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Artigo de método

Manipulação optogenetic de circuitos neural durante a monitoração sono/Estados do wakefulness nos ratos

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DOI:

10.3791/58613

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19 de junho de 2019

 ,  , 

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

Aqui, nós descrevemos métodos da manipulação optogenética de tipos particulares de neurônios durante a monitoração de Estados do sono/wakefulness nos ratos, apresentando nosso trabalho recente no núcleo da cama do terminalis do stria como um exemplo.

Resumo

Nos últimos anos, a optogenética tem sido amplamente utilizada em muitos campos da pesquisa neurocientífica. Em muitos casos, um opsin, tal como a canaleta rodopsina 2 (ChR2), é expressado por um vetor do vírus em um tipo particular de pilhas neuronal em vários ratos do CRE-excitador. A ativação desses opsinas é desencadeada pela aplicação de pulsos leves que são entregues por laser ou LED através de cabos ópticos, e o efeito da ativação é observado com resolução de tempo muito alta. Os experimentadores são capazes de estimular agudamente os neurônios enquanto monitoram o comportamento ou outro resultado fisiológico em camundongos. A optogenética pode permitir estratégias úteis para avaliar a função dos circuitos neuronais na regulação dos Estados de sono/vigília em camundongos. Aqui nós descrevemos uma técnica para examinar o efeito da manipulação optogenética dos neurônios com uma identidade química específica durante o eletroencefalograma (EEG) e a monitoração do electromyogram (EMG) para avaliar o estágio do sono dos ratos. Como um exemplo, nós descrevemos a manipulação de neurônios GABAergic no núcleo da cama do terminalis do stria (BNST). A excitação optogenética aguda desses neurônios desencadeia uma rápida transição para a vigília quando aplicada durante o sono NREM. A manipulação optogenetic junto com a gravação de EEG/EMG pode ser aplicada para decifrar os circuitos neuronal que regulam Estados do sono/wakefulness.

Introdução

O sono é essencial para a função cognitiva ideal. Achados recentes também sugerem que distúrbios no sono estão associados a uma ampla gama de doenças1,2,3. Embora as funções do sono sejam ainda largamente não resolvidas, o progresso substancial foi feito recentemente em compreender os circuitos e os mecanismos neural que controlam Estados do sono/vigília4. Nos mamíferos, há três Estados de vigilância: vigília, sono não-rápido do movimento de olho (NREM), e sono rápido do movimento de olho (REM). A vigília é caracterizada por oscilações rápidas de EEG (....

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Protocolo

Todos os experimentos aqui foram aprovados pelo Comitê de experimentação e uso de animais da Universidade de Tsukuba, cumprindo as diretrizes da NIH.

1. cirurgia animal, injeção de vírus, eletrodo para EEG/EMG, e implante de fibra óptica

Atenção: Devem ser seleccionadas técnicas adequadas de protecção e manuseamento, com base no nível de biossegurança do vírus a ser utilizado. O AAV deve ser usado em um quarto isolado P1A classific para a injeção, e o tubo que carreg AAV deve ser sterilized com uma autoclave depois que todo o volume é usado acima. O local cirúrgico e todo o material implant....

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Resultados

O estudo atual mostrou o efeito da excitação optogenética de neurônios de GABABNST na transição do estado de sono. ChR2-EYFP foi expressado focal em neurônios de GABA no BNST. Um estudo Histochemical in situ da hibridação mostrou que ChR2-EYFP estêve colocalizado nos neurônios que expressam o GAD 67 sinais do mRNA, indicando que estes são os neurônios GABAergic. As amostras da fatia de immunohistochemical confirmaram a posição da fibra ótica, cuja a ponta era apenas acima do BN.......

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Discussão

Nós apresentamos aqui um método para avaliar o efeito da estimulação optogenética dos neurônios com as identidades químicas particulares em transições do estado do sono/vigília e deu um exemplo da manipulação de neurônios de GABABNST . Nossos dados mostraram que a excitação optogenética de neurônios de GABABNST conduz à transição imediata do sono de NREM ao wakefulness.

Os vários projetos experimentais estão disponíveis por causa do desenvolvimento de tipos numerosos de f.......

