Ringraziamo il dottor Alexandre Mourot per i suoi commenti sul manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni da Agence Nationale de la Recherche (ANR 2011 MALZ 01 003; ANR-15-CE16-0010 e ANR-17-CE37-0010-03), BLG è supportato da fellowship dal Fondation pour la Recherche sur Alzheimer. Ringraziamo la struttura animale di IBPS (Parigi, Francia).

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Singola cella RT-PCR multiplex dopo patch-clamp può sondare contemporaneamente e in modo affidabile l'espressione di più di 30 geni in cellule electrophysiologically identificato5. L'analisi di espressione genica a livello di singola cellula richiede gli iniettori di PCR altamente efficienti. Uno dei passi più limitanti è la raccolta del contenuto della cella. Sua efficienza dipende dal diametro del puntale della pipetta patch, deve essere più grande possibile, mentre le dimensioni della cella di corrispondenza. Pipette con un diametro di 1-2 µm punta aperta sono state dimostrate per essere adatto a tipi più neuronali. È anche essenziale per assicurarsi che solo il contenuto cellulare è raccolto e non il tessuto circostante. Questo è raggiunto controllando electrophysiologically la conservazione di una guarnizione a tenuta durante la vendemmia. La formazione di una configurazione di patch esterno-out durante il ritiro di pipetta ulteriormente protegge il citoplasma raccolto da detriti cellulari. Il tasso di successo della singola cella che Multiplex RT-PCR dipende anche dalla abbondanza di mRNA del tipo cella indagate. Per esempio, la resa ottenuta con gli astrociti, che esprimono i mRNAs in quantità relativamente basse3, è generalmente inferiore a quella ottenuta con i neuroni e così richiede sempre più campione dimensione15,16. Trascrizione d'inversione, che ha una bassa efficienza in tubi48, è la reazione limitante della singola cella multiplex RT-PCR. Pertanto è fondamentale utilizzare reagenti di qualità superiore, per memorizzarli come aliquote a-80 ° C e di usarli solo per un giorno. Infine, l'attività della polimerasi del DNA della RTase è spesso una fonte trascurata di formazione dimerica primer. Per risolvere questo problema, l'esecuzione di un avvio a caldo con gli iniettori è critico per aumentare l'efficienza di amplificazione. Inoltre questo ridurrà l'effetto inibitorio di RTase sulla Taq DNA polimerasi attività49.
La tecnica di RT-PCR multiplex singola cella è altamente versatile. È stato ampiamente utilizzato in roditori10,11,13,19,20,34,50,51,52 ,53,54 , ma può essere adattato ai modelli praticamente tutti animali e geni supponendo che le sequenze del gene e del tessuto sono disponibili. Varie soluzioni di patch-clamp possono essere utilizzati, purché non interferiscono con la RT-PCR su analisi gratuita delle cellule. Per esempio interni soluzioni basate su K+ o cationi Cs+ , Cl– o gluconato sono state usate con successo6,36,41,55.
Classici risultati falsi negativi derivano dalla contaminazione RNAsi di filamento pipetta patch e/o soluzione interna patch clamp. Attentamente il filamento di clorurazione e convalida della soluzione interna in genere è possibile risolvere questo problema. Risultati falsi negativi possono verificarsi anche quando un gene è espresso ad un livello basso singola cella, poiché solo una parte del citoplasma è raccolto. La qualità del raccolto può essere aumentata utilizzando pipette più grandi e/o riducendo il tempo di registrazione della intero-cellula. Qualità di raccolta possa essere valutata includendo un gene conosciuto per essere espresso a un livello basso in cellule singole20. Risultati falsi positivi possono verificarsi con la qualità del tessuto male, in cui è alta la quantità di contaminante detriti cellulari. Test la presenza di detriti avviene inserendo una pipetta patch la fetta senza eseguire alcun sigillo e rilasciando la pressione positiva prima della rimozione di pipetta. La presenza di materiali amplificabile è sondata da multiplex RT-PCR42. Silanizzazione della pipetta patch è stato utilizzato anche per ridurre la raccolta di contaminanti extracellulare56. Singola cella PCR è una tecnica molto sensibile in grado di rilevare più di una singola copia del doppio filamento di DNA57. Nel caso di geni introne-di meno, il gDNA contenuta nel nucleo può anche produrre falsi positivi. Evitando la raccolta di gDNA inserendo la pipetta dal nucleo durante la raccolta aiuta a risolvere questo problema. La presenza di gDNA può essere attendibilmente sondata amplificando una sequenza intronic25.
La rivelazione di molecole di mRNA mediante RT-PCR diventa inaffidabile in 10 copie44, presumibilmente a causa della scarsa efficienza del RTase48e può portare a un sotto rilevazione delle trascrizioni di basso-abbondanza26,42. Questo può essere problematico nel caso dell'introne-meno geni. Infatti, evitando il raccolto del nucleo riduce la quantità di citoplasma che possa essere raccolti e quindi la sensibilità di rilevamento. La combinazione di cella singola RT-PCR dopo patch-clamp con biocitina etichettatura richiede che la forma della cellula è mantenuta il più possibile (Figura 3). Inevitabilmente, questo riduce la quantità di materiale che possa essere raccolti, riducendo così il tasso di successo. Un compromesso tra citoplasma raccolta e conservazione della morfologia cellulare è obbligatorio.
Dati di RT-PCR multiplex cella singola non sono quantitativi come offrono solo informazioni se i cDNAs sono presenti o assenti nel materiale raccolto. Tuttavia, a causa dei limiti di rilevamento descritti in precedenza, l'avvenimento di rilevamento a livello di popolazione può riflettere l'abbondanza dei geni a livello di singola cellula. Approcci alternativi consentono la generazione di ulteriori dati quantitativi, ma i vincoli tecnici imposti dalla loro strategie di amplificazione specifica (cioè, quantificazione relativa dei geni omologhi o RT-qPCR) in gran parte limitano il numero di geni che possono essere contemporaneamente analizzato41,53,55,58,59,60,61,62,63 ,64,65,66. La recente combinazione di registrazioni di patch-clamp e singola cella RNaseq, indicato come Patch-seq30,31, permette l'analisi trascrittomica quantitativa delle cellule electrophysiologically-caratterizzato. Si tratta di un approccio nuovo e promettente, ma richiede l'accesso a sequencer di alto-rendimento e i dati generati richiedono analisi che richiede tempo.

La corteccia cerebrale comprende numerosi tipi cellulari coinvolti in vari processi fisiologici. Loro identificazione e caratterizzazione, un prerequisito per la comprensione delle loro specifiche funzioni, può essere molto difficile data la grande diversità morfologiche, fisiologiche e molecolari che caratterizza di tipi delle cellule corticali1 ,2,3,4.
Cella singola multiplex RT-PCR si basa sulla combinazione di patch-clamp e tecniche di RT-PCR. E ' possibile sondare contemporaneamente l'espressione di predefiniti oltre 30 geni in cellule electrophysiologically identificato5. L'inclusione di un tracciante neuronale in ulteriormente la pipetta di registrazione permette la caratterizzazione morfologica delle cellule registrate dopo la rivelazione istochimica6,7,8,9, 10. è una tecnica molto utile per la classificazione dei tipi neuronali basato sull'analisi multivariata di loro tratti fenotipici5,9,10,11,12 ,13,14. Singola cella RT-PCR multiplex è adatto anche per la caratterizzazione di cellule non neuronali come astrociti15,16,17e può essere applicato praticamente a ogni cervello struttura18, 19,20,21,22,23 e cella tipo, supponendo che essi possono essere registrati nella configurazione di cellule intere.
Questa tecnica è molto conveniente per l'identificazione di fonti cellulari e/o obiettivi di trasmissione sistemi7,8,15,16,20,21, 24,25,26,27,28, soprattutto quando gli anticorpi specifici sono carenti. Esso si basa su registrazioni di patch-clamp da cellule visivamente identificati29e così permette anche l'ottimizzazione delle cellule in un ambiente cellulare specifico8,15,16. Inoltre poiché la citoarchitettura del tessuto cerebrale è conservato nelle fette del cervello, questo approccio consente inoltre studio dei rapporti anatomici delle cellule caratterizzate con elementi neuronali e non neuronali7,8 , 18.
Poiché questa tecnica è limitata dalla quantità di citoplasma raccolto e dall'efficienza della RT, il rilevamento del mRNA espresso al numero basso di copia può essere difficile. Anche se altri approcci basati sulla tecnologia di RNaseq permettono di analizzare l'intero trascrittoma di singole cellule3,4,30,31, hanno bisogno di alto-rendimento costoso sequencer non necessariamente disponibile per ogni laboratorio. Poiché la tecnica di RT-PCR multiplex singola cella utilizza PCR end-point, richiede solo thermocyclers ampiamente disponibili. Esso può essere facilmente sviluppata nei laboratori attrezzati con allestimenti elettrofisiologici e non richiede costose attrezzature. E ' in grado di fornire, entro un giorno, un'analisi qualitativa dell'espressione di un insieme predefinito di geni. Così, questo approccio offre un facile accesso per la caratterizzazione molecolare delle singole cellule in modo rapido.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>MACAW v.2.0.5</td>
			<td>NCBI</td>
			<td></td>
			<td>Multiple alignement for primer design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dithiothreitol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>443852A</td>
			<td>RT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Random primers</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>11034731001</td>
			<td>RT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dNTPs</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences</td>
			<td>28-4065-52</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RNasin Ribonuclease Inhibitors</td>
			<td>Promega</td>
			<td>N2511</td>
			<td>RT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperScript II Reverse Transcriptase</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>18064014</td>
			<td>RT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taq DNA Polymerase</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>201205</td>
			<td>PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mineral Oil</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>M5904-5ML</td>
			<td>PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCR primers</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td></td>
			<td>PCR / desalted and diluted at 200 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubes, 0.5 mL, flat cap</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>AB0350</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BT10 Series - 10 &#181;L Filter Tip</td>
			<td>Neptune Scientific</td>
			<td>BT10</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BT20 Series - 20 &#181;L Filter Tip</td>
			<td>Neptune Scientific</td>
			<td>BT20</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BT200 Series - 200 &#181;L Filter Tip</td>
			<td>Neptune Scientific</td>
			<td>BT200</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BT1000 Series - 1000 &#181;L Filter Tip</td>
			<td>Neptune Scientific</td>
			<td>BT1000.96</td>
			<td>RT and PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DNA Thermal Cylcer</td>
			<td>Perkin Elmer Cetus</td>
			<td></td>
			<td>PCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium Bromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>E1510-10ML</td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-Borate-EDTA buffer</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>T4415-1L</td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UltraPure Agarose</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>16500-500</td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#934;X174 DNA-Hae III Digest</td>
			<td>NEB (New England BioLabs)</td>
			<td>N3026S</td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDA 290</td>
			<td>Kodak</td>
			<td></td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrophoresis Power supply EPS 3500</td>
			<td>Pharmacia Biotech</td>
			<td></td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Midi Horizontal Elecrophoresis Unit Model SHU13</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td></td>
			<td>Agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smooth paper with satin appearance</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>1748B</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Hydroxyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>60377</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N&#8242;,N&#8242;-tetraacetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>E3889</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>H4034</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium D-gluconate</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>G4500</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>M1028</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5500 Vapor Pressure Osmometer</td>
			<td>Wescor</td>
			<td></td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biocytin</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>B4261</td>
			<td>Patch clamp internal solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>S5016</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose monohydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>49159</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>S6191</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>60128</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>31437-M</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>S5011</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>63069</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>21115</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kynurenic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>K3375</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Piramal Healthcare UK</td>
			<td></td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VT 1000S</td>
			<td>Leica Biosystems</td>
			<td>14047235613</td>
			<td>Slice preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>H1009</td>
			<td>Patch Clamp set-up cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin Wall Glass Capillaries with filament</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>TW150F-4</td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PP-83</td>
			<td>Narishige</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Microloader</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5242956003</td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BX51WI Upright microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XC-ST70/CE CCD B/W VIDEO CAMERA</td>
			<td>Sony</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axopatch 200B Amplifier</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata 1440</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pCLAMP 10 software suite</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td>Patch Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL syringe</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>SS-10ES</td>
			<td>Expelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E Series with Straight Body (Holder)</td>
			<td>Phymep</td>
			<td>64-0997</td>
			<td>Expelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate dibasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>S7907</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>S8282</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>P6148</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>X100</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin from cold water fish skin</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>G7041</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin, Alexa Fluor 488 conjugate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>S11223</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well plate</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>662160</td>
			<td>Histochemical revelation</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

single cell multiplex reverse transcription polymerase chain reaction after patch-clamp

