Anterográdní trasování - Anterograde tracing

v neurovědy, anterográdní trasování je výzkumná metoda, která se používá ke sledování axonálních projekcí od jejich zdroje (dále jen buněčné tělo nebo soma ) do místa jejich ukončení (dále jen synapse ). Doplňková technika je retrográdní trasování, který se používá ke sledování neurálních spojení od jejich ukončení ke zdroji (tj. synapse k tělu buňky).[1] Jak anterográdní, tak retrográdní sledovací techniky jsou založeny na vizualizaci biologický proces z axonální transport.

Techniky anterográdní a retrográdní trasování umožňují detailní popis neuronových projekcí z jednoho neuronu nebo definované populace neuronů k jejich různým cílům v průběhu nervový systém. Tyto techniky umožňují „mapování“ spojení mezi neurony v konkrétní struktuře (např oko ) a cílové neurony v mozku. Hodně z toho, co je v současné době známo o spojovacích neuroanatomie byl objeven pomocí anterográdní a retrográdní sledovací techniky.[1]

Techniky

Existuje několik metod ke sledování projekcí pocházejících ze soma směrem k jejich cílovým oblastem. Tyto techniky se zpočátku spoléhaly na přímou fyzickou injekci různých vizualizovatelných indikátorů molekuly (např. Zelený fluorescenční protein, lipofilní barviva nebo radioaktivně značená aminokyseliny ) do mozek. Tyto molekuly jsou lokálně absorbovány soma (tělo buňky) různých neuronů a transportováno do axonové svorky, nebo jsou absorbovány axony a transportován do soma neuronu. Jiné sledovací molekuly umožňují vizualizaci velkých sítí axonálních projekcí táhnoucích se od neuronů vystavených sledovacímu záření.[1]

V posledních letech byly vyvinuty a implementovány virové vektory jako anterográdní indikátory k identifikaci cílových oblastí promítajících neuronů.[2][3]

Alternativně jsou strategie transsynaptické anterográdní indikátory, které mohou procházet synaptickou štěrbinou a označovat více neuronů v dráze. Mohou to být také genetické nebo molekulární stopovací látky.

Nedávno se magnetické rezonanční zobrazování (MEMRI) vylepšené manganem používá ke sledování funkčních obvodů v živých mozcích, jak propagoval Russ Jacobs,[4] Robia Paultler,[5] Alan Koretsky a Elaine Nositelka.[6] The Mn2+ iont dává hyperintenzivní signál v T1vážené MRI a slouží tak jako kontrastní látka. Mn2+ vstupuje přes napěťově závislé vápníkové kanály, je přijímán do intracelulárních organel a je transportován endogenním neuronovým transportním systémem včetně kinesinu-1, který se hromadí na vzdálených místech.[7] Statistické parametrické mapování akumulace Mn v časosběrných obrazech poskytuje podrobné informace nejen o obvodech neuronů, ale také o dynamice transportu v nich a umístění distálních spojení.[8] Tento přístup poskytuje informace o obvodech v mozku u živých zvířat.

Genetické stopovací látky

(viz také Virové neuronové trasování )

Aby bylo možné vysledovat projekce ze specifické oblasti nebo buňky, lze lokálně injikovat genetický konstrukt, virus nebo protein, po kterém je umožněn anterogradální transport. Virové stopovací látky mohou procházet synapse a lze je použít ke sledování připojení mezi oblastmi mozku napříč mnoha synapsemi. Příklady virů použitých pro anterográdní sledování jsou popsány Kuypersem.[9] Nejznámější jsou Virus herpes simplex typ1 (HSV) a Rhabdoviry.[9] HSV byl použit ke sledování spojení mezi mozkem a žaludkem, aby bylo možné prozkoumat oblasti mozku zapojené do viscerosenzorického zpracování.[10] Další studie používala k vyšetřování HSV typu 1 a typu 2 optická cesta: injekcí viru do oka, cesta z sítnice do mozku byla vizualizována.[11]

Virové stopovací látky používají receptor na hostitelské buňce, aby se k ní připojily, a poté jsou endocytovaný. Například HSV používá nektin receptor a poté se endocytuje. Po endocytóze nízké pH uvnitř vezikuly zbavuje obal virion poté je virus připraven k transportu do těla buňky. Ukázalo se, že pH a endocytóza jsou klíčové pro HSV k infikování buňky.[12] Ukázalo se, že transport virových částic podél axonu závisí na mikrotubulech cytoskelet.[13]

