Summary

Präsynaptische Dynamics in striatalen Hirnschnitten mit Fast-Scan-Cyclovoltammetrie

Published: January 12, 2012
doi:

Summary

Mit Fast-Scan-Cyclovoltammetrie zu elektrisch evozierten präsynaptischen Dopamin-Dynamik in striatalen Hirnschnitten zu messen.

Abstract

Umfangreiche Forschung hat sich auf den Neurotransmitter Dopamin wegen ihrer Bedeutung in der Wirkmechanismus von Drogen (zB Kokain und Amphetamin), seine Rolle in psychiatrischen Erkrankungen (zB Schizophrenie und Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom mit Hyperaktivität), und seine Einbindung in degenerative konzentriert Erkrankungen wie Parkinson und Chorea Huntington. Unter normalen physiologischen Bedingungen wird Dopamin bekannt, Bewegungsaktivität, Kognition, Lernen, emotionale Auswirkungen, und neuroendokrinen Sekretion regulieren. Eines der größten Dichten von Dopamin-Neuronen innerhalb des Striatum, die in zwei unterschiedlichen neuroanatomischen Regionen wie der Nucleus accumbens und die caudate-Putamen bekannt aufgeteilt werden kann. Ziel ist es, ein allgemeines Protokoll für Stück Fast-Scan-Cyclovoltammetrie (FSCV) in der Maus Striatum zu illustrieren. FSCV ist eine gut definierte elektrochemische Technik bietet die Möglichkeit, die Freisetzung von Dopamin und Aufnahme zu messen und in Echtzeit in discrete Hirnregionen. Kohlefaser Mikroelektroden (Durchmesser von ca. 7 um) sind in FSCV zur Dopamin-Oxidation zu erkennen. Die analytische Vorteil der Verwendung FSCV zu Dopamin zu erkennen ist die erweiterte zeitliche Auflösung von 100 Millisekunden und räumlichen Auflösung von weniger als zehn Mikrometer, das ergänzende Informationen zur In-vivo-Mikrodialyse.

Protocol

1. Experimentelle essentials Electrode Fabrication Es gibt zahlreiche Kohlefaser-Mikroelektroden Herstellungsmethoden, da die meisten in-house gemacht werden. In der Regel, was bestimmt die Elektrode Herstellung Details ist das elektrochemische Verfahren, das an der Elektrode (zB Amperometrie vs FSCV) angewendet wird. Für FSCV können Mikroelektroden in-house durchgeführt werden mit dem folgenden Drei-Stufen-Verfahren. Für eine vollständige Beschreibung der Kohlefas…

Discussion

Das Protokoll hier vorgestellten demonstriert, wie die Vorbereitung und Verwendung der Maus koronalen Hirnschnitten für FSCV Experimente. 11 – Diese Methode ist zwar spezifisch für den Erhalt und die Messung Dopamin Dynamik, andere Neurotransmitter wie Adenosin, haben Wasserstoffperoxid, Noradrenalin und Serotonin in vivo oder in vitro mit FSCV 3, 8 überwacht. FSCV können verwendet werden, um einige dieser anderen neurochemicals durch einfache Modifikationen der Wellenform ang…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Förderung des National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA; AA-016967 und AA016967-01S1; TAM), Start der Wayne State University von Fonds und der Wayne State University Research Grant Program. Der Inhalt ist ausschließlich in der Verantwortung der Autoren und repräsentieren nicht die offiziellen Ansichten der NIAAA oder den National Institutes of Health.

Materials

Name Company CAS number

Reagent

   

Potassium Chloride

Fisher

7447407

Sodium chloride

EMD Chemicals

7647145

Magnesium chloride

Fisher

7791186

Calcium chloride

Fisher

10035048

Sodium bicarbonate

EMD Chemicals

144558

Sodium phosphate,Dibasic

EMD Chemicals

7558794

D-glucose

Fisher

50997

Ascorbic acid

Fisher

50817

Sucrose

Fisher

57501

 

 

 

Materials

Vendor

Catalogue number

Carbon fiber

Goodfellow Oakdale, PA  

Glass capillary

A-M Systems Carlsborg  WA. 602000

Silver wire

A-M Systems Carlsborg  WA. 787000

Tungsten stimulating electrode

Plastics One, Roanoke, VA  

Platinum wire

   

Lead wire

Squires Electronics, Cornelius, OR  

Loctite 404 instant adhesive

Hankal Corp. Rocky Hill
CT.
 

Razor blade

World precision Instruments Inc. FL.  

BD Spinal needle

BD Medical systems,
Franlin  Lake, NJ
REF 405234

Surgical Blade

Feather  Safety razor Co. LTD. Japan  

 

   

Software

Vendor

Catalogue number

TH software

ESA Inc.,Chelmsford, MA  

Instrument

Vendor

Catalogue number

Submersion recording chamber

Custom Scientific, Denver, CO  

Neorolog stimulus isolator

Digitmeter, Hertfordshire, England  

Automatic  temperature controller

Warner Instrument Corporation  

Microscope (SZX7)

Olympus  

Microscope

Fisher  

Vibratome 3000 sectioning  system

St. Louis , MO.  

Perfusion pump

Watson Marlow Limited, Falmouth Cornwall – England H110708

Micropipette puller

Narishige, Tokyo, Japan  

ChemClamp potentiostat

Dagan Corporations,
Minneapolis, MN.
 