La corteccia cerebrale è composto da numerosi tipi di cellule che esibiscono le varie caratteristiche morfologiche, fisiologiche e molecolari. Questa diversità ostacola la facile identificazione e caratterizzazione di questi tipi di cellule, prerequisiti per studiare le loro funzioni specifiche. Questo articolo viene descritto il protocollo multisala singola cella trascrizione d'inversione della polimerasi reazione a catena (RT-PCR), che consente, dopo la registrazione a fette, patch-clamp per rilevare simultaneamente l'espressione di decine di geni in una singola cella. Questo semplice metodo può essere implementato con caratterizzazione morfologica ed è ampiamente applicabile per determinare i tratti fenotipici di vari tipi di cellule e il loro particolare ambiente cellulare, come ad esempio in prossimità di vasi sanguigni. Il principio di questo protocollo è per registrare una cella con la tecnica del patch-clamp, per raccogliere e invertire trascrivere il suo contenuto citoplasmatico, e per rilevare qualitativamente l'espressione di un insieme predefinito di geni di multiplex PCR. Richiede un'attenta progettazione di iniettori di PCR e intracellulare patch clamp soluzione compatibile con RT-PCR. Per garantire una trascrizione selettiva e affidabile rilevamento, questa tecnica richiede anche controlli appropriati dal citoplasma raccolto ai passaggi di amplificazione. Sebbene precauzioni discussi qui devono essere strettamente seguite, praticamente qualsiasi laboratorio elettrofisiologico possibile utilizzare la cella singola multisala tecnica RT-PCR.

