オーリスの挙筋哺乳類の神経筋伝達電圧クランプ条件下での試験のための準備
Summary
本稿で説明されたプロトコルは、神経筋接合部で自然を記録するマウス挙オーリス長(ラル) 筋とシナプス後電位の神経誘発 (電流クランプ) と電流 (電圧クランプ) を使用します。この手法の使用は、正常と病気の条件の下でのシナプス伝達のメカニズムに重要な洞察を提供できます。
Abstract
このプロトコルは、電流クランプとクランプ電圧条件下で神経筋接合部からレコードのシナプス伝達に手法を説明します。オーリスの挙筋(ラル) の前のヴィヴォ準備は、薄い筋肉の運動神経終板に電極を串刺し神経筋接合部の簡単な可視化を提供するために使用されます。このメソッドは、運動終板の膜特性と同様に自発ミニチュア終板電位と電流 (mEPPs と mEPCs)、神経誘発神経終板電位と電流 (エップスおよび Epc) の録音できます。このメソッドから得られた結果を含める素量 (QC)、小胞リリース サイト (n) の数、小胞の放出 (prel)、シナプス促通、うつ病と筋膜時定数 (τ の確率m) 入力抵抗とします。このテクニックの人間の病気のマウス ・ モデルへの適用は、病気の状態でキーの病態を強調表示し、新規治療戦略の特定できます。完全に電圧遮断単一シナプス、によってこのメソッドは、シナプス伝達の現在利用可能な最も詳細な分析の 1 つを提供します。
Introduction
シナプス機能を検査するためのエクセレント モデルの動的神経や骨格筋のシステム関係に洞察力を提供するいますと、神経筋接合部のシナプス伝達を勉強します。オーリスの挙筋(ラル) は薄い筋肉、神経筋接合簡単に可視化することを可能にします。以前のレポートは、シナプスの薬物や毒素を調べるとラル1,2の骨格筋線維型の特性を特徴とした、ラルを使用しての利便性を説明しています。数多くの研究は、神経筋生理学3,4,5,6,7、8を調べる、ラルを使用しています。電気生理学、簡単にラルの神経筋接合部を観察する能力を運動終板に電極を正確に配置可能し、シナプス伝達を記録容量クランプの問題が大幅に減少します。電流クランプ記録膜時定数 (τm) 入力抵抗 (Rで) などの筋膜特性が容易に得られます。さらに、これらのプロパティは、同じの筋線維が筋膜特性にシナプス機能の直接比較を可能にする、神経筋伝達を記録するために使用から測定できます。これらのデータ分析は、多くの神経筋疾患と変更されたアクティビティの状態の物理的なメカニズムに重要な洞察を提供できます。
ここで説明する手法の重要な側面は、クランプ電圧の非線形電流クランプで検出された対象ではない、筋膜特性の独立してシナプスの録音用です。神経筋伝達を調べる現在のクランプではなく電圧クランプを使用する利点は、1950 年代の9での努力を開拓によって設立されました。電流クランプの下で 10-15 mV の振幅を超えるエップスは mEPP 振幅9の線形製品ではありません。たとえば、平均 mEPP は 1 mV、5 の EPP mV 5 mEPPs (5 の QC); の製品といえます一方、40 の EPP mV 以上 40 mEPPs の製品になります。この非直線性大きいエップスでは、膜電位と平衡電位のアセチルコリン受容体の違いは、EPP の原動力 (~-10 mV)、大きいエップスの間に大幅に減少します。電圧クランプ実験中に筋膜電位が変化しないために、この問題は電圧クランプ実験で避けます。欠点は、電圧クランプ実験電流クランプ記録よりも完了までに技術的により困難なことです。これを念頭において、マクラクランとマーティンは、エップス10電流クランプ記録の非線形性の簡単な数学的な補正を開発しました。修正は11,12,13をうまくが、重要なは、筋膜特性が乱れていないと仮定します。
筋膜特性、特に条件または筋肉を混乱させる病気の状態を勉強して場合を考慮する重要です。たとえば、ハンチントン病の R6/2 トランスジェニック モデルからの骨格筋は、安静時塩化カリウム電流14,15で進歩的な減少による脱です。結果として、mEPPs、エップスは R6/2 骨格筋で増幅されます。確かに、付加的な要因は、mEPPs とエップスを変更できます。変更は SNARE タンパク質8に関連しているように見えたエップス、ハンチントン病マウス (R6/1) の別のモデルで動作します。変更された神経筋伝達を引き起こすメカニズムを評価するためには、電圧クランプを使用して変更された筋膜特性の影響を除去するために有益となります。最近の研究では、ここで説明する手法を使用して両方の電流と電圧クランプ条件下で R6/2 神経筋伝達を調べた。モーターの常数全体だった電圧クランプと少ない 1% 誤差より終板16の長さの定数内で 2 つの電極を配置することによってそれはその電圧クランプと R6/2 筋の神経筋伝達の対照的な測定値が得られた電流クランプ レコードを修正.これは筋膜プロパティが変更された場合、非線形性のエップスを修正することができないことを強調表示し、筋膜特性の独立した電圧クランプ記録を得ることの利点を示しています。ここに提示されたプロトコルは、条件またはシナプスとシナプス後膜の特性に影響を与える病気の状態を調べることに最適です。
Protocol
Representative Results
Discussion
準備および神経筋伝達電流または電圧クランプ条件下での測定のためマウス ラル筋肉の使用は、ここで説明。ラルを解剖するために考慮すべきいくつかの重要なポイントがあります。電極と電極串刺しの刑で筋肉エイズから過剰な結合組織のクリーニングは結合組織串刺しの刑にそれらを配置する場合ことができます暗礁。しかし、離れて撮影することができます結合組織を削除簡単に筋肉…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ありがとう博士マーク ・ m ・ リッチとダニエル ・ ミランダ編集コメント、アフマド ・ Khedraki (A.A.V. にスタートアップ資金) の金融支援この手法、およびライト州立大学の確立を助けるため。
