Использование генетически кодируемого индикатора кальция GCaMP6M для двухфотонной кальциевой визуализации в мозге новорожденных мышей



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Кальций является универсальным внутриклеточным посредником во многих тканях и органах. В нервной системе генерация потенциалов действия запускает значительные кратковременные изменения свободной концентрации кальция в цитоплазме нейронов. Генетически кодируемые индикаторы кальция многократно усовершенствовались и теперь становятся все более пригодными для имиджинга активности популяций нейронов in vivo. Среди них GCaMP6m недавно был разработан как ультрачувствительный кальциевый сенсор в экспериментах in vivo. Однако остается неизвестным, можно ли использовать генетически кодируемые индикаторы кальция в исследованиях ранних паттернов активности коры развивающегося головного мозга. В настоящем исследовании описана методика ранней экспрессии кальциевого сенсора GCaMP6m в коре головного мозга мышей in vivo, которая может быть использована для характеристики популяционной активности нейронов в постнатальном периоде. Инъекция аденоассоциированного вируса (AAV) со встроенным геном GCaMP6m в область баррел кортекса (область представительства вибрисс) первичной соматосенсорной коры мозга новорожденных мышей проводилась на 0-2 день после рождения (Р0-2). Через три дня после инъекции вируса в большинстве нейронов соматосенсорной коры в зоне диаметром около 1 мм была отмечена флуоресцентная маркировка цитоплазмы, дендритов и аксонов. Двухфотонный кальциевый имиджинг на возрасте Р5-7 in vivo выявил спонтанные кальциевые транзиенты в нейронах соматосенсорной коры, которые также вызывались стимуляцией вибрисс, проецирующих в исследуемые участки коры головного мозга in vivo. Таким образом, трансфекция GCaMP6m в кору в первые дни после рождения позволяет добиться уровня экспрессии этого кальциевого индикатора, достаточного для исследования нейрональных популяций в области баррел кортекса первичной соматосенсорной коры мозга мышей in vivo на возрасте Р5-7.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Ахметшина

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED; Казанский (Приволжский) федеральный университет

В. Виллет

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED

Т. Трессард

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED

А. Мальваш

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED

Р. Хазипов

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Р. Коссар

Средиземноморский институт нейробиологии INSERM U901-INMED

Список литературы

  1. Garaschuk O., Linn J., Eilers J. et al. Large-scale oscillatory calcium waves in the immature cortex. Nat. Neurosci. 2000; 3: 452-9.
  2. Khazipov R., Sirota A., Leinekugel X. et al. Early motor activity drives spindle bursts in the developing somatosensory cortex. Nature 2004; 432: 758-61.
  3. Minlebaev M., Colonnese M., Tsintsadze T. et al. Early gamma oscillations synchronize developing thalamus and cortex. Science 2011; 334: 226-9.
  4. Khazipov R., Minlebaev M., Valeeva G. Early gamma oscillations. Neuroscience 2013; 250: 240-52.
  5. Gerasimova E.V., Zakharov A.V., Lebedeva J.A. et al. Sensory evoked responses in somatosensory cortex of neonatal rats. Bull. Exp. Biol. Med. 2013; 268-72.
  6. Dreyfus-Brisac C., Larroche J.C. Discontinuous electroencephalograms in the premature newborn and at term. Electro-anatomo-clinical correlations (in French). Rev. Electroencephalogr. Neurophysiol. Clin. 1971; 1: 95-9.
  7. Stosiek C., Garaschuk O., Holthoff K. et al. In vivo two-photon calcium imaging of neuronal networks. Neuroscience 2003; 100(12): 7319-24.
  8. Kerr J.N., Greenberg D., Helmchen F. Imaging input and output of neocortical networks in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005; 102: 14063-8.
  9. Hromadka T., Deweese M.R., Zador A.M. Sparse representation of sounds in the unanesthetized auditory cortex. PLoS Biol. 2008; 6(1): e16.
  10. Milh M., Kaminska A., Huon C. et al. Rapid Cortical Oscillations and Early Motor Activity in Premature Human Neonate. Cerebral Cortex 2007; 17: 1582-94.
  11. Colonnese M.T., Kaminska A., Minlebaev M. et al. A conserved switch in sensory processing prepares developing neocortex for vision. Neuron 2010; 67: 480-98.
  12. Colonnese M., Khazipov R. Spontaneous activity in developing sensory circuits: Implications for resting state fMRI. Neuroimage 2012; 62(4): 2212-21.
  13. Gomez T.M., Spitzer N.C. In vivo regulation of axon extension and pathfinding by growth-cone calcium transients. Nature 1999; 397(6717): 350-5.
  14. Allene C., Cattani A., Ackman J.B. et al. Sequential generation of two distinct synapse-driven network patterns in developing neocortex. J. Neurosci. 2008; 28: 12851-63.
  15. Yuste R., Peinado A., Katz L.C. Neuronal domains in developing neocortex. Science 1992; 257: 665-9.
  16. Fetcho J.R., Cox K.J., O'Malley D.M. Monitoring activity in neuronal populations with single-cell resolution in a behaving vertebrate. Histochem. J. 1998; 30: 153-67.
  17. Tian L., Hires S.A., Mao T. et al. Imaging neural activity in worms, flies and mice with improved GCaMP calcium indicators. Nature 2009; 6(12): 875-81.
  18. Palmer A.E., Tsien R.Y. Measuring calcium signaling using genetically targetable fluorescent indicators. Nat. Protocols 2006; 1: 1057-65.
  19. Mank M. Santos A.F., Direnberger S. et al. A genetically encoded calcium indicator for chronic in vivo two-photon imaging. Nat. Methods 2008; 5(9): 805-11.
  20. Chen T.-W., Wardill T.J., SunY. et al. Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature 2013; 499: 295-300.
  21. Golshani P., Goncalves J.T., Khoshkhoo S. et al. Internally mediated developmental desynchronization of neocortical network activity. J. Neurosci. 2009a; 29: 10890-9.
  22. Khazipov R., Sirota A., Leinekugel X. et al. Early motor activity drives spindle bursts in the developing somatosensory cortex. Nature 2004a; 432: 758-61.
  23. Minlebaev M., Ben-Ari Y., Khazipov R. Network mechanisms of spindle-burst oscillations in the neonatal rat barrel cortex in vivo. J. Neurophys. 2007; 97: 692-700.
  24. Yang J.W., Hanganu-Opatz I.L, Sun J.J. et al. Three patterns of oscillatory activity differentially synchronize developing neocortical networks in vivo. J. Neurosci. 2009a; 29: 9011-25.
  25. Mitrukhina O., Suchkov D., Khazipov R. et al. Imprecise Whisker map in the neonatal rat barrel cortex. Cereb. Cortex. 2014 Aug 6; pii: bhu169.
  26. Yang J.W., An S., Sun J.J. et al. Thalamic network oscillations synchronize ontogenetic columns in the newborn rat barrel cortex. Cereb. Cortex 2013; 23: 1299-316.
  27. Khazipov R., Sirota A., Leinekugel X. et al. Early motor activity drives spindle bursts in the developing somatosensory cortex. Nature 2004b; 432: 758-61.
  28. Golshani P., Goncalves J.T., Khoshkhoo S. et al. Internally mediated developmental desynchronization of neocortical network activity. J. Neurosci. 2009b; 29: 10890-9.
  29. Yang J.W., Hanganu-Opatz I.L, Sun J.J. et al. Three patterns of oscillatory activity differentially synchronize developing neocortical networks in vivo. J. Neurosci. 2009b; 29: 9011-25.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2014


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: 

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах