Исследование долгосрочной синаптической пластичности в Interlamellar Гиппокамп CA1 по электрофизиологической записи поля
Summary
Мы использовали записи и стимуляции электродов в продольных гиппокампа ломтики мозга и продольно расположен записи и стимуляции электродов в царском гиппокампе in vivo, чтобы вызвать внеклеточные постсинаптических потенциалов и продемонстрировать долгосрочная синаптическая пластичность вдоль продольного интерламеллярного CA1.
Abstract
Изучение синаптической пластичности в гиппокампе было сосредоточено на использовании ламеллярной сети CA3-CA1. Меньше внимания уделяется продольной интерламеллярной сети CA1-CA1. В последнее время, однако, ассоциативные связи между CA1-CA1 пирамидальных нейронов было показано. Поэтому необходимо исследовать, поддерживает ли продольная интерламеллярная сеть CA1-CA1 гиппокампа синаптической пластичностью.
Мы разработали протокол для исследования наличия или отсутствия долгосрочной синаптической пластичности в интерламелларной сети гиппокампа CA1 с использованием электрофизиологических полевых записей как in vivo, так и in vitro. Для in vivo внеклеточных полевых записей, записи и стимуляции электродов были помещены в перегородке-височной оси дорсального гиппокампа под продольным углом, чтобы вызвать поле возбуждающих постсинаптических потенциалов. Для внеклеточных полевых записей гиппокампа продольные ломтики были вырезаны параллельно с перептертал-височной плоскостью. Электроды записи и стимуляции помещались в прослойку oriens (S.O) и радиат (S.R) гиппокампа вдоль продольной оси. Это позволило нам исследовать направленную и слойную специфику вызываемых возбуждательных постсинаптических потенциалов. Уже установленные протоколы были использованы для индуцирования долгосрочной потенцирования (ЛТП) и длительной депрессии (LTD) как in vivo, так и in vitro. Наши результаты показали, что продольная сеть interlamellar CA1 поддерживает N-метил-D-аспартат (NMDA) рецептор-зависимых долгосрочных потенцирования (LTP) без направления или слоя специфики. Интерламеллярная сеть, однако, в отличие от поперечной ламеллярной сети, не представляла какой-либо значительной длительной депрессии (LTD).
Introduction
Гиппокамп был широко использован вкогнитивных исследованиях 1,2,3. Сеть ламелляров гиппокампа в поперечной оси образует трисинаптические схемы, которые состоят из зубной извилины, CA3 и CA1 регионов. Ламеллярная сеть считается параллельным инезависимым блоком 4,5. Эта ламеллярная точка зрения повлияла на использование поперечной ориентации и поперечных ломтиков как для in vivo, так и для витроэлектрофизиологических исследований гиппокампа. В свете новых исследований, ламеллярная гипотеза переоценивается6 и внимание также уделяется интерламеллярной сети гиппокампа. Что касается гиппокампа интерламеллярной сети, CA3 регионе уже давно исследованы7,8,9,10, однако продольное CA1 гиппокампа регионе получил относительно мало внимания до недавнего времени. Что касается сети CA1 interlamellar, краткосрочные синаптические свойства вдоль дорсовентальной продольной гиппокампа CA1 оси крыс, как было показано, варьируются11. Кроме того, кластеры гиппокампа клеток, реагируя на фазу и место было установлено, систематически расположены вдоль продольной оси гиппокампа у крыс, проходящих краткосрочную задачу памяти12. Кроме того, было установлено, что эпилептический припадок синхронизирован по всему гиппокампу вдоль продольной оси13.
Большинство исследований продольных CA1 гиппокампа регионе однако, использовали вход ные чондуктора ca3 в CA1 регионов11,14,15. Используя уникальный протокол, чтобы сделать продольные ломтики мозга, наша предыдущая работа продемонстрировала ассоциативное подключение пирамидальных нейронов CA1 вдоль продольной оси и вовлекла его способность эффективно обрабатывать нейрональные сигнализации16. Тем не менее, существует необходимость определить, является ли CA1 пирамидальных нейронов вдоль продольной оси без поперечного ввода может поддерживать долгосрочную синаптическую пластичность. Этот вывод может добавить еще один угол в исследованияневрологских проблем, относящихся к гиппокампа.
Способность нейронов адаптировать эффективность передачи информации известна как синаптической пластичности. Синаптической пластичности является основным механизмом для когнитивных процессов, таких как обучение и память17,18,19,20. Долгосрочная синаптическая пластичность проявляется либо как долгосрочная потенцирование (ЛТП), которая представляет собой усиление нейрональной реакции, либо как длительная депрессия (LTD), которая представляет собой ослабление нейрональной реакции. Долгосрочная синаптическая пластичность была изучена в поперечной оси гиппокампа. Тем не менее, это первое исследование, чтобы продемонстрировать долгосрочную синаптическую пластичность в гиппокампе продольной оси CA1 пирамидальных нейронов.
Опираясь на протокол, используемый Yang et al.16, мы разработали протокол для демонстрации LTP и LTD в гиппокампе продольной оси пирамидальных нейронов CA1. Мы использовали C57BL6 мышей мужского возраста от 5-9 недель для экспериментов in vitro и 6-12 недель для экспериментов in vivo. Эта подробная статья показывает, как длинные гиппокампа мозга ломтики от мышей были получены для записи in vitro и как in vivo записи были записаны в продольной оси. Для записей in vitro мы исследовали направленную специфичность продольной синаптической пластичности CA1, ориентируясь на перетектоновый и височной конец гиппокампа. Мы также исследовали специфику слоя продольной синаптической пластичности CA1, записав из слоя oriens и радиат из слоя гиппокампа. Для записей in vivo мы исследовали углы, которые лучше всего соответствуют продольным направлениям гиппокампа.
Используя как in vivo, так и in vitro внеклеточные полевые записи, мы заметили, что продольно связанные пирамидальные нейроны CA1 представлены LTP, а не LTD. Поперечная ориентация с участием как CA3 и CA1 нейронов, однако, поддерживает как LTP и LTD. Различие в синапических возможностях между поперечным и продольной ориентацией гиппокампа может спекулятивно обозначить различия в их функциональной связи. Необходимы дальнейшие эксперименты для расшифровки различий в их синаптических возможностях.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол демонстрирует метод индуцирования долгосрочной синаптической пластичности in vivo, а также из ломтиков мозга в продольной оси CA1-CA1 гиппокампа in vitro. Изложенные шаги дают достаточно подробной информации для экспериментатора для расследования LTP и LTD в продольном гиппокампе CA1-CA1 с?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Инчхон Национального университета (Международный кооператив) научно-исследовательский грант. Мы хотели бы поблагодарить г-жу Гона Чой за помощь в сборе некоторых данных.
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).
