Summary

التصوير بالفاصل الزمني للتشجير العصبي باستخدام وضع العلامات على الفيروسات المرتبطة بالأدينو المتناثرة لمجموعات خلايا الشبكية المستهدفة وراثيا

Published: March 19, 2021
doi:

Summary

هنا ، نقدم طريقة للتحقيق في مورفوجينيا العصب في شبكية العين بعد الولادة بواسطة المجهر البؤري بفاصل زمني. نحن نصف نهجا لوضع العلامات المتناثرة واكتساب أنواع خلايا الشبكية وعملياتها الدقيقة باستخدام ناقلات الفيروسات المرتبطة بالغدية المؤتلفة التي تعبر عن البروتينات الفلورية المستهدفة بالغشاء بطريقة تعتمد على Cre.

Abstract

يتطلب اكتشاف الآليات التي تنميط العرش التغصني طرقا لتصور التشعبات وتصويرها وتحليلها أثناء التطوير. شبكية العين الفأر هو نظام نموذجي قوي للتحقيق في الآليات الخاصة بنوع الخلية لتكوين الخلايا العصبية والاتصال. تنظيم وتكوين الأنواع الفرعية للشبكية محددة جيدا، والأدوات الجينية متاحة للوصول إلى أنواع محددة أثناء النمو. كما أن العديد من أنواع خلايا الشبكية تقيد التشعبات و / أو المحاور العصبية الخاصة بها إلى طبقات ضيقة ، مما يسهل التصوير بفاصل زمني. تعتبر مزارع استئصال شبكية العين للفئران مناسبة تماما لتصوير الخلايا الحية باستخدام المجهر البؤري أو متعدد الفوتونات ، ولكن الطرق المحسنة لتصوير ديناميكيات التشعبات ذات الدقة الزمنية والهيكلية غير موجودة. تظهر هنا طريقة لتسمية وتصوير تطور مجموعات شبكية محددة تتميز بنظام Cre-Lox بشكل ضئيل. الفيروسات المرتبطة بالغدية المتاحة تجاريا (AAVs) المستخدمة هنا عبرت عن البروتينات الفلورية المستهدفة بالغشاء بطريقة تعتمد على Cre. ينتج عن الولادة داخل العين ل AAVs في الفئران حديثي الولادة وضع علامات الفلورسنت على أنواع الخلايا المستهدفة قبل 4-5 أيام بعد الحقن (dpi). يمكن اكتشاف إشارات الفلورسنت الغشائية عن طريق التصوير البؤري وحل هياكل الفروع الدقيقة والديناميكيات. يتم الحصول على مقاطع فيديو عالية الجودة تمتد من 2 إلى 4 ساعات من تصوير الحوامل المسطحة للشبكية التي يتم دمجها مع السائل الدماغي الشوكي الاصطناعي المؤكسج (aCSF). كما يتم توفير خط أنابيب ما بعد معالجة الصور لإزالة الالتفاف وتصحيح الانجراف ثلاثي الأبعاد (3D). يمكن استخدام هذا البروتوكول لالتقاط العديد من السلوكيات الخلوية في شبكية العين السليمة وتحديد العوامل الجديدة التي تتحكم في تكوين الخلايا العصبية. ستكون العديد من الاستراتيجيات التنموية التي تم تعلمها في شبكية العين ذات صلة بفهم تكوين الدوائر العصبية في أماكن أخرى من الجهاز العصبي المركزي.

Introduction

تشكل تشعبات الخلايا العصبية الشبكية أنماطا معقدة، ولكنها محددة، تؤثر على وظيفتها داخل الدوائر العصبية. في شبكية العين الفقارية، تحمل أنواع متنوعة من الخلايا العقدية الشبكية (RGCs) والخلايا العصبية الداخلية لخلايا أماكرين مورفولوجيا تغصنية فريدة تختلف في حجم الشجرة وموقعها وطول فرعها وكثافتها1. أثناء تطور ما بعد الولادة، تقوم RGCs وخلايا أماكرين بتوسيع العمليات الشجيرية الوفيرة إلى عصبية تسمى الطبقة الضفيرية الداخلية (IPL)، حيث تتلقى مدخلات الخلايا ثنائية القطب التي تنقل إشارات المستقبلات الضوئية2. وكما تم التقاطه من خلال التصوير بفاصل زمني لمجموعات شبكية العين الموصوفة بالفلورسنت في يرقات الكتاكيت أو الزرد، فإن التشكل التشعبي ديناميكي للغاية3،4،5. في غضون أيام ، تتوسع العرش الشجيرية ، وتعيد تشكيلها ، وتتشعب إلى طبقات فرعية ضيقة من IPL ، حيث تتشابك مع شركاء مختارين. تظهر العرش ديناميكيات هيكلية مختلفة على التنمية ، مع تغيرات في المعدلات النسبية لإضافة الفرع والتراجع والاستقرار. تظهر التشعبات Amacrine و RGC أيضا سلوكيات مختلفة للنمو وإعادة التشكيل قد تعكس التشجير الخاص بالنوع. ومع ذلك ، تتبعت هذه الدراسات مجموعات واسعة من الأماكرين أو RGC وركزت على الاستهداف الرقائقي ، وهو مجرد جانب واحد من جوانب المورفولوجيا.

