Антероградное отслеживание - Anterograde tracing

В нейробиология, антероградное отслеживание это метод исследования, который используется для отслеживания проекций аксонов от их источника ( Тело клетки или же сома ) до точки прекращения ( синапс ). Дополнительная техника ретроградная трассировка, который используется для отслеживания нейронных связей от их завершения до их источника (то есть от синапса до тела клетки).[1] Как антероградная, так и ретроградная техника трассировки основаны на визуализации биологический процесс из аксональный транспорт.

Методы антероградного и ретроградного отслеживания позволяют детально описывать проекции нейронов от одного нейрона или определенной популяции нейронов к их различным целям на всем протяжении нервная система. Эти методы позволяют «отображать» связи между нейронами в определенной структуре (например, глаз ) и целевые нейроны в головном мозге. Многое из того, что в настоящее время известно о связном нейроанатомия была открыта с использованием методов антероградного и ретроградного отслеживания.[1]

Методы

Существует несколько методов отслеживания проекций, исходящих из сомы в целевые области. Эти методы изначально основывались на прямом физическом введении различных визуализируемых индикаторов. молекулы (например. Зеленый флуоресцентный белок, липофильные красители или радиоактивно меченные аминокислоты ) в мозг. Эти молекулы локально поглощаются сома (тело клетки) различных нейронов и транспортируется в терминалы аксонов, или они поглощаются аксоны и транспортируется к соме нейрона. Другие молекулы-индикаторы позволяют визуализировать большие сети аксональных проекций, идущих от нейронов, подвергшихся воздействию индикатора.[1]

В последние годы были разработаны и внедрены вирусные векторы в качестве антероградных индикаторов для идентификации целевых областей проецирующихся нейронов.[2][3]

Альтернативными стратегиями являются транссинаптические антероградные индикаторы, которые могут пересекать синаптическую щель, маркируя несколько нейронов внутри пути. Это также могут быть генетические или молекулярные индикаторы.

Недавно магнитно-резонансная томография (MEMRI) с усилением марганца была использована для отслеживания функциональных цепей в живом мозге, как это было впервые сделано Рассом Джейкобсом,[4] Робиа Полтлер,[5] Алан Корецкий и Элейн Бирер.[6] Mn2+ ion дает гиперинтенсивный сигнал в T1МРТ с утяжелением и, таким образом, служит контрастным веществом. Mn2+ проникает через потенциалзависимые кальциевые каналы, попадает во внутриклеточные органеллы и транспортируется эндогенной нервной транспортной системой, включая кинезин-1, накапливаясь в отдаленных местах.[7] Статистическое параметрическое картирование накопления Mn на покадровых изображениях дает подробную информацию не только о нейронных схемах, но и о динамике транспорта внутри них, а также о расположении дистальных связей.[8] Этот подход позволяет получить информацию о цепях мозга живых животных.

Генетические индикаторы

(смотрите также Отслеживание вирусных нейронов )

Чтобы отследить проекции из конкретной области или клетки, генетическая конструкция, вирус или белок может быть локально введена, после чего ее можно транспортировать антероградно. Вирусные индикаторы могут пересекать синапсы и могут использоваться для отслеживания связи между областями мозга во многих синапсах. Примеры вирусов, используемых для антероградного отслеживания, описаны Кайперсом.[9] Наиболее известны Вирус простого герпеса type1 (HSV) и Рабдовирусы.[9] HSV использовался для отслеживания связей между мозгом и желудком, чтобы исследовать области мозга, участвующие в висцеро-сенсорной обработке.[10] В другом исследовании использовались ВПГ типа 1 и типа 2 для изучения оптический путь: путем инъекции вируса в глаз путь от сетчатка в мозг был визуализирован.[11]

Вирусные индикаторы используют рецептор на клетке-хозяине, чтобы прикрепиться к ней, а затем эндоцитозированный. Например, HSV использует нектин рецептор и затем подвергается эндоцитозу. После эндоцитоза низкий pH внутри везикулы обнажает оболочку вирион после чего вирус готов к транспортировке в тело клетки. Было показано, что pH и эндоцитоз имеют решающее значение для заражения клетки HSV.[12] Было показано, что транспорт вирусных частиц по аксону зависит от микротрубочек. цитоскелет.[13]

Молекулярные индикаторы

Также существует группа индикаторов, которые состоят из белковых продуктов, которые могут быть поглощены клеткой и транспортированы через синапс в следующую клетку. Агглютинин зародышей пшеницы (WGA) и Лейкоагглютинин Phaseolus vulgaris[14] являются наиболее известными индикаторами, однако они не являются строго антероградными индикаторами: особенно известно, что WGA транспортируется как антероградно, так и ретроградно.[15] WGA входит в ячейку путем привязки к Олигосахариды, а затем поглощается посредством эндоцитоза через кавеолозависимый путь.[16][17]

Другие антероградные индикаторы, широко используемые в нейроанатомии, - это биотинилированные декстран амины (BDA), также используется в ретроградная трассировка.

