Антероградное отслеживание
В нейробиологии — это метод исследования , антероградное отслеживание который используется для отслеживания проекций аксонов от их источника ( тела клетки или сомы ) до точки их окончания ( синапса ). Отличительной чертой антероградного отслеживания является маркировка пресинаптических и постсинаптических нейронов. Пересечение синаптической щели является существенным отличием между антероградными индикаторами и красящими наполнителями, используемыми для морфологической реконструкции. Дополнительным методом является ретроградное отслеживание , которое используется для отслеживания нейронных связей от их окончания до источника (т. е. от синапса до тела клетки). [1] Как антероградный, так и ретроградный методы отслеживания основаны на визуализации биологического процесса аксонального транспорта .
Методы антероградного и ретроградного отслеживания позволяют подробно описывать проекции нейронов от одного нейрона или определенной популяции нейронов к различным мишеням по всей нервной системе . [2] Эти методы позволяют «сопоставить» связи между нейронами в определенной структуре (например, глазом ) и целевыми нейронами в мозге. Большая часть того, что в настоящее время известно о соединительной нейроанатомии, была открыта благодаря использованию методов антероградного и ретроградного отслеживания. [1]
Техники
[ редактировать ]Существует несколько методов отслеживания проекций, исходящих от сомы, к целевым областям. Эти методы первоначально основывались на прямой физической инъекции различных визуализируемых молекул- индикаторов (например, зеленого флуоресцентного белка , липофильных красителей или радиоактивно меченных аминокислот ) в мозг . Эти молекулы локально поглощаются сомой ( телами клеток) различных нейронов и транспортируются к окончаниям аксонов , или они поглощаются аксонами и транспортируются к соме нейрона. Другие молекулы-индикаторы позволяют визуализировать большие сети аксональных проекций, идущие от нейронов, подвергшихся воздействию индикатора. [1]
В последние годы вирусные векторы были разработаны и внедрены в качестве антероградных индикаторов для идентификации целевых областей проецирующихся нейронов. [3] [4]
Альтернативной стратегией являются транссинаптические антероградные индикаторы, которые могут пересекать синаптическую щель, метя несколько нейронов в пределах пути. Это также могут быть генетические или молекулярные индикаторы. [ нужна ссылка ]
Недавно магнитно-резонансная томография с усилением марганца (MEMRI) была использована для отслеживания функциональных цепей в живом мозге, впервые это сделал Расс Джейкобс. [5] Они делают Полтлера, [6] Алан Корецкий и Элейн Бирер . [7] Мн 2+ Ион дает гиперинтенсивный сигнал на Т 1 -взвешенной МРТ и, таким образом, служит контрастным веществом. Мин. 2+ поступает через потенциалзависимые кальциевые каналы, попадает во внутриклеточные органеллы и транспортируется эндогенной нейрональной транспортной системой, включая кинезин-1, накапливаясь в отдаленных местах. [8] Статистическое параметрическое картирование накопления Mn на покадровых изображениях дает подробную информацию не только о схемах нейронов, но и о динамике транспорта внутри них и расположении дистальных связей. [9] Этот подход предоставляет информацию о схемах мозга у живых животных.