الآليات التي تنتج التنوع المورفولوجي الهائل الذي لوحظ عبر الأنواع الفرعية للشبكية غير مفهومة بشكل جيد. كان الهدف من هذه المجموعة هو تطوير طريقة لالتقاط ديناميكيات التشعبات وإعادة تشكيل الشجرة لأنواع فرعية محددة من الشبكية في الفئران. يتطلب تحديد الآليات الخاصة بنوع الخلية لنمط التشعبات طرقا لتصور وقياس سلوكيات التشعبات للخلايا ذات الاهتمام. تعتبر الثقافات العضوية لشبكية العين الفئران مناسبة تماما لدراسات تصوير الخلايا الحية باستخدام المجهر البؤري أو متعدد الفوتونات. يتم تشريح الشبكية النامية وتركيبها في إكسبوات مسطحة يمكن تصويرها لعدة ساعات في غرفة التسجيل أو استزراعها على مدى بضعة أيام مع تأثيرات محدودة على الدوائر6,7. يمكن تصنيف الخلايا العصبية الحية في شبكية العين من خلال مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك ملء الصبغة بواسطة الأقطاب الكهربائية، والمعالجة الكهربائية، والتسليم الحيوي للجسيمات المغلفة بالأصباغ المحبة للدهون أو البلازميدات التي تشفر البروتينات الفلورية (على سبيل المثال، Gene Gun)، بالإضافة إلى ملصقات الخلايا المشفرة وراثيا7،8،9،10 . ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب غير فعالة لتصوير ديناميكيات التشعبات لأنواع فرعية محددة من الشبكية. على سبيل المثال ، طرق ملء الأصباغ منخفضة الإنتاجية وتتطلب جهاز الفيزيولوجيا الكهربية وملصقات جينية إضافية لاستهداف الخلايا ذات الأهمية بشكل موثوق. علاوة على ذلك ، يمكن لإشارات التألق القوية في السوما أن تحجب التشعبات القريبة.

يمكن لطرق توصيل الجينات الحيوية تسمية عشرات الخلايا في وقت واحد ، ولكن الخطوات التي تنطوي على توصيل الجسيمات عالية الضغط وحضانة الشبكية المعزولة بين عشية وضحاها يمكن أن تضر بفسيولوجيا الخلايا والنمو الشجيري. تقترح هذه الورقة أنه يمكن استخدام الأدوات الجينية الحديثة لالتقاط ديناميكيات التشعبات المبكرة مع نوع الخلية والدقة الهيكلية ، بالنظر إلى المعايير التجريبية التالية. أولا ، لحل الفروع الدقيقة والفيلوبوديا التي تهيمن على العرش النامي ، يجب أن تقوم الطريقة بتسمية الخلايا العصبية بالبروتينات الفلورية الساطعة التي تملأ العمليات في الشجرة بأكملها. يجب ألا تتلاشى العلامات الفلورية بسبب التبييض الضوئي خلال فترة التصوير. تم إنشاء مجموعة متنوعة من متغيرات البروتين الفلوري ومقارنتها من أجل ملاءمتها للتصوير في الجسم الحي / خارج الجسم الحي11 بناء على السطوع والاستقرار الضوئي. ثانيا ، يجب التعبير عن البروتينات الفلورية (XFPs) بمستويات عالية بما فيه الكفاية بحلول المرحلة المبكرة من تكوين أشكال التشعبات ، بحيث لا يتم تفويت نافذة النمو الضيقة. في تحليلات النقاط الزمنية الثابتة في شبكية العين الفأرية، يحدث تطور التشعبات خلال الأسبوع الأول بعد الولادة ويشمل مراحل النمو وإعادة التشكيل والاستقرار10،12،13،14،15. ثالثا ، يجب أن تؤدي الطريقة إلى وضع علامات انتقائية أو إلى زيادة احتمال وضع العلامات على السكان الفرعيين للخلايا العصبية ذات الاهتمام. رابعا ، يجب أن يكون وضع العلامات على السكان الفرعيين المستهدفين متناثرا بما فيه الكفاية بحيث يمكن تحديد الشجرة العصبية بأكملها وتتبعها. على الرغم من أنه يمكن تمييز الأنواع الفرعية RGC و amacrine من خلال خصائصها المورفولوجية الناضجة وأنماط التقسيم الطبقي IPL16،17،18،19،20 ، فإن التحدي هو تحديد الأنواع الفرعية أثناء التطوير بناء على هياكل غير ناضجة. يتم تسهيل هذه المهمة من خلال توسيع الأدوات المعدلة وراثيا لتسمية أنواع محددة من خلايا الشبكية أثناء التطوير.

