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.2013;8（3）：e57694。
doi:10.1371/journal.pone.0057694。 Epub 2013年3月1日。

大鼠海马脑片中神经元和星形胶质细胞与潜在时空内在光信号相关

伊尔迪科·帕尔 1, 加布里埃拉·尼特拉伊, 朱莉安娜·卡尔多斯, LászlóHéja
附属机构

大鼠海马脑片中神经元和星形胶质细胞与潜在时空内在光信号相关

伊尔迪科·帕尔等。 公共科学图书馆一号. 2013.

摘要

无标签内在光信号（IOS）被广泛用于绘制体内传入激活的脑区，主要归因于胶质细胞摄取谷氨酸后的血容量变化。相比之下，体外IOS成像通常归因于神经元和胶质细胞肿胀，但不同细胞类型和分子参与者的相对贡献仍基本未知。我们使用464元件光电二极管阵列设备对大鼠海马切片中的IOS至Schaffer侧支刺激进行了表征，该设备能够以0.6 ms的时间分辨率进行IOS监测，并同时进行场电位记录。我们通过在50 ms（20 Hz）内施加中等强度的50 V模拟序列来使用短暂的半最大刺激。IOS主要见于海马束锥体和放射束束近端区域。它通过河豚毒素阻断电压门控钠（+）通道而被消除，并通过γ-氨基丁酸（A）受体拮抗剂苦参毒素抑制抑制信号而显著增强。我们发现IOS主要由突触后Glu受体激活启动，并通过激活星形胶质细胞Glu转运体和Mg（2+）非依赖性星形胶质细胞N-甲基-D-天冬氨酸受体而进展。在对照条件下，观察到神经元K（+）/Cl（-）协同转运蛋白KCC2的作用，但没有观察到神经胶质Na（+）/K（+）/Cl（-）协同转运蛋白NKCC1的作用。还描述了分别通过非特异性Cl（-）和容量调节阴离子通道对IOS的轻微增强和抑制。脑片短暂传入刺激诱发的高频IOS成像为研究IOS发生机制提供了新的范式。主要参与者以这种方式揭示，时空IOS反映了谷氨酸能神经元的激活和星形胶质细胞的反应，正如在海马体中观察到的那样。我们的模型可能有助于更好地解释体内IOS并支持未来的诊断。

