Simultanea a due fotoni<em> In Vivo</em> Imaging di Synaptic ingressi e degli obiettivi postsinaptici nella corteccia mouse retrosplenial
Summary
This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in mouse retrosplenial cortex using in vivo two photon microscopy in Thy1-GFP transgenic line. This approach is combined with injection of mCherry-expressing adeno-associated virus into dorsal hippocampus. These techniques allow long-term monitoring of experience-dependent structural plasticity in RSC.
Abstract
This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in the mouse retrosplenial cortex (RSC) using in vivo two-photon microscopy in Thy1-GFP transgenic mouse line. This approach creates a possibility to investigate the correlation of behavioural manipulations with changes in neuronal morphology in vivo.
The cranial window implantation procedure was considered to be limited only to the easily accessible cortex regions such as the barrel field. Our approach allows visualization of neurons in the highly vascularized RSC. RSC is an important element of the brain circuit responsible for spatial memory, previously deemed to be problematic for in vivo two-photon imaging.
The cranial window implantation over the RSC is combined with an injection of mCherry-expressing recombinant adeno-associated virus (rAAVmCherry) into the dorsal hippocampus. The expressed mCherry spreads out to axonal projections from the hippocampus to RSC, enabling the visualization of changes in both presynaptic axonal boutons and postsynaptic dendritic spines in the cortex.
This technique allows long-term monitoring of experience-dependent structural plasticity in RSC.
Introduction
Microscopia a due fotoni rivoluzionato l'osservazione di attività cerebrale nel vivere e di comportarsi animali. Dalla sua introduzione nel 1990 ha rapidamente guadagnato popolarità ed è ora implementato come uno degli approcci più interessanti e innovative verso l'esame di numerosi aspetti dell'attività cerebrale in vivo 1,2. Queste applicazioni includono le misurazioni del flusso sanguigno, attivazione neuronale (ad esempio, utilizzando indicatori di livello di calcio o di geni precoci immediati espressione) e la morfologia delle cellule neuronali. Un numero crescente di laboratori utilizzano microscopi a due fotoni, l'attuazione della tecnica in tutto il mondo scientifico come un nuovo standard per l'imaging in vivo del cervello.
L'approccio standard prevede l'impianto della finestra del cranio (un foro rotondo nel cranio coperto con una copertura in vetro) oltre il barile o corteccia visiva del cervello di topo 3. Successivamente, a seconda del protocollo sperimentale, il mouse subisce una serie di visualizzazione e allenamenti comportamentali, consentendo di monitorare i cambiamenti nell'attività cerebrale e la morfologia neuronale nel tempo 4,5. In entrambi i casi il craniotomia interessa solo l'osso parietale, senza attraversare le suture. È ampiamente ritiene che il principale svantaggio di questa tecnica è la limitata applicazione cortecce facilmente accessibili come il barile o corteccia visiva. L'impianto della finestra del cranio su altre regioni pone molte difficoltà, a causa di eccessivo sanguinamento e / o ostacoli spaziale.
In questo articolo si propone l'impianto della finestra del cranio sopra la corteccia retrosplenial (RSC) come un'altra possibile regione di interesse per due fotoni in vivo microscopia a 6. RSC è un elemento importante del circuito di cervello responsabile per la formazione della memoria spaziale. Anatomicamente, RSC è una parte di una rete neuronale che collega corticale, ippocampo, talamo e le regioni 7. Èpesantemente coinvolti in una serie di comportamenti, quali l'apprendimento spaziale e l'estinzione, così come la navigazione spaziale 6.
Al fine di visualizzare i cambiamenti morfologici dei neuroni che usiamo una linea di topo transgenico che esprimono la proteina fluorescente verde (GFP) sotto il promotore Thy1. In questi topi, GFP è espressa in circa il 10% dei neuroni nel cervello consentendo chiara visualizzazione degli assoni e dendriti corticali utilizzando microscopia a due fotoni 8. Un'altra innovazione che vi proponiamo è l'iniezione di un ricombinante adeno-associato virus sierotipo 2/1 (rAAV2 / 1) che codifica una proteina fluorescente rossa (mCherry) in una specifica-neurone CaMKII promotore 9 nelle strutture profonde del cervello sporgenti di RSC , come l'ippocampo. L'espressione di rAAV2 / 1 mCherry nell'ippocampo di topo Thy1-GFP permette la visualizzazione simultanea di elementi pre-e post-sinaptici del Hippocampo-cortical sinapsi 10. L'espressione rAAV-driven di mCherry richiede due o tre settimane per la proteina di raggiungere livello sufficiente nei terminali degli assoni. Questo periodo è coerente con il solito tempo richiesto per il recupero di