تستخدم خطوط الفئران المعدلة وراثيا والطرق السريعة التي يتم فيها تحديد التعبير الخلوي والزمني للبروتينات الفلورية أو Cre بواسطة العناصر التنظيمية الجينية على نطاق واسع لدراسة أنواع خلايا الشبكية13،21،22،23. وقد جاءت الملاحظات الرئيسية حول أنماط محددة من النوع الفرعي لتطور التشعبات من دراسات شبكية العين الفئران المعدلة وراثيا في نقاط زمنية ثابتة10،14،24،25. يتيح نظام Cre-Lox ، على وجه الخصوص ، معالجة الجينات الرائعة ومراقبة الأنواع الفرعية باستخدام مجموعة متنوعة من المراسلين المعتمدين على المؤتلف وأجهزة الاستشعار والمنشطات البصرية الوراثية. وقد أدت هذه الأدوات إلى اكتشاف برامج جزيئية خاصة بنوع فرعي وخصائص وظيفية تكمن وراء تجميع دائرة الشبكية26،27،28،29،30. ومع ذلك ، لم يتم الاستفادة منها بعد لدراسة ديناميكيات التشعبات الخاصة بالنوع الفرعي في شبكية العين الفأرية. يمكن تحقيق وضع العلامات منخفضة الكثافة من خلال الجمع بين خطوط الماوس Cre والجينات المحورة التي يتم إدخالها بواسطة الكهربية أو بواسطة AAVs المؤتلفة. إذا كان ذلك متاحا، يمكن أيضا استخدام خطوط كري المستحثة بالتاموكسيفين أو الاستراتيجيات الجينية المتقاطعة. وأخيرا، ينبغي وضع علامة على الخلية بطريقة طفيفة التوغل وتصويرها باستخدام معلمات الاكتساب حتى لا تتعرض الأنسجة للخطر أو تتداخل مع الوظيفة الخلوية اللازمة لتكوين التشعبات.

تظهر هنا طريقة لتطبيق الأدوات المعدلة وراثيا والمجهر البؤري للتحقيق في ديناميكيات التشعبات في عمليات استئصال شبكية العين الحية للفئران. تم دمج خطوط الفئران المعدلة وراثيا Cre مع ناقلات AAV التي تعبر عن البروتينات الفلورية عند إعادة تركيب Cre ، مما يسمح بوضع علامات متفرقة على خلايا الشبكية ذات الاهتمام. يتم تسليم AAVs المتاحة تجاريا إلى شبكية العين حديثي الولادة عن طريق الحقن داخل الجسم الزجاجي. توضح هذه الورقة أن AAVs تنتج تعبيرا فلوريا عاليا وخاصا بنوع الخلية بنسبة 4 نقاط في البوصة ، مما يسمح بالوصول إلى نقاط زمنية بعد الولادة. ولتوضيح هذا النهج، تم تصنيف الإنترنورون الأماكرين “الانفجار النجمي” الكوليني عن طريق توصيل Brainbow AAV في الفئران حديثي الولادة التي تعبر عن أستيل ترانسفيراز الكولين (ChAT) – موقع دخول الريبوسوم الداخلي (IRES)-Cre transgene ، والذي ينشط في شبكية العين المبكرة بعد الولادة31,32. تطور خلايا الأماكرين النجمية مورفولوجيا شجرية نمطية وشعاعية تتشكل من خلال تجنب التعفن الذاتي بوساطة البروتوكادهيرينات المتجمعة33,34. تظهر هذه الورقة أن دقة التشعبات النجمية والفيلوبوديا قد تحسنت بشكل كبير بواسطة XFPs إلى غشاء البلازما مع إضافة زخارف CAAX التي تخضع للفارنيزيل ، كما هو مستخدم في Brainbow AAVs31. وأخيرا، تم تحديد بروتوكولات التصوير بالفاصل الزمني وما بعد المعالجة التي تنتج صورا عالية الجودة قابلة لإعادة بناء التشعبات والقياس الكمي المورفومتري. يمكن استخدام هذا البروتوكول لتحديد العوامل التي تتحكم في تشكل التشعبات والتقاط العديد من السلوكيات الخلوية في شبكية العين السليمة.

