Sinaptik plastisite akut Hipokampal dilimleri bir küçük hacimli geri dönüşüm-, perfüzyon- ve batma-tipi oda sistemi içinde tutulan kayıt
Summary
Bu iletişim kuralı oksijen seviyesini geri dönüşümlü arabellek küçük bir hacim ve etkinlik bağımlı sinaptik plastisite batık akut Hipokampal dilimler halinde kayıt metodolojik açıdan istikrar açıklar.
Abstract
Beyin dilimleri üzerinde deneyler 1951 beri kullanımda olmuştur rağmen sorunlar alan potansiyel ya da hücre içi kayıtları yapılırken sinaptik iletimi modülasyon istikrarlı ve başarılı bir analizini ulaşma olasılığını azaltan devam etmektedir. Bu el yazması deneysel koşullar akut beyin dilimleri bakımı için ve alan eksitatör postsinaptik potansiyeller bir piyasada bulunan batma odaya kayıt için geliştirmeye yardımcı olabilir metodolojik açıları anlatır bir çıkış-carbogenation birimi ile. Çıkış-carbogenation ilaç deneyleri maliyet verimliliğini artırmak için küçük arabellek rezervuarı geri dönüşüm itimat deneylerde oksijen seviyesini dengelemek için yardımcı olur. Ayrıca, el yazması sinaptik iletimi etkinlik bağımlı sinaptik plastisite farklı carbogenation modları ve stimülasyon paradigmalar etkilerini incelemek temsilcisi deneyler sunar.
Introduction
1951 yılında, akut beyin ilk rapor dilim deneyler yapılan1vardı. 1971 yılında, sonra başarılı vitro kayıtları piriform korteks2,3 ve Hipokampal nöronlar kemiği Hipokampus4, birini septotemporal ekseni boyunca birbirine bağlanır bulma Hipokampal nöronal aktivite ilk vitro kayıtları elde5oldu. Nöronlar içinde vivo ve in vitro koşullarda nörofizyolojik veya neurostructural parametreleri benzerlik hala biraz tartışma6konusu, ama Schwartzkroin7 1975’te belirtilen Bazal vitro nöron özellikleri korunur ve bu yüksek frekanslı uyarılması (Örneğin, tetanization) afferents Hipokampal oluşumunda bir uzun süreli kolaylaştırma sinaptik potansiyelleri8indükler. Elektrofizyolojik nöronal aktivite kayıt vitro büyük ölçüde Bliss tarafından 1973 yılında keşfetmişti etkinlik bağımlı sinaptik plastisite9,10, hücresel mekanizmaları çalışmanın genişletilmiş vd. 11 ‘ in vivo tavşanlarla deneyleri.
Nöronal aktivite veya yollar beyin dilimleri ve özellikle akut Hipokampal dilimleri, sinyal çalışma şimdi standart bir araçtır. Ancak, şaşırtıcı, vitro deneyler standart olacak, hala hazırlık ve akut Hipokampal dilimleri bakımı için mevcut birden çok yaklaşımlarla kanıtladığı gibi henüz. Reid vd. (1988) 12 bakım akut beyin dilim dilim odaları farklı türleri ve orta, pH, sıcaklık ve oksijen düzeyi banyo seçimler için yöntembilimsel sorunlar gözden geçirdim. Bu parametreler hala vitro dilim-kayıt kurulumları özel yapım unsurları nedeniyle kayıt odası kontrol etmek zordur. Üstesinden gelmek için yardımcı bazı yöntembilimsel sorunlar ve bu yeni tip batma dilim chambers, interstisyel 3D microperfusion sistem13, Gelişmiş laminar akışı ve oksijen ile bir oda gibi açıklayabilir yayınları bulunabilir 14, bilgisayarlı sıcaklık kontrol15ile bir sistem ve bir çok odası kayıt sistemi16sağlayın. Bu odaları inşa etmek kolay olmadığı için çoğu bilim adamı piyasada bulunan dilim chambers güveniyor. Bu odaları böylece Elektrofizyoloji ve17,18,19görüntüleme Floresans birleşimi için izin bir mikroskop sistemi monte edilebilir. Bu odaları yapay beyin omurilik sıvısı (aCSF) sular altında