craniotomia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nel documento corrente vi presentiamo un protocollo per la simultanea a due fotoni imaging in vivo degli ingressi sinaptici e gli obiettivi post-sinaptici in RSC attraverso una finestra cranica. La procedura di impianto è composto da diversi passaggi chiave. Innanzitutto, l'animale è profondamente anestetizzati e fissato nel telaio stereotassico, poi il cranio sopra RSC viene diluito con un trapano lungo le linee circolari segnalati e l'osso circolare viene rimosso. Dopo l'emorragia viene arrestat…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare M. Steczkowski per registrazioni vocali, M. Borczyk per i disegni, A. Trąbczyńska per la produzione di virus, M. Ziókowska per la genotipizzazione e A. Mirgos per l'assistenza con le riprese. KR riconosce il dono tipo di virus adeno-associato ricombinante (rAAV) che esprime una proteina fluorescente mCherry sotto il controllo del promotore CaMK da K. Deisseroth. Questo progetto è stato realizzato presso le strutture fondamentali del Laboratorio di modelli animali e laboratorio di tessuti Struttura e funzione, Centro di Neurobiologia, Nencki Istituto di Biologia Sperimentale, con l'utilizzo delle infrastrutture Cept finanziato dall'Unione Europea – Fondo Europeo di Sviluppo regionale all'interno del programma operativo "Economia innovativa" per il periodo 2007-2013. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal National Science Centre: Sonata Bis 2012/05 / E / NZ4 / 02.996, Harmonia 2013/08 / M / NZ3 / 00861, Symfonia 2013/08 / W / NZ24 / 00691 per KR e Sonata Bis 2014 / 14 / E / NZ4 / 00172 RC
Materials
| Drug | |||
| Isoflurane | Baxter | AErrane 8DG9623 | 5-2% pre-operative |
| Isoflurane | Baxter | AErrane 8DG9623 | 1.5-2% during surgery |
| Dexametasone | Scan Vet | Dexasone 2mg/ml | 0.2 mg/kg intramuscular |
| Baytril | Bayer | 2.50% | 5 mg/kg subcutaneously |
| Tolfedine | Vetoquinol | 4% | 4 mg/kg subcutaneously |
| Butomidor | Richter Pharma | 10 mg/ml | 2 mg/kg subcutaneously |
| Carprofen | KRKA-Polska | Rycarfa 50mg/ml | 10 mg/kg subcutaneously |
| Lidocaine | Jelfa | Lignocainum | topically |
| Lidocaine | Jelfa | 20 mg/g | topically |
| Surgery | |||
| Gelfoam | Ethicon | Spongostan dental; REF MS0005 | |
| Eye ointment | Dedra | Lubrithal | topically |
| CA glue | Pelikan Daniel | 20G Huste | |
| Dental acrylic | SpofaDental | Duracryl Plus | |
| Stereotaxic frame | Stoelting | 51500D | |
| Tool | |||
| Coverglass | Harvard Apparatus | HSE-64-0720 | 3 mm diameter |
| Dental drill | Sigmed | Keystone KVet | |
| Fixation bar | Custom made | N/A | M2 or M3 screw nuts could be used |
| Forceps | Renex | PN-7B-SA | |
| Micro scissors | Falcon | BM.183.180 | |
| Dissection microscope | KOZO | XTL6445T | |
| Imaging | |||
| Holder frame | Custom made | N/A | |
| Two-photon microscope | Zeiss | Upright Axio Examiner Z1 | Laser unit: Coherent Chameleon 690-1040nm with Optical Parametric Oscillator 1050-1300nm. Objectives: EC-PLAN-NEUFLUAR 10x/0.1 and LD Plan-APOCHROMAT 20x/1.0. Detection: Zeiss bandpass filters BP 500-550 (GFP) and BP 570-610 (mCherry) separated by beam splitter at 560nm and coupled to two GaAsP photodetectors. |
| Reagent | |||
| Virus | gift from K. Deisseroth | Recombinant adeno-associated virus (rAAV) expressing fluorescent protein mCherry under the control of CaMK promoter |
Referências
- Grutzendler, J., Gan, W. B. Two-photon imaging of synaptic plasticity and pathology in the living mouse brain. NeuroRx. 3, 489-496 (2006).
- Svoboda, K., Yasuda, R. Principles of two-photon excitation microscopy and its applications to neuroscience. Neuron. 50, 823-839 (2006).
- Trachtenberg, J. T., et al. Long-term in vivo imaging of experience-dependent synaptic plasticity in adult cortex. Nature. 420, 788-794 (2002).
- Holtmaat, A., et al. Imaging neocortical neurons through a chronic cranial window. Cold Spring Harb Protoc. 2012, 694-701 (2012).
- Chow, D. K., et al. Laminar and compartmental regulation of dendritic growth in mature cortex. Nat Neurosci. 12, 116-118 (2009).
- Czajkowski, R., et al. Encoding and storage of spatial information in the retrosplenial cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 111, 8661-8666 (2014).
- Czajkowski, R., et al. Superficially projecting principal neurons in layer V of medial entorhinal cortex in the rat receive excitatory retrosplenial input. J Neurosci. 33, 15779-15792 (2013).
- Feng, G., et al. Imaging neuronal subsets in transgenic mice expressing multiple spectral variants of GFP. Neuron. 28, 41-51 (2000).
- Couey, J. J., et al. Recurrent inhibitory circuitry as a mechanism for grid formation. Nat Neurosci. 16, 318-324 (2013).
- Miyashita, T., Rockland, K. S. GABAergic projections from the hippocampus to the retrosplenial cortex in the rat. European Journal of Neuroscience. 26, 1193-1204 (2007).