Неполный список исследований с использованием этой методики

Техника антероградного отслеживания в настоящее время широко используется в исследованиях. Ниже приводится неполный список исследований, в которых использовались методы антероградного отслеживания:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Дейл Первес; Джордж Дж. Августин; Дэвид Фицпатрик; Уильям К. Холл; Энтони-Самуэль Ламантия; Джеймс О. Макнамара; Леонард Э. Уайт, ред. (2008). Неврология (4-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Синауэр. стр.16 –18 (из 857). ISBN  978-0-87893-697-7.
  2. ^ О SW, Харрис Дж. А., Нг Л., Уинслоу Б., Каин Н., Михалас С. и др. (Апрель 2014 г.). «Мезомасштабный коннектом мозга мыши». Природа. 508 (7495): 207–14. Bibcode:2014Натура.508..207O. Дои:10.1038 / природа13186. ЧВК  5102064. PMID  24695228.
  3. ^ Хаберл М.Г., Виана да Силва С., Гость Дж. М., Джинджер М., Ганем А., Мюлле С., Оберлендер М., Конзельманн К. К., Фрик А. (апрель 2014 г.). «Вектор вируса антероградного бешенства для крупномасштабной реконструкции трехмерной морфологии нейронов с высоким разрешением». Структура и функции мозга. 220 (3): 1369–79. Дои:10.1007 / s00429-014-0730-z. ЧВК  4409643. PMID  24723034.
  4. ^ Pautler RG, Mongeau R, Jacobs RE (июль 2003 г.). «Прослеживание транссинаптического тракта in vivo из полосатого тела и миндалины мышей с использованием МРТ с усилением марганца (МЭМРТ)». Магнитный резонанс в медицине. 50 (1): 33–9. Дои:10.1002 / mrm.10498. PMID  12815676.
  5. ^ Паутлер Р.Г., Сильва А.С., Корецкий А.П. (ноябрь 1998 г.). «Прослеживание нейронального тракта in vivo с использованием магнитно-резонансной томографии с усилением марганца». Магнитный резонанс в медицине. 40 (5): 740–8. Дои:10.1002 / mrm.1910400515. PMID  9797158.
  6. ^ Bearer EL, Falzone TL, Zhang X, Biris O, Rasin A, Jacobs RE (2007). «Роль нейрональной активности и кинезина в отслеживании тракта с помощью МРТ с усилением марганца (MEMRI)». NeuroImage. 37 Дополнение 1: S37–46. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2007.04.053. ЧВК  2096707. PMID  17600729.
  7. ^ Medina CS, Biris O, Falzone TL, Zhang X, Zimmerman AJ, Bearer EL (январь 2017 г.). «2+ нарушается делецией KLC1, субъединицы обычного кинезинового мотора на основе микротрубочек». NeuroImage. 145 (Pt A): 44–57. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2016.09.035. ЧВК  5457905. PMID  27751944.
  8. ^ Бирер Э.Л., Манифолд-Уиллер BC, Медина CS, Гонсалес АГ, Чавес Флорида, Якобс RE (октябрь 2018 г.) «Изменения функциональной схемы в стареющем мозге и влияние мутировавшего выражения АРР». Нейробиология старения. 70: 276–290. Дои:10.1016 / j.neurobiolaging.2018.06.018. ЧВК  6159914. PMID  30055413.
  9. ^ а б Кайперс Х.Г., Уголини Г. (февраль 1990 г.). «Вирусы как транснейрональные трассеры». Тенденции в неврологии. 13 (2): 71–5. Дои:10.1016 / 0166-2236 (90) 90071-Н. PMID  1690933.
  10. ^ Ринаман Л., Шварц Г. (март 2004 г.). «Антероградное транснейрональное вирусное отслеживание центральных висцеросенсорных путей у крыс». Журнал неврологии. 24 (11): 2782–6. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.5329-03.2004. ЧВК  6729508. PMID  15028771.
  11. ^ Норгрен Р. Б., Маклин Дж. Х., Бубель Х. С., Вандер А., Бернштейн Д. И., Леман М. Н. (март 1992 г.). «Антероградный транспорт HSV-1 и HSV-2 в зрительной системе». Бюллетень исследований мозга. 28 (3): 393–9. Дои:10.1016 / 0361-9230 (92) 90038-У. PMID  1317240.
  12. ^ Никола А.В., Макэвой А.М., Straus SE (май 2003 г.). «Роль эндоцитоза и низкого pH в проникновении вируса простого герпеса в клетки яичников HeLa и китайского хомячка». Журнал вирусологии. 77 (9): 5324–32. Дои:10.1128 / JVI.77.9.5324-5332.2003. ЧВК  153978. PMID  12692234.
  13. ^ Kristensson K, Lycke E, Röyttä M, Svennerholm B, Vahlne A (сентябрь 1986 г.). «Невритный транспорт вируса простого герпеса в сенсорных нейронах крыс in vitro. Влияние веществ, взаимодействующих с функцией микротрубочек и аксональным током [нокодазол, таксол и эритро-9-3- (2-гидроксинонил) аденин]». Журнал общей вирусологии. 67 (Pt 9) (9): 2023–8. Дои:10.1099/0022-1317-67-9-2023. PMID  2427647.
  14. ^ 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. PMID  2332533.
  15. ^ Дамак С., Мосингер Б., Маргольски РФ (октябрь 2008 г.). «Транссинаптический транспорт агглютинина зародышей пшеницы, экспрессируемого в подгруппе вкусовых клеток типа II трансгенных мышей». BMC Neuroscience. 9: 96. Дои:10.1186/1471-2202-9-96. ЧВК  2571104. PMID  18831764.
  16. ^ Бродвелл Р.Д., Балин Б.Дж. (декабрь 1985 г.). «Эндоцитарные и экзоцитарные пути нейронального секреторного процесса и транс-синаптического переноса агглютинин-пероксидазы зародышей пшеницы in vivo». Журнал сравнительной неврологии. 242 (4): 632–50. Дои:10.1002 / cne.902420410. PMID  2418083.
  17. ^ Гао X, Ван Т, Ву Би, Чен Дж, Чен Дж, Юэ И, Дай Н, Чен Х, Цзян Х (декабрь 2008 г.). «Квантовые точки для отслеживания клеточного транспорта наночастиц, функционализированных лектином». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 377 (1): 35–40. Дои:10.1016 / j.bbrc.2008.09.077. PMID  18823949.