References

  1. Pike, C. M., Grabner, C. P., Harkins, A. B. Fabrication of Amperometric Electrodes. J. Vis. Exp. (27), e1040-e1040 (2009).
  2. Lack, A. K., Diaz, M. R., Chappell, A., DuBois, D. W., McCool, B. A. Chronic ethanol and withdrawal differentially modulate pre- and postsynaptic function at glutamatergic synapses in rat basolateral amygdala. J. Neuropyhysiol. 98, 3185-3196 (2007).
  3. John, C. E., Jones, S. R. Voltammetric characterization of the effect of monoamine uptake inhibitors and release on dopamine and serotonin uptake in mouse caudate-putamen and substantia nigra slices. Neuropharmacology. 52, 1596-1605 (2007).
  4. Wightman, R. M., Amatore, C., Engstrom, R. C., Hale, P. D., Kistensen, E. W., Kuhr, W. G., May, L. J. Real-time characterization of dopamine overflow and uptake in the rat striatum. Neuroscience. 25, 513-523 (1988).
  5. Wightman, R. M., Zimmerman, J. B. Control of dopamine extracellular concentration in rat striatum by impulse flow and uptake. Brain. Res. Brain. Res. Rev. 15, 135-144 (1990).
  6. Jones, S. R., Garris, P. A., Kilts, C. D., Wightman, R. M. Comparison of dopamine uptake in the basolateral amygdaloid nucleus, caudate-putamen, and nucleus accumbens of the rat. J. Neurochem. 64, 2581-2589 (1995).
  7. Michael, D. J., Wightman, R. M. Electrochemical monitoring of biogenic amine neurotransmission in real time. J. Pharm. Biomed. Anal. 19, 33-46 (1999).
  8. Pajski, M. L., Venton, B. J. Adenosine release evoked by short electrical stimulations in striatal brain slices is primarily activity dependent. A.C.S. Chem. Neurosci. 1, 775-787 (2010).
  9. Sanford, A. L., Morton, S. W., Whitehouse, K. L., Oara, H. M., Lugo-Morales, L. Z., Roberts, J. G., Sombers, L. A. Voltammetric detection of hydrogen peroxide at carbon fiber microelectrodes. Anal. Chem. 82, 5205-5210 (2010).
  10. Park, J., Kile, B. M., Wightman, R. M. In vivo voltammetric monitoring of norepinephrine release in the rat ventral bed nucleus of the stria terminalis and anteroventral thalamic nucleus. Eur. J. Neurosci. 30, 2121-2133 (2009).
  11. Hashemi, P., Dankoski, E. C., Petrovic, J., Keithley, R. B., Wightman, R. M. Voltammetric detection of 5-hydroxytryptamine release in the rat brain. Anal. Chem. 81, 9462-9471 (2009).
  12. Borue, X., Cooper, S., Hirsh, J., Condron, B., Venton, B. J. Quantitative evaluation of serotonin release and clearnece in drosophila. J. Neuroscience. Methods. 179, 300-308 (2009).
  13. Vickrey, T. L., Condron, B., Venton, B. J. Detection of endogenous dopamine changes in drosophila melanogaster using fast-scan cyclic voltammetry. Anal. Chem. 81, 9306-9313 (2009).
  14. Makos, M. A., Han, K. A., Heien, M. L., Ewing, A. G. Using in vivo electrochemistry to study the physiological effects of cocaine and other stimulants on the drosophila melanogaster dopamine transporter. A.C.S. Chem Neurosci. 1, 74-83 (2009).
  15. Budygin, E. A., John, C. E., Mateo, Y., Daunais, J. B., Friedman, D. P., Grant, K. A., Jones, S. R. Chronic ethanol exposure alters presynaptic dopamine function in striatum of monkeys: a preliminary study. Synapse. 50, 266-268 (2003).
  16. Jones, S. R., Gainetdinov, R. R., Jaber, M., Giros, B., Wightman, R. M., Caron, M. G. Profound neuronal plasticity in response to inactivation of the dopamine transporter. PNAS. 95, 4029-4034 (1998).
  17. Kennedy, R. T., Jones, S. R., Wightman, R. M. Dynamic observation of dopamine autoreceptor effects in rat striatal slices. J. Neurochem. 59, 449-445 (1992).
  18. Rice, M. E., Cragg, S. J. Nicotine amplifies reward-related dopamine signals in striatum. Nat. Neurosci. 7, 583-584 (2004).
  19. Zhang, L., Doyon, W. M., Clark, J. J., Phillips, P. E., Dani, J. A. Controls of tonic and phasic dopamine transmission in the dorsal and ventral. 76, 396-404 (2009).
  20. Paredes, D., Grnaholm, A. C., Bickford, P. C. Effects of NGF and BDNF on baseline glutamate and dopamine release in the hippocampal formation of the adult rat. Brain. Res. 11141, 56-64 (2007).
  21. Goggi, J., Puller, I. A., Carney, S. L., Bradford, H. F. Signalling pathways involved in the short-term potentiation of dopamine release by BDNF. Brain. Res. 968, 156-161 (2003).
  22. Cheer, J. F., Wassum, K. M., Heien, M. L., Phillips, P. E., Wightman, R. M. Cannabinoids enhance subsecond doapmine relese in the nucleus accumbens of awake rats. J. Neurosci. 24, 4393-4400 (2004).
  23. Phillips, P. E., Stuber, G. D., Heien, M. L., Wightman, R. M., Carelli, R. M. Subsecond dopamine release promotes cocaine seeking. Nature. 422, 614-618 (2003).
  24. Robinson, D. L., Heien, M. L., Wightman, R. M. Frequency of dopamine concentration transients increases in dorsal and ventral striatum of male rats duing introduction of conspecifics. J. Neurosci. 22, 10477-10486 (2002).
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Maina, F. K., Khalid, M., Apawu, A. K., Mathews, T. A. Presynaptic Dopamine Dynamics in Striatal Brain Slices with Fast-scan Cyclic Voltammetry. J. Vis. Exp. (59), e3464, doi:10.3791/3464 (2012).

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