beyin dilimleri tutmak beri tampon çözeltinin yüksek akış hızı muhafaza edilmesi, ilaç uygulama masrafına artan gerekmektedir. Bu amaçla, biz çıkış-carbogenation alan potansiyelleri batma dilim odasında bir nispeten küçük aCSF birim için uzun süreli kayıt için yeterli istikrar sağlayan bir geri dönüşüm perfüzyon sistemiyle dahil. Buna ek olarak, biz bu deneysel carbogenation/perfüzyon sistemi etkinlik bağımlı sinaptik plastisite10 sonucunu etkilemesi ve nasıl ökaryotik uzama faktör-2 kinaz (eEF2K) inhibisyonu sinaptik modüle özetlenebilir iletim20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her ne kadar daha sağlam sinaptik yanıt-e doğru25,26,27,28arabirimi dilim chambers sergi, batma chambers yama-kelepçe kayıt ve floresan için ek kolaylık sağlar görüntüleme. Bu nedenle, alan potansiyel kayıtları kolayca floresan problar nöronlar17,18içinde görüntüleme için genişletilebilir bir ticari batma dilim …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
WW yürütülen, analiz ve deneyler tasarlanmış ve el yazması yazdı. D.X. ve C.P. şekil hazırlanmasında destekli ve deneyler yaptı. Bu eser NSFC (31320103906) tarafından desteklenen ve tüberküloz için 111 Projesi (B16013)
Materials
| Reagents required | |||
| NaCl | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10019318 | |
| KCl | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10016318 | |
| KH2PO4 | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10017618 | |
| MgCl2·6H2O | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10012818 | |
| CaCl2 | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10005861 | |
| NaHCO3 | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10018960 | |
| Glucose | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10010518 | |
| NaH2PO4 | Sinopharm Chemical Reagent, China | 20040718 | |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| Sodium pyruvate | Sigma | A4043 | |
| MgSO4 | Sinopharm Chemical Reagent, China | 20025118 | |
| NaOH | Sinopharm Chemical Reagent, China | 10019718 | |
| Tools and materials for dissection | |||
| Decapitators | Harvard apparatus | 55-0012 | for rat decapitation |
| Bandage Scissors | SCHREIBER | 12-4227 | for mouse decapitation |
| double-edge blade | Flying Eagle, China | 74-C | |
| IRIS Scissors | RWD, China | S12003-09 | |
| Bone Rongeurs | RWD, China | S22002-14 | |
| Spoon | Hammacher | HSN 152-13 | |
| dental cement spatula | Hammacher | HSN 016-15 | |
| dental double end excavator | Blacksmith Surgical, USA | BS-415-017 | |
| Vibrating Microtome | Leica, Germany | VT1200S | |
| surgical blade | RWD, China | S31023-02 | |
| surgical holder | RWD, China | S32007-14 | |
| Electrophysiology equipment and materials | |||
| Vertical Pipette Puller | Narishige, Japan | PC-10 | |
| Vibration isolation table | Meirits, Japan | ADZ-A0806 | |
| submerged type recording chamber | Warner Instruments | RC-26GLP | |
| thermostatic water bath | Zhongcheng Yiqi，China | HH-1 | |
| 4 Axis Micromanipulator | Sutter, USA | MP-285, MP-225 | |
| Platinum Wire | World Precision Instruments | PTP406 | |
| Amplifier | Molecular Devices, USA | Multiclamp 700B | |
| Data Acquisition System | Molecular Devices, USA | Digidata 1440A | |
| Anaysis software | Molecular Devices, USA | Clampex 10.2 | |
