学習の離散段階中げっ歯類におけるリモートサイレン神経活動のための方法
Summary
This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while rats are engaged in learning and memory tasks. The approach combines pharmacogenetics (Designer-Receptors-Exclusively-Activated-by-Designer-Drugs) with a behavioral paradigm (sensory preconditioning) that is designed to distinguish between different components of learning.
Abstract
このプロトコルは、動物は、学習および記憶の作業に従事している間、一時的にリモート離散の脳領域での神経活動を沈黙させる方法について説明します。アプローチは、学習の異なる形態を区別するように設計されている行動パラダイム（感覚プリコンディショニング）と（デザイナー·受容体 – 排他的活性化·バイ·デザイナードラッグ）薬理遺伝学を組み合わせたものです。具体的には、ウイルス媒介送達は、齧歯類において脳の離散領域内に遺伝的に改変された抑制性Gタンパク質共役受容体（デザイナレセプター）を発現するために使用されます。デザイナーの受容体の発現レベルが高い場合3週間後、薬剤（デザイナー薬物）は、特定の行動の前のセッションに全身30分に投与されます。薬剤は、設計受容体に対する親和性を有し、したがって、設計者受容体を発現するニューロンの阻害をもたらすが、それ以外の生物学的に不活性です。脳の領域はdepen（2-5時間に沈黙のまま鼎）用量および投与経路に。行動パラダイムが完了すると、脳組織が正しい配置と受容体の発現のために評価されます。このアプローチは、動作の特定のコンポーネントに個々の脳領域の寄与を決定するために特に有用であり、行動パラダイムの任意の数の間で使用することができます。
Introduction
行動神経科学の分野内の刺激的な課題は、複雑な行動の神経基盤を決定することです。このような永久的な病変、カニューレインプラントを介して、一時的な脳の不活性化および光遺伝学などの多くの技術は、複雑な動作のサブコンポーネントに個別の脳領域の寄与を識別するために使用されてきました。これらのアプローチは、学習中に地域特異性の我々の理解を通知するが、各手法には限界がないわけではありません。具体的には、永久的な病変は、典型的には、ので、それらの影響は、パラダイムの期間全体に存在している、行動試験の前に実施されます。短期神経不活性化（ 例えば、テトロドトキシン）の提示を伴う挿管の研究は、脳組織に重大な障害を生成することができますし、直前の行動試験に被験者にストレスを誘導することができます。また、挿管を介して不活性化は、周囲の組織の領域に限定されていますカニューレの先端。光遺伝学は、特定の脳領域における活動の時間的制御のための柔軟性の範囲を提供しています最後に、それはコスト法外と技術的に厳しいです。
これらの制限は、薬理遺伝学的ア プローチ（デザイナ-受容体-排他的活性化·バイ·デザイナードラッグ、DREADDs）1,2を使用して克服することができます。薬理遺伝学の概念は洗練されながら重要なこと、技術の実行は簡単です。個別の脳領域への毒素の注入（ 例えば、NMDA、イボテン酸）を含む従来の定位外科的方法と同様に、この手法は、修正阻害Gタンパク質共役受容体のためのDNA断片を含有するアデノ随伴ウイルス（AAV）を注入することを含みます（hM4Di;デザイナー受容体）の標準的な実験用げっ歯類の関心領域には（ 図1参照します）。ウイルスベクターはまた、蛍光レポーター（mcitrine）が含まれています。に組み込まれたら細胞に、デザイナーの受容体（およびレポータータンパク質）は、最大で2〜3週間後に注入を発現し、選択的に他の方法で生物学的に不活性なデザイナーの薬剤の全身投与、クロザピン-N-オキシドにより2-5時間のために活性化することができます（CNO）1 、3。実験者は、特定の脳領域における神経活動を正確に、しかも遠隔時間的制御に恵まれているので、薬理遺伝学は、複数のフェーズで実施されている行動パラダイムで特によく兼ね備えています。この例では、retrosplenial皮質（RSC）の寄与がする刺激 – 刺激学習がパブロフ学習におけるその役割と比較され、アプローチのしかし、この組み合わせはに貢献どのように特定の脳の領域を識別しようとするのいずれかの質問の数に適しています複雑な挙動。
本プロトコールに記載されていないがまた、ウイルスおよびトランスジェニックアプローチは、細胞型特異的DREADD式2を達成することができます。私のようにDREADDアプローチを採用した場合、薬理学的および/または実験操作の他のタイプを伴う行動パラダイムに内在するのは、実験計画とその後の定量分析を慎重に検討が必要です。 DREADDアプローチの新しい実験者は、現在のDREADD技術2の包括的見直しと呼ばれています。
毎日、生物は新たな刺激やイベントと相互にそれらの関係について学びます。でも使い慣れた環境では、そのような家庭のように、1は、これらの変更は、意味のあるイベントを予測することができるので、刺激間の関係の変化を検出するために迅速です。このような刺激-刺激（ すなわち、関係）学習は、複数の刺激の対等接続を必要とし、伝統的な内側頭葉4内の中央に置かれ、海馬、と関連しています。しかし、海馬が存在したり、単独では動作しません。内と外の両方の皮質領域内側側頭葉の側は海馬5-7に重要な感覚情報を提供しています。伝統的な永久的な損傷の研究は、海馬依存性学習における皮質領域（ 例えば、retrosplenial、postrhinalおよび嗅内皮質）の数の関与のための説得力のある証拠を提供するが、離散段階で特定の領域の役割を認識する能力が制限されています8-10を学びます。