Protocol

ملاحظة: يمتد هذا البروتوكول لمدة يومين مع فترة لا تقل عن 4-5 أيام للنقل الفيروسي بين الأيام التجريبية (الشكل 1A). يتم إجراء التجارب على الحيوانات وفقا للمجلس الكندي للمبادئ التوجيهية لرعاية الحيوانات لاستخدام الحيوانات في البحوث ورعاية الحيوانات المختبرية بموجب البروتوكول?…

Representative Results

باستخدام البروتوكول أعلاه ، تم الحصول على فيديو 3D عالي الدقة لتطوير تشعبات خلايا الانفجار النجمي ، وتفكيكها ، وتصحيحها للانجراف 3D. تم إنتاج إسقاطات قصوى على مستوى Z لإنشاء مقاطع فيديو ثنائية الأبعاد للتحليل (الفيديو التكميلي 1 ، الشكل 5A). زاد الالتفاف ثلاثي الأبعا?…

Discussion

يوضح هذا الفيديو خط أنابيب تجريبي يستخدم الأدوات الجينية الحالية لتصوير ديناميكيات التشعبات لتطوير الخلايا العصبية الشبكية مع التصوير الحي البؤري. كما أظهرت الحقن داخل العين من AAVs المعتمدة على Cre التي تشفر البروتينات الفلورية المستهدفة بالغشاء في الفئران حديثي الولادة. يتم تصنيف الخلاي…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر ماديسون غراي على إعطائي يد العون عندما لم يكن لدي أي يد. تم دعم هذا البحث من قبل منحة NSERC Discovery (RGPIN-2016-06128) ، وزمالة سلون في علم الأعصاب وكرسي أبحاث كندي من المستوى 2 (إلى J.L.L). تم دعم S. Ing-Esteves من قبل برنامج أبحاث علوم الرؤية ومنح NSERC للدراسات العليا – الدكتوراه.