Una rappresentanza convalida di RT-PCR multiplex è illustrata nella Figura 3. Il protocollo è stato progettato per sondare contemporaneamente l'espressione di 12 geni diversi. Il vGluT1 del trasportatore vescicolare del glutammato è stato preso come un controllo positivo di neuroni glutamatergici42. Il GABA sintetizzare gli enzimi (GAD65 e GAD 67), Neuropeptide Y (NPY) e somatostatina (SOM) sono stati usati come indicatori di GABAergic interneuroni3,5,11. L'enzima ciclo-ossigenasi-2 (COX-2) è stato utilizzato come indicatore della cellula piramidale subpopolazione3,16.
Le subunità di ATP1α1-3 del Na+/k+ dell'atpasi e le subunità Kir 6.2 e SUR1 dei canali ATP sensibili di K+ sono stati scelti per valutare la relazione tra attività neuronale e metabolica stati43. Poiché Kir 6.2 è un gene di introne-di meno, l'introne SOM è stato incluso come un controllo genomico. Il protocollo è stato testato su 1 ng di inverso trascritto RNA totale Estratto da intero cervello del mouse, che corrisponde approssimativamente alle trascrizioni di 20 cellule44. Il multiplex PCR prodotto 12 ampliconi della dimensione prevista (Figura 3 e tabella 1) che dimostrano la sensibilità e l'efficienza del protocollo. Il controllo negativo eseguito senza RNA non prodotto nessun amplicone (dati non mostrati).
Un neurone piramidale strato V visivamente è stato identificato dalla sua grande soma e un dendrite apicale prominente (Figura 5A, inserto). Registrazione di tutta la cella ha rivelato proprietà elettrofisiologiche tipico dello strato V regolari chiodare neuroni5,45,46 con, in particolare, una bassa resistenza d'ingresso, potenziali di azione di lunga durata e spike pronunciate adattamento di frequenza (Figura 5A). L'analisi molecolare di questo neurone ha rivelato l'espressione di vGluT1 (figura 5B), confermando la sua glutamatergic fenotipo42,46. Questo neurone espresse anche SOM, ATP1α1 e 3 subunità del Na+/k+ dell'atpasi. Biocitina etichettatura dei neuroni registrati confermato una morfologia piramidale (Figura 5).
Come previsto da neuroni glutamatergici, l'analisi molecolare delle cellule piramidali di 26 strato V ha rivelato espressione di VGluT1, ma nessuno dei due GADs (Figura 5). Marcatori di interneuroni sono stati osservati raramente5,42,46. COX-2, espresso principalmente da strato II-III cellule piramidali3,16, non è stata rilevata nelle cellule piramidali di livello V. Il ATP1α1 e 3 subunità erano più frequentemente osservate rispetto alla subunità di ATP1α23. Le subunità Kir 6.2 e SUR1 erano raramente rilevate nei neuroni piramidali strato V, che è coerente con la loro espressione preferenziale in strati superiori3,43. Cura è stata presa non per raccogliere i nuclei, risultante in una rara rilevazione degli introni SOM (3 su 26 cellule, cioè, 12%).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57627/57627fig1.jpg"> Figura 1: casella dedicata per singola cella RT-PCR. Elenco dei materiali riservati per la RT-PCR dopo patch clamp. (1) tubi capillari in vetro di borosilicato, (2) 20 µ l lunga, fine, flessibile suggerimenti, micropipetta µ l (3) 20, espulsore (4) fatti in casa, provette per PCR (5) 500 µ l, puntali con filtro anti aerosol (6) 10 µ l e marcatori (7) permanenti. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57627/57627fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57627/57627fig2.jpg"> Figura 2: strategia di disegno di primer PCR. (A) rappresentazione schematica della sequenza di codificazione del cDNA COX 2 allineato alla sequenza del cromosoma 2 del mouse che contiene il gene COX 2. Esoni sono rappresentati da scatole nere e introni gDNA di scatole bianche. Notare le lacune nel cDNA corrispondenti alle sequenze introniche gDNA. Esempi rappresentativi di oligonucleotidi buoni e cattivi, rappresentate come frecce rosse e verdi, rispettivamente. Frecce destra e sinistra denotano primer forward e reverse. (B) sequenze e strutture secondarie di oligonucleotidi mostrati in (A). Pannello a destra e sinistro indica formazione di auto-complementarità e self-dimero tornante, rispettivamente. Il oligonucleotide B1 consente di visualizzare sia una formazione di auto-complementarità e dimero tornante forte mentre il oligonucleotide B2 Mostra solo formazione dimerica. Oligonucleotidi sia B3 e B4 sono nessun tornante auto-complementarità e nessuna formazione di dimero; sono introne overspanning (A) e sono stati selezionati come potenziali iniettori di PCR (Vedi tabella 1). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57627/57627fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57627/57627fig3.jpg"> Figura 3: convalida della PCR multiplex. 1 ng di RNA totale da tutto il cervello del mouse è stato sottoposto ad una trascrizione d'inversione seguita da due cicli di amplificazione di PCR. I 12 prodotti PCR sono stati risolti in corsie separate mediante elettroforesi in gel d'agarosio in parallelo con Φx174 digeriti da HaeIII. I prodotti di PCR secondo avevano dimensioni (in bp) previsto dalle sequenze: 153 (vGluT1), 248 (GAD65), 255 (GAD67), 181 (COX 2), 220 (NPY), 146 (SOM), 183 (ATP1a1), 213 (ATP1a2), 128 (ATP1a3), 342 (Kir 6.2), 211 (SUR1) e 182 (SOMint). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57627/57627fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57627/57627fig4.jpg"> Figura 4: raccolta di Patch-clamp in fettine di cervello. Una volta identificata visivamente una cella, la pipetta di registrazione viene avvicinata con una pressione positiva al fine di evitare la contaminazione di detriti cellulari sulla punta della pipetta. Si noti la fossetta sulla membrana di questo neurone. Pressione positiva viene interrotta al fine di formare una configurazione collegata alla cella con una guarnizione a tenuta Gigaohm. Breve aspirazioni vengono applicate per passare alla configurazione di cellule intere. Al termine della registrazione, il citoplasma è raccolto applicando una leggera pressione negativa nella pipetta mantenendo la tenuta. Nota il restringimento del corpo delle cellule durante la procedura di raccolta. La pipetta di registrazione quindi è ritirata delicatamente per formare un patch esterno-out, che favorisce la chiusura della membrana cellulare per successive biocitina rivelazione e la conservazione del materiale raccolto nella pipetta patch. Tratto da Cauli e Annalisa47 con il permesso della Royal Society of Chemistry. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57627/57627fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57627/57627fig5.jpg"> Figura 5: caratterizzazione delle cellule piramidali neocorticali strato V. (A) membrana potenziale risposta di una cellula piramidale strato V indotta da impulsi di corrente di -100, -40, -10, + 60, + 120 e + 500 pA (tracce di fondo). Il neurone Visualizza una deflessione potenziale debole dopo la risposta iniziale iperpolarizzante (superiore tracce). In risposta a una depolarizzazione soprasoglia, il neurone scaricato potenziali di azione di lunga durata con sviluppando lentamente dopo-hyperpolarization (traccia superiore). Vicino a saturazione, il neurone scariche a bassa frequenza e ha esibito un adattamento pronunciato (traccia superiore grigio). Inset: immagini a infrarossi del neurone piramidale registrato strato V. La superficie pial è verso l'alto. Barra della scala: 20 µm. (B) analisi di RT-PCR Multiplex rivelando espressione del vGluT1, SOM, ATP1α1 e ATP1α3. (C) profilo di espressione genica in un campione di 26 strato di cellule piramidali V. vGluT1 è stato espresso in tutti i neuroni mentre COX2, GAD67 e GAD65 sono stati mai rilevati. NPY, SOM, Kir 6.2, SUR1 e SOMint sono stati osservati raramente. Cellule piramidali espresso ATP1α3, 1 subunità del Na+/k+ dell'atpasi e ATP1α2 in misura minore. Massimo (D) proiezione di intensità delle immagini confocal risultati biocitina etichettatura del neurone registrate in (A). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57627/57627fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Gene / GenBank numero</td>
