ויזואליזציה של מודולי קורטיקליים Cortices יונקים שעברו שיטוח
Summary
מאמר זה מתאר מתודולוגיה מפורט כדי להשיג מקטעים וצורניים שעברו שיטוח של יונקים cortices והמחש מודולים בקליפת המוח באמצעות פתולוגיה ושיטות immunohistochemical.
Abstract
קליפת בתרבית של מוח הוא parcellated לתוך substructures ברורים או מודולים. מודולים בקליפת המוח בדרך כלל לשקר מקבילה לגליון קורטיקלית, יכול להיות המותווית על ידי מסוימים פתולוגיה ושיטות immunohistochemical. במחקר זה, אנו מדגישים שיטה כדי לבודד את קליפת המוח של המוח יונקים ולשטח אותם לקבל במקביל סעיפים בגיליון קורטיקלית. אנחנו עוד גולת הכותרת שנבחרה פתולוגיה, immunohistochemical שיטות לעיבוד אלה משוטחים מקטעים וצורניים להמחיש מודולים קורטיקלית. בתוך קליפת המגע של יונקים שונים, אנו מבצעים להסטולוגיה אוקסידאז ציטוכרום כדי לחשוף את הגוף מפות או מודולים קורטיקלית המייצגים חלקים שונים של הגוף של החיה. בתוך קליפת entorhinal המדיאלי, אזור שבו נוצרים תאי הרשת, אנו מנצלים immunohistochemical שיטות לסימון מודולים של נוירונים נקבע גנטית אשר מסודרים בתבנית-רשת בגליון בקליפת המוח על פני מספר מינים. בסך הכל, אנו מספקים מסגרת כדי לבודד ולהכין layer-wise משוטחים חלקים קורטיקליים, ותנסו לדמיין את המודולים בקליפת המוח באמצעות פתולוגיה ושיטות immunohistochemical במגוון רחב של יונקים את המוח.
Introduction
חלק מהשינויים המשמעותיים במבנה המוח על פני האמיניות נראים גם קליפת המוח. למרות הבדלים משמעותיים, קליפת המוח של בעלי חיים עוקב אחר תבנית משותפת, ניתן לחלק בשתי דרכים נפרדות, על-ידי שכבות ואזורי1. שכבות קורטיקלית לשקר מקביל פני השטח של המוח, משתנים מספר 3 שכבות cortices הזוחלים2 על 6 שכבות cortices בתרבית של1. אזורים קורטיקליים לעומת אזורים הנבדלים זה מזה של קליפת המקבילים במידה רבה פונקציות שונות, למשל, קליפת המגע מעורב התחושה של מגע או קליפת הראיה בעיבוד חזותי תשומות. אזורים קורטיקליים אלה לעיתים קרובות נחלקים תיקונים או מודולים3, אשר נמצאים באופן קבוע חוזרות מבנים אנטומיים, בעיקרו של דבר מצא מקבילות אל פני השטח pial של המוח. מודולים בקליפת המוח עשוי להיות מוגבל רובד4, או להרחיבו על-גבי שכבות מספר5.
אופטים בשיטות הרגילות של המוח לערב מקטעים רגילים על פני השטח של המוח, כמו הילתית או הווריד. בעוד שיטות אלה ניתן להשתמש כדי להמחיש מודולים קורטיקלית, שפע של תכונות מעניינות יכול להתגלות כאשר המודולים בקליפת המוח הם דמיינו tangentially, במישור מקביל פני השטח של המוח. למשל, מודולים המגע במוח מכרסמים המייצג שפם, מופיעות כמו חביות כאשר visualized נורמלי השטח במוח, ולכן האזורים להפיק קליפת חבית שם. עם זאת, בלהמחיש את החביות בכיוון משיק, הם מגלים שפם-מפה, עם הקנים להיות אצלה כיוון טופוגרפית שיקוף את המבנה המדוייק של נכון על פני גוף חיצוני. במקרים מסוימים, אפילו ברח הסידור המודולרי זיהוי לתקופות ניכר, כאשר visualized באופן שאינו סוטה. קליפת entorhinal המדיאלי, ידועה הנוכחות של תאי הרשת, נוירונים אשר אש בתבנית משושה הרגילה כאשר חיים הוא וחוצה סביבה. למרות שזה אזור ובדוקים בכבדות, עד לאחרונה, הנוכחות של תיקונים או מודולים של תאים בקליפת entorhinal המדיאלי, אשר נפרסות פיזית בתוך תבנית משושה6, נמלט זיהוי. הנוכחות ואת הסידור של המודולים במוח עכברוש, היה בהנחייתם עושה קטעים וקולו של קליפת entorhinal המדיאלי, חוקרת את cytoarchitecture באופן layer-wise.
