Untersuchung der langfristigen synaptischen Plastizität im Interlamellar Hippocampus CA1 durch elektrophysiologische Feldaufzeichnung
Summary
Wir verwendeten Aufnahme- und Stimulationselektroden in Längs-Hippocampus-Gehirnscheiben und längs positionierten Aufnahme- und Stimulationselektroden im dorsalen Hippocampus in vivo, um extrazelluläre postsynaptische Potenziale zu evozieren und langfristige synaptische Plastizität entlang des Längsinterlamellars CA1.
Abstract
Die Untersuchung der synaptischen Plastizität im Hippocampus konzentrierte sich auf die Nutzung des CA3-CA1-Lamellarers. Weniger Aufmerksamkeit wurde dem Längsinterlamellar-Netzwerk CA1-CA1 gewidmet. Kürzlich wurde jedoch eine Assoziation zwischen CA1-CA1 Pyramidenneuronen gezeigt. Daher muss untersucht werden, ob das Längsinterlamellar-Netzwerk CA1-CA1 des Hippocampus die synaptische Plastizität unterstützt.
Wir haben ein Protokoll entwickelt, um das Vorhandensein oder Fehlen einer langfristigen synaptischen Plastizität im interlamellalaren Hippocampus-CA1-Netzwerk unter Verwendung elektrophysiologischer Feldaufzeichnungen sowohl in vivo als auch in vitro zu untersuchen. Für in vivo extrazelluläre Feldaufnahmen wurden die Aufnahme- und Stimulationselektroden in einer septal-zeitlichen Achse des dorsalen Hippocampus in einem Längswinkel platziert, um felderregende postsynaptische Potenziale zu evozieren. Für extrazelluläre In-vitro-Feldaufzeichnungen wurden hippocampale Längsschnitte parallel zur septal-temporalen Ebene geschnitten. Aufnahme- und Stimulationselektroden wurden in den Schichtenorien (S.O) und der Schicht radiatum (S.R) des Hippocampus entlang der Längsachse platziert. Dies ermöglichte es uns, die Richtungs- und Schichtspezifität evozierter exzitatorischer postsynaptischer Potenziale zu untersuchen. Bereits etablierte Protokolle wurden verwendet, um Langzeitpotenzierung (LTP) und Langzeitdepression (LTD) sowohl in vivo als auch in vitro zu induzieren. Unsere Ergebnisse zeigten, dass das Längsinterlamellar-CA1-Netzwerk N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor-abhängige Langzeitpotenzierung (LTP) ohne Richtungs- oder Schichtspezifität unterstützt. Das Interlamellar-Netz hatte jedoch im Gegensatz zum transversalen Lamellennetz keine signifikante Langzeitdepression (LTD).
Introduction
Der Hippocampus wurde in kognitiven Studien weit verbreitet1,2,3. Das Hippocampus-Lamellellennetz in der Querachse bildet die trisynaptische Schaltung, die aus den Dentate-Gyrus-, CA3- und CA1-Regionen besteht. Das Lamellennetz gilt als parallele und unabhängige Einheit4,5. Dieser lamellare Blickwinkel hat die Verwendung von Querausrichtung und Querscheiben sowohl für in vivo- als auch für in vitro elektrophysiologische Studien des Hippocampus beeinflusst. Angesichts aufkommender Forschungen wird die Lamell-Hypothese neu bewertet6 und auch das interlamellare Netzwerk des Hippocampus. In Bezug auf das hippocampale Interlamellar-Netzwerk wurde die CA3-Region seit langem untersucht7,8,9,10, aber die Längs-CA1-Hippocampus-Region hat bis vor kurzem relativ wenig Aufmerksamkeit. In Bezug auf das CA1-Interlamellar-Netzwerk haben sich die kurzfristigen synaptischen Eigenschaften entlang der dorsoventralen Längs-Hippocampus-Achse von Ratten als varial11erwiesen. Auch, Cluster von Hippocampus-Zellen, die auf die Phase und den Ort reagieren, wurden gefunden, systematisch entlang der Längsachse des Hippocampus bei Ratten angeordnet werden, unterziehen eine kurzfristige Gedächtnisaufgabe12. Auch, epileptische Anfallsaktivitäten wurden gefunden, um entlang des gesamten Hippocampus entlang der Längsachse13synchronisiert werden.
Die meisten Studien der Längs-CA1-Hippocampus-Region haben jedoch Input aus dem CA3 in die CA1-Regionen11,14,15verwendet. Mit einem einzigartigen Protokoll, um Längsschnitte im Gehirn herzustellen, demonstrierte unsere vorherige Arbeit die Assoziationskonnektivität von CA1-Pyramidenneuronen entlang der Längsachse und implizierte ihre Fähigkeit, neuronale Signalisierung effektiv zu verarbeiten16. Es muss jedoch festgestellt werden, ob die CA1-Pyramidenneuronen entlang der Längsachse ohne Quereingaben eine langfristige synaptische Plastizität unterstützen können. Dieser Befund kann einen weiteren Blickwinkel auf Untersuchungen zu neurologischen Fragen im Zusammenhang mit dem Hippocampus hinzufügen.