			<td colspan="2">Primer esterno</td>
			<td>Dimensioni (bp)</td>
			<td colspan="2">Primer interno</td>
			<td>Dimensioni (bp)</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">vGlut1 NM_182993</td>
			<td colspan="2">Senso, -113</td>
			<td rowspan="4">259</td>
			<td colspan="2">Senso, -54</td>
			<td rowspan="4">153</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">GGCTCCTTTTTCTGGGGCTAC</td>
			<td colspan="2">ATTCGCAGCCAACAGGGTCT</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 126</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 79</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCAGCCGACTCCGTTCTAAG</td>
			<td colspan="2">TGGCAAGCAGGGTATGTGAC</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">GAD65 NM_008078</td>
			<td colspan="2">Senso, 99</td>
			<td rowspan="4">375</td>
			<td colspan="2">Senso, 219</td>
			<td rowspan="4">248</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCAAAAGTTCACGGGCGG</td>
			<td colspan="2">CACCTGCGACCAAAAACCCT</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 454</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 447</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">TCCTCCAGATTTTGCGGTTG</td>
			<td colspan="2">GATTTTGCGGTTGGTCTGCC</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">GAD67 NM_008077</td>
			<td colspan="2">Senso, 529</td>
			<td rowspan="4">598</td>
			<td colspan="2">Senso, 801</td>
			<td rowspan="4">255</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">TACGGGGTTCGCACAGGTC</td>
			<td colspan="2">CCCAGAAGTGAAGACAAAAGGC</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 1109</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 1034</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCCAGGCAGCATCCACAT</td>
			<td colspan="2">AATGCTCCGTAAACAGTCGTGC</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">COX 2 NM_011198</td>
			<td colspan="2">Senso, 199</td>
			<td rowspan="4">268</td>
			<td colspan="2">Senso, 265</td>
			<td rowspan="4">181</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CTGAAGCCCACCCCAAACAC</td>
			<td colspan="2">AACAACATCCCCTTCCTGCG</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 445</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 426</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCTTATTTCCCTTCACACCCAT</td>
			<td colspan="2">TGGGAGTTGGGCAGTCATCT</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">NPY NM_023456</td>
			<td colspan="2">Senso, 16</td>
			<td rowspan="4">294</td>
			<td colspan="2">Senso, 38</td>
			<td rowspan="4">220</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CGAATGGGGCTGTGTGGA</td>
			<td colspan="2">CCCTCGCTCTATCTCTGCTCGT</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 286</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 236</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">AAGTTTCATTTCCCATCACCACAT</td>
			<td colspan="2">GCGTTTTCTGTGCTTTCCTTCA</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">SOM NM_009215</td>
			<td colspan="2">Senso, 43</td>
			<td rowspan="4">208</td>
			<td colspan="2">Senso, 75</td>
			<td rowspan="4">146</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">ATCGTCCTGGCTTTGGGC</td>
			<td colspan="2">GCCCTCGGACCCCAGACT</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 231</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 203</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">GCCTCATCTCGTCCTGCTCA</td>
			<td colspan="2">GCAAATCCTCGGGCTCCA</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">
ATP1Α1 NM_144900
</td>
			<td colspan="2">Senso, 1287</td>
			<td rowspan="4">288</td>
			<td colspan="2">Senso, 1329</td>
			<td rowspan="4">183</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CAGGGCAGTGTTTCAGGCTAA</td>
			<td colspan="2">TAAGCGGGCAGTAGCGGG</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 1556</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 1492</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCGTGGAGAAGGATGGAGC</td>
			<td colspan="2">AGGTGTTTGGGCTCAGATGC</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">ATP1Α2 NM_178405</td>
			<td colspan="2">Senso, 1392</td>
			<td rowspan="4">268</td>
			<td colspan="2">Senso, 1430</td>
			<td rowspan="4">213</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">AGTGAGGAAGATGAGGGACAGG</td>
			<td colspan="2">AAATCCCCTTCAACTCCACCA</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 1640</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 1623</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">ACAGAAGCCCAGCACTCGTT</td>
			<td colspan="2">GTTCCCCAAGTCCTCCCAGC</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">ATP1Α3 NM_144921</td>
			<td colspan="2">Senso, 127</td>
			<td rowspan="4">216</td>
			<td colspan="2">Senso, 158</td>
			<td rowspan="4">128</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CGGAAATACAATACTGACTGCGTG</td>
			<td colspan="2">TGACACACAGTAAAGCCCAGGA</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 324</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 264</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">GTCATCCTCCGTCCCTGCC</td>
			<td colspan="2">CCACAGCAGGATAGAGAAGCCA</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">Kir 6.2 NM_010602</td>
			<td colspan="2">Senso, 306</td>
			<td rowspan="4">431</td>
			<td colspan="2">Senso, 339</td>
			<td rowspan="4">342</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CGGAGAGGGCACCAATGT</td>
			<td colspan="2">CATCCACTCCTTTTCATCTGCC</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 719</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 663</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CACCCACGCCATTCTCCA</td>
			<td colspan="2">TCGGGGCTGGTGGTCTTG</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">SUR1 NM_011510</td>
			<td colspan="2">Senso, 1867</td>
			<td rowspan="4">385</td>
			<td colspan="2">Senso, 2041</td>
			<td rowspan="4">211</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CAGTGTGCCCCCCGAGAG</td>
			<td colspan="2">ATCATCGGAGGCTTCTTCACC</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 2231</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 2231</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">GGTCTTCTCCCTCGCTGTCTG</td>
			<td colspan="2">GGTCTTCTCCCTCGCTGTCTG</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">SOMint X51468</td>
			<td colspan="2">Senso, 8</td>
			<td rowspan="4">240</td>
			<td colspan="2">Senso, 16</td>
			<td rowspan="4">182</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CTGTCCCCCTTACGAATCCC</td>
			<td colspan="2">CTTACGAATCCCCCAGCCTT</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">Anti-senso, 228</td>
			<td colspan="2">Anti-senso, 178</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="2">CCAGCACCAGGGATAGAGCC</td>
			<td colspan="2">TTGAAAGCCAGGGAGGAACT</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 1. Sequenze degli iniettori PCR di primo e secondo. La posizione di ogni primer PCR e le loro sequenze sono data da 5' a 3'. Ad eccezione dell'introne di somatostatina, posizione 1 corrisponde alla prima base del codone di inizio di ciascun gene.

