यहां, हम मस्तिष्क स्लाइस पर एक पूरे सेल पैच-क्लैंप करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं जिसमें किसपेप्टिन न्यूरॉन्स होते हैं, जो गोनाडोट्रोफिन-रिलीजिंग हार्मोन (जीएनआरएच) कोशिकाओं के प्राथमिक मॉड्यूलेटर हैं। किसपेप्टिन न्यूरॉन गतिविधि के बारे में ज्ञान जोड़कर, इस इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल टूल ने पिछले 20 वर्षों में न्यूरोएंडोक्रिनोलॉजी क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति के आधार के रूप में कार्य किया है।
हाइपोथैलेमिक-पिट्यूटरी-गोनाडल (एचपीजी) अक्ष और प्रजनन क्षमता की परिपक्वता के लिए किसपेप्टिन आवश्यक हैं। हाइपोथैलेमिक किसपेप्टिन न्यूरॉन्स एंटेरोवेंट्रल पेरिवेंट्रिकुलर न्यूक्लियस और रोस्ट्रल पेरिवेंट्रिकुलर न्यूक्लियस में स्थित हैं, साथ ही हाइपोथैलेमस के आर्क्यूट न्यूक्लियस, अन्य कोशिकाओं के बीच गोनाडोट्रोफिन-रिलीजिंग हार्मोन (जीएनआरएच) न्यूरॉन्स को प्रोजेक्ट करते हैं। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि किसपेप्टिन सिग्नलिंग Kiss1 रिसेप्टर (Kiss1r) के माध्यम से होता है, अंततः रोमांचक GNRH न्यूरॉन गतिविधि। मनुष्यों और प्रयोगात्मक पशु मॉडल में, किसपेप्टिन जीएनआरएच स्राव को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त हैं और परिणामस्वरूप, ल्यूटिनाइजिंग हार्मोन (एलएच) और कूप उत्तेजक हार्मोन (एफएसएच) रिलीज करते हैं। चूंकि किसपेप्टिन प्रजनन कार्यों में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं, इसलिए शोधकर्ता यह आकलन करने के लिए काम कर रहे हैं कि हाइपोथैलेमिक किसपेप्टिन न्यूरॉन्स की आंतरिक गतिविधि प्रजनन से संबंधित कार्यों में कैसे योगदान देती है और इन गुणों को बदलने में सक्षम प्राथमिक न्यूरोट्रांसमीटर / न्यूरोमोड्यूलेटर की पहचान करती है। पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक कृंतक कोशिकाओं में किसपेप्टिन न्यूरॉन गतिविधि की जांच के लिए एक मूल्यवान उपकरण बन गई है। यह प्रयोगात्मक तकनीक शोधकर्ताओं को सहज उत्तेजक और निरोधात्मक आयनिक धाराओं, आराम करने वाली झिल्ली क्षमता, कार्रवाई संभावित फायरिंग और कोशिका झिल्ली के अन्य इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों को रिकॉर्ड करने और मापने की अनुमति देती है। वर्तमान अध्ययन में, पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक के महत्वपूर्ण पहलुओं, जिसे इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल माप के रूप में जाना जाता है जो हाइपोथैलेमिक किसपेप्टिन न्यूरॉन्स को परिभाषित करता है, और तकनीक के बारे में प्रासंगिक मुद्दों की चर्चा की जाती है।
हॉजकिन और हक्सले ने कई वैज्ञानिक अध्ययनों में वर्णित कार्रवाई क्षमता का पहला इंट्रासेल्युलर रिकॉर्ड बनाया। यह रिकॉर्डिंग स्क्वीड अक्षतंतु पर की गई थी, जिसका एक बड़ा व्यास (~ 500 μm) है, जिससे अक्षतंतु के अंदर एक माइक्रोइलेक्ट्रोड रखा जा सकता है। इस काम ने वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए महान संभावनाएं प्रदान कीं, बाद में वोल्टेज-क्लैंप मोड के निर्माण में समापन हुआ, जिसका उपयोग कार्रवाई संभावित पीढ़ी 1,2,3,4,5,6,7,8 के आयनिक आधार का अध्ययन करने के लिए किया गया था। वर्षों से, तकनीक में सुधार किया गया है, और यह वैज्ञानिक अनुसंधान 6,9 में व्यापक रूप से लागू हो गया है। पैच-क्लैंप तकनीक का आविष्कार, जो 1970 के दशक के उत्तरार्ध में इरविन नेहर और बर्ट सकमैन द्वारा शुरू किए