לאחר חלוקתה, ההיבט המסוים של ויזואליזציה של מודולים בקליפת המוח גם ניתן למימוש בדרכים רבות. בסגנון קלאסי, יש לימודי התחום מודולים מבוסס על התא צפיפות או סיבים פריסה1. גישה פופולרית נוספת היא השימוש ציטוכרום אוקסידאז להסטולוגיה, אשר חושף את תחומי פעילות גבוהה יותר8. גישות חדשות יותר כוללים מסתכל על סוגי תאים נקבע גנטית, מכובד על בסיס שלהם חלבון ביטוי פרופילים6,8.
במחקר זה, אנו מדגישים שיטות כדי לבודד את קליפת המוח של המוח יונקים, להשיג חלקים וצורניים שעברו שיטוח להמחיש מודולים קורטיקלית המבוסס על להסטולוגיה אוקסידאז ציטוכרום אימונוהיסטוכימיה של חלבונים מסוימים סוג התא.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודולריות ב קליפת התגלתה תוך שימוש במגוון טכניקות. המודולים המוקדם של קורטיקלית מחקרים בדרך כלל מזוהה גם דמיין תא אזורים צפופים או היעדרות של סיבים1. שיטות עוקבות נעזרו הנוכחות של חבילות דנדריטים24, afferents אזור מסוים25, או העשרה של נוירוטרנסמיטורים<sup cla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמך על ידי Humboldt Universität זו ברלין, המרכז ברנשטיין לברלין Neuroscience חישובית, המרכז הגרמנית עבור מחלות ניווניות (DZNE), הגרמני הפדרלי במשרד החינוך, המחקר (BMBF, Förderkennzeichen 01GQ1001A), NeuroCure, של גוטפריד וילהלם לייבניץ פרס DFG. אנו מודים Shimpei אישיאמה לעיצוב גרפי מצוין, ניגן Diederichs לסיוע טכני מעולה.
Materials
| Cytochrome oxidase staining | |||
| Cytochrome c from equine heart | Sigma-Aldrich | C2506 | |
| 3,3'Diaminobenzidine tetrahydrochloride hydrate | Sigma-Aldrich | D5637 | |
| D(+)-Saccharose | Carl Roth | 4621.1 | |
| Ammonium nickel(II) sulfate hexahydrate | Sigma-Aldrich | A1827 | |
| HEPES | Carl Roth | 9105.4 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Antigen retrieval | |||
| Trisodium citrate dihydrate | Sigma-Aldrich | S1804 | |
| Citric acid monohydrate | Sigma-Aldrich | C1909 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Phosphate buffer/phosphate-buffered saline/prefix/PFA | |||
| Potassium dihydrogen phosphate | Carl Roth | 3904.2 | |
| Sodium chloride | Carl Roth | 9265.1 | |
| Di-Sodium hydrogen phosphate dihydrate | Carl Roth | 4984.3 | |
| Paraformaldehyde | Carl Roth | 0335.3 | |
| TRITON-X 100 | Carl Roth | 3051.3 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Immunohistochemistry | |||
| Calbindin D-28k puriefied from chicken gut, Mouse monoclonal | Swant | RRID: AB_10000347 | |
| Calbindin D-28k from recombinant rat calbindin D-28k, Rabbit polyclonal | Swant | RRID: AB_10000340 | |
| Albumin Fraction V, biotin free | Carl Roth | 0163.4 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Mounting or freezing media | |||
| Fluoromount (immunofluorescence) | Sigma-Aldrich | F4680 | |
| Eukitt (histochemistry) | Sigma-Aldrich | 03989 | |
| Tissue freezing medium | Leica Biosystems | NC0696746 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol dehydration | |||
| Ethanol 100% | Carl Roth | 9065.3 | |
| Ethanol 96% | Carl Roth | P075.3 | |