本プロトコルは、RSCは、3相の感覚プレコンディショニングのパラダイム11,12の単相中にRSCをサイレンシングすることによって刺激刺激学習のために必要であるという仮説をテストします。簡単に言うと、ラットは、デザイナーの受容体を含有し、2〜3週間後に行動試験の開始前にデザイナーの薬（CNO）30分を投与されたAAVの注入を受けます。本プロトコルでは、実験的なラットは、テストの第一段階（刺激 – 刺激リア中CNOを受け取りますNingが発生する）、彼らはテストの次の2段階の間に車両を受けます。行動上のCNOの不注意の影響を制御するには、デザイナーの受容体（hM4Di）のラットを注入し、代わりにCNOの車両に注入します。ウイルス注入および受容体の発現の全体的な影響を考慮するために、デザイナーの受容体を含有し、CNOを投与しない対照ウイルスを注入。
AAVの種々の血清型の数は、遺伝物質を送達するために使用されます。組換えまたは合成分子が関与する研究のための現在のNIHガイドラインは、導入遺伝子が潜在的に腫瘍形成遺伝子産物または毒素分子のいずれかをコードしないとの非存在下で産生される、AAV（すべての血清型）および組換えまたは合成AAV構築物と主張しますヘルパーウイルスは、BSL-1注意事項（付録B-1。リスクグループ1（RG1）エージェント）13が必要です。 AAV構造、ユーティリティおよび安全性に関連するレビューの数は14,15利用できます。注目すべきは、しかしAAVで作業する場合、げっ歯類では可能な生殖16,17および潜在的な発がん性のメカニズム18-20に関連する問題のために、いくつかの機関は、BSL-2の予防策を使用する必要があります。米国では遺伝子操作のためのウイルスベクターを使用する場合に研究のための疾病管理センターおよびNIHガイドラインは組換えDNA分子13を伴う、研究を実施する個々の機関の監督委員会との協議により、使用前に適切なBSLを確認してください。個人用保護具、研究者の訓練、ベクトル封じ込め、除染、除染材料の廃棄、および注射後の動物収容要件は、これらのガイドラインで指定されています。また、相談して、適切な動物実験に続き、安全な取り扱い、管理、およびAAVの処分を確保するために、委員会のガイドラインまたは同等の機関監督委員会のガイドラインを使用してください。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、特定の脳領域は、多相複雑な学習課題にどのように寄与するかを調べるために、薬理遺伝学的アプローチ（DREADD）を適用する方法について説明します。一時的と遠隔学習のフェーズに個別の脳領域における神経活動を沈黙させる能力により、アプローチのこの組み合わせは、学習のより微妙またはマスクされた形態を含む行動の広い範囲を調査するためのプラットフォー?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々は、このプロトコルが部分的に誘導される原稿への貢献のためにロビンソンら 12の作者に感謝します。
Materials
| Male, Long Evans Rats, 55-60 d | Hilltop Lab Animals Inc | ||
| rAAV8/hSyn-HA-hM4D(Gi)-IRES-mCitrine | Virus Vector Core | Caution: This is a BSL-1 compound | |
| rAAV8/hSyn-GFP | Virus Vector Core | Caution: This is a BSL-1 compound | |
| Clozapine-N-Oxide | R&D Systems | 4936-10 | Designer Drug |
| Rat Cage lid (Polycarbonate) | Alternative Design | FT 8XL-PC | Used to cover animal cages 48-72 hours post infusion |
| Filer Paper (Replacement) | Alternative Design | FP-R-1018XAD | Filter paper that goes with cage lids |
| Table Top Vise | JETS | 2201-265 | For holding microscentrifuge tubes containing AAV in the hood |
| Medline Biohazard liners | Staples | 113444 | Biohazard Trash Bags |
| United Solutions 34 gallon rectangular wheeled trashcan with hook and lock handle | Amazon.com | Biohazard Trash Can | |
| Isoflurane, 100 mL | Patterson Veterinary Supply Inc. | 07-890-8540 | Anesthetic |
| Dual Small Animal Stereotaxic with Digital Display Readout Console | David Kopf | Model 942 | Surgical equipment |
| Non-rupture Ear Bars, set of 2 (Rat) | David Kopf | Model 955 | Surgical equipment |
| Anesthesia Mask (Rat) | David Kopf | Model 906 | Surgical equipment |
| High speed Stereotaxic drill includes table top motor controller, foot pedal, handpiece, stereotaxic handpiece holder | David Kopf | Model 1474 | Surgical equipment |