Materials

Addgene viral prep #45185-AAV9
Addgene viral prep #45186-AAV9
Dissection tools
Cellulose filter paper Whatman 1001-070
Dumont #5 fine forceps FST 11252-20 Two Dumont #5 forceps are required for retinal micro-dissection
Dumont forceps VWR 82027-426
Fine Scissors FST 14058-09
Mixed cellulose ester membrane (MCE) filter papers, hydrophilic, 0.45 µm pore size Millipore HABG01 300
Petri Dish, 50 × 15 mm VWR 470313-352
Polyethylene disposable transfer pipette VWR 470225-034
Round tip paint brush, size 3/0 Conventional art supply store Two size 3/0 paint brushes (or smaller) are required for retinal flat-mounting
Surgical Scissors FST 14007-14
Vannas Spring Scissors – 2.5 mm Cutting Edge FST 15000-08
Live-imaging incubation system
Chamber polyethylene tubing, PE-160 10' Warner Instruments 64-0755
Dual channel heater controller, Model TC-344C Warner Instruments 64-2401
HC FLUOTAR L 25x/0.95 W VISIR dipping objective Leica 15506374
Heater controller cable Warner Instruments CC-28
Large bath incubation chamber with slice support Warner Instruments RC-27L
MPII Mini-Peristaltic Pump Harvard Apparatus 70-2027
PM-6D Magnetic Heated Platform (incubation chamber heater) Warner Instruments PM-6D
Pump Head Tubing Pieces For MPII Mini-Peristaltic Pump Harvard Apparatus 55-4148
Sample anchor (Harps) Warner Instruments 64-0260 Sample anchor must be compatible with incubation chamber
Sloflo In-line Solution Heater Warner Instruments SF-28
Neonatal Injections
10 µL Microliter Syringe Series 700, Removable Needle Hamilton Company 80314
30 G Hypodermic Needles (0.5 inch) BD PrecisionGlide 305106
4 inch thinwall glass capillary, no filament (1.0 mm outer diameter/0.75 mm)  WPI World Precision Instruments TW100-4
Ethanol 99.8% (to dilute to 70% with double-distilled water [ddH2O]) Sigma-Aldrich V001229 
AAV9.hEF1a.lox.TagBFP. lox.eYFP.lox.WPRE.hGH-InvBYF Penn Vector Core AV-9-PV2453 Addgene Plasmid #45185 
AAV9.hEF1a.lox.mCherry.lox.mTFP
1.lox.WPRE.hGH-InvCheTF
Penn Vector Core AV-9-PV2454 Addgene Plasmid #45186
ChAT-IRES-Cre knock-in transgenic mouse line The Jackson Laboratory 6410
Fast Green FCF Dye content ≥85 % Sigma-Aldrich F7252-25G
Flaming/Brown Micropipette Puller, model P-97 Sutter Instrument Co. P-97
Green tattoo paste Ketchum MFG Co 329A
Phosphate-Buffered Saline, pH 7.4, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture Sigma-Aldrich 806552
Pneumatic PicoPump WPI World Precision Instruments PV-820
Oxygenated artifiial cerebrospinal fluid (aCSF) Reagents
Calcium chloride dihydrate (CaCl2·2H2O) Sigma-Aldrich C7902
Carbogen (5% CO2, 95% O2) AirGas X02OX95C2003102 Supplier may vary depending on region
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G7021
HEPES, Free Acid Bio Basic HB0264
Hydrochloric acid solution, 1 N Sigma-Aldrich H9892
Magnesium chloride hexahydrate (MgCl2·6H2O) Sigma-Aldrich M2670
pH-Test strips (6.0-7.7) VWR BDH35317.604
Potassium chloride (KCl) Sigma-Aldrich P9541
Sodium chloride (NaCl) Bio Basic DB0483
Sodium phosphate monobasic (NaH2PO4) Sigma-Aldrich RDD007
Software
ImageJ National Institutes of Health (NIH) Open source