गए अध्ययनों के माध्यम से हुआ था, ने शोधकर्ताओं को केवल एक इलेक्ट्रोड 9,10,11,12 का उपयोग करके लगभग हर प्रकार के सेल में एकल आयन चैनल और इंट्रासेल्युलर झिल्ली क्षमता या धाराओं को रिकॉर्ड करने की अनुमति दी।. पैच-क्लैंप रिकॉर्डिंग को विभिन्न प्रकार के ऊतक ों की तैयारी पर बनाया जा सकता है, जैसे कि सुसंस्कृत कोशिकाएं या ऊतक स्लाइस, या तो वोल्टेज-क्लैंप मोड में (उदाहरण के लिए, वोल्टेज-निर्भर धाराओं और सिनैप्टिक धाराओं की रिकॉर्डिंग की अनुमति देने वाले सेट वोल्टेज पर कोशिका झिल्ली को पकड़ना) या वर्तमान-क्लैंप मोड (उदाहरण के लिए, आयन धाराओं द्वारा प्रेरित झिल्ली क्षमता में परिवर्तन की रिकॉर्डिंग की अनुमति देना), एक्शन पोटेंशिअल, और पोस्टसिनेप्टिक संभावित आवृत्ति)।
पैच-क्लैंप तकनीक के उपयोग ने कई उल्लेखनीय खोजों को संभव बना दिया। वास्तव में, हाइपोथैलेमिक किसपेप्टिन न्यूरॉन्स के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों पर सेमिनल निष्कर्ष एंटेरोवेंट्रल पेरिवेंट्रिकुलर और रोस्ट्रल पेरिवेंट्रिकुलर नाभिक (एवीपीवी / पीईएन किसपेप्टिन) में स्थित हैं, जिसे तीसरे वेंट्रिकल (आरपी 3 वी) के रोस्ट्रल पेरिवेंट्रिकुलर क्षेत्र और हाइपोथैलेमस (एआरएचकिसपेप्टिन) के आर्क्यूट न्यूक्लियस के रूप में भी जाना जाताहै। विशेष रुचि के हैं। 2010 में, ड्यूक्रेट एट अल ने एक अन्य इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल टूल, लूज-सेल पैच-क्लैंप तकनीक का उपयोग करके चूहों में एवीपीवी / पीईएनकिसपेप्टिनन्यूरॉन्स की पहली रिकॉर्डिंग का प्रदर्शन किया। इन अध्ययनों ने एवीपीवी / पीईएनकिसपेप्टिन न्यूरॉन्स का एक विद्युत विवरण प्रदान किया और प्रदर्शित किया कि उनके फायरिंग पैटर्न कठिन चक्र-निर्भरहैं। 2011 में, किउ एट अल ने यह प्रदर्शित करने के लिए पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक का उपयोग किया कि एआरएचकिसपेप्टिन न्यूरॉन्स अंतर्जात पेसमेकरधाराओं को व्यक्त करते हैं। इसके बाद, गॉट्स एट अल ने दिखाया कि किसपेप्टिन न्यूरॉन्स सहज गतिविधि का प्रदर्शन करते हैं और एच-टाइप (पेसमेकर) और टी-टाइप कैल्शियम धाराओं दोनों को व्यक्त करते हैं, यह सुझाव देते हुए कि एआरएचकिसपेप्टिन न्यूरॉन्स अन्य केंद्रीय तंत्रिका तंत्र पेसमेकर न्यूरॉन्स18 के साथ इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुण साझा करते हैं। इसके अतिरिक्त, यह प्रदर्शित किया गया है कि एआरएच किसपेप्टिन न्यूरॉन्स यौन रूप से विकृत फायरिंग दर प्रदर्शित करते हैं और एवीपीवी / पेनकिसपेप्टिन न्यूरॉन्स एटीपी-संवेदनशील पोटेशियम चैनलों (के एटीपी) 19,20 से प्रभावित एक द्विमोडल विश्राम झिल्ली क्षमता (आरएमपी) प्रदर्शित करते हैं। इसके अलावा, यह स्थापित किया गया था कि गोनाडल स्टेरॉयड चूहों19,20,21 में किसपेप्टिन न्यूरॉन्स की सहज विद्युत गतिविधि को सकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं। किसपेप्टिन न्यूरॉन्स के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गुणों का अध्ययन करने वाले पहले कार्यों का उल्लेख 16,17,18,19,20 किया गया है। तब से, कई अध्ययनों ने यह प्रदर्शित करने के लिए पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक का उपयोग किया है कि कौन से कारक / न्यूरोमोड्यूलेटर किसपेप्टिन न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि को संशोधित करने के लिए पर्याप्त हैं (चित्रा 1)17,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30।, 31,32.