Materials
| Olympus Compound Microscope | Olympus | BX51WI | |
| 10x Objective | Olympus | UMPLFLN10XW | |
| 40x Objective | Olympus | LUMPLFLN40XW | |
| Borosilicate Glass | Sutter Instruments | BF150-86-7.5 | |
| CCD Camera | Santa Barbara Instruments Group | ST-7XMEI | |
| Axoclamp 900A Amplifier | Molecular Devices | 2500‐0179 | |
| Mater-9 Pulse Generator | AMPI | ||
| Iso-flex Stimulus Isolator | AMPI | ||
| pCLAMP 10 Data Acquisition and Analysis Software | Molecular Devices | 1-2500-0180 | |
| Concentric Bipolar Electrode | FHC | CBDSH75 | |
| Ball-joint Manipulator | Narishige | ||
| Non-metalic Syringes 34 Gauge | World Precision Instruments | MF34G-5 | |
| Nikon Stereomicroscope | Nikon | SMZ800N | |
| No. 5 Forceps | Fine Science Tools | ||
| Spring Scissors | Fine Science Tools | 15006-09 | |
| No. 2 Forceps | Roboz | RS-5Q41 | |
| Microdissecting Scissors | Roboz | RS-5912SC | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | 2404019862 | |
| Hair Removal Cream | Nair | ||
| Grass SD9 Stimulator | Grass Medical | ||
| Model P-1000 Micropipette Puller | Sutter Instruments | P-1000 | |
| Axon Digidata 1550 Low-noise Data Acuisition System | Molecular Devices | ||
| Low Pass Bessell Filter | Warner Instrument Corp. | LPF-8 | |
| Left-handed Micromanipulator | Siskiyou Corp. | MX1641/45DL | |
| Right-handed Micromanipulator | Siskiyou Corp. | MX1641/45DR | |
| Single Motion Controler | Siskiyou Corp. | MC100e | |
| Crossed Roller Micromanipulator | Siskiyou Corp. | MX1641R | This was added to the Z-axis of the Left and Right-handed micromanipulators to allow the z axis to be motorized. This custom set-up is cheaper and less bulky than buying a 4-axis motorized micromanipulator. It also allows us to control both micromanipulators with one controller |
| All chemicals were orded from Fisher except, | |||
| BTS | Toronto Research Chemicals | B315190 | |
| CTX | Alomone Labs | C-270 | |
| 4-Di-2-Asp | Molecular Probes | Molecular probes is no longer a company. Now ordered through Fisher | |
Riferimenti
- Angaut-Petit, D., Molgo, J., Connold, A. L., Faille, L. The levator auris longus muscle of the mouse: a convenient preparation for studies of short- and long-term presynaptic effects of drugs or toxins. Neurosci Lett. 82 (1), 83-88 (1987).
- Erzen, I., Cvetko, E., Obreza, S., Angaut-Petit, D. Fiber types in the mouse levator auris longus muscle: a convenient preparation to study muscle and nerve plasticity. J Neurosci Res. 59 (5), 692-697 (2000).