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数字

图1
图1。监督处的时间进程、刺激依赖性和区域分布以及现场反应。
A左：IOS形状和振幅随刺激次数增加而变化。曲线上方的数字表示刺激数。透明线显示拟合的线性函数，用于计算IOS曲线的斜率和衰减。A中间：监督处的时间进程和现场响应A权利：包含IOS的二极管数量与刺激数（R）之间的相关性2 = 0.99).B左上：464元件光电二极管阵列上IOS信号的概述。透明线表示金字塔细胞层和颗粒细胞层齿状回（DG）。刺激电极的位置用箭头标记，场电位记录电极的位置用彩色消隐表示。B左下：IOS振幅的3D表示。刺激电极和记录电极的位置分别用箭头和星号标记。色条表示与静止光强度相比的透射率变化。B右侧：在切片的不同位置记录的代表性IOS和字段响应记录道。痕迹的准确位置由左上角图像上的彩色省略号指示。C左侧和中间：在刺激电极和CA3之间切割之前（左）和之后（中）的3D IOS振幅图。透明线表示金字塔层。刺激电极的位置用箭头标记，场电位记录的位置用星号表示。C右：在刺激电极和CA3之间切割之前（黑色）和之后（红色），记录电极附近有代表性的IOS痕迹（用白色星号标记）。曲线之间的微小差异是由于切割后的电生理特性略有下降。
图2
图2。IOS信号的时间解剖。
A左侧：切片的方向。透明线表示金字塔层，箭头表示刺激电极的位置。A中间和右边：分别来自CA1和CA3区域的代表性IOS痕迹。痕迹的起源用彩色星号表示A左。虚线表示IOS跟踪源于放射状街道.B类：不同时间点的3D IOS振幅图显示了刺激开始后前90ms内IOS的空间外观。切片的方向表示为A左。抄送：不同时间点的3D IOS振幅图显示了IOS在较长时间尺度上的空间动态。切片的方向表示为A左。色条表示与静止光强度相比的透射率变化。
图3
图3。IOS振幅直接取决于神经活动。
A左边和中间：控制条件和5µM TTX应用下的典型IOS振幅图和场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。A权利：空间可视化由TTX应用程序引起的IOS信号控制更改的百分比。B左侧和中间：分别在控制条件和100µM苦曲霉毒素应用下的典型IOS振幅图和现场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。B右侧：100µM苦毒毒素应用引起的IOS信号控制变化百分比的空间可视化。抄送：100µM苦防己毒素和5µM TTX对现场响应和IOS参数的影响（以对照百分比计）。星号表示与对照组相比有显著变化（P<0.05 Mann-Whitney U检验，N = 5). 面板A、B右侧的透明线表示金字塔细胞层。刺激电极和记录电极的位置分别用箭头和星号标记。
图4
图4。离子型谷氨酸受体和胶质细胞谷氨酸摄取在IOS中起作用。
A左边和中间：分别在控制条件下和应用20µM CNQX时的典型IOS振幅图和场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。A权利：CNQX应用程序引起的IOS信号控制更改百分比的空间可视化。B左侧和中间：分别在控制条件下和应用20µM CNQX和100µM APV时的代表性IOS振幅图和场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。B右侧：APV和CNQX应用引起的IOS信号控制变化百分比的空间可视化。C左侧和中间：分别在控制条件和300µM DHK应用下的代表性IOS振幅图和现场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。C右：DHK应用引起的IOS信号控制变化百分比的空间可视化。医生：单独使用300µM DHK和20µM CNQX以及20µM CNQX与100µM APV或100µM APV和300µM DHK联合使用对现场响应和IOS参数的影响（以对照百分比计）。星号表示与对照组相比有显著变化（P<0.05 Mann-Whitney U检验，N = 5−7），柱上方的水平条表示柱之间有显著变化（P<0.05单向方差分析，N = 5−7). 面板A、B和C右侧的透明线表示金字塔细胞层。刺激电极和记录电极的位置分别用箭头和星号标记。
图5
图5。神经元K+/氯离子
负极 协同转运，非特异性氯 负极 和容量调节的阴离子通道有助于IOS。 A左边和中间：控制条件下和5 mM速尿应用下的典型IOS振幅图和场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。A权利：应用速尿引起IOS信号控制变化百分比的空间可视化。B左侧和中间：分别在控制条件和200µM DIDS应用下的代表性IOS振幅图和场响应曲线。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。B右侧：DIDS应用引起的IOS信号控制变化百分比的空间可视化。抄送：5 mM速尿、10µM布美他尼、200µM DIDS和40µM DCPIB对对照组的场响应和IOS参数的影响。星号表示与对照组相比有显著变化（P<0.05 Mann-Whitney U检验，N = 5−8). 面板A、B右侧的透明线表示金字塔细胞层。刺激电极和记录电极的位置分别用箭头和星号标记。
图6
图6。升高[K的时空模式+]-诱发和传入刺激诱发IOS有显著差异。
答：应用升高[K后的IOS振幅图+]ACSF（[K+] = 50 mM）涂抹在oriens街(左侧)或在放射状街道(赖特)从贴片吸管中取出。贴片吸管（pip.）的位置用符号“<”表示。透明线表示金字塔层，箭头表示缓冲流的方向。色条表示透射率相对于静止光强度的最大变化。B类：升高[K诱发典型IOS轨迹形状的比较+] (左侧)和传入刺激(赖特)在中用星号标记的站点A类.
图7
图7。时空IOS生成过程的分子解剖。
IOS机制下的神经元（左）和胶质（右）蛋白质的大小取决于它们对IOS生成的贡献。在Schaffer侧支刺激后，首先激活神经元，然后是神经元体细胞肿胀和随后的胶质细胞肿胀。
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工具书类

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这项工作得到了ERA-Chemistry OTKA 102166赠款的支持(http://www.otka.hu/)和TECH-09-AI-2009-0117 NKFP NANOSEN9(http://www.nih.gov.hu/). 资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。