References

  1. Lefebvre, J. L., Sanes, J. R., Kay, J. N. Development of dendritic form and function. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 31, 741-777 (2015).
  2. Graham, H. K., Duan, X. Molecular mechanisms regulating synaptic specificity and retinal circuit formation. Wiley Interdisciplinary Reviews Developmental biology. 10 (1), 379 (2021).
  3. Godinho, L., et al. Targeting of amacrine cell neurites to appropriate synaptic laminae in the developing zebrafish retina. Development. 132 (22), 5069-5079 (2005).
  4. Mumm, J. S., et al. In vivo imaging reveals dendritic targeting of laminated afferents by zebrafish retinal ganglion cells. Neuron. 52 (4), 609-621 (2006).
  5. Wong, W. T., Faulkner-Jones, B. E., Sanes, J. R., Wong, R. O. Rapid dendritic remodeling in the developing retina: dependence on neurotransmission and reciprocal regulation by Rac and Rho. The Journal of Neuroscience. 20 (13), 5024-5036 (2000).
  6. Wei, W., Elstrott, J., Feller, M. B. Two-photon targeted recording of GFP-expressing neurons for light responses and live-cell imaging in the mouse retina. Nature Protocols. 5 (7), 1347-1352 (2010).
  7. Morgan, J. L., Wong, R. O. L. Ballistic labeling with fluorescent dyes and indicators. Current Protocols in Neuroscience. 43 (1), 1-10 (2008).
  8. Nickerson, P. E. B., et al. Live imaging and analysis of postnatal mouse retinal development. BMC Developmental Biology. 13, 24 (2013).
  9. Morgan, J. L., Dhingra, A., Vardi, N., Wong, R. O. L. Axons and dendrites originate from neuroepithelial-like processes of retinal bipolar cells. Nature Neuroscience. 9 (1), 85-92 (2006).
  10. Coombs, J. L., Van Der List, D., Chalupa, L. M. Morphological properties of mouse retinal ganglion cells during postnatal development. The Journal of Comparative Neurology. 503 (6), 803-814 (2007).
  11. Cranfill, P. J., et al. Quantitative assessment of fluorescent proteins. Nature Methods. 13 (7), 557-562 (2016).
  12. Stacy, R. C., Wong, R. O. L. Developmental relationship between cholinergic amacrine cell processes and ganglion cell dendrites of the mouse retina. The Journal of Comparative Neurology. 456 (2), 154-166 (2003).
  13. Kay, J. N., et al. Retinal ganglion cells with distinct directional preferences differ in molecular identity, structure, and central projections. The Journal of Neuroscience. 31 (21), 7753-7762 (2011).
  14. Liu, J., Sanes, J. R. Cellular and molecular analysis of dendritic morphogenesis in a retinal cell type that senses color contrast and ventral motion. The Journal of Neuroscience. 37 (50), 12247-12262 (2017).
  15. Diao, L., Sun, W., Deng, Q., He, S. Development of the mouse retina: emerging morphological diversity of the ganglion cells. Journal of Neurobiology. 61 (2), 236-249 (2004).
  16. Coombs, J., vander List, D., Wang, G. Y., Chalupa, L. M. Morphological properties of mouse retinal ganglion cells. 신경과학. 140 (1), 123-136 (2006).
  17. Sanes, J. R., Masland, R. H. The types of retinal ganglion cells: current status and implications for neuronal classification. Annual Review of Neuroscience. 38, 221-246 (2015).
  18. Sümbül, U., et al. A genetic and computational approach to structurally classify neuronal types. Nature Communications. 5, 3512 (2014).
  19. Lin, B., Masland, R. H. Populations of wide-field amacrine cells in the mouse retina. The Journal of Comparative Neurology. 499 (5), 797-809 (2006).
  20. Macneil, M. A., Heussy, J. K., Dacheux, R. F., Raviola, E., Masland, R. H. The shapes and numbers of amacrine cells: Matching of photofilled with Golgi-stained cells in the rabbit retina and comparison with other mammalian species. Journal of Comparative Neurology. 413 (2), 305-326 (1999).
  21. Ivanova, E., Hwang, G. S., Pan, Z. H. Characterization of transgenic mouse lines expressing Cre recombinase in the retina. 신경과학. 165 (1), 233-243 (2010).
  22. Jo, A., Xu, J., Deniz, S., Cherian, S., DeVries, S. H., Zhu, Y. Intersectional strategies for targeting amacrine and ganglion cell types in the mouse retina. Frontiers in Neural Circuits. 12, 66 (2018).
  23. Siegert, S., et al. Genetic address book for retinal cell types. Nature Neuroscience. 12 (9), 1197-1204 (2009).
  24. Kim, I. -. J., Zhang, Y., Meister, M., Sanes, J. R. Laminar restriction of retinal ganglion cell dendrites and axons: subtype-specific developmental patterns revealed with transgenic markers. The Journal of Neuroscience. 30 (4), 1452-1462 (2010).
  25. Peng, Y. -. R., Tran, N. M., Krishnaswamy, A., Kostadinov, D., Martersteck, E. M., Sanes, J. R. Satb1 regulates contactin 5 to pattern dendrites of a mammalian retinal ganglion cell. Neuron. 95 (4), 869-883 (2017).