प्रजनन के लिए आवश्यक न्यूरॉन्स के अध्ययन के लिए इस तकनीक के महत्व को देखते हुए, यहां कवर नहीं किए गए अन्य सेल प्रकारों के बीच, यह लेख पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक के विकास के लिए बुनियादी चरणों का वर्णन करता है, जैसे कि समाधान तैयार करना, मस्तिष्क को विच्छेदित करना और काटना, और रिकॉर्डिंग के लिए कोशिका झिल्ली की सील करना। इसके अलावा, तकनीक के बारे में प्रासंगिक मुद्दों पर चर्चा की जाती है, जैसे कि इसके फायदे, तकनीकी सीमाएं और महत्वपूर्ण चर जिन्हें इष्टतम प्रयोगात्मक प्रदर्शन के लिए नियंत्रित किया जाना चाहिए।
पूरे सेल पैच-क्लैंप तकनीक के विकास का वैज्ञानिक समुदाय पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा, जिसे वैज्ञानिक अनुसंधान विकसित करने और कई खोजों को सक्षम करने के लिए सर्वोपरि महत्व माना जा रहा है। विज्ञान पर इसका प्…
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन को साओ पाउलो रिसर्च फाउंडेशन [एफएपीईएसपी अनुदान संख्या: 2021/11551-4 (जेएनएस), 2015/20198-5 (टीटीजेड), 2019/21707/1 (आरएफ); और कोर्डेनाको डी एपरफेइकोमेंटो डी पेस्सोअल डी निवेल सुपीरियर (सीएपीएस) – वित्त कोड 001 द्वारा समर्थित किया गया था।
Compounds for aCSF, internal and slicing solutions | |||
ATP | Sigma Aldrich/various | A9187 | |
CaCl2 | Sigma Aldrich/various | C7902 | |
D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich/various | G7021 | |
EGTA | Sigma Aldrich/various | O3777 | |
HEPES | Sigma Aldrich/various | H3375 | |
KCL | Sigma Aldrich/various | P5405 | |
K-gluconate | Sigma Aldrich/various | G4500 | |
KOH | Sigma Aldrich/various | P5958 | |
MgCl2 | Sigma Aldrich/various | M9272 | |
MgSO4 | Sigma Aldrich/various | 230391 | |
NaCl | Sigma Aldrich/various | S5886 | |
NaH2PO4 | Sigma Aldrich/various | S5011 | |
NaHCO3 | Sigma Aldrich/various | S5761 | |
nitric acid | Sigma Aldrich/various | 225711 | CAUTION |
Sucrose | Sigma Aldrich/various | S1888 | |
Equipments | |||
Air table | TMC | 63-534 | |
Amplifier | Molecular Devices | Multiclamp 700B | |
Computer | various | – | |
DIGIDATA 1440 LOW-NOISE DATA ACQUISITION SYSTEM | Molecular Devices | DD1440 | |
Digital peristaltic pump | Ismatec | ISM833C | |
Faraday cage | TMC | 81-333-03 | |
Imaging Camera | Leica | DFC 365 FX | |
Micromanipulator | Sutter Instruments | Roe-200 | |
Micropipette Puller | Narishige | PC-10 | |
Microscope | Leica | DM6000 FS | |
Osteotome | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 128 | |
Recovery chamber | Warner Instruments/Harvard apparatus | – | can be made in-house |
Recording chamber | Warner Instruments | 640277 | |
Spatula | Fisher Scientific /various | FISH-14-375-10; FISH-21-401-20 | |
Vibratome | Leica | VT1000 S | |
Water Bath | Fisher Scientific /various | Isotemp | |
Software and systems | |||
AxoScope 10 software | Molecular Devices | – | Commander Software |
LAS X wide field system | Leica | – | Image acquisition and analysis |
MultiClamp 700B | Molecular Devices | MULTICLAMP 700B | Commander Software |
PCLAMP 10 SOFTWARE FOR WINDOWS | Molecular Devices | Pclamp 10 Standard | |
Tools | |||
Ag/AgCl electrode, pellet, 1.0 mm | Warner Instruments | 64-1309 | |
Curved hemostatic forcep | various | – | |
cyanoacrylate glue | LOCTITE/various | – | |
Decapitation scissors | various | – | |
Filter paper | various | – | |
Glass capillaries (micropipette) | World Precision Instruments, Inc | TW150F-4 | |
Iris scissors | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 65-66 | |
Pasteur glass pipette | Sigma Aldrich/various | CLS7095B9-1000EA | |
Petri dish | various | – | |
Polyethylene tubing | Warner Instruments | 64-0756 | |
Razor blade for brain dissection | TED PELLA | TEDP-121-1 | |
Razor blade for the vibratome | TED PELLA | TEDP-121-9 | |
Scissors | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 71-72, 48,49; | |
silicone teat | various | – | |
Slice Anchor | Warner Instruments | 64-0246 | |
Syringe filters | Merck Millipore Ltda | SLGVR13SL | Millex-GV 0.22 μm |
Tweezers | Bonther equipamentos & Tecnologia/various | 131, 1518 |