| Microdrill burrs, 0.9 mm | Fine Science Tools Inc | 19007-09 | Surgical supply |
| Automated Syringe pump with Micro4 Controller | David Kopf | Model UMP3-1 | Surgical equipment |
| Pro-animal detachable Ceramic Blade Clipper Kit | Ahdis | 21420 | Surgical supply |
| Betadine Skin Cleanser | Perdue Products L.P | 67618-149-04 | Surgical supply |
| Triple Antiobiotic Ointment | Medline Supply | 53329-087-01 | Surgical supply |
| Puralube Vet Ointment | Only Veterinary Supply | 17033-211-38 | Surgical supply |
| Dino-lite | Microscope | AD7013MTL | An alternative to the traditional disection scope |
| Dino-lite Rigid TableTop Boom Stand | Microscope | MS36B | Surgical equipment |
| 28 Gauge 10uL Syringe | Hamilton | 80308-701SN | Surgical equipment |
| Extra Tall MDF Sound attenuating Cubicle | Med Associates, Inc | ENV-018MD | 22'Wx22"Hx16"D |
| Extra Tall Modular Test Chamber | Med Associates, Inc | ENV-007 | Behavioral equipment |
| Stainless Steel Grid Floor | Med Associates, Inc | ENV-005 | Behavioral equipment |
| House Light | Med Associates, Inc | ENV-215M | Used as the house light and stimulus light |
| Modular Pellet Dispenser | Med Associates, Inc | ENV-203M-45 | Behavioral equipment |
| Pellet Recetacle, Cup Type | Med Associates, Inc | ENV-200R1M | Behavioral equipment |
| Head Entry Detector for Rat | Med Associates, Inc | ENV-254-CB | Behavioral equipment |
| Dustless precision food pellets, 45 mg | Bio-Serv | F0165 | Behavioral supply |
| Cage Speaker for Rat Chamber | Med Associates, Inc | ENV-224AM | Behavioral equipment |
| Programmable Audio Generator | Med Associates, Inc | ANL-926 | Behavioral equipment |
| Smart Ctrl 8 Input/16 output Package | Med Associates, Inc | DIG-716P2 | Behavioral equipment |
| Large Table Top Cabinet and Power Supply | Med Associates, Inc | SG-6510D | Behavioral equipment |
| PCI Interface Package | Med Associates, Inc | DIG-700P2-R2 | Behavioral equipment |
| MED Intel core Computer Pkg with X Pro 19" Monitor | Med Associates, Inc | COM-103V | Behavioral equipment |
| Paraformaldehyde (grannular), 1 kg | Electron Microsopy Sciences | 19210 | Hazard: carcinogen, weigh in hood |
| Rabbit Monoclonal antibody (HA-Tag) | Cell Signaling Technologies | 3724S | Histology reagent |
| XP Rabbit monoclonal antibody (GFP) | Cell Signaling Technologies | 2956S | Histology reagent |
| Anti-Rabbit IgG | Cell Signaling Technologies | 4412S | Histology supplies |
| Superfrost Plus slides | VWR international | 483111-703 | Histology supplies |
References
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