Генетические индикаторы
[ редактировать ](см. также Отслеживание вирусных нейронов )
Чтобы отследить проекции из определенной области или клетки, генетическую конструкцию, вирус или белок можно локально инъецировать, после чего ее можно транспортировать антероградно. Вирусные индикаторы могут пересекать синапс и использоваться для отслеживания связей между областями мозга во многих синапсах. Примеры вирусов, используемых для антероградного отслеживания, описаны Кайперсом. [10] Наиболее известны вирус простого герпеса 1 типа (ВПГ) и рабдовирусы . [10] ВПГ использовался для отслеживания связей между мозгом и желудком, чтобы исследовать области мозга, участвующие в висцеро-сенсорной обработке. [11] использовался вирус простого герпеса типа 1 и типа 2 В другом исследовании для изучения оптического пути : путем инъекции вируса в глаз был визуализирован путь от сетчатки к мозгу. [12]
Вирусные индикаторы используют рецептор на клетке-хозяине, чтобы прикрепиться к ней, а затем подвергаются эндоцитозу . Например, ВПГ использует рецептор нектина и затем подвергается эндоцитозу. После эндоцитоза низкий pH внутри пузырька разрушает оболочку вириона, после чего вирус готов к транспортировке в тело клетки. Было показано, что pH и эндоцитоз имеют решающее значение для заражения клетки ВПГ. [13] Показано, что транспорт вирусных частиц по аксону зависит от микротубулярного цитоскелета . [14]
Молекулярные индикаторы
[ редактировать ]Существует также группа трассеров, состоящих из белковых продуктов, которые могут поглощаться клеткой и транспортироваться через синапс в следующую клетку. Агглютинин зародышей пшеницы (АЗП) и лейкоагглютинин Phaseolus vulgaris [15] являются наиболее известными индикаторами, однако они не являются строго антероградными индикаторами: особенно известно, что WGA транспортируется как антероградно, так и ретроградно. [16] WGA проникает в клетку путем связывания с олигосахаридами , а затем поглощается посредством эндоцитоза по кавеол-зависимому пути. [17] [18]
Другими антероградными индикаторами, широко используемыми в нейроанатомии, являются биотинилированные декстранамины (BDA), также используемые для ретроградного отслеживания . [ нужна ссылка ]
Неполный список исследований с использованием этой методики
[ редактировать ]Техника антероградного отслеживания в настоящее время является широко распространенным методом исследования. Ниже приводится неполный список исследований, в которых использовались методы антероградного отслеживания:
- Талай, М., Ричман, Э.Б., Снелл, Нью-Джерси, Хартманн, Г.Г., Фишер, Дж.Д., Соркач, А., Сантойо, Дж.Ф., Чоу-Фрид, К., Наир, Н., Джонсон, М., Шимански, младший и Барни, Г. (ноябрь 2017 г.). Транссинаптическое картирование вкусовых нейронов второго порядка у мух с помощью транс-Танго. Нейрон , 96 (4), 783–795.е4. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.10.011
- Деллер Т., Науманн Т., Фротчер М. (ноябрь 2000 г.). «Ретроградное и антероградное отслеживание в сочетании с идентификацией передатчика и электронной микроскопией». Журнал методов нейробиологии . 103 (1): 117–26. дои : 10.1016/S0165-0270(00)00301-0 . ПМИД 11074101 . S2CID 13534170 .
- Кресель М. (апрель 1998 г.). «Амплификация тирамида позволяет отслеживать антероградно с помощью лектинов, конъюгированных с пероксидазой хрена, в сочетании с одновременным иммуногистохимическим исследованием» . Журнал гистохимии и цитохимии . 46 (4): 527–33. дои : 10.1177/002215549804600413 . ПМИД 9575040 . S2CID 17642689 . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 г.
- Хаберл М.Г., Виана да Силва С., Гость Дж.М., Джинджер М., Ганем А., Мулле С., Оберлендер М., Конзельманн К.К., Фрик А. (апрель 2014 г.). «Вектор антероградного вируса бешенства для крупномасштабной реконструкции трехмерной морфологии нейронов в высоком разрешении» . Структура и функции мозга . 220 (3): 1369–79. дои : 10.1007/s00429-014-0730-z . ПМК 4409643 . ПМИД 24723034 .
- Чемберлен Н.Л., Дю Б., де Лакаль С., Сапер CB (май 1998 г.). «Рекомбинантный аденоассоциированный вирусный вектор: использование для экспрессии трансгена и отслеживания антероградного тракта в ЦНС» . Исследования мозга . 793 (1–2): 169–75. дои : 10.1016/s0006-8993(98)00169-3 . ПМК 4961038 . ПМИД 9630611 .
