Method Article
这份手稿规定, 在子宫内电(IUE)用来描述在单细胞水平与荧光标记的神经元兴奋性神经元的结构连接协议。组织学是用于表征树突和轴突突起。在急性切片全细胞记录被用来研究兴奋性。
神经系统是由不同的神经元类型的一个巨大的范围。这些神经元亚群的特征在于,其它的特征,其独特的树突形态,其轴突连通的特定的模式,和它们的选择性点火的反应中。负责开发期间分化的这些方面的分子和细胞机制仍然知之甚少。
在这里,我们描述了联合协议标签和表征皮层神经元的结构连接性和兴奋性。在子宫内电(IUE)协议的修改使得神经元人口稀少的标签。这,反过来,使树突和单个神经元,轴突突起的层位置的精确表征,和形态分析的轴突的识别和跟踪。 IUE也可以用来研究在的兴奋性变化野生型(WT),或通过将其与全细胞记录从电脑的急性切片结合遗传修饰的神经元。这两种技术有助于更好地理解的结构和功能连接的耦合和分子机制控制发育过程中的神经元的多样性。这些发育过程对轴突布线,神经元的功能的多样性,以及认知障碍的生物学重要的影响。
树突和轴突结构的发展是电路调节在神经系统中的一个重要方面,包括在大脑皮层。它起着多样化神经元亚群的选择性布线过程中起关键作用。若干最近的报告表明,除了连接性,神经元的分子多样性由获取烧成的高度特异性的方式体现出来。然而,机制确定发育过程中不同的神经元亚型的兴奋性和连接性,以及它们的协调程度,仍然知之甚少1,2。
体内损失-和增益的功能分析允许对特定基因的表达水平和其在电路的发展的影响之间的关系的研究。 在子宫内电(IUE)是广泛用于研究的技术在特定神经元群体的兴趣的基因的功能,并研究它们的连接的总体图案。然而,为了确定在活的小鼠轴突和树突皮质层的形态特征,是必不可少的疏标记神经元。一个的Cre重组系统用IUE组合可用于在足够低的密度来标记的神经元的稀疏人口来解析所识别的皮质椎板的各个细胞发出的突起。此方法标记足够数目的每皮质神经元的电脑( 图1)的合理数量的分析之后,得到定量数据。这份手稿提出了连通性等精细分析的方法。它也提供了一个类似的策略来分析,在单独的实验中,通过在绿色荧光蛋白(GFP)进行电流钳记录神经元的电性能-electroporated从急性皮层切片的细胞。这些亲母育酚是通用的,可以适用于WT和转基因动物的神经元的兴奋性和连通性的研究中,以及在其损失和功能增益由附加质粒IUE期间引入神经元。
虽然该协议描述了在胚胎天(E)15.5小鼠的电穿孔,该技术可以在任何年龄E9.5 3和日龄(P)的2 4之间执行。虽然电在早期阶段目标的神经元和丘脑的前体和皮质的深层,后期电痕更多的表层(如 E15.5 IUE目标层II-III神经元)。总之,IUE的具有单细胞形态学分析和电的组合是阐明在神经系统的基本神经元的巨大结构和功能的多样性的分子机制的有用工具。
所有动物的程序是由马德里动物护理和使用委员会,共同体符合国家和欧洲法规认可(PROEX一十四分之一百十八; PROEX15分之331)。保持在手术过程中在无菌条件。
1. 在子宫内的电
注意:此协议为Iue时从先前已公布的5,6,7更为适合。该原稿描述了一种协议,用于E15.5的IUE的胚胎,在记者策略,其允许使用标准的GFP报告质粒单个神经元8和在一个单独的实验中其电生理学特性的形态的研究修改。
2.准备手术
3.手术
4.注射DNA和电的
5.结束了手术,术后
6.样品的制备和分析
7.成像和分析
8.电
注:此协议的目标是从层获得全细胞电流钳记录中的GFP电穿孔小鼠大脑(或先前电穿孔的任何其它荧光蛋白)通过GFP表达视觉上识别的II / III锥体细胞的神经元。这是先前公布的方法17,18改编。使用此协议是可能的研究遗传改性的效果ication由IUE对神经元的电特性引入的。具体的发射模式的收购是分化的一个渐进的过程,涉及的离子通道的广泛的曲目的动态表达,导致瞬态射击模式的表达已故前产后阶段。例如,成熟的电反应不是在层的躯体感觉皮质鼠标的II / III P16 2,19之前观察到的。
为了表征在细节和整个开发神经元的形态变化,有必要稀疏标记神经元。一个Cre重组稀释系统允许感兴趣的基因在神经元的人口稀少的表达,因此,只有那些掺入这种酶的神经元表达GFP( 图1A)。使用这种策略,层II-III是针对在E15.5通过IUE标记。 CAG-的DsRed2在1微克/μL,是共电为控制和动物活体识别正面电大脑。重要的是,抗GFP抗体染色后,信号足够强,让他们的树突形态和轴突( 图1D和E)的清晰的可视化。
IUE和电后,从全细胞记录获得的参数的分析被用于共mpare不同条件下烧成反应和电穿孔的细胞的兴奋性。几个参数可以得到。参数应适应使用特定的膜片钳分析软件的特定的研究。 图2C提供了防止输入电流的动作电位从在E15.5电一个WT层Ⅱ-Ⅲ神经元的记录得到的曲线的一个例子。
摊薄战略图1. Cre重组使皮层神经元稀疏标签。该战略的A原理图汇总。在同时携带CALNL-GFP和CRE的神经元,在loxP的STOP-LoxP位卡带被切除了CALNL-GFP,而GFP是由强大的CAG启动子表达。硼硅酸盐毛细管B.示意图使用微量拉马拉。尖端通过FO切rceps,创造了30°角。测量从尖端1cm至毛细管的较窄部分的开头。 C.电极的位置为目标的躯体感觉皮层。铂电极置于大约在胚胎的耳朵。由于其负电荷,DNA被施加电压时变为朝向正极。变异电极的位置允许针对不同的大脑区域。载体后获得的图像D.通过在 15.5天的胚胎子宫穿孔传递到层II-III的神经元;冠状切片在16日龄的CAG-的DsRed2载体共转染作为对照(左)制成。 GFP(中)表示仅在于还掺入酶Cre这些神经元,允许在CALNL-GFP载体的LoxP位点的重组。稀疏标签允许单个神经元来加以区分(箭头)。 E.高倍率的T共聚焦图像他树突另一个人口稀少GFP标记神经元乔木。比例尺= 100微米。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2.电设置,例如一个射击响应。 A.图为用于急性片膜片钳实验电设置。设置包括在一个法拉第笼,以消除噪声,和设备上的防振台的顶部。用于电极的机动显微的控制器在左侧观察。与GFP电鼠标B.锥体神经元,在明亮的领域和绿色荧光观察条件。附着到的GFP +细胞记录吸管是引人注目。比例尺= 10&#181,M。一个CAG-GFP的C.射击模式电控层II-III神经元呈现典型的常规扣球响应。动作电位的分布近似于沿着输入电流(X轴)的持续时间的规则分布。 请点击此处查看该图的放大版本。
