전기 생리학 필드 기록에 의하여 인터라멜라 해마 CA1에 있는 장기 시냅스 가소성 조사
Summary
우리는 세로 해마 뇌 슬라이스에 기록 및 자극 전극을 사용하고 세포 외 후유증 전위를 불러 일으키고 입증하기 위해 생체 내 등도 해마에서 세로 로 배치 된 기록 및 자극 전극을 사용했습니다. 세로 인터라멜라 CA1을 따라 장기 시냅스 가소성.
Abstract
해마에 있는 시냅스 가소성의 연구 결과는 CA3-CA1 lamellar 네트워크의 사용에 집중했습니다. 종방향 인터라멜라 CA1-CA1 네트워크에 덜 주의를 기울였습니다. 그러나 최근에는 CA1-CA1 피라미드 뉴런 간의 연관 연결이 표시되었습니다. 따라서, 해마의 종방향 인터멜라 CA1-CA1 네트워크가 시냅스 가소성을 지원하는지 여부를 조사할 필요가 있다.
우리는 생체 내 및 시험관 내 둘 다 전기 생리학 필드 기록을 사용하여 인터라멜라 해마 CA1 네트워크에서 장기 시냅스 가소성의 존재 또는 부재를 조사하는 프로토콜을 설계했습니다. 생체 외 세포외 필드 기록의 경우, 기록 및 자극 전극을 등쪽 해마의 중격-측두축에 세로 각도로 배치하여, 현장 흥분성 후분증 전위를 연상시킨다. 시험관 내 세포외 필드 기록의 경우, 해마 세로 슬라이스는 중격 측두평면과 평행하게 절단되었다. 기록 및 자극 전극은 종축을 따라 해마의 지층 오리엔스(S.O) 및 지층 라디에이텀(S.R)에 배치하였다. 이를 통해 자극적인 흥분성 포스트내시 전설의 방향성 및 층 특이성을 조사할 수 있었습니다. 이미 확립된 프로토콜은 생체 내 및 시험관 내에서 장기 적인 위약감(LTP) 및 장기 우울증(LTD)을 유도하는 데 사용되었다. 우리의 결과는 세로 인터멜라 CA1 네트워크가 N-메틸-D-아스파르타(NMDA) 수용체 의존성 장기 전력(LTP)을 지향성 또는 층 특이성 없이 지원한다는 것을 입증했습니다. 인터라멜라 네트워크는, 그러나, 횡 라멜라 네트워크와는 대조적으로, 어떤 중요한 장기 불경기 (LTD)와 함께 존재하지 않았다.
Introduction
해마널리 인지 연구에 사용되어왔다1,2,3. 횡축의 해마 라멜라 네트워크는 탈수자체, CA3 및 CA1 영역으로 구성된 삼중 시냅스 회로를 형성합니다. 라멜라 네트워크는 병렬 및 독립 유닛4,5로간주된다. 이 lamellar 관점은 해마의 생체 내 및 생체 외 전기 생리학 연구 둘 다에 대한 횡방향 및 횡방향 슬라이스의 사용에 영향을 미쳤습니다. 새로운 연구에 비추어, lamellar 가설은 재평가되고6 및 관심은 또한 해마의 interlamellar 네트워크에 주어지고 있습니다. 해마 인테르멜라 네트워크에 관해서는, CA3 지역은 긴 조사7,8,9,10,그러나 경도 CA1 해마 지역은 수신되었습니다 최근까지 상대적으로 작은 관심. CA1 인터라멜라 네트워크에 관해서는, 쥐의 등쪽 경도 해마 CA1 축을 따라 단기 시냅스 특성은11변화하는것으로 나타났다. 또한, 상과 장소에 반응하는 해마 세포의 클러스터는 쥐에서 해마의 세로 축을 따라 체계적으로 배열되는 것으로 나타났으며, 단기기억 작업(12)을 거치게 된다. 또한, 간질 발작 활동은 세로 축13을따라 전체 해마를 따라 동기화되는 것으로 나타났다.