- Bertone, N. I., et al. Carbonic anhydrase inhibitor acetazolamide shifts synaptic vesicle recycling to a fast mode at the mouse neuromuscular junction. Synapse. , (2017).
- Garcia-Chacon, L. E., Nguyen, K. T., David, G., Barrett, E. F. Extrusion of Ca2+ from mouse motor terminal mitochondria via a Na+-Ca2+ exchanger increases post-tetanic evoked release. J Physiol. 574 (Pt 3), 663-675 (2006).
- Murray, L. M., et al. Selective vulnerability of motor neurons and dissociation of pre- and post-synaptic pathology at the neuromuscular junction in mouse models of spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet. 17 (7), 949-962 (2008).
- Nadal, L., et al. Presynaptic muscarinic acetylcholine autoreceptors (M1, M2 and M4 subtypes), adenosine receptors (A1 and A2A) and tropomyosin-related kinase B receptor (TrkB) modulate the developmental synapse elimination process at the neuromuscular junction. Mol Brain. 9 (1), 67 (2016).
- Rousse, I., St-Amour, A., Darabid, H., Robitaille, R. Synapse-glia interactions are governed by synaptic and intrinsic glial properties. Neuroscienze. 167 (3), 621-632 (2010).
- Rozas, J. L., Gomez-Sanchez, L., Tomas-Zapico, C., Lucas, J. J., Fernandez-Chacon, R. Increased neurotransmitter release at the neuromuscular junction in a mouse model of polyglutamine disease. J Neurosci. 31 (3), 1106-1113 (2011).
- Takeuchi, A., Takeuchi, N. Further analysis of relationship between end-plate potential and end-plate current. J Neurophysiol. 23, 397-402 (1960).
- McLachlan, E. M., Martin, A. R. Non linear summation of end plate potentials in the frog and mouse. The Journal of Physiology. 311 (1), 307-324 (1981).
- Obis, T., et al. The novel protein kinase C epsilon isoform modulates acetylcholine release in the rat neuromuscular junction. Mol Brain. 8 (1), 80 (2015).
- Silveira, P. E., et al. Ryanodine and inositol triphosphate receptors modulate facilitation and tetanic depression at the frog neuromuscular junction. Muscle Nerve. 52 (4), 623-630 (2015).
- Wood, S. J., Slater, C. R. Safety factor at the neuromuscular junction. Prog Neurobiol. 64 (4), 393-429 (2001).
- Miranda, D. R., et al. Progressive Cl- channel defects reveal disrupted skeletal muscle maturation in R6/2 Huntington’s mice. J Gen Physiol. 149 (1), 55-74 (2017).
- Waters, C. W., Varuzhanyan, G., Talmadge, R. J., Voss, A. A. Huntington disease skeletal muscle is hyperexcitable owing to chloride and potassium channel dysfunction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (22), 9160-9165 (2013).
- Khedraki, A., et al. Depressed Synaptic Transmission and Reduced Vesicle Release Sites in Huntington’s Disease Neuromuscular Junctions. Journal of Neuroscience. 37 (34), 8077-8091 (2017).
- Greene, E. C. . The anatomy of the rat. , (1955).
- Magrassi, L., Purves, D., Lichtman, J. W. Fluorescent probes that stain living nerve terminals. J Neurosci. 7 (4), 1207-1214 (1987).
- Jack, J. J. B., Noble, D., Tsien, R. W. . Electric current flow in excitable cells. , (1983).
- Voss, A. A. Extracellular ATP inhibits chloride channels in mature mammalian skeletal muscle by activating P2Y(1) receptors. Journal of Physiology-London. 587 (23), 5739-5752 (2009).
- Albuquerque, E. X., McIsaac, R. J. Fast and slow mammalian muscles after denervation. Experimental Neurology. 26 (1), 183-202 (1970).
- Santafe, M. M., Urbano, F. J., Lanuza, M. A., Uchitel, O. D. Multiple types of calcium channels mediate transmitter release during functional recovery of botulinum toxin type A-poisoned mouse motor nerve terminals. Neuroscienze. 95 (1), 227-234 (2000).
- Gaffield, M. A., Betz, W. J. Synaptic vesicle mobility in mouse motor nerve terminals with and without synapsin. J Neurosci. 27 (50), 13691-13700 (2007).
- Zhang, Z. S., Nguyen, K. T., Barrett, E. F., David, G. Vesicular ATPase Inserted into the Plasma Membrane of Motor Terminals by Exocytosis Alkalinizes Cytosolic pH and Facilitates Endocytosis. Neuron. 68 (6), 1097-1108 (2010).
