Undersøgelse af langsigtet synaptisk plasticitet i Interlamellar hippocampus CARDA ved elektrofysiologisk felt optagelse
Summary
Vi brugte optagelses-og stimulerings elektroder i langsgående hippocampus-hjerne skiver og i længde placerede indspilnings-og stimulerings elektroder i dorsaler-hippocampen in vivo til at fremkalde ekstracellulære postsynaptiske potentialer og demonstrere langsigtet synaptisk plasticitet langs langsgående interlamellar.
Abstract
Studiet af synaptisk plasticitet i hippocampus har fokuseret på brugen af det carnetet lamel-netværk. Mindre opmærksomhed er blevet givet til det langsgående interlamellar Carnot-carnetnet. For nylig er der dog blevet vist en associationel forbindelse mellem carloon-carnetneuroner. Derfor er der behov for at undersøge, om det langsgående interlamellar–carnetnet, som hippocampus understøtter synaptisk plasticitet.
Vi har designet en protokol til at undersøge tilstedeværelsen eller fraværet af langvarig synaptisk plasticitet i interlamellar hippocampus carnetnettet ved hjælp af elektrofysiologiske felt optagelser både in vivo og in vitro. For in vivo ekstracellulære felt optagelser blev optagelses-og stimulerings elektroderne anbragt i en septalt-temporær akse i rygnings-hippocampus i en langsgående vinkel for at fremmane felt excitatoriske postsynaptiske potentialer. Til in vitro-ekstracellulære felt optagelser blev hippocampus-langsgående skiver skåret parallelt med det septiske-temporale plan. Optagelses-og stimulerings elektroder blev anbragt i Stratum Oriens (S. O) og stratum radiatum (S. R) i hippocampus langs langsgående akse. Dette gjorde det muligt for os at undersøge retningsbestemte og lag specificitet af fremkaldte excitatoriske postsynaptiske potentialer. Allerede etablerede protokoller blev anvendt til at inducere langsigtede potensering (LTP) og langvarig depression (LTD) både in vivo og in vitro. Vores resultater viste, at det langsgående interlamellar CARNETNET understøtter N-methyl-D-aspartat (NMDA) receptor-afhængig langsigtet potensering (LTP) uden retningsbestemt eller lagspecificitet. Interlamellar netværket, dog i modsætning til det tværgående lamel netværk, ikke til stede med nogen signifikant langsigtet depression (Ltd).
Introduction
Hippocampus har været meget udbredt i kognitive undersøgelser1,2,3. Hippocampus lamel-netværket i den tværgående akse danner det Tri-synaptiske kredsløb, der består af de dentate gyrus-, carnet-og La-regioner. Lamel-netværket anses for at være en parallel og uafhængig enhed4,5. Dette lamel synspunkt har påvirket brugen af tværgående orientering og tværgående skiver for både in vivo og in vitro elektrofysiologiske studier af hippocampus. I lyset af den nye forskning, den lamel hypotese er ved at blive revurderet6 og opmærksomhed er også givet til interlamellar netværk af hippocampus. Med hensyn til hippocampus interlamellar-netværket har Carnot-regionen længe været undersøgt7,8,9,10, men den langsgående relativt lidt opmærksomhed indtil for nylig. Med hensyn til CARNET’S interlamellar-netværk har de kortsigtede synaptiske egenskaber langs den dorsoventrale langsgående hippocampus-akse af rotter vist sig at variere11. Også klynger af hippocampus celler reagerer på den fase og stedet blev fundet at være arrangeret systematisk langs den langsgående akse af hippocampen i rotter, undergår en kort sigt hukommelse opgave12. Også, epileptiske beslaglæggelse aktiviteter blev fundet at være synkroniseret langs hele hippocampus langs langsgående akse13.
De fleste undersøgelser af den langsgående Carnot-hippocampus-region har imidlertid udnyttet input fra Carnot-regionen til de11,14,15. Ved hjælp af en unik protokol til at gøre langsgående hjerne skiver, vores tidligere arbejde demonstreret associationelle konnektivitet af CAROS pyramideformede neuroner langs den langsgående akse og impliceret sin evne til at behandle neuronal signalering effektivt16. Men, der er behov for at afgøre, om de CARPPYRAMIDALE neuroner langs den langsgående akse uden tværgående input kan understøtte langsigtet synaptisk plasticitet. Denne konstatering kan tilføje en anden vinkel i undersøgelser af neurologiske problemer vedrørende hippocampus.
