Calcium influx measured at single presynaptic boutons of cerebellar granule cell ascending axons and parallel fibers

doi:10.1007/s12311-009-0151-3

.2012年3月；11(1):121-31.

doi:10.1007/s12311-009-0151-3。

小脑颗粒细胞上升轴突和平行纤维突触前单个突触前束钙内流的测定

张伟（音译）¹, 大卫·J·林登

附属公司

PMID： 20049574
预防性维修识别码： PMC3411191项目
内政部： 2007年10月10日/12311-009-0151-3

小脑颗粒细胞上升轴突和平行纤维单个突触前发作时的钙内流测量

张伟（音译）等。小脑. 2012年3月.

.2012年3月；11(1):121-31.

doi:10.1007/s12311-009-0151-3。

作者

张伟（音译）¹, 大卫·J·林登

附属

¹约翰霍普金斯大学神经科学系，美国马里兰州巴尔的摩北沃尔夫街725号，邮编21205。

PMID： 20049574
预防性维修识别码：下午3141191
内政部： 2007年10月10日/12311-009-0151-3

摘要

动作电位诱发的钙内流进入突触前神经束是突触强度和功能的关键决定因素。在这里，我们检测了小脑薄片分子层小脑颗粒细胞突触前泡的钙动力学，并研究了颗粒细胞泡的不同亚群是否表现出不同的钙动力学。我们发现，基础钙清除率低的Bouton群体可能激活第二种清除机制，并在动作电位爆发引起的高钙内流中表现出双相钙衰减。我们还发现，上升轴突和平行纤维上的神经束对动作电位的反应显示出相似的钙内流幅度和钙清除率。最后，我们发现位于分子内层的平行纤维束比位于分子外层的纤维束具有更高的钙清除率。这些结果表明，小脑颗粒细胞泡不应被视为一个均质群体，而应视为不同的泡亚群可能表现出不同的特性。突触前神经束的异质性可能允许不同的学习行为在同一个电路中编码，而不会相互干扰，这可能是增加大脑计算能力的一般机制。

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数字

图1
动作电位（AP）诱发Ca的异质性²⁺颗粒细胞轴突发作的瞬态。一显示染色平行纤维（PF）的Z投影共焦叠加图像。个别隆起物沿轴突呈串珠状静脉曲张。钙²⁺按顺序对位于上升轴突或PF上的三个单独的神经束进行成像，如图所示*红色、黄色*，以及*蓝色虚线*此共焦叠加图像是通过求和像素强度投影的。b条代表性AP-voked Ca²⁺从同一PF上的三个相邻波顿测得的瞬态(一)绘制为ΔF类/F类随着时间的推移。钙²⁺瞬态是由一个单独的AP组成的协议引发的，500毫秒后，100赫兹的四个脉冲爆发。箭头表示个别AP的发病。显示了十次试验的平均轨迹。**c（c）** *条形图*显示单个PF轴突上最大和最小轴突的平均轴突面积，从34个轴突测量。布顿面积由钙显像后获得的染色布顿共焦图像的Z投影确定。单个AP-voked Ca的直方图²⁺峰值振幅(d日)和衰减时间常数(克)以及突发AP-voked峰值振幅(j)和总和比率(米)从115个颗粒细胞中提取。总和比计算为峰值Ca²⁺突发AP除以峰值Ca诱发的瞬态²⁺由单个AP诱发的瞬态。单个AP诱发Ca最大百分比差异的直方图²⁺响应幅度(**e（电子）**)和衰减时间常数(小时)以及AP-voked Ca爆炸²⁺响应幅度(k个)和总和比率(n个)从36个轴突的同一轴突上测得的三个波顿，给出了结果。同一轴突上最大和最小隆起的各种参数的比较。只有当最大的轴突体积比最小的轴突至少大60%时，轴突才会被包括在内，总共比较了34个轴突。*条形图*显示单个AP-voked Ca²⁺响应幅度(**（f）**)和衰减时间常数(我)以及AP-voked Ca爆炸²⁺响应幅度(我)和总和比率(o个)，如图所示。*误差线*在本图和所有后续图中指出SEM