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Single Cell Multiplex Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction After Patch-clamp

Singola cella multisala trascrizione inversa Polymerase Chain Reaction dopo Patch-clamp

Questo protocollo descrive le fasi critiche e le precauzioni necessarie per eseguire la singola cella multisala trascrizione d'inversione della polimerasi reazione a catena dopo patch clamp. Questa tecnica è un metodo semplice ed efficace per analizzare il profilo di espressione di un insieme predeterminato di geni da una singola cellula caratterizzata da registrazioni di patch-clamp.

The cerebral cortex is composed of numerous cell types exhibiting various morphological, physiological, and molecular features. This diversity hampers ...

single-cell-multiplex-reverse-transcription-polymerase-chain-reaction

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

9.7K Views.  Sorbonne Université. Questo protocollo descrive le fasi critiche e le precauzioni necessarie per eseguire la singola cella multisala trascrizione d'inversione della polimerasi reazione a catena dopo patch clamp. Questa tecnica è un metodo semplice ed efficace per analizzare il profilo di espressione di un insieme predeterminato di geni da una singola cellula caratterizzata da registrazioni di patch-clamp.

Video: Single Cell Multiplex Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction After Patch-clamp

Culturing and Electrophysiology of Cells on NRCC Patch-clamp Chips

Due to its exquisite sensitivity and the ability to monitor and control individual cells at the level of ion channels, patch-clamping is the gold standard of electrophysiology applied to disease models and pharmaceutical screens alike 1. The method traditionally involves gently contacting a cell with a glass pipette filled by a physiological solution in order to isolate a patch of the membrane under its apex 2. An electrode inserted in the pipette captures ion-channel activity within the membrane patch or, when ruptured, for the whole cell. In the last decade, patch-clamp chips have been proposed as an alternative 3, 4: a suspended film separates the physiological medium from the culture medium, and an aperture microfabricated in the film replaces the apex of the pipette. Patch-clamp chips have been integrated in automated systems and commercialized for high-throughput screening 5. To increase throughput, they include the fluidic delivery of cells from suspension, their positioning on the aperture by suction, and automated routines to detect cell-to-probe seals and enter into whole cell mode. We have reported on the fabrication of a silicon patch-clamp chip with optimized impedance and orifice shape that permits the high-quality recording of action potentials in cultured snail neurons 6; recently, we have also reported progress towards interrogating mammalian neurons 7. Our patch-clamp chips are fabricated at the Canadian Photonics Fabrication Centre 8, a commercial foundry, and are available in large series. We are eager to engage in collaborations with electrophysiologists to validate the use of the NRCC technology in different models. The chips are used according to the general scheme represented in Figure 1: the silicon chip is at the bottom of a Plexiglas culture vial and the back of the aperture is connected to a subterranean channel fitted with tubes at either end of the package. Cells are cultured in the vial and the cell on top of the probe is monitored by a measuring electrode inserted in the channel.The two outside fluidic ports facilitate solution exchange with minimal disturbance to the cell; this is an advantage compared to glass pipettes for intracellular perfusion.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/3288/3288fig1.jpg" />
Figure 1. Principle of measurement using the NRCC patch-clamp chip
We detail here the protocols to sterilize and prime the chips, load them with medium, plate them with cells, and finally use them for electrophysiological recordings.

We show how planar patch-clamp chips fabricated at the National Research Council of Canada are sterilized, primed, loaded with medium, plated with cells, and used for electrophysiological recordings.

Coltura ed Elettrofisiologia di Celle NRCC patch-clamp Chips

Due to its exquisite sensitivity and the ability to monitor and control individual cells at the level of ion channels, patch-clamping is the gold standard ...

Ricerca

Neuroscienze

Patch-clamp Capacitance Measurements and Ca2+ Imaging at Single Nerve Terminals in Retinal Slices

Visual stimuli are detected and conveyed over a wide dynamic range of light intensities and frequency changes by specialized neurons in the vertebrate retina. Two classes of retinal neurons, photoreceptors and bipolar cells, accomplish this by using ribbon-type active zones, which enable sustained and high-throughput neurotransmitter release over long time periods. ON-type mixed bipolar cell (Mb) terminals in the goldfish retina, which depolarize to light stimuli and receive mixed rod and cone photoreceptor input, are suitable for the study of ribbon-type synapses both due to their large size (~10-12 &mu;m diameter) and to their numerous lateral and reciprocal synaptic connections with amacrine cell dendrites. Direct access to Mb bipolar cell terminals in goldfish retinal slices with the patch-clamp technique allows the measurement of presynaptic Ca2+ currents, membrane capacitance changes, and reciprocal synaptic feedback inhibition mediated by GABAA and GABAC receptors expressed on the terminals. Presynaptic membrane capacitance measurements of exocytosis allow one to study the short-term plasticity of excitatory neurotransmitter release 14,15. In addition, short-term and long-term plasticity of inhibitory neurotransmitter release from amacrine cells can also be investigated by recordings of reciprocal feedback inhibition arriving at the Mb terminal 21. Over short periods of time (e.g. ~10 s), GABAergic reciprocal feedback inhibition from amacrine cells undergoes paired-pulse depression via GABA vesicle pool depletion 11. The synaptic dynamics of retinal microcircuits in the inner plexiform layer of the retina can thus be directly studied.
The brain-slice technique was introduced more than 40 years ago but is still very useful for the investigation of the electrical properties of neurons, both at the single cell soma, single dendrite or axon, and microcircuit synaptic level 19. Tissues that are too small to be glued directly onto the slicing chamber are often first embedded in agar (or placed onto a filter paper) and then sliced 20, 23, 18, 9. In this video, we employ the pre-embedding agar technique using goldfish retina. Some of the giant bipolar cell terminals in our slices of goldfish retina are axotomized (axon-cut) during the slicing procedure. This allows us to isolate single presynaptic nerve terminal inputs, because recording from axotomized terminals excludes the signals from the soma-dendritic compartment. Alternatively, one can also record from intact Mb bipolar cells, by recording from terminals attached to axons that have not been cut during the slicing procedure. Overall, use of this experimental protocol will aid in studies of retinal synaptic physiology, microcircuit functional analysis, and synaptic transmission at ribbon synapses.

Patch-clamp Capacitance Measurements and Ca2+ Imaging at Single Nerve Terminals in Retinal Slices

Here we describe a protocol for the preparation of agar-embedded retinal slices that are suitable for electrophysiology and Ca2+ imaging. This method allows one to study ribbon-type synapses in retinal microcircuits using direct patch-clamp recordings of single presynaptic nerve terminals.

Patch-clamp Misure di capacità e Ca 2 + Imaging terminazioni nervose della retina singola in Fette

Visual stimuli are detected and conveyed over a wide dynamic range of light intensities and frequency changes by specialized neurons in the vertebrate ...

Patch Clamp Recordings in Inner Ear Hair Cells Isolated from Zebrafish

Patch clamp analyses of the voltage-gated channels in sensory hair cells isolated from a variety of species have been described previously1-4 but this video represents the first application of those techniques to hair cells from zebrafish. Here we demonstrate a method to isolate healthy, intact hair cells from all of the inner ear end-organs: saccule, lagena, utricle and semicircular canals. Further, we demonstrate the diversity in hair cell size and morphology and give an example of the kinds of patch clamp recordings that can be obtained. The advantage of the use of this zebrafish model system over others stems from the availability of zebrafish mutants that affect both hearing and balance. In combination with the use of transgenic lines and other techniques that utilize genetic analysis and manipulation, the cell isolation and electrophysiological methods introduced here should facilitate greater insight into the roles hair cells play in mediating these sensory modalities.

The purpose of this video is to demonstrate procedures for obtaining healthy, intact hair cells from the inner ear organs of adult zebrafish and then using them for patch clamp studies aimed at characterizing the biophysical properties of their voltage-gated channels.

