical micromanipulators also possible |
| Homeothermic Blanket System | Stoelting (Wood Dale, USA) | 50300V | |
| Intra-/extracellular recording electrode holder | Harvard Apparatus (Holliston, USA) | 641227 |
References
- Eccles, J. C., Eccles, R. M., Magni, F. Central inhibitory action attributable to presynaptic depolarization produced by muscle afferent volleys. J. Physiol. 159, 147-166 (1961).
- Levy, R. A. The role of gaba in primary afferent depolarization. Prog. Neurobiol. 9, 211-267 (1977).
- Eccles, J. C., Magni, F., Willis, W. D. Depolarization of central terminals of Group I afferent fibres from muscle. J. Physiol. 160, 62-93 (1962).
- Eccles, J. C., Schmidt, R., Willis, W. D. Pharmacological Studies on Presynaptic Inhibition. J. Physiol. 168, 500-530 (1963).
- Maxwell, D. J., Bannatyne, B. A. Ultrastructure of muscle spindle afferent terminations in lamina VI of the cat spinal cord. Brain Res. 288, 297-301 (1983).
- Barber, R. P., Vaughn, J. E., Saito, K., McLaughlin, B. J., Roberts, E. GABAergic terminals are presynaptic to primary afferent terminals in the substantia gelatinosa of the rat spinal cord. Brain Res. 141, 35-55 (1978).
- Wall, P. D., Lidierth, M. Five sources of a dorsal root potential: their interactions and origins in the superficial dorsal horn. J. Neurophysiol. 78, 860-871 (1997).
- Rudomin, P. In search of lost presynaptic inhibition. Exp. Brain Res. 196, 139-151 (2009).
- Rudomin, P., Schmidt, R. F. Presynaptic inhibition in the vertebrate spinal cord revisited. Exp. Brain Res. 129, 1-37 (1999).
- Kullmann, D. M., et al. Presynaptic, extrasynaptic and axonal GABAA receptors in the CNS: where and why?. Prog. Biophys. Mol. Biol. 87, 33-46 (2005).
- Hochman, S., Shreckengost, J., Kimura, H., Quevedo, J. Presynaptic inhibition of primary afferents by depolarization: observations supporting nontraditional mechanisms. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1198, 140-152 (2010).
- Thompson, S. W., Wall, P. D. The effect of GABA and 5-HT receptor antagonists on rat dorsal root potentials. Neurosci. Lett. 217, 153-156 (1996).
- Enriquez-Denton, M., Manjarrez, E., Rudomin, P. Persistence of PAD and presynaptic inhibition of muscle spindle afferents after peripheral nerve crush. Brain Res. 1027, 179-187 (2004).
- Wall, P. D., Devor, M. The effect of peripheral nerve injury on dorsal root potentials and on transmission of afferent signals into the spinal cord. Brain Res. 209, 95-111 (1981).
- Witschi, R., et al. Presynaptic α2-GABAA Receptors in Primary Afferent Depolarization and Spinal Pain Control. J. Neurosci. 31, 8134-8142 (2011).
- Calancie, B., et al. Evidence that alterations in presynaptic inhibition contribute to segmental hypo- and hyperexcitability after spinal cord injury in. 89, 177-186 (1993).
- Geis, C., et al. Stiff person syndrome-associated autoantibodies to amphiphysin mediate reduced GABAergic inhibition. Brain. 133, 3166-3180 (2010).
- Geis, C., et al. Human IgG directed against amphiphysin induces anxiety behavior in a rat model after intrathecal passive transfer. J. Neural Transm. 119 (8), 981-985 (2012).
- Barron, D. H., Matthews, B. H. The interpretation of potential changes in the spinal cord. J. Physiol. 92, 276-321 (1938).
- Schmidt, R. F., Trautwein, W., Zimmermann, M. Dorsal root potentials evoked by natural stimulation of cutaneous afferents. Nature. 212, 522-523 (1966).
- Eccles, J. C., Schmidt, R. F., Willis, W. D. Presynaptic inhibition of the spinal monosynaptic reflex pathway. J. Physiol. 161, 282-297 (1962).
- Manjarrez, E., Rojas-Piloni, J. G., Jimenez, I., Rudomin, P. Modulation of synaptic transmission from segmental afferents by spontaneous activity of dorsal horn spinal neurones in the cat. J. Physiol. 529 Pt 2, 445-460 (2000).
- Geis, C., et al. Human Stiff-Person Syndrome IgG Induces Anxious Behavior in Rats. PLoS One. 6, e16775 (2011).
- Martinez-Gomez, J., Lopez-Garcia, J. A. Electrophysiological and pharmacological characterisation of ascending anterolateral axons in the in vitro mouse spinal cord. J. Neurosci. Methods. 146, 84-90 (2005).