그러나 종방향 CA1 해마 영역의 대부분의 연구는, CA3로부터 CA1 영역11,14,15로의입력을 이용했다. 세로 뇌 슬라이스를 만들기 위해 독특한 프로토콜을 사용하여, 우리의 이전 작업은 세로 축을 따라 CA1 피라미드 뉴런의 협회 연결을 입증하고 효과적으로 신경 신호를 처리하는 능력을 연루16. 그러나, 가로 입력 없이 세로 축을 따라 CA1 피라미드 뉴런이 장기간 시냅스 가소성을 지원할 수 있는지 여부를 결정할 필요가 있다. 이 발견은 해마에 관한 신경 학적 문제의 조사에 또 다른 각도를 추가 할 수 있습니다.
정보 전송의 효능을 적응 하는 뉴런의 능력 시 냅 스 가소성으로 알려져 있다. 시냅스 가소성은 학습 및 기억과 같은 인지 과정에 대한 기본 메커니즘으로 연루된다17,18,19,20. 장기 시 냅 스가 소성 중 하나 로 입증 된다 장기 potentiation (LTP), 신경 응답의 강화를 나타내는, 또는 장기 우울증 (LTD), 신경 반응의 약화를 나타내는. 장기 시 냅 스 가소성은 해 마의 횡축에서 공부 하고있다. 그러나, 이것은 CA1 피라미드 뉴런의 해 마 세로 축에서 장기 시 냅 스가 소성을 입증 하는 첫 번째 연구.
Yang et al.16에의해 사용되는 프로토콜로부터 구축, 우리는 CA1 피라미드 뉴런의 해마 종축에서 LTP 및 LTD를 입증하는 프로토콜을 설계했다. 우리는 생체 외 에서 실험에 대 한 5-9 주 사이 배열 하는 나이 C57BL6 남성 마우스를 사용 하 고 6-12 생체 내 실험에 대 한 오래 된 주. 이 상세한 기사는 마우스에서 경도 해마 뇌 조각이 시험관 내 기록을 위해 어떻게 얻어졌는지, 그리고 어떻게 생체 내 기록이 세로 축에서 기록되었는지보여줍니다. 시험관 내 기록을 위해, 우리는 해마의 격막 및 측두엽 단부를 표적으로 하여 경도 CA1 시냅스 가소성의 방향 특이성을 조사했습니다. 우리는 또한 해마의 지층 오리엔스 및 지층 라디에이터럼으로부터 기록함으로써 종방향 CA1 시냅스 가소성의 층 특이성을 조사하였다. 생체 내 기록을 위해, 우리는 해마의 세로 방향에 가장 적합한 각도를 조사했습니다.
생체 내 및 생체외 외 필드 기록을 모두 사용하여, 우리는 종방향 연결 CA1 피라미드 뉴런이 LTD가 아닌 LTP로 제시되는 것을 관찰했다. 그러나 CA3 및 CA1 뉴런을 모두 포함하는 횡방향은 LTP와 LTD를 모두 지원합니다. 해마의 횡단 및 세로 방향 사이 시 냅 스 기능에 있는 구별 추측 그들의 기능 연결에 차이 의미 할 수 있습니다. 추가 실험 그들의 시 냅 스 기능에 차이 해독 하는 데 필요한.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 시험관내 해마의 세로 CA1-CA1 축에서 뇌 슬라이스뿐만 아니라 생체 내에서 장기 시냅스 가소성을 유도하는 방법을 보여 준다. 설명된 단계는 종방향 해마 CA1-CA1 연결에서 LTP 및 LTD를 조사하기 위한 실험자에게 충분한 세부 정보를 제공합니다. 필드 흥분성 잠재력을 성공적으로 기록하는 데 필요한 기술을 연마하려면 연습이 필요합니다.
연습을 필요로하는 것 외…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 인천대학교(국제협동조합) 연구보조금의 지원을 받았습니다. 데이터 수집을 도와주신 최고나 씨에게 감사드립니다.
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).