阶段 | 电压 | 电极 | 参考 |
E9.5 | 7 V,100毫秒,3个脉冲 | 坚持铂电极 | Matsui 等人。 2011年3 |
E12.5 | 30 V,50毫秒,3 - 5个脉冲 | 钳型电极3毫米 | 斋藤,T.,2006年12 |
E15.5 | 35-48 V,50毫秒,5个脉冲 | 钳型电极5-7毫米 | 罗德里格斯特纳斯等。 ,2016年2,斋藤,T.,2006年12 |
P2 | 100伏,50毫秒,5个脉冲 | 钳型电极5-7毫米 | Sonego 等。 2013年4 |
表1:电压条件和电极,用于胚胎的电穿孔。
这个协议在详细描述了如何标记C75BL / 6小鼠的躯体感觉皮层的神经元,以分析它们的连接和它们的兴奋性。相对于现有的方法,它可视连通的识别方面,如每神经元轴突的分支数,它们的精确地形,和它们的解剖位置。通过改变电极的位置,有可能指定其他神经元群体,如扣带皮层(保持电极和大脑之间的角度相同,但改变磁极的取向)或海马5,并且执行类似实验标记单个神经元或更广泛的人群中,取决于期望的策略。不过,也有这种限制,因为不是所有的人口都同样可访问的或同等选择性标记。例如,在海马,能够选择性地靶向CA1区的晚出生的神经元,但EARLY电痕内和外锥体细胞的异质群体。在大脑皮质神经元出生以顺序的方式,所以IUE在妊娠天确定哪个皮质层受到影响。早先执行的目标IUE更深的神经元( 如,在IUE标签E14 IV层神经元)22。
对于一个成功的IUE,建议考虑某些因素。首先,做了手术,在不到30分钟,以减少对母亲的应力和增加的幼仔的生存机会是很重要的。第二,该过程中最困难的部分是在注射通过硼硅酸盐毛细管尽量轻柔的DNA进行注射。如果胚胎被压太硬,它们可以受到伤害。在故障排除过程中DNA注射胚胎的死亡,坡口以30°角尖可以增加这个职业的疗效方面塞斯。如果一个倒角机不可用并且毛细管用镊子单独切割,正确的角度可以在解剖显微镜来确认。丢弃毛细血管不足。最后,适应电穿孔条件对胚胎的阶段是为了提高生存率重要( 见表1)。
一些考虑是必要而与轴突和树突的重建。为了标记单个神经元,所述酶Cre的质粒的适当浓度是必不可少的,以获得一个良好的,稀疏表达并避免属于不同的神经元的神经元突起的混杂重叠。虽然该协议提出使用4纳克/微升,可能有必要调整质粒浓度为每个实验中,根据所用的启动子,所述DNA制剂的质量,和DNA定量的方法( 例如,将其降低到2纳克/μL,如果标签太多的神经元)。在additi上,对于轴突跟踪,将其在适当的角度,以在同一平面上的整个神经元削减是重要的。
对于成功的膜片钳记录的关键步骤是急性切片的组织的健康和位置,并电GFP阳性神经元的丰度。如果修补步骤失败或异常响应录音过程中发现,减少时间来处理急性切片。如果GFP神经元由于在急性切片其减少数字很难识别和定位,确保有足够的CAG-GFP质粒是包含在电组合。关于本文所描述的方法的主要限制,膜片钳技术允许的描述神经元的兴奋性的许多不同的参数记录,但它不评估依赖整个电路上的方面。另外,和上面提到,并不是所有的神经元亚群是通过IUE访问。综上所述,在第ê将来,这些技术可以向在脑中不同的神经元亚群的结构和功能连接的进一步的分析。
作者宣称没有利益冲突。
我们感谢R.古铁雷斯和A.莫拉莱斯的出色技术援助和洛杉矶魏斯进行编辑。 CGB是由西班牙部:西恩西亚ËINNOVACIÓN(MICINN),FPI-BES-2012-056011资助。这项工作是由来自BBVA基金会和SAF2014-58598-JIN(MINECO)到M.纳瓦雷特的资助,并从拉蒙阿雷塞斯基金会和赠款SAF2014-52119-R和BFU2014-55738-REDT(从MINECO)向基金资助M.涅托。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
pCAG-Cre | Addgene | 13775 | |
pCALNL-GFP | Addgene | 13770 | |
pCAG-DsRed2 | Addgene | 15777 | |
pCAG-GFP | Addgene | 11150 | |
Fast Green | Carl Roth | 301.1 | |
EndoFree Plasmid Maxi Kit | QIAGEN | 12362 | |
Carprofen (Rimadyl) | Pfizer GmbH | 1615 ESP | |
Isoflurane (IsoFlo) | Abbott (Esteve) | 1385 ESP | |
Ketamine (Imalgene) | Merial | 2528-ESP | |
Xylazine (Xilagesic) | Calier | 0682-ESP | |
Povidone Iodine | Meda | 694109.6 | |
Eye Ointment (Lipolac) | Angelini | 65.277 | |
Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco by Life Technologies | 24020-091 | |
Penicillin-Streptomycin | Sigma -Aldrich | P4333 | |
Scalpel Handle # 3 - 12 cm | Fine Science Tools | 10003-12 | |
Scalpel Blades # 10 | Fine Science Tools | 10010-00 | |
Adson Forceps-Serrated - Straight 12 cm | Fine Science Tools | 1106-12 | |
Hardened Fine Scissors - Straight 11 cm | Fine Science Tools | 14090-11 | |
Scissors Mezenbaum-Nelson Curved L=14.5 cm | Teleflex | PO143281 | |
Thin curved tips - Style 7 Dumoxel | Dumont | 0303-7-PO | |
Dumont #5 Forceps-Inox | Fine Science Tools | 11251-20 | |
Mathieu Needle Holder - Serrated | Fine Science Tools | 12010-14 | |
AutoClip Applier | Braintree scientific, Inc | ACS APL | |
9 mm AutoClips | MikRon Precision, Inc. | 205016 | |
Sutures - Polysorb 6-0 | Covidien | UL-101 | |
Electric Razor | Panasonic | ER 240 | |
Borosilicate glass capillaries (100 mm, 1.0/0.58 Outer/Inner diameter) | World Precision Instrument Inc. | 1B100F-4 | |
Aspirator tube assemblies for calibrated microcapillary pipettes | Sigma -Aldrich | A5177-5EA | |
Gauze (Aposan) | Laboratorios Indas, S.A.U. | C.N. 482232.8 | |
Cotton Swabs (Star Cott) | Albasa | - | |
Needle 25 G (BD Microlance 3) | Becton, Dickinson and Company | 300600 | |
Sucrose | Sigma -Aldrich | S0389 | |
Paraformaldehyde | Sigma -Aldrich | 158127 | |
OCT Compound | Sakura | 4583 | |
Tissue Culture Dish 100 x 20 mm | Falcon | 353003 | |
GFP Tag Polyclonal Antibody | Thermo Fisher Scientific | A-11122 | |
Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A-11008 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 10270106 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100-500ML | |
Electroporator ECM 830 | BTX Harvard Apparatus | 45-0002 | |
Platinum electrodes 650P 7 mm | Nepagene | CUY650P7 | |
Microscope for Fluorescent Imaging - MZ10F | Leica | - | |
VIP 3000 Isofluorane Vaporizer | Matrx | - | |
TCS-SP5 Laser Scanning System | Leica | - | |
Axiovert 200 Microscope | Zeiss | - | |
Cryostat - CM 1950 | Leica | - | |
P-97 Micropette Puller | Sutter Instrument Company | P-97 | |
Patch clamp analysis softwarw (p-Clamp Clampfit 10.3) | Molecular Devices | - | |
Acquisition software (MultiClamp 700B Amplifier) | Molecular Devices | DD1440A | |
Motorized Micromanipulator + Rotating Base | Sutter Instrument | MP-225 | |
Air Table | Newport | - | |
Miniature Peristaltic Pumps | WPI | - |
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