Molekulární stopovací látky

Existuje také skupina stopovacích látek, které se skládají z proteinových produktů, které mohou být buňkou přijaty a transportovány přes synapse do další buňky. Aglutinin z pšeničných klíčků (WGA) a Phaseolus vulgaris leucoagglutinin[14] jsou nejznámějšími stopovacími látkami, avšak nejsou přísnými anterográdními stopovacími látkami: je známo, že zejména WGA je transportována anterogradálně i retrográdně.[15] WGA vstupuje do buňky vazbou na Oligosacharidy, a poté je vychytáván endocytózou cestou závislou na jeskyních.[16][17]

Dalšími anterográdními indikátory široce používanými v neuroanatomii jsou biotinylované dextranaminy (BDA), používá se také v retrográdní trasování.

Částečný seznam studií využívajících tuto techniku

Technika anterográdního trasování je nyní rozšířenou technikou výzkumu. Níže je uveden částečný seznam studií, které používají techniky anterográdního trasování:

  • Deller T, Naumann T, Frotscher M (listopad 2000). "Retrográdní a anterográdní trasování v kombinaci s identifikací vysílače a elektronovou mikroskopií". Journal of Neuroscience Methods. 103 (1): 117–26. doi:10.1016 / S0165-0270 (00) 00301-0. PMID  11074101.
  • Kressel M (duben 1998). „Amplifikace tyramidu umožňuje anterográdní sledování lektiny konjugovanými s křenovou peroxidázou ve spojení se současnou imunohistochemií“. The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 46 (4): 527–33. doi:10.1177/002215549804600413. PMID  9575040. Archivovány od originál dne 15. 4. 2013.
  • Haberl MG, Viana da Silva S, host JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (duben 2014). „Anterográdní vektor viru vztekliny pro rozsáhlou rekonstrukci morfologie neuronů ve vysokém rozlišení“. Struktura a funkce mozku. 220 (3): 1369–79. doi:10.1007 / s00429-014-0730-z. PMC  4409643. PMID  24723034.
  • Chamberlin NL, Du B, de Lacalle S, Saper CB (květen 1998). "Rekombinantní adeno-asociovaný virový vektor: použití pro expresi transgenu a sledování anterográdního traktu v CNS". Výzkum mozku. 793 (1–2): 169–75. doi:10.1016 / s0006-8993 (98) 00169-3. PMC  4961038. PMID  9630611.
  • Luppi PH, Fort P, Jouvet M (listopad 1990). „Iontoforetická aplikace nekonjugované podjednotky toxinu cholery toxinu B (CTb) v kombinaci s imunohistochemií neurochemických látek: metoda pro identifikaci vysílače retrográdně značených neuronů“. Výzkum mozku. 534 (1–2): 209–24. doi:10.1016 / 0006-8993 (90) 90131-T. PMID  1705851.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Dale Purves; George J. Augustine; David Fitzpatrick; William C. Hall; Anthony-Samuel Lamantia; James O. Mcnamara; Leonard E. White, eds. (2008). Neurovědy (4. vydání). Sunderland, Massachusetts: Sinauer. str.16 –18 (z celkem 857). ISBN  978-0-87893-697-7.
  2. ^ Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S a kol. (Duben 2014). "Mesoscale connectome z myšího mozku". Příroda. 508 (7495): 207–14. Bibcode:2014Natur.508..207O. doi:10.1038 / příroda13186. PMC  5102064. PMID  24695228.
  3. ^ Haberl MG, Viana da Silva S, host JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (duben 2014). „Anterográdní vektor viru vztekliny pro rozsáhlou rekonstrukci morfologie neuronů ve vysokém rozlišení“. Struktura a funkce mozku. 220 (3): 1369–79. doi:10.1007 / s00429-014-0730-z. PMC  4409643. PMID  24723034.
  4. ^ Pautler RG, Mongeau R, Jacobs RE (červenec 2003). „In vivo transsynaptický trakt trasování z myšího striata a amygdaly s využitím MRI zesíleného manganem (MEMRI)“. Magnetická rezonance v medicíně. 50 (1): 33–9. doi:10,1002 / mrm.10498. PMID  12815676.