  26. Duan, X., Krishnaswamy, A., Dela Huerta, I., Sanes, J. R. Type II cadherins guide assembly of a direction-selective retinal circuit. Cell. 158 (4), 793-807 (2014).
  27. Ray, T. A., et al. Formation of retinal direction-selective circuitry initiated by starburst amacrine cell homotypic contact. eLife. 7, 34241 (2018).
  28. Krishnaswamy, A., Yamagata, M., Duan, X., Hong, Y. K., Sanes, J. R. Sidekick 2 directs formation of a retinal circuit that detects differential motion. Nature. 524 (7566), 466-470 (2015).
  29. Caval-Holme, F., Zhang, Y., Feller, M. B. Gap junction coupling shapes the encoding of light in the developing retina. Current Biology. 29 (23), 4024-4035 (2019).
  30. Lucas, J. A., Schmidt, T. M. Cellular properties of intrinsically photosensitive retinal ganglion cells during postnatal development. Neural Development. 14 (1), 8 (2019).
  31. Cai, D., Cohen, K. B., Luo, T., Lichtman, J. W., Sanes, J. R. Improved tools for the Brainbow toolbox. Nature Methods. 10 (6), 540-547 (2013).
  32. Rossi, J., et al. Melanocortin-4 receptors expressed by cholinergic neurons regulate energy balance and glucose homeostasis. Cell Metabolism. 13 (2), 195-204 (2011).
  33. Lefebvre, J. L., Kostadinov, D., Chen, W. V., Maniatis, T., Sanes, J. R. Protocadherins mediate dendritic self-avoidance in the mammalian nervous system. Nature. 488 (7412), 517-521 (2012).
  34. Ing-Esteves, S., et al. Combinatorial effects of alpha- and gamma-protocadherins on neuronal survival and dendritic self-avoidance. The Journal of Neuroscience. 38 (11), 2713-2729 (2018).
  35. Williams, P. R., Morgan, J. L., Kerschensteiner, D., Wong, R. O. L. In vitro imaging of retinal whole mounts. Cold Spring Harbor Protocols. 2013 (1), (2013).
  36. Ramoa, A. S., Campbell, G., Shatz, C. J. Transient morphological features of identified ganglion cells in living fetal and neonatal retina. Science. 237 (4814), 522-525 (1987).
  37. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9, 676-682 (2012).
  38. Peng, H., Ruan, Z., Long, F., Simpson, J. H., Myers, E. W. V3D enables real-time 3D visualization and quantitative analysis of large-scale biological image data sets. Nature Biotechnology. 28 (4), 348-353 (2010).
  39. Cuntz, H., Forstner, F., Borst, A., Häusser, M. One rule to grow them all: a general theory of neuronal branching and its practical application. PLoS Computational Biology. 6 (8), 1000877 (2010).
  40. Xiao, H., Peng, H. APP2: automatic tracing of 3D neuron morphology based on hierarchical pruning of a gray-weighted image distance-tree. Bioinformatics. 29 (11), 1448-1454 (2013).
  41. Nanda, S., et al. Design and implementation of multi-signal and time-varying neural reconstructions. Scientific data. 5, 170207 (2018).
  42. Sherry, D. M., Wang, M. M., Bates, J., Frishman, L. J. Expression of vesicular glutamate transporter 1 in the mouse retina reveals temporal ordering in development of rod vs. cone and ON vs. OFF circuits. The Journal of Comparative Neurology. 465 (4), 480-498 (2003).
  43. Johnson, J., et al. Vesicular neurotransmitter transporter expression in developing postnatal rodent retina: GABA and glycine precede glutamate. The Journal of Neuroscience. 23 (2), 518-529 (2003).
  44. Jüttner, J., et al. Targeting neuronal and glial cell types with synthetic promoter AAVs in mice, non-human primates and humans. Nature Neuroscience. 22 (8), 1345-1356 (2019).
  45. Zincarelli, C., Soltys, S., Rengo, G., Rabinowitz, J. E. Analysis of AAV serotypes 1-9 mediated gene expression and tropism in mice after systemic injection. Molecular Therapy. 16 (6), 1073-1080 (2008).
  46. Petros, T. J., Rebsam, A., Mason, C. A. In utero and ex vivo electroporation for gene expression in mouse retinal ganglion cells. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (31), e1333 (2009).
  47. Lye, M. H., Jakobs, T. C., Masland, R. H., Koizumi, A. Organotypic culture of adult rabbit retina. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (3), e190 (2007).
  48. Pignatelli, V., Strettoi, E. Bipolar cells of the mouse retina: a gene gun, morphological study. The Journal of Comparative Neurology. 476 (3), 254-266 (2004).
  49. Huckfeldt, R. M., et al. Transient neurites of retinal horizontal cells exhibit columnar tiling via homotypic interactions. Nature Neuroscience. 12 (1), 35-43 (2009).
  50. Prahst, C., et al. Mouse retinal cell behaviour in space and time using light sheet fluorescence microscopy. eLife. 9, 49779 (2020).
check_url/kr/62308?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Ing-Esteves, S., Lefebvre, J. L. Time-Lapse Imaging of Neuronal Arborization using Sparse Adeno-Associated Virus Labeling of Genetically Targeted Retinal Cell Populations. J. Vis. Exp. (169), e62308, doi:10.3791/62308 (2021).

View Video