| Fluorescence Microscope | Nikon, Japan | FN1 | |
| LED light source | Lumen Dynamics Group, Canada | X-cite 120LED | |
| micropipettes | Harvard apparatus | GC150TF | extracelluar recording |
| borosilicate micropipettes | Sutter, USA | BF150-86 | patch clamp |
| tungsten electrode | A-M Systems, USA | 575500 | |
| peristaltic pump | Longer, China | BT00-300T | |
| tubes for peristaltic pump | ISMATEC, Wertheim, Germany | SC0309 | 1x inflow, ID: 1.02mm |
| tubes for peristaltic pump | ISMATEC, Wertheim, Germany | SC0319 | 2x tubes for outflow, ID: 2.79 mm |
| CCD camera | PCO, Germany | pco.edge sCMOS | |
| lens cleaning paper | Kodak | ||
| 50 ml conical centrifuge tube | Thermo scientific | 339652 | |
| Prechamber | Warner Instruments | BSC-PC | |
| Inline heater | Warner Instruments | SF-28 | |
| Temperature Controller | Warner Instruments | TC-324B |
References
- McIlwain, H. Metabolic response in vitro to electrical stimulation of sections of mammalian brain. Biochem J. 48 (4), (1951).
- McIlwain, H., Richards, C. D., Somerville, A. R. Responses in vitro from the piriform cortex of the rat, and their susceptibility to centrally-acting drugs. J Neurochem. 14 (9), 937-938 (1967).
- Yamamoto, C., McIlwain, H. Electrical activities in thin sections from the mammalian brain maintained in chemically-defined media in vitro. J Neurochem. 13 (12), 1333-1343 (1966).
- Andersen, P., Bliss, T. V., Lomo, T., Olsen, L. I., Skrede, K. K. Lamellar organization of hippocampal excitatory pathways. Acta Physiol Scand. 76 (1), 4-5 (1969).
- Skrede, K. K., Westgaard, R. H. The transverse hippocampal slice: a well-defined cortical structure maintained in vitro. Brain Res. 35 (2), 589-593 (1971).
- Kirov, S. A., Sorra, K. E., Harris, K. M. Slices have more synapses than perfusion-fixed hippocampus from both young and mature rats. J Neurosci. 19 (8), 2876-2886 (1999).
- Schwartzkroin, P. A. Characteristics of CA1 neurons recorded intracellularly in the hippocampal in vitro slice preparation. Brain Res. 85 (3), 423-436 (1975).
- Schwartzkroin, P. A., Wester, K. Long-lasting facilitation of a synaptic potential following tetanization in the in vitro hippocampal slice. Brain Res. 89 (1), 107-119 (1975).
- Reymann, K. G., Frey, J. U. The late maintenance of hippocampal LTP: requirements, phases, ‘synaptic tagging’, ‘late-associativity’ and implications. Neuropharm. 52 (1), 24-40 (2007).
- Bliss, T. V., Collingridge, G. L., Morris, R. G. Synaptic plasticity in health and disease: introduction and overview. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 369 (1633), 20130129 (2014).
- Bliss, T. V., Gardner-Medwin, A. R. Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the unanaestetized rabbit following stimulation of the perforant path. J Physiol. 232 (2), 357-374 (1973).
- Reid, K. H., Edmonds, H. L., Schurr, A., Tseng, M. T., West, C. A. Pitfalls in the Use of Brain-Slices. Prog Neurobiol. 31 (1), 1-18 (1988).
- Rambani, K., Vukasinovic, J., Glezer, A., Potter, S. M. Culturing thick brain slices: an interstitial 3D microperfusion system for enhanced viability. J Neurosci Methods. 180 (2), 243-254 (2009).
- Hajos, N., et al. Maintaining network activity in submerged hippocampal slices: importance of oxygen supply. Eur J Neurosci. 29 (2), 319-327 (2009).