Registrazioni patch clamp in cellule interne dell&#39;orecchio Capelli Isolato da Zebrafish

Patch  clamp analyses of the voltage-gated channels in sensory hair cells isolated  from a variety of species have been described previously1-4 but this  ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

It has been demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to elicit electrical responses in neural tissue, independent of any further modification of the target tissue. Infrared neural stimulation has been reported in a variety of peripheral and sensory neural tissue in vivo, with particular interest shown in stimulation of neurons in the auditory nerve. However, while INS has been shown to work in these settings, the mechanism (or mechanisms) by which infrared light causes neural excitation is currently not well understood. The protocol presented here describes a whole cell patch clamp method designed to facilitate the investigation of infrared neural stimulation in cultured primary auditory neurons. By thoroughly characterizing the response of these cells to infrared laser illumination in vitro under controlled conditions, it may be possible to gain an improved understanding of the fundamental physical and biochemical processes underlying infrared neural stimulation.

Infrared nerve stimulation has been proposed as an alternative to electrical stimulation in a range of nerve types, including those associated with the auditory system. This protocol describes a patch clamp method for studying the mechanism of infrared nerve stimulation in a culture of primary auditory neurons.

Cellula intera Patch Clamp per lo studio dei meccanismi di Infrared Stimolazione Neurale

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

Patch Clamp Recordings from Embryonic Zebrafish Mauthner Cells

Mauthner cells (M-cells) are large reticulospinal neurons located in the hindbrain of teleost fish. They are key neurons involved in a characteristic behavior known as the C-start or escape response that occurs when the organism perceives a threat. The M-cell has been extensively studied in adult goldfish where it has been shown to receive a wide range of excitatory, inhibitory and neuromodulatory signals1. We have been examining M-cell activity in embryonic zebrafish in order to study aspects of synaptic development in a vertebrate preparation. In the late 1990s Ali and colleagues developed a preparation for patch clamp recording from M-cells in zebrafish embryos, in which the CNS was largely intact2,3,4. The objective at that time was to record synaptic activity from hindbrain neurons, spinal cord neurons and trunk skeletal muscle while maintaining functional synaptic connections within an intact brain-spinal cord preparation. This preparation is still used in our laboratory today. To examine the mechanisms underlying developmental synaptic plasticity, we record excitatory (AMPA and NMDA-mediated)5,6 and inhibitory (GABA and glycine) synaptic currents from developing M-cells. Importantly, this unique preparation allows us to return to the same cell (M-cell) from preparation to preparation to carefully examine synaptic plasticity and neuro-development in an embryonic organism. The benefits provided by this preparation include 1) intact, functional synaptic connections onto the M-cell, 2) relatively inexpensive preparations, 3) a large supply of readily available embryos 4) the ability to return to the same cell type (i.e. M-cell) in every preparation, so that synaptic development at the level of an individual cell can be examined from fish to fish, and 5) imaging of whole preparations due to the transparent nature of the embryos.

We have developed an intact brain-spinal cord preparation to record and monitor electrical activity via patch clamp recording from the Mauthner neurons and other reticulospinal cells in zebrafish embryos. Thus, we are able to record excitatory and inhibitory synaptic currents, voltage-gated channel activity and action potentials from key neurons in a developing embryo.

Bloccare Registrazioni patch da cellule embrionali Zebrafish Mauthner

Mauthner cells (M-cells) are large  reticulospinal neurons located in the hindbrain of teleost fish. They are key  neurons involved in a characteristic ...

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

The patch-clamp technique is today the most well-established method for recording electrical activity from individual neurons or their subcellular compartments. Nevertheless, achieving stable recordings, even from individual cells, remains a time-consuming procedure of considerable complexity. Automation of many steps in conjunction with efficient information display can greatly assist experimentalists in performing a larger number of recordings with greater reliability and in less time. In order to achieve large-scale recordings we concluded the most efficient approach is not to fully automatize the process but to simplify the experimental steps and reduce the chances of human error while efficiently incorporating the experimenter's experience and visual feedback. With these goals in mind we developed a computer-assisted system which centralizes all the controls necessary for a multi-electrode patch-clamp experiment in a single interface, a commercially available wireless gamepad, while displaying experiment related information and guidance cues on the computer screen. Here we describe the different components of the system which allowed us to reduce the time required for achieving the recording configuration and substantially increase the chances of successfully recording large numbers of neurons simultaneously.

Multi-electrode patch-clamp recordings constitute a complex task. Here we show how, by automating of many of the experimental steps, it is possible to accelerate the process leading to qualitative improvement in performance and number of recordings.

Un multi-elettrodo patch-clamp Computer System-assistita

The patch-clamp technique is today the most  well-established method for recording electrical activity from individual  neurons or their subcellular ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings from Morphologically- and Neurochemically-identified Hippocampal Interneurons

GABAergic inhibitory interneurons play a central role within neuronal circuits of the brain. Interneurons comprise a small subset of the neuronal population (10-20%), but show a high level of physiological, morphological, and neurochemical heterogeneity, reflecting their diverse functions. Therefore, investigation of interneurons provides important insights into the organization principles and function of neuronal circuits. This, however, requires an integrated physiological and neuroanatomical approach for the selection and identification of individual interneuron types. Whole-cell patch-clamp recording from acute brain slices of transgenic animals, expressing fluorescent proteins under the promoters of interneuron-specific markers, provides an efficient method to target and electrophysiologically characterize intrinsic and synaptic properties of specific interneuron types. Combined with intracellular dye labeling, this approach can be extended with post-hoc morphological and immunocytochemical analysis, enabling systematic identification of recorded neurons. These methods can be tailored to suit a broad range of scientific questions regarding functional properties of diverse types of cortical neurons.

Cortical networks are controlled by a small, but diverse set of inhibitory interneurons. Functional investigation of interneurons therefore requires targeted recording and rigorous identification. Described here is a combined approach involving whole-cell recordings from single or synaptically-coupled pairs of neurons with intracellular labeling, post-hoc morphological and immunocytochemical analysis.

Whole-cell patch-clamp registrazioni da Morphologically- e neurochimico-identificati interneuroni dell&#39;ippocampo

GABAergic inhibitory interneurons play a central role within neuronal circuits of the brain. Interneurons comprise a small subset of the neuronal ...