| 2-Propanol | Carl Roth | 6752.4 | |
| Xylene substitute | Fluka | 78475 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Devices/tools | |||
| Microm HM 650V | Thermo Scientific | ||
| Jung RM2035 | Leica Biosystems | ||
| Dumont #55 Forceps – Inox | Fine Science Tools | 11255-20 | |
| Dumont #5 Forceps – Inox Biology Tip | Fine Science Tools | 11252-30 | |
| Dumont #5SF Forceps – Inox Super Fine Tip | Fine Science Tools | 11252-00 | |
| Bone Shears – 24 cm | Fine Science Tools | 16150-24 | |
| Friedman Rongeur | Fine Science Tools | 16000-14 | |
| Blunt Scissors | Fine Science Tools | 14000-18 | |
| Surgical Scissors – Large Loops | Fine Science Tools | 14101-14 | |
| Surgical Scissors – Sharp-Blunt | Fine Science Tools | 14001-13 | |
| Fine Iris Scissors | Fine Science Tools | 14094-11 |
References
- Brodmann, K. . Vergleichende Lokalisationslehre der Grosshirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. , (1909).
- Naumann, R. K., et al. The reptilian brain. Curr Biol. 25 (8), R317-R321 (2015).
- Kaas, J. H. Evolution of columns, modules, and domains in the neocortex of primates. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (Supplement 1), 10655-10660 (2012).
- Woolsey, T. A., Van der Loos, H. The structural organization of layer IV in the somatosensory region (SI) of mouse cerebral cortex: the description of a cortical field composed of discrete cytoarchitectonic units. Brain Res. 17 (2), 205-242 (1970).
- Naumann, R. K., Ray, S., Prokop, S., Las, L., Heppner, F. L., Brecht, M. Conserved size and periodicity of pyramidal patches in layer 2 of medial/caudal entorhinal cortex. J Comp Neurol. 524 (4), 783-806 (2016).
- Ray, S., Naumann, R., Burgalossi, A., Tang, Q., Schmidt, H., Brecht, M. Grid-layout and theta-modulation of layer 2 pyramidal neurons in medial entorhinal cortex. Science. 343 (6173), 891-896 (2014).
- Wong-Riley, M. T. Cytochrome oxidase: an endogenous metabolic marker for neuronal activity. Trends Neurosci. 12 (3), 94-101 (1989).
- Ray, S., Brecht, M. Structural development and dorsoventral maturation of the medial entorhinal cortex. Elife. 5, e13343 (2016).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. J Vis Exp. (65), (2012).
- . Phosphate-buffered saline (PBS). Cold Spring Harb. Protoc. , (2006).
- Olson, S. T., Chuang, Y. J. Heparin activates antithrombin anticoagulant function by generating new interaction sites (exosites) for blood clotting proteinases. Trends Cardiovasc Med. 12 (8), 331-338 (2002).
- . Paraformaldehyde (PFA; 4%). Cold Spring Harb. Protoc. , (2009).
- . Sodium phosphate (PB). Cold Spring Harb. Protoc. , (2006).
- Sincich, L. C., Adams, D. L., Horton, J. C. Complete flatmounting of the macaque cerebral cortex. Visual Neurosci. 20 (6), 663-686 (2003).
- Tootell, R. B., Silverman, M. S. Two methods for flat-mounting cortical tissue. J Neurosci Methods. 15 (3), 177-190 (1985).
