Fysiologiska, morfologiska och neurokemiska karakterisering av nervceller moduleras av Movement
Summary
En teknik beskrivs att kvantifiera in vivo fysiologiska svar av däggdjurs nervceller under rörelse och korrelera fysiologi av neuron med neuronal morfologi, neurokemiska fenotyp och synaptic microcircuitry.
Abstract
Den roll som enskilda nervceller och deras funktion i neuronala kretsar är grundläggande för att förstå neuronala mekanismer av sensoriska och motoriska funktioner. De flesta undersökningar av sensomotoriska mekanismer lita på någon undersökning av nervceller, medan ett djur är statiskt 1,2 eller spela extracellulära nervaktivitet under en rörelse. 3,4 Även om dessa studier har gett viktigt underlag för sensomotorisk funktion, de antingen inte utvärdera funktionell information som uppstår under en rörelse eller är begränsade i sin förmåga att till fullo karakterisera anatomi, fysiologi och neurokemiska fenotyp av neuron. En teknik visas här som gör en omfattande karakterisering av enskilda nervceller under en in vivo-rörelse. Denna teknik kan användas inte bara för att studera primära afferenta nervceller, men också för att karakterisera motoneurons och sensomotoriska interneuronen. Ursprungligen svaret av en enda neuron är inspelad med elektrofysiologiska metoder vid olika förflyttningar av underkäken följt av bestämning av receptiva fält för neuron. En neuronala spårämne är sedan intracellulärt injiceras i neuron och hjärnan behandlas så att neuron kan visualiseras med ljus, elektron eller konfokalmikroskopiska (Fig. 1). Den detaljerade morfologi kännetecknas neuron är sedan rekonstrueras så att neuronala morfologi kan korreleras med den fysiologiska respons av neuron (bild 2,3). I detta meddelande viktiga viktiga detaljer och tips för ett framgångsrikt genomförande av denna teknik finns. Värdefull ytterligare information kan bestämmas för de neuron som studeras genom att kombinera denna metod med andra tekniker. Retrograd neuronala märkning kan användas för att bestämma nervceller som är märkt neuron synapser, vilket möjliggör detaljerad bestämning av neuronala kretsar. Immuncytokemi kan kombineras med denna metod för att undersöka signalsubstanser i märkt neuron och bestämma den kemiska fenotyper av nervceller som den märkta neuron synapser. Den märkta neuron kan också behandlas för elektronmikroskop för att bestämma ultrastrukturella funktioner och microcircuitry av den märkta neuron. Sammantaget denna teknik är en kraftfull metod för att grundligt karaktärisera nervceller under in vivo rörelse vilket gör att betydande insikt i den roll som neuron i sensorimotor funktion.
Protocol
Discussion
Metoden illustreras här är en kraftfull teknik som ger viktig information om den funktionen av enskilda nervceller och hur svaret från enskilda nervceller bidrar till neuronala kretsar. 9 Denna kunskap är grundläggande för att förstå sensomotoriska funktionen. Den största styrkan med denna teknik är att det möjliggör fastställandet av ett stort antal parametrar om en neuron, inklusive fysiologi, morfologi och synaptic morfologi och distribution. I kombination med andra tekniker som bakåtsträvan…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Jag tackar Anthony Taylor för inledande utbildning i in vivo intracellulära inspelning och en brun och David Maxwell för hjälp med den inledande utvecklingen av den intracellulära målningsteknik. Jag tackar M. Silver för hjälp med collocalization makro. Många forskare som jag har samarbetat gav en inblick i utvecklingen av denna teknik, inklusive R. Donga, M. Moritani, P. Luo, R. Ambalavanar. Denna teknik har utvecklats med ett betydande stöd från NIH bidrag DE10132, DE15386 och RR017971.
Materials
| Name of reagent or equipment | Company | Catalogue number | Comments |
|---|---|---|---|
| electromagnetic vibrator | Ling Dynamic Systems | V101 | |
| signal generator | Feedback Systems | PFG605 | capable of producing trapezoidal output signal |
| electrode glass | Sutter Instruments | AF100-68-10 | with filament |
| electrode puller | Sutter Instruments | Model P-2000 or P-80 | |
| biotinamide | Vector Laboratories | SP-1120 | stored at 4°C |
| Texas Red avidin DCS | Vector Laboratories | A-2016 | |
| tetramethlyrhodamine | Molecular Probes | D-3308 | 3000 molecular weight, lysine fixable |
| mouse anti-synaptophysin antibody | Chemicon | MAB5258 | |
| fluorescent Nissl stain | Neurotrace, Molecular Probes | N-21480 | |
| electrode tester | Winston Electronics | BL-1000-B | to measure electrode impedance |
| electrometer | Axon Instruments | Axoprobe 1A, Axoclamp 2B |
References
- Cuellar, C. A., Tapia, J. A., Juarez, V., Quevedo, J., Linares, P., Marinez, L., Manjarrez, E. Propagation of sinusoidal electrical waves along the spinal cord during a fictive motor task. J. Neurosci. 29, 798-810 (2010).
- Frigon, A., Gossard, J. Evidence for specialized rhythm-generating mechanisms in the adult mammalian spinal cord. J. Neurosci. 30, 7061-7071 (2010).
- Wang, W., Chan, S. S., Heldman, D. A., Moran, D. W. Motor cortical representation of hand translation and rotation during reaching. J. Neurosci. 30, 958-962 (2010).
- Ma, C., He, J. A method for investigating cortical control of stand and squat in conscious behavioral monkeys. J. Neurosci. Meth. 192, 1-6 (2010).
- Dessem, D., Donga, R., Luo, P. Primary- and secondary-like jaw-muscle spindle afferents have characteristic topographic distributions. J. Neurophysiol. 77, 2925-2944 (1997).
- Dessem, D., Moritaini, A., Ambalavanar, R. Nociceptive craniofacial muscle primary afferent neurons synapse in both the rostral and caudal brain stem. J. Neurophysiol. 98, 214-223 (2007).
- Luo, P., Dessem, D. Inputs from identified jaw-muscle spindle afferents to trigeminothalamic neurons in the rat: a double-labeling study using retrograde HRP and intracellular. J. Comp. Neurol. 353, 50-66 (1995).
- Dessem, D., Luo, P. Jaw-muscle spindle afferent feedback to the cervical spinal cord in the rat. J. Comp. Neurol. 128, 451-459 (1999).
- Luo, P., Wong, R., Dessem, D. Projection of jaw-muscle spindle afferents to the caudal brainstem in rats demonstrated using intracellular biotinamide. J. Comp. Neurol. 358, 63-78 (1995).
- Luo, P., Dessem, D. Ultrastructural anatomy of physiologically identified jaw-muscle spindle afferent terminations onto retrogradely labeled jaw-elevator motoneurons in the rat. J. Comp. Neurol. 406, 384-401 (1999).
- Hassani, O. K., Henny, P., Lee, M. G., Jones, B. E. GABAergic neurons intermingled with orexin and MCH neurons in the lateral hypothalamus discharge maximally during sleep. Eur. J. Neurosci. 32, 448-457 (2010).
- Inokawa, H., Yamada, H., Matsumoto, N., Muranishi, M., Kimura, M. Juxtacellular labeling of tonically active neurons and phasically active neurons in the rat striatum. Neurosciences. 168, 395-404 (2010).