Neuronerne evne til at tilpasse effekten af informationsoverførsel er kendt som synaptisk plasticitet. Synaptisk plasticitet er impliceret som den underliggende mekanisme for kognitive processer såsom læring og hukommelse17,18,19,20. Langsigtet synaptisk plasticitet er demonstreret som enten langsigtede potensering (LTP), som repræsenterer en styrkelse af neuronal respons, eller langvarig depression (LTD), som repræsenterer svækkelsen af neuronal respons. Langsigtet synaptisk plasticitet er blevet undersøgt i den tværgående akse af hippocampus. Men, dette er den første undersøgelse for at demonstrere langsigtede synaptisk plasticitet i hippocampus langsgående akse af CARLOPYRAMIDALE neuroner.
Bygge fra en protokol, der anvendes af Yang et al.16, vi designede protokollen til at demonstrere LTP og Ltd i hippocampus langsgående akse af Carnot pyramidale neuroner. Vi brugte C57BL6 mandlige mus med aldre spænder mellem 5-9 uger gamle for in vitro eksperimenter og 6-12 uger gamle for in vivo eksperimenter. Denne detaljerede artikel viser, hvordan langsgående hippocampus hjerne skiver fra mus blev opnået for in vitro-optagelser, og hvordan in vivo optagelser blev registreret i langsgående akse. For in vitro-optagelser, vi undersøgte retningsbestemt specificitet af langsgående i den synaptiske plasticitet ved at målrette septal og temporale ende af hippocampus. Vi undersøgte også lagspecificiteten af den langsgående, den synaptiske plasticitet i længderetningen, ved at optage fra stratum Oriens og stratum radiatum på Hippocampus. For in vivo-optagelser undersøgte vi de vinkler, der bedst svarer til hippocampus ‘ længderetningen.
Ved hjælp af både in vivo og in vitro ekstracellulære felt optagelser, bemærkede vi, at de langerinalt tilsluttede CARANPYRAMIDÆRE neuroner præsenteret med LTP, ikke LTD. Den tværgående orientering, der involverer både Carnot og a-neuroner, understøtter imidlertid både LTP og LTD. Sondringen i den synaptiske kapaciteter mellem tværgående og langsgående orientering af hippocampus kunne spekulativt tilkendegiver forskelle i deres funktionelle tilslutningsmuligheder. Yderligere eksperimenter er nødvendige for at dechifrere forskellene i deres synaptisk kapaciteter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokollen demonstrerer metoden til at inducere langsigtet synaptisk plasticitet in vivo såvel som fra hjerne skiver i den langsgående a-carpakse i hippocampus in vitro. De beskrevne trin giver nok detaljer til en eksperimententer til at undersøge LTP og LTD i en langsgående hippocampus-carnetforbindelse. Praksis er nødvendig for at skærpe de færdigheder, der kræves for at kunne registrere felt excitatoriske potentialer.
Ud over at behøve praksis, der er flere kritiske trin, der er a…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af Incheon National University (International Cooperative) forskningstilskud. Vi vil gerne takke MS gona Choi for at hjælpe med nogle dataindsamling.
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 |
Referências
- Levy, W. B. A sequence predicting CA3 is a flexible associator that learns and uses context to solve hippocampal-like tasks. Hippocampus. 6 (6), 579-590 (1996).
- Eldridge, L. L., Knowlton, B. J., Furmanski, C. S., Bookheimer, S. Y., Engel, S. A. Remembering episodes: A selective role for the hippocampus during retrieval. Nature Neuroscience. 3 (11), 1149-1152 (2000).
- Sullivan Giovanello, K., Schnyer, D. M., Verfaellie, M. A critical role for the anterior hippocampus in relational memory: evidence from an fMRI study comparing associative and item recognition. Hippocampus. 14 (1), 5-8 (2004).
- Andersen, P., Bland, B., Dudar, J. D. Organization of the hippocampal output. Experimental Brain Research. 17 (2), 152-168 (1973).