Recording Light-evoked Postsynaptic Responses in Neurons in Dark-adapted, Mouse Retinal Slice Preparations Using Patch Clamp Techniques

The retina is the gateway to the visual system. To understand visual signal processing mechanisms, we investigate retinal neural network functions. Retinal neurons in the network comprise of numerous subtypes. More than 10 subtypes of bipolar cells, ganglion cells, and amacrine cells have been identified by morphological studies. Multiple subtypes of retinal neurons are thought to encode distinct features of visual signaling, such as motion and color, and form multiple neural pathways. However, the functional roles of each neuron in visual signal processing are not fully understood. The patch clamp method is useful to address this fundamental question. Here, a protocol to record light-evoked synaptic responses in mouse retinal neurons using patch clamp recordings in dark-adapted conditions is provided. The mouse eyes are dark-adapted O/N, and retinal slice preparations are dissected in a dark room using infrared illumination and viewers. Infrared light does not activate mouse photoreceptors and thus preserves their light responsiveness. Patch clamp is used to record light-evoked responses in retinal neurons. A fluorescent dye is injected during recordings to characterize neuronal morphological subtypes. This procedure enables us to determine the physiological functions of each neuron in the mouse retina.

We will demonstrate how to prepare retinal slices from the mouse eye and record light responses in retinal neurons. The entire procedure is conducted in dark-adapted conditions.

Registrazione Light-evocato Risposte postsinaptica nei neuroni in Dark-adattati, i preparativi della retina del mouse Slice Utilizzando tecniche di patch clamp

The retina is the gateway to the visual system. To understand visual signal processing mechanisms, we investigate retinal neural network functions. ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings in Brain Slices

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the neuron. In this configuration, the micropipette is in tight contact with the cell membrane, which prevents current leakage and thereby provides more accurate ionic current measurements than the previously used intracellular sharp electrode recording method. Classically, whole-cell recording can be performed on neurons in various types of preparations, including cell culture models, dissociated neurons, neurons in brain slices, and in intact anesthetized or awake animals. In summary, this technique has immensely contributed to the understanding of passive and active biophysical properties of excitable cells. A major advantage of this technique is that it provides information on how specific manipulations (e.g., pharmacological, experimenter-induced plasticity) may alter specific neuronal functions or channels in real-time. Additionally, significant opening of the plasma membrane allows the internal pipette solution to freely diffuse into the cytoplasm, providing means for introducing drugs, e.g., agonists or antagonists of specific intracellular proteins, and manipulating these targets without altering their functions in neighboring cells. This article will focus on whole-cell recording performed on neurons in brain slices,&#160;a preparation that has the advantage of recording neurons in relatively well preserved brain circuits, i.e., in a physiologically relevant context. In particular,&#160;when combined with appropriate pharmacology, this technique is a powerful tool allowing identification of specific neuroadaptations that occurred following any type of experiences, such as learning, exposure to drugs of abuse, and stress. In summary, whole-cell patch-clamp recordings in brain slices provide means to measure in ex vivo preparation long-lasting changes in neuronal functions that have developed in intact awake animals.

This protocol describes basic procedural steps for performing whole-cell patch-clamp recordings. This technique allows the study of&#160;the electrical behavior of neurons, and when performed in brain slices, allows the assessment of various neuronal functions from neurons that are still integrated in relatively well preserved brain circuits.

Registrazioni Whole-cell patch-clamp nel cervello fette

Whole-cell patch-clamp recording is an electrophysiological technique that allows the study of the&#160;electrical properties of a substantial part of the ...

Whole-cell Patch-clamp Recordings for Electrophysiological Determination of Ion Selectivity in Channelrhodopsins

Over the past decade, channelrhodopsins became indispensable in neuroscientific research where they are used as tools to non-invasively manipulate electrical processes in target cells. In this context, ion selectivity of a channelrhodopsin is of particular importance. This article describes the investigation of chloride selectivity for a recently identified anion-conducting channelrhodopsin of Proteomonas sulcata via electrophysiological patch-clamp recordings on HEK293 cells. The experimental procedure for measuring light-gated photocurrents demands a fast switchable &#8211; ideally monochromatic &#8211; light source coupled into the microscope of an otherwise conventional patch-clamp setup. Preparative procedures prior to the experiment are outlined involving preparation of buffered solutions, considerations on liquid junction potentials, seeding and transfection of cells, and pulling of patch pipettes. The actual recording of current-voltage relations to determine the reversal potentials for different chloride concentrations takes place 24 h to 48 h after transfection. Finally, electrophysiological data are analyzed with respect to theoretical considerations of chloride conduction.

This article describes how the ion selectivity of channelrhodopsin is determined with electrophysiological whole-cell patch-clamp recordings using HEK293 cells. Here, the experimental procedure for investigating chloride selectivity of an anion-selective channelrhodopsin is demonstrated. However, the procedure is transferable to other channelrhodopsins of distinct selectivity.

Singola cella multisala trascrizione inversa Polymerase Chain Reaction dopo Patch-clamp

Riepilogo

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Capitoli in questo video

Coltura ed Elettrofisiologia di Celle NRCC patch-clamp Chips

Patch-clamp Misure di capacità e Ca^{2 +} Imaging terminazioni nervose della retina singola in Fette

Registrazioni patch clamp in cellule interne dell'orecchio Capelli Isolato da Zebrafish

Cellula intera Patch Clamp per lo studio dei meccanismi di Infrared Stimolazione Neurale

Bloccare Registrazioni patch da cellule embrionali Zebrafish Mauthner

Un multi-elettrodo patch-clamp Computer System-assistita

Whole-cell patch-clamp registrazioni da Morphologically- e neurochimico-identificati interneuroni dell'ippocampo

Registrazione Light-evocato Risposte postsinaptica nei neuroni in Dark-adattati, i preparativi della retina del mouse Slice Utilizzando tecniche di patch clamp

Registrazioni Whole-cell patch-clamp nel cervello fette

Registrazioni patch-clamp intere cellule per la determinazione elettrofisiologica della selettività ionica in Channelrhodopsins