- Луппи П.Х., Форт П., Жуве М. (ноябрь 1990 г.). «Ионтофоретическое применение неконъюгированной субъединицы B холерного токсина (CTb) в сочетании с иммуногистохимией нейрохимических веществ: метод идентификации медиатора ретроградно меченных нейронов». Исследования мозга . 534 (1–2): 209–24. дои : 10.1016/0006-8993(90)90131-T . ПМИД 1705851 . S2CID 25326054 .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Дейл Первс; Джордж Дж. Августин; Дэвид Фицпатрик; Уильям К. Холл; Энтони-Сэмюэл Ламантия; Джеймс О. Макнамара; Леонард Э. Уайт, ред. (2008). Нейронаука (4-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Синауэр. стр. 16–18 (из 857). ISBN 978-0-87893-697-7 .
- ^ Лансьего, Хосе Л.; Ваутерлод, Флорис Г. (1 мая 2020 г.). «Нейроанатомические методы отслеживания путей, которые стали вирусными» . Структура и функции мозга . 225 (4): 1193–1224. дои : 10.1007/s00429-020-02041-6 . ПМК 7271020 . ПМИД 32062721 .
- ^ О С.В., Харрис Дж.А., Нг Л., Уинслоу Б., Кейн Н., Михалас С. и др. (апрель 2014 г.). «Мезомасштабный коннектом мозга мыши» . Природа . 508 (7495): 207–14. Бибкод : 2014Natur.508..207O . дои : 10.1038/nature13186 . ПМК 5102064 . ПМИД 24695228 .
- ^ Хаберл М.Г., Виана да Силва С., Гость Дж.М., Джинджер М., Ганем А., Мулле С., Оберлендер М., Конзельманн К.К., Фрик А. (апрель 2014 г.). «Вектор антероградного вируса бешенства для крупномасштабной реконструкции трехмерной морфологии нейронов в высоком разрешении» . Структура и функции мозга . 220 (3): 1369–79. дои : 10.1007/s00429-014-0730-z . ПМК 4409643 . ПМИД 24723034 .
- ^ Паутлер Р.Г., Монжо Р., Джейкобс Р.Э. (июль 2003 г.). «Отслеживание транссинаптических путей in vivo полосатого тела и миндалевидного тела мыши с использованием МРТ с усилением марганца (MEMRI)» . Магнитный резонанс в медицине . 50 (1): 33–9. дои : 10.1002/mrm.10498 . ПМИД 12815676 .
- ^ Паутлер Р.Г., Сильва А.С., Корецкий А.П. (ноябрь 1998 г.). «Отслеживание нейронных путей in vivo с использованием магнитно-резонансной томографии с усилением марганца». Магнитный резонанс в медицине . 40 (5): 740–8. дои : 10.1002/mrm.1910400515 . ПМИД 9797158 . S2CID 13996533 .
- ^ Бирер Э.Л., Фальзоне Т.Л., Чжан Х, Бирис О., Расин А., Джейкобс Р.Э. (2007). «Роль активности нейронов и кинезина в отслеживании путей с помощью МРТ с усилением марганца (MEMRI)» . НейроИмидж . 37 (Приложение 1): S37–46. doi : 10.1016/j.neuroimage.2007.04.053 . ПМК 2096707 . ПМИД 17600729 .
- ^ Медина К.С., Бирис О., Фальзоне Т.Л., Чжан Х, Циммерман А.Дж., Бирер Э.Л. (январь 2017 г.). «2+ нарушается из-за удаления KLC1, субъединицы обычного мотора на основе микротрубочек кинезина» . НейроИмидж . 145 (Часть А): 44–57. doi : 10.1016/j.neuroimage.2016.09.035 . ПМЦ 5457905 . ПМИД 27751944 .