- Redondo, R. L., et al. Synaptic tagging and capture: differential role of distinct calcium/calmodulin kinases in protein synthesis-dependent long-term potentiation. J Neurosci. 30 (14), 4981-4989 (2010).
- Stopps, M., et al. Design and application of a novel brain slice system that permits independent electrophysiological recordings from multiple slices. J Neurosci Methods. 132 (2), 137-148 (2004).
- Behnisch, T., Matsushita, S., Knopfel, T. Imaging of gene expression during long-term potentiation. Neuroreport. 15 (13), 2039-2043 (2004).
- Karpova, A., et al. Encoding and transducing the synaptic or extrasynaptic origin of NMDA receptor signals to the nucleus. Cell. 152 (5), 1119-1133 (2013).
- Karpova, A., Mikhaylova, M., Thomas, U., Knopfel, T., Behnisch, T. Involvement of protein synthesis and degradation in long-term potentiation of Schaffer collateral CA1 synapses. J Neurosci. 26 (18), 4949-4955 (2006).
- Weng, W., Chen, Y., Wang, M., Zhuang, Y., Behnisch, T. Potentiation of Schaffer-Collateral CA1 Synaptic Transmission by eEF2K and p38 MAPK Mediated Mechanisms. Front Cell Neurosci. 10 (247), (2016).
- Meduna, L. J., Jackman, A. I. Carbon dioxide inhalation therapy. Res Publ Assoc Res Nerv Ment Dis. 31, 280-286 (1953).
- Edwards, F. A., Konnerth, A., Sakmann, B., Takahashi, T. A thin slice preparation for patch clamp recordings from neurones of the mammalian central nervous system. Pflugers Arch. 414 (5), 600-612 (1989).
- Mathis, D. M., Furman, J. L., Norris, C. M. Preparation of acute hippocampal slices from rats and transgenic mice for the study of synaptic alterations during aging and amyloid pathology. J Vis Exp. (49), (2011).
- Yuanxiang, P., Bera, S., Karpova, A., Kreutz, M. R., Mikhaylova, M. Isolation of CA1 nuclear enriched fractions from hippocampal slices to study activity-dependent nuclear import of synapto-nuclear messenger proteins. J Vis Exp. (90), e51310 (2014).
- Leutgeb, J. K., Frey, J. U., Behnisch, T. LTP in cultured hippocampal-entorhinal cortex slices from young adult (P25-30) rats. J Neurosci Meth. 130 (1), 19-32 (2003).
- Kloosterman, F., Peloquin, P., Leung, L. S. Apical and basal orthodromic population spikes in hippocampal CA1 in vivo show different origins and patterns of propagation. J Neurophysiol. 86 (5), 2435-2444 (2001).
- Thiemann, W., Malisch, R., Reymann, K. G. A new microcirculation chamber for inexpensive long-term investigations of nervous tissue in vitro. Brain Res Bull. 17 (1), 1-4 (1986).
- Shetty, M. S., et al. Investigation of Synaptic Tagging/Capture and Cross-capture using Acute Hippocampal Slices from Rodents. J Vis Exp. (103), (2015).
- Du, H., Lin, J., Zuercher, C. Higher efficiency of CO2 injection into seawater by a venturi than a conventional diffuser system. Bioresour Technol. 107, 131-134 (2012).
- Weinman, J., Mahler, J. An Analysis of Electrical Properties of Metal Electrodes. Med Electron Biol Eng. 2, 299-310 (1964).
- Fanselow, M. S., Dong, H. W. Are the dorsal and ventral hippocampus functionally distinct structures. Neuron. 65 (1), 7-19 (2010).
- Wang, M., et al. Translation of BDNF-gene transcripts with short 3′ UTR in hippocampal CA1 neurons improves memory formation and enhances synaptic plasticity-relevant signaling pathways. Neurobiol Learn Mem. , (2016).