图2
动作电位（AP）诱发Ca的双指数和单指数衰减时间进程²⁺颗粒细胞轴突隆突中的瞬变。一Z投影共焦叠加图像显示了一种典型的染料负载平行光纤（PF）。钙²⁺依次对三个单独的动脉瘤进行成像*红色、黄色*，以及*蓝色虚线*共焦叠加图像通过像素强度的总和进行投影。b条突发（100 Hz下的四个脉冲）AP-voked Ca²⁺从同一PF上的三个相邻波顿连续测量的瞬态(一). 显示了五次试验的平均轨迹。钙²⁺单指数衰减曲线很好地拟合了响应(*黄色的*)或双指数曲线(红色和蓝色)，显示为叠加黑线. The箭头表示突发刺激期间单个AP的发作。不同粒细胞肉瘤组钙清除率双指数衰减模式发生频率的比较。根据单个AP诱发的Ca将发作分为两组²⁺响应幅度和衰减时间常数以及突发AP-voked Ca²⁺反应幅度，只有当最大和最小反应之间的差异至少为最小反应的10%时，我们才包括轴突。为了根据体积来划分轴突，我们只包括轴突，其中最大的轴突体积比最小的轴突至少大60%。*条形图*显示了用单个AP-voked Ca除以Bouton组中呈现双指数衰减时间过程的Bouton百分比频率²⁺响应幅度(**c（c）**; 21轴突），AP-voked Ca爆裂²⁺响应幅度(d日; 22个轴突），单个AP-voked Ca²⁺响应衰减时间常数(**e（电子）**; 21轴突）和波顿体积(**（f）**; 22个轴突）

图3
上行轴突（AA）和平行纤维（PF）上的弹力纤维在动作电位（AP）诱发的Ca中表现出相似的特性²⁺响应。一Z投影共焦叠加图像显示了一个典型的染色颗粒细胞轴突，其PF从AA.AP-voked Ca分叉²⁺依次在AA上的单个波顿处测量反应（表示为*红色虚线*)和PF（由*蓝色虚线*).b条代表性AP-voked Ca²⁺从AA测得的瞬态(红色)和PF bouton(蓝色)在相同的颗粒细胞轴突上(一)绘制为ΔF类/F类随着时间的推移。钙²⁺瞬态是由一个单独的AP组成的协议引发的，500毫秒后，100赫兹的四个脉冲爆发。这个箭头表明个别AP的发病。显示了十次试验的平均轨迹。*条形图*比较布顿地区(**c（c）**)，单个AP-voked Ca²⁺响应幅度(d日)，单个AP-voked Ca²⁺响应衰减时间常数(**e（电子）**)，爆发的AP-voked Ca²⁺响应幅度(**（f）**)和Ca²⁺响应总和比(克)图中所示为同一轴突上的AA型和PF型轴突之间，从10个轴突上16对轴突进行测量

图4
位于分子外层的平行纤维（PF）束显示慢动作电位（AP）诱发的钙²⁺响应衰减动力学优于分子内层。一,b条Z投影共焦叠加图像显示位于分子内层的染料负载PF(一)和外分子层(b条)分别是。钙²⁺如图所示，对位于PF上的三个单独的探头依次进行成像*红色、黄色*，以及*蓝色虚线*此共焦叠加图像是通过求和像素强度投影的。**c、 d日**代表性AP-voked Ca²⁺从内分子层相同PF上的三个相邻波顿测得的瞬态(一)和外分子层(b条)绘制为ΔF类/F类随着时间的推移。钙²⁺由一个单独的AP组成的协议引发了瞬态，500毫秒后，四个AP以100 Hz的频率爆发箭头表明个别AP的发病。显示了十次试验的平均轨迹。*条形图*比较(**e（电子）**), (**（f）**), (小时)、和(我)条形图是否显示单个AP-voked Ca²⁺响应幅度(**e（电子）**)，爆发的AP-voked Ca²⁺响应幅度(**（f）**)，单个AP-voked Ca²⁺响应衰减时间常数(小时)和Ca²⁺响应总和比(我)显示了位于分子内外层的PF键之间。位于外分子层的PF波顿显示出较大的单AP-voked Ca²⁺响应衰减时间常数比分子内层的响应衰减时间常数(小时)表明衰减动力学较慢。克 *条形图*比较位于内外分子层的PF波顿的波顿面积。j *条形图*显示位于内分子层和外分子层的PF波顿的平均灰度值。每组对7个PF中的21个肺泡进行量化

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1. Napper RM，Harvey RJ。大鼠小脑单个Purkinje细胞上平行纤维突触的数量。《计算机神经学杂志》。1988;274(2):168–177.-公共医学
1. Palay SL，Chan-Palay V.小脑皮层：细胞学和组织学。柏林施普林格-弗拉格；1974
1. Braitenberg V，Atwood RP。小脑皮层的形态学观察。《计算机神经学杂志》。1958;109(1):1–33.-公共医学
1. Eccles JC、Ito M、Szentagothai J.小脑作为神经元机器。施普林格；柏林：1967年。
1. Eccles JC，Llinas R，Sasaki K。小脑浦肯野细胞中平行纤维刺激及其诱导的反应。1966年实验脑研究；1(1):17–39.-公共医学

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[3] Palay SL，Chan-Palay V.小脑皮层：细胞学和组织学。柏林施普林格-弗拉格；1974

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[9] Eccles JC，Llinas R，Sasaki K。小脑浦肯野细胞中平行纤维刺激及其诱导的反应。1966年实验脑研究；1(1):17–39.-公共医学

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