- ^ Bearer EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (октябрь 2018 г.). «Изменения функциональных схем стареющего мозга и влияние мутированной экспрессии АРР» . Нейробиология старения . 70 : 276–290. doi : 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.018 . ПМК 6159914 . ПМИД 30055413 .
- ^ Jump up to: а б Кайперс Х.Г., Уголини Дж. (февраль 1990 г.). «Вирусы как транснейрональные индикаторы». Тенденции в нейронауках . 13 (2): 71–5. дои : 10.1016/0166-2236(90)90071-H . ПМИД 1690933 . S2CID 27938628 .
- ^ Ринаман Л., Шварц Г. (март 2004 г.). «Антероградное транснейрональное вирусное отслеживание центральных висцеросенсорных путей у крыс» . Журнал неврологии . 24 (11): 2782–6. doi : 10.1523/JNEUROSCI.5329-03.2004 . ПМК 6729508 . ПМИД 15028771 .
- ^ Норгрен Р.Б., Маклин Дж.Х., Бубель Х.К., Вандер А., Бернштейн Д.И., Леман М.Н. (март 1992 г.). «Антероградный транспорт ВПГ-1 и ВПГ-2 в зрительной системе». Бюллетень исследований мозга . 28 (3): 393–9. дои : 10.1016/0361-9230(92)90038-Y . ПМИД 1317240 . S2CID 4701001 .
- ^ Никола А.В., МакЭвой А.М., Штраус С.Е. (май 2003 г.). «Роль эндоцитоза и низкого pH при проникновении вируса простого герпеса в клетки HeLa и яичников китайского хомячка» . Журнал вирусологии . 77 (9): 5324–32. doi : 10.1128/JVI.77.9.5324-5332.2003 . ПМЦ 153978 . ПМИД 12692234 .
- ^ Кристенссон К., Лике Э., Ройтта М., Свеннерхольм Б., Вальне А. (сентябрь 1986 г.). «Нейритный транспорт вируса простого герпеса в сенсорных нейронах крысы in vitro. Влияние веществ, взаимодействующих с функцией микротрубочек и аксональным потоком [нокодазол, таксол и эритро-9-3-(2-гидроксинонил)аденин]» . Журнал общей вирусологии . 67 (Часть 9) (9): 2023–8. дои : 10.1099/0022-1317-67-9-2023 . ПМИД 2427647 .
- ^ Смит Ю., Хазрати Л.Н., Родитель А (апрель 1990 г.). «Эфферентные проекции субталамического ядра у беличьей обезьяны, изученные с помощью метода антероградного отслеживания PHA-L». Журнал сравнительной неврологии . 294 (2): 306–23. дои : 10.1002/cne.902940213 . ПМИД 2332533 . S2CID 9667393 .
- ^ Дамак С., Мосингер Б., Маргольски Р.Ф. (октябрь 2008 г.). «Транссинаптический транспорт агглютинина зародышей пшеницы, экспрессируемого в подмножестве вкусовых клеток типа II трансгенных мышей» . BMC Нейронаука . 9:96 . дои : 10.1186/1471-2202-9-96 . ПМК 2571104 . ПМИД 18831764 .
- ^ Бродвелл Р.Д., Балин Б.Дж. (декабрь 1985 г.). «Эндоцитарные и экзоцитарные пути нейронального секреторного процесса и транссинаптическая передача агглютинин-пероксидазы зародышей пшеницы in vivo». Журнал сравнительной неврологии . 242 (4): 632–50. дои : 10.1002/cne.902420410 . ПМИД 2418083 . S2CID 22905683 .
- ^ Гао X, Ван Т, Ву Б, Чен Дж, Чен Дж, Юэ Ю, Дай Н, Чен Х, Цзян Икс (декабрь 2008 г.). «Квантовые точки для отслеживания клеточного транспорта наночастиц, функционализированных лектинами». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 377 (1): 35–40. дои : 10.1016/j.bbrc.2008.09.077 . ПМИД 18823949 .