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Divulgações

Este projeto foi parcialmente apoiado financeiramente pela Merck & Co.

Agradecimentos

Este estudo foi apoiado pelo programa de estudos do investigador da Merck (#54843), um subsídio de ajuda de KAKENHI para pesquisa científica sobre áreas inovadoras, "WillDynamics" (16H06401) (TS), e um subsídio de KAKENHI para pesquisa exploratória em áreas inovadoras (TS) (18H02595).

....

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
1x1 Juntas Rotativas de Fibra ÓpticaDoricFRJ 1x1 FC-FCpara optogenética
Cabeçalho de 6 pinosKEL corporationDSP02-006-431G
Soquete de 6 pinosHirose21602X3GSE
Conversor A/DNippon kodenN/AConversor analógico para digital
AAV10-EF1a-DIO-ChR2-EYFP3,70 vezes; 1013(cópias genômicas/ml)
AAV10-EF1a-DIO-EYFP5,82&vezes; 1013 (cópias genômicas/ml)
AmpicilinaFuji filme014-23302
AmplificadorNippon kodenN / Apara gravação de EEG / EMG
Vaporizador anestésicoMuromachiMK-AT-210D
Injetador automáticoKD científico780311
cortador de carbonetoMinitorB1055φ 0,7 mm. Referido como broca dental, usado com micromotor rotativo de alta velocidade 
Adesão de cianoacrilato  (Aron alfa A) e aceleraçãoKonishi# 30533
Luz de polimerização dental3MElipar S10
Adesivo epóxiKonishi# 04888isolamento ao redor da solda de 6 pinos e cabo blindado Cabo de
remendo de fibra óptica (ramificação)DoricBFP (#) _50/125 / 900-0,22
< em> Gad67 < / em>-Crefornecido pelo Dr. Kenji SakimuraO gene Cre recombinase é introduzido no alelo Gad67 Seringa
de micromotor rotativo de alta velocidadeHamiltonUsado com cortador de carboneto
Cerâmica de 2,5 mm 
IsofluranoPfizer871119
Laser   Rapp OptoElectronicN/A473 nm comprimento de onda
Verificador de intensidade a laserCOERENTE1098293
Estimulador a laserBio research centerSTO2referido como gerador de pulso em texto
Fibra óptica com ferrule ThorlabFP200URT-CANNULA-SP-JP
pAAV2-rh10fornecido por PennVector Core
pAAV-EF1a-DIO-EYFP-WPRE-HGHpAAddgeneplasimid # 20296
pAAV-EF1a-DIO-hChR2(H134R)-EYFP-WPRE-HGHpAfornecido pelo Dr. Karl Deisseroth
Cabo de remendoDoricD202-9089-0.40.4m de comprimento, condutor de laser entre laser e junta rotativa
pHelperStratagene
Cimento dentário fotocurável3M56846
Braçadeira SerafinStoelting52120-43P
Cabo blindadomogamiW2780Solda a soquete de 6 pinos para gravação de EEG/EMG
Câmara de gravação do sonoN/AN/AFeito sob medida (21 cm× 29 cm × 19 cm) com suporte para tanque de água
Software de sinal de sonoKISSEI COMTECN/Apara análise de EEG/EMG
Anel deslizanteneuroscience,incN/Apara análise de EEG/EMG
Parafuso de aço inoxidávelYamazakiN/Aφ 1.0 x 2.0
Fio inoxidávelFio CoonerAS633  0,0130 polegadas de diâmetro
quadro estereotáxico com console digitalKophN / AModelo 940
Agulha de seringaHamilton7803-05
Software gravador vitalKISSEI COMTECN / Apara gravação de EEG / EMG
Hamilton Kit 65461-01 FOREDOM K.1070 Manga interconectada Thorlab ADAF1φ

Referências

  1. Spoormaker, V. I., Montgomery, P. Disturbed sleep in post-traumatic stress disorder: Secondary symptom or core feature? Sleep Medicine Reviews. 12 (3), 169-184 (2008).
  2. Dworak, M., Wiater, A., Alfer, D., Stephan, E., Hollmann, W., Struder, H. K.

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Reimpressões e permissões

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