このプロトコルは、後根神経節(DRG)の外科的曝露とそれに続くGCaMP3(遺伝的にコードされたCa2+ インジケーター;緑色蛍光タンパク質-カルモジュリン-M13タンパク質 3)Pirt-GCaMP3マウスを用いて、同側後肢に様々な刺激を加えながら神経細胞集合体をCa2+ イメージングした。
Ca2+イメージングは、活動電位および細胞質へのCa2+侵入または細胞内Ca2+貯蔵の放出を含む様々なシグナル伝達機構を含む細胞活動の代理として使用することができる。マウスの背根神経節(DRG)の一次感覚ニューロンのPirt-GCaMP3ベースのCa2+イメージングは、多数の細胞を同時に測定できるという利点を提供します。最大1,800個のニューロンをモニターできるため、ニューロンネットワークと体性感覚プロセスを、in vivoの集団レベルで通常の生理学的状況でアンサンブルとして研究できます。監視されるニューロンの数が多いため、他の方法では検出が困難な活動パターンを検出できます。刺激をマウスの後足に適用することができ、DRGニューロンアンサンブルに対する刺激の直接的な影響を研究することができます。Ca2+トランジェントを生成するニューロンの数とCa2+トランジェントの振幅は、特定の感覚様式に対する感受性を示しています。ニューロンの直径は、活性線維の種類(非侵害性メカノ線維と有害な疼痛線維、Aβ、Aδ、およびC線維)の証拠を提供します。特定の受容体を発現するニューロンは、Pirt-GCaMPと一緒にtd-Tomatoおよび特定のCreリコンビナーゼで遺伝的に標識することができます。したがって、DRGのPirt-GCaMP3 Ca2+イメージングは、痛み、かゆみ、触覚、およびその他の体性感覚信号を研究するための集団レベルでアンサンブルとして機能する特定の感覚モダリティおよびニューロンサブタイプの分析のための強力なツールとモデルを提供します。
一次感覚ニューロンは皮膚を直接神経支配し、体性感覚情報を中枢神経系に運び戻します1,2。背根神経節(DRG)は、10,000〜15,000個の一次感覚ニューロンの細胞体クラスターです3,4。DRGニューロンは、多様なサイズ、髄鞘形成レベル、および遺伝子および受容体発現パターンを提示します。より小さい直径のニューロンは、疼痛感知ニューロンを含み、より大きな直径のニューロンは、典型的には、非疼痛の機械的刺激に応答する5、6。傷害、慢性炎症、末梢神経障害などの一次感覚ニューロンの障害は、これらのニューロンをさまざまな刺激に感作し、慢性疼痛、異痛症、および疼痛過敏症に寄与する可能性があります7,8。したがって、DRGニューロンの研究は、一般的な体性感覚と多くの痛みやかゆみの障害の両方を理解する上で重要です。
生体内で発火するニューロンは体性感覚に不可欠であるが、最近まで、生体内で無傷の神経節を研究するためのツールは比較的少数の細胞に限られていた9。ここでは、生体内の集団レベルでニューロンの活動電位または活動をアンサンブルとして研究するための強力な方法について説明します。この方法は、細胞質Ca2+ダイナミクスに基づくイメージングを採用しています。Ca2+高感度蛍光指示薬は、通常は低濃度の細胞質Ca2+のため、細胞活性を測定するための優れたプロキシです。これらの指標は、マウス9、10、11、12、13、14、15、16およびラット17における数百〜数千の一次感覚ニューロンの同時モニタリングを可能にした。この研究に記載されているin vivo Ca2+イメージングの方法は、機械的、低温、熱的、および化学的刺激に対する集団レベルの応答を直接観察するために使用できます。
ホスホイノシチド結合膜タンパク質であるPirtは、ほぼすべての(>95%)一次感覚ニューロン18,19で高レベルで発現しており、Ca2+センサーGCaMP3の発現を駆動して、in vivoでニューロンの活動をモニターするために使用できます20。このプロトコールでは、共焦点レーザー走査顕微鏡(LSM)を用いて、インビボDRG手術、Ca2+画像化、およびPirt−GCaMP3マウス14の右側腰椎5(L5)DRGにおける分析を行うための技術が記載されている。
持続的な痛みはさまざまな障害に存在し、約8%の人々の生活の質を衰弱および/または低下させます29。一次感覚ニューロンは皮膚の有害な刺激を検出し、その可塑性は持続的な痛みに寄与します8。ニューロンは細胞培養や外植片で研究することができますが、そうすることで通常の生理学的状況からニューロンが取り除かれます。DRGの外科的曝露とそれに?…
The authors have nothing to disclose.
この研究は、国立衛生研究所の助成金R01DE026677およびR01DE031477(Y.S.K.)、UTHSCSA startup fund(Y.S.K.)、およびテキサス大学システム(Y.S.K.)からのライジングスター賞によってサポートされました。
Anased Injection (Xylazine) | Covetrus, Akorn | 33197 | |
C Epiplan-Apochromat 10x/0.4 DIC | Cal Zeiss | 422642-9900-000 | |
Cotton Tipped Applicators | McKesson | 24-106-1S | |
Curved Hemostat | Fine Science Tools | 13007-12 | |
DC Temperature Controller | FHC | 40-90-8D | |
DC Temperature Controller Heating Pad | FHC | 40-90-2-05 | |
Dumont Ceramic Coated Forceps | Fine Science Tools | 11252-50 | |
FHC DC Temperature Controller | FHC | 40-90-8D | |
Fluriso (Isoflurane) | MWI Animal Health, Piramal Group | 501017 | |
Friedman-Pearson Rongeurs | Fine Science Tools | 16221-14 | |
GelFoam | Pfizer | 09-0353-01 | |
Ketaset (Ketamine) | Zoetis | KET-00002R2 | |
Luminescent Green Stage Tape | JSITON/ Amazon | B803YW8ZWL | |
Matrx VIP 3000 Isoflurane Vaporizer | Midmark | 91305430 | |
Micro dissecting scissors | Roboz | RS-5882 | |
Micro dissecting spring scissors | Fine Science Tools | 15023-10 | |
Micro dissecting spring scissors | Roboz | RS-5677 | |
Mini Rectal Thermistor Probe | FHC | 40-90-5D-02 | |
Operating scissors | Roboz | RS-6812 | |
Pirt-GCaMP3 C57BL/6J mice | Johns Hopkins University | N/A | Either sex can be imaged equally well. Mice should be at least 8 weeks old due to weak or intermittent Pirt promoter expression in younger mice. |
SMALGO small animal algometer | Bioseb In vivo Research Instruments | BIO-SMALGO | |
Stereotaxic frame | Kopf Model 923-B | 923-B | |
td-Tomato C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 7909 | |
Top Plate, 6 in x 10 in | Newport | 290-TP | |
TrpV1-Cre C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 17769 | |
Zeiss LSM 800 confocal microscope | Cal Zeiss | LSM800 | |
Zeiss Zen 2.6 Blue Edition Software | Cal Zeiss | Zen (Blue Edition) 2.6 |