- Andersen, P., Bliss, T. V. P., Skrede, K. K. Lamellar organization of hippocampal excitatory pathways. Experimental Brain Research. 13 (2), 222-238 (1971).
- Sloviter, R., Lømo, T. Updating the Lamellar Hypothesis of Hippocampal Organization. Frontiers in Neural Circuits. 6 (102), (2012).
- Ishizuka, N., Weber, J., Amaral, D. G. Organization of intrahippocampal projections originating from CA3 pyramidal cells in the rat. Journal of Comparative Neurology. 295 (4), 580-623 (1990).
- Tamamaki, N., Nojyo, Y. Crossing fiber arrays in the rat hippocampus as demonstrated by three-dimensional reconstruction. Journal of Comparative Neurology. 303 (3), 435-442 (1991).
- Swanson, L., Wyss, J., Cowan, W. An autoradiographic study of the organization of intrahippocampal association pathways in the rat. Journal of Comparative Neurology. 181 (4), 681-715 (1978).
- Rebola, N., Carta, M., Mulle, C. Operation and plasticity of hippocampal CA3 circuits: implications for memory encoding. Nature Reviews Neuroscience. 18 (4), 208 (2017).
- Papaleonidopoulos, V., Trompoukis, G., Koutsoumpa, A., Papatheodoropoulos, C. A gradient of frequency-dependent synaptic properties along the longitudinal hippocampal axis. BMC Neuroscience. 18 (1), 79 (2017).
- Hampson, R. E., Simeral, J. D., Deadwyler, S. A. Distribution of spatial and nonspatial information in dorsal hippocampus. Nature. 402, 610 (1999).
- Umeoka, S. C., Lüders, H. O., Turnbull, J. P., Koubeissi, M. Z., Maciunas, R. J. Requirement of longitudinal synchrony of epileptiform discharges in the hippocampus for seizure generation: a pilot study. Journal of Neurosurgery. 116 (3), 513-524 (2012).
- Fanselow, M. S., Dong, H. W. Are the dorsal and ventral hippocampus functionally distinct structures. Neuron. 65, (2010).
- Milior, G., et al. Electrophysiological properties of CA1 pyramidal neurons along the longitudinal axis of the mouse hippocampus. Scientific Reports. 6, (2016).
- Yang, S., et al. Interlamellar CA1 network in the hippocampus. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (35), 12919-12924 (2014).
- Tsien, J. Z., Huerta, P. T., Tonegawa, S. The Essential Role of Hippocampal CA1 NMDA Receptor–Dependent Synaptic Plasticity in Spatial Memory. Cell. 87 (7), 1327-1338 (1996).
- Bliss, T., Collingridge, G. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature. 361, 31-39 (1993).
- Roman, F., Staubli, U., Lynch, G. Evidence for synaptic potentiation in a cortical network during learning. Brain Research. 418 (2), 221-226 (1987).
- McNaughton, B., Barnes, C., Rao, G., Baldwin, J., Rasmussen, M. Long-term enhancement of hippocampal synaptic transmission and the acquisition of spatial information. Journal of Neuroscience. 6 (2), 563-571 (1986).
- Sun, D. -. g., et al. Long term potentiation, but not depression, in interlamellar hippocampus CA1. Scientific Reports. 8 (1), 5187 (2018).
- Stepan, J., Dine, J., Eder, M. Functional optical probing of the hippocampal trisynaptic circuit in vitro: network dynamics, filter properties, and polysynaptic induction of CA1 LTP. Frontiers in Neuroscience. 9, 160 (2015).
- Milner, A. J., Cummings, D. M., Spencer, J. P., Murphy, K. P. Bi-directional plasticity and age-dependent long-term depression at mouse CA3-CA1 hippocampal synapses. Neuroscience Letters. 367 (1), 1-5 (2004).
- Bogerts, B., et al. Hippocampal CA1 deformity is related to symptom severity and antipsychotic dosage in schizophrenia. Brain. 136 (3), 804-814 (2013).
- Ho, N. F., et al. Progressive Decline in Hippocampal CA1 Volume in Individuals at Ultra-High-Risk for Psychosis Who Do Not Remit: Findings from the Longitudinal Youth at Risk Study. Neuropsychopharmacology. 42, 1361 (2017).