- Rosene, D. L., Roy, N. J., Davis, B. J. A cryoprotection method that facilitates cutting frozen sections of whole monkey brains for histological and histochemical processing without freezing artifact. J Histochem Cytochem. 34 (10), 1301-1315 (1986).
- Wong-Riley, M. Changes in the visual system of monocularly sutured or enucleated cats demonstrable with cytochrome oxidase histochemistry. Brain Res. 171 (1), 11-28 (1979).
- Divac, I., Mojsilovic-Petrovic, J., López-Figueroa, M. O., Petrovic-Minic, B., Møller, M. Improved contrast in histochemical detection of cytochrome oxidase: metallic ions protocol. J Neurosci Methods. 56 (2), 105-113 (1995).
- Jiao, Y., et al. A simple and sensitive antigen retrieval method for free-floating and slide-mounted tissue sections. J Neurosci Methods. 93 (2), 149-162 (1999).
- Pileri, S. A., et al. Antigen retrieval techniques in immunohistochemistry: comparison of different methods. J Pathol. 183 (1), 116-123 (1997).
- Woolsey, T. A., Welker, C., Schwartz, R. H. Comparative anatomical studies of the SmL face cortex with special reference to the occurrence of “barrels” in layer IV. J Comp Neurol. 164 (1), 79-94 (1975).
- Krubitzer, L. The organization of neocortex in mammals: are species differences really so different?. Trends Neurosci. 18 (9), 408-417 (1995).
- Lauer, S. M., Lenschow, C., Brecht, M. Sexually selected size differences and conserved sexual monomorphism of genital cortex. J Comp Neurol. , (2017).
- Fleischhauer, K., Petsche, H., Wittkowski, W. Vertical bundles of dendrites in the neocortex. Anat Embryol. 136 (2), 213-223 (1972).
- Bernardo, K. L., Woolsey, T. A. Axonal trajectories between mouse somatosensory thalamus and cortex. J Comp Neurol. 258 (4), 542-564 (1987).
- Ray, S., Burgalossi, A., Brecht, M., Naumann, R. K. Complementary Modular Microcircuits of the Rat Medial Entorhinal Cortex. Front Syst Neurosci. 11, (2017).
- Livingstone, M. S., Hubel, D. H. Thalamic inputs to cytochrome oxidase-rich regions in monkey visual cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 79 (19), 6098-6101 (1982).
- Land, P. W., Simons, D. J. Cytochrome oxidase staining in the rat SmI barrel cortex. J Comp Neurol. 238 (2), 225-235 (1985).
- Welker, C., Woolsey, T. A. Structure of layer IV in the somatosensory neocortex of the rat: description and comparison with the mouse. J Comp Neurol. 158 (4), 437-453 (1974).
- Retzius, G. Die Cajal’schen zellen der grosshirnrinde beim menschen und bei säugetieren. Biol Unters. 5, 1-9 (1893).
- Cajal, S. R. . Histologie du Systeme Nerveux de l’Homme et des vertébrés. , (1911).
- Chapin, J. K., Lin, C. S. Mapping the body representation in the SI cortex of anesthetized and awake rats. J Comp Neurol. 229 (2), 199-213 (1984).
- Löwel, S., Freeman, B., Singer, W. Topographic organization of the orientation column system in large flat-mounts of the cat visual cortex: A 2-deoxyglucose study. J Comp Neurol. 255 (3), 401-415 (1987).
- Tang, Q., et al. Functional architecture of the rat parasubiculum. J Neurosci. 36 (7), 2289-2301 (2016).
- Snyder, J. P. . Map projections–A working manual (Vol. 1395). , (1987).
- Chung, K., Deisseroth, K. CLARITY for mapping the nervous system. Nat Methods. 10 (6), 508-513 (2013).
- Renier, N., Wu, Z., Simon, D. J., Yang, J., Ariel, P., Tessier-Lavigne, M. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 159 (4), 896-910 (2014).