Die Fähigkeit der Neuronen, die Wirksamkeit des Informationstransfers anzupassen, wird als synaptische Plastizität bezeichnet. Synaptische Plastizität ist als zugrunde liegender Mechanismus für kognitive Prozesse wie Lernen und Gedächtnis17,18,19,20beteiligt. Langfristige synaptische Plastizität wird entweder als langfristige Potenzierung (LTP) nachgewiesen, die die Stärkung der neuronalen Reaktion darstellt, oder als Langzeitdepression (LTD), die die Schwächung der neuronalen Reaktion darstellt. Die langfristige synaptische Plastizität wurde in der Querachse des Hippocampus untersucht. Dies ist jedoch die erste Studie, die langfristige synaptische Plastizität in der hippocampalen Längsachse von CA1-Pyramidenneuronen zeigt.
Aufbauend auf einem Protokoll, das von Yang et al.16verwendet wurde, haben wir das Protokoll entworfen, um LTP und LTD in der hippocampalen Längsachse von CA1-Pyramidenneuronen zu demonstrieren. Wir verwendeten C57BL6 männliche Mäuse im Alter zwischen 5-9 Wochen für In-vitro-Experimente und 6-12 Wochen alt für In-vivo-Experimente. Dieser ausführliche Artikel zeigt, wie Längsschnitte des Hippocampus von Mäusen für In-vitro-Aufnahmen gewonnen wurden und wie In-vivo-Aufnahmen in der Längsachse aufgezeichnet wurden. Für In-vitro-Aufnahmen untersuchten wir die Richtungsspezifität der längsigen CA1-Synaptischen Plastizität, indem wir das septale und zeitliche Ende des Hippocampus ins Visier nahmen. Wir untersuchten auch die Schichtspezifität der längsigen SYNaptischen Plastizität CA1, indem wir aus den Schichtenorien und stratum radiatum des Hippocampus aufzeichneten. Für In-vivo-Aufnahmen untersuchten wir die Winkel, die am besten der Längsrichtung des Hippocampus entsprechen.
Anhand von in vivo- und in vitro extrazellulären Feldaufzeichnungen beobachteten wir, dass die längs verbundenen CA1-Pyramidenneuronen mit LTP und nicht mit LTD. Die Querausrichtung, an der sowohl CA3- als auch CA1-Neuronen beteiligt sind, unterstützt jedoch sowohl LTP als auch LTD. Die Unterscheidung in den synaptischen Fähigkeiten zwischen der Quer- und der Längsausrichtung des Hippocampus könnte spekulativ Unterschiede in ihrer funktionellen Konnektivität bedeuten. Weitere Experimente sind notwendig, um die Unterschiede in ihren synaptischen Fähigkeiten zu entschlüsseln.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Protokoll demonstriert die Methode zur Induzieren der langfristigen synaptischen Plastizität in vivo sowie aus Hirnscheiben in der Längsachse CA1-CA1 des Hippocampus in vitro. Die skizzierten Schritte geben genügend Details für einen Experimentator, um LTP und LTD in einer Längs-Hippocampus-CA1-CA1-Verbindung zu untersuchen. Es ist Übung erforderlich, um die Fähigkeiten zu verbessern, die erforderlich sind, um Felderregererfolgreichpotenziale erfolgreich aufzuzeichnen.
Zusätzlich z…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde vom Incheon National University (International Cooperative) Research Grant unterstützt. Wir danken Frau Gona Choi für die Unterstützung bei der Datenerhebung.
Materials
| Atropine Sulphate salt monohydrate, ≥97% (TLC), crystalline | Sigma-Aldrich | 5908-99-6 | Stored in Dessicator |
| Axon Digidata 1550B | |||
| Calcium chloride | Sigma-Aldrich | 10035-04-8 | |
| Clampex 10.7 | |||
| D-(+)-Glucose ≥ 99.5% (GC) | Sigma-Aldrich | 50-99-7 | |
| Eyegel | Dechra | ||
| Isoflurane | RWD Life Sciences | R510-22 | |
| Magnesium chloride hexahydrate, BioXtra, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7791-18-6 | |
| Matrix electrodes, Tungsten | FHC | 18305 | |
| Multiclamp 700B Amplifier | |||
| Potassium chloride, BioXtra, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | |
| Potassium phosphate monobasic anhydrous ≥99% | Sigma-Aldrich | 7778-77-0 | Stored in Dessicator |
| Pump | Longer precision pump Co., Ltd | T-S113&JY10-14 | |
| Silicone oil | Sigma-Aldrich | 63148-62-9 | |
| Sodium Bicarbonate, BioXtra, 99.5-100.5% | Sigma-Aldrich | 144-55-8 | |
| Sodium Chloride, BioXtra, ≥99.5% (AT) | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | |
| Sodium phosphate monobasic, powder | Sigma-Aldrich | 7558-80-7 | |
| Sucrose, ≥ 99.5% (GC) | Sigma-Aldrich | 57-50-1 | |
| Temperature controller | Warner Instruments | TC-324C | |
| Tungsten microelectrodes | FHC | 20843 | |
| Urethane, ≥99% | Sigma-Aldrich | 51-79-6 | |
| Vibratome | Leica | VT-1200S | |
| Water bath | Grant Instruments | SAP12 |
References
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