  5. ^ Pautler RG, Silva AC, Koretsky AP (listopad 1998). „In vivo trasování neuronového traktu pomocí magnetické rezonance se zvýšeným obsahem manganu“. Magnetická rezonance v medicíně. 40 (5): 740–8. doi:10,1002 / mrm.1910400515. PMID  9797158.
  6. ^ Nositel EL, Falzone TL, Zhang X, Biris O, Rasin A, Jacobs RE (2007). „Role neuronální aktivity a kinesinu při sledování traktu pomocí MRI se zvýšeným obsahem manganu (MEMRI)“. NeuroImage. 37 Suppl 1: S37–46. doi:10.1016 / j.neuroimage.2007.04.053. PMC  2096707. PMID  17600729.
  7. ^ Medina CS, Biris O, Falzone TL, Zhang X, Zimmerman AJ, Bearer EL (leden 2017). „2+ je narušen delecí KLC1, podjednotky konvenčního kinezinového mikrotubulárního motoru“. NeuroImage. 145 (Pt A): 44–57. doi:10.1016 / j.neuroimage.2016.09.035. PMC  5457905. PMID  27751944.
  8. ^ Bearer EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (říjen 2018). „Změny funkčních obvodů ve stárnoucím mozku a dopad mutované exprese APP“. Neurobiologie stárnutí. 70: 276–290. doi:10.1016 / j.neurobiolaging.2018.06.018. PMC  6159914. PMID  30055413.
  9. ^ A b Kuypers HG, Ugolini G (únor 1990). "Viry jako transneuronální stopovací látky". Trendy v neurovědách. 13 (2): 71–5. doi:10.1016 / 0166-2236 (90) 90071-H. PMID  1690933.
  10. ^ Rinaman L, Schwartz G (březen 2004). "Anterográdní transneuronální virové sledování centrálních viscerosenzorických drah u potkanů". The Journal of Neuroscience. 24 (11): 2782–6. doi:10.1523 / JNEUROSCI.5329-03.2004. PMC  6729508. PMID  15028771.
  11. ^ Norgren RB, McLean JH, Bubel HC, Wander A, Bernstein DI, Lehman MN (březen 1992). "Anterográdní transport HSV-1 a HSV-2 ve vizuálním systému". Bulletin výzkumu mozku. 28 (3): 393–9. doi:10.1016 / 0361-9230 (92) 90038-Y. PMID  1317240.
  12. ^ Nicola AV, McEvoy AM, Straus SE (květen 2003). "Role pro endocytózu a nízké pH při vstupu viru herpes simplex do buněk vaječníků HeLa a čínských křečků". Journal of Virology. 77 (9): 5324–32. doi:10.1128 / JVI.77.9.5324-5332.2003. PMC  153978. PMID  12692234.
  13. ^ Kristensson K, Lycke E, Röyttä M, Svennerholm B, Vahlne A (září 1986). "Neuritický transport viru herpes simplex v senzorických neuronech potkanů ​​in vitro. Účinky látek interagujících s mikrotubulární funkcí a axonálním tokem [nocodazol, taxol a erythro-9-3- (2-hydroxynonyl) adenin]". The Journal of General Virology. 67 (Pt 9) (9): 2023–8. doi:10.1099/0022-1317-67-9-2023. PMID  2427647.
  14. ^ Smith Y, Hazrati LN, rodič A (duben 1990). „Eferentní projekce subtalamického jádra u veverky opičí, jak bylo studováno metodou anterográdního trasování PHA-L“. The Journal of Comparative Neurology. 294 (2): 306–23. doi:10,1002 / k.902940213. PMID  2332533.
  15. ^ Damak S, Mosinger B, Margolskee RF (říjen 2008). „Transsynaptický transport aglutininu z pšeničných klíčků exprimovaný v podskupině chuťových buněk typu II transgenních myší“. BMC Neuroscience. 9: 96. doi:10.1186/1471-2202-9-96. PMC  2571104. PMID  18831764.
  16. ^ Broadwell RD, Balin BJ (prosinec 1985). „Endocytické a exocytické dráhy procesu sekrece neuronů a transsynaptický přenos aglutinin-křenové peroxidázy z pšeničných klíčků in vivo“. The Journal of Comparative Neurology. 242 (4): 632–50. doi:10,1002 / k.902420410. PMID  2418083.
  17. ^ Gao X, Wang T, Wu B, Chen J, Chen J, Yue Y, Dai N, Chen H, Jiang X (prosinec 2008). "Kvantové tečky pro sledování buněčného přenosu lektinem funkcionalizovaných nanočástic". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 377 (1): 35–40. doi:10.1016 / j.bbrc.2008.09.077. PMID  18823949.