Alisia Preparazione ganglia per analisi elettrofisiotiche e molecolari di singoli neuroni
Summary
La lumaca marina Aplysia californica è stata ampiamente utilizzata come modello di neurobiologia per gli studi sulle basi cellulari e molecolari del comportamento. Qui viene descritta una metodologia per esplorare il sistema nervoso di Aplysia per le analisi elettrofisiologiche e molecolari di singoli neuroni di circuiti neurali identificati.
Abstract
Una grande sfida in neurobiologia è comprendere le basi molecolari dei circuiti neurali che governano un comportamento specifico. Una volta identificati i meccanismi molecolari specifici, è possibile sviluppare nuove strategie terapeutiche per trattare le anomalie in comportamenti specifici causati da malattie degenerative o invecchiamento del sistema nervoso. La lumaca marina Aplysia californica è adatta per le indagini sulle basi cellulari e molecolari del comportamento perché i circuiti neurali alla base di un comportamento specifico potrebbero essere facilmente determinati e le singole componenti dei circuiti potrebbero essere facilmente manipolate. Questi vantaggi dell’Aplysia hanno portato a diverse scoperte fondamentali della neurobiologia dell’apprendimento e della memoria. Qui descriviamo una preparazione del sistema nervoso di Alysia per le analisi elettrofisiofisioiche e molecolari dei singoli neuroni. In breve, il ganglio sezionato dal sistema nervoso è esposto alla proteasi per rimuovere la tona del ganglio in modo tale che i neuroni siano esposti ma mantengano l’attività neuronale come nell’animale intatto. Questa preparazione viene utilizzata per effettuare misurazioni elettrofisiopatiche di singoli o multipli neuroni. È importante sottolineare che, seguendo la registrazione utilizzando una semplice metodologia, i neuroni potrebbero essere isolati direttamente dai gangli per l’analisi dell’espressione genica. Questi protocolli sono stati utilizzati per effettuare registrazioni elettrofisiofisioiche simultanee dai neuroni L7 e R15, studiare la loro risposta all’acetilcolina e all’espressione quantitante del gene CREB1 in singoli neuroni isolati L7, L11, R15 e R2 di Aplysia.
Introduction
Il cervello umano è straordinariamente complesso con quasi 100 miliardi di neuroni e trilioni di connessioni sinaptiche. Ci sono quasi un numero uguale di cellule nonneuronali che interagiscono con i neuroni e regolano la loro funzione nel cervello. I neuroni sono organizzati in circuiti che regolano comportamenti specifici. Nonostante i progressi nella nostra comprensione delle funzioni cerebrali e dei circuiti neurali, poco si sa dell’identità dei componenti circuitali che controllano un comportamento specifico. La conoscenza delle identità di vari componenti di un circuito faciliterà notevolmente la nostra comprensione delle basi cellulari e molecolari del comportamento e aiuterà nello sviluppo di nuove strategie terapeutiche per i disturbi neuropsichiatrici.
La lumaca marina Aplysia californica è stata un cavallo di battaglia per determinare i circuiti neuronali alla base di comportamentispecifici 1-14. Il sistema nervoso dell’Alisia contiene circa 20.000 neuroni organizzati in 9 diversi gangli. I neuroni dell’Aplysia sono grandi e possono essere facilmente identificati in base alle loro dimensioni, proprietà elettriche e posizione nei gangli. Aplysia ha un ricco repertorio di comportamenti che possono essere studiati. Uno dei comportamenti ben studiati è il riflesso di astinenza branchiale (GWR). I componenti centrali di questo riflesso sono situati in gangli addominali. I componenti dei circuiti GWR sono stati mappati e sono stati determinati contributi di vari componenti. È importante sottolineare che i circuiti GWR subiscono l’apprendimento associativo e nonassociativo 5,6,15-19. Decenni di studio su questo riflesso hanno anche identificato diversi percorsi di segnalazione che hanno un ruolo chiave nell’apprendimento e nellamemoria 20-24.
Diversi preparativi di Aplysia furono usati per studiare le basi cellulari e molecolari della memorizzazione della memoria. Questi includono l’animaleintatto 2,3,la preparazione semi-intatta1,7,13,14,16 e la ricostituzione dei principali componenti dei circuiti neurali25-29. Qui viene descritta una preparazione ridotta per esplorare i gangli di Alisia per le analisi elettrofisiotiche e molecolari dei circuiti neuronali identificati. Sono stati studiati i seguenti quattro neuroni identificati. R15, un neurone che esplode, L7 e L11, due diversi motoneuroni e R2, un neurone colinergico. R2 è il più grande neurone descritto nel sistema nervoso invertebrato. In breve, questa metodologia prevede il trattamento proteasiale dei gangli, misurazioni elettrofisiologiche prima e dopo i trattamenti farmacologici e isolamento di singoli neuroni per l’analisi quantitativa dell’espressione genica. Questa metodologia ci consente di combinare le analisi molecolari con la registrazione simultanea da più neuroni. Questa metodologia è stata utilizzata con successo per studiare le risposte dei neuroni R15 e L7 all’acetilcolina (Ach) accoppiando registrazioni intracellulari. A seguito di misurazioni elettrofisiopatiche R15 e L7 e altri neuroni identificati come L11 e R2 sono stati isolati per l’analisi quantitativa della reazione a catena della polimerasi (qPCR) dell’espressione di CREB1, un fattore di trascrizione importante per la memorizzazione della memoria.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il neurone R15 è coinvolto nella regolazione dei sistemi cardiovascolare, digestivo, respiratorio e riproduttivo30. Un’attività di bursting regolarmente ritmica dell’AP è una caratteristica di R15. Come mostrato nella sezione dei risultati, la registrazione accoppiata di R15 e L7 mostra che la preparazione dei gangli ha preservato l’attività dei neuroni R15. I neuroni R15 e L7 hanno risposto in modo appropriato ad Ach. Questa preparazione dei gangli potrebbe essere mantenuta fino a 8-10 ore e l’attività e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo sinceramente la Whitehall Foundation per il supporto finanziario e i fondi di avvio dello Scripps Research Institute per aver svolto questo lavoro.
Materials
| Aplysia | National Aplysia Resource Facility, University of Miami | |
| NaCl | SIGMA | S 3014-1KG |
| KCl | SIGMA | P 9333-500G |
| CaCl2•2H2O | SIGMA | C5080- 500G |
| MgCl2•6H2O | Fisher Scientific | BP 214-501 |
| NaHCO4 | SIGMA | S 6297-250G |
| HEPES | SIGMA | H 3375-500G |
| Protease | GIBCO | 17105-042 |
| Trizol | Ambion | 15596-026 |
| Chloroform | MP Biomedicals | 2194002 |
| 100% Ethanol | ACROS | 64-17-5 |
| GlycoBlue | Ambion | AM9515 |
| 3 M NaOAc, pH 5.5 | Ambion | AM9740 |
| Nuclease free water | Ambion | AM9737 |
| MessageAmp II aRNA Amplification Kit | Ambion | AM1751 |
| qScript cDNA SuperMix | Quanta Biosciences | 95048-100 |
| Power SYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystems | 4367659 |
| Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 |
| Scissors | Fine Science Tools | 15000-08 |
| Stainless Steel Minutien Pins | Fine Science Tools | 26002-10 or |
| 26002-20 | ||
| Veriti Thermal Cycler | Applied Biosystems | Veriti Thermal Cycler |
| 5430R Centrifuge | Eppendorf | 5430R Centrifuge |
| 7900HT Fast Real-Time PCR | Applied Biosystems | 7900HT Fast Real-Time PCR |
| Amplifier | BRAMP-01R | NPI Electronics |
| Digidata Converter | Instrutech ITC-18 | HEKA ELEKTRONIK |
| Micro Manipulator | Patch Star | Scientifica |
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