Śledzenie wsteczne

W neurobiologii śledzenie wsteczne jest metodą badawczą stosowaną do śledzenia projekcji aksonalnych od ich źródła ( ciała komórki lub somy ) do punktu zakończenia ( synapsy ). Cechą charakterystyczną śledzenia wstecznego jest znakowanie neuronów presynaptycznych i postsynaptycznych. Skrzyżowanie szczeliny synaptycznej jest istotną różnicą między znacznikami wstecznymi a wypełniaczami barwnikowymi używanymi do rekonstrukcji morfologicznej. Techniką uzupełniającą jest śledzenie wsteczne , które służy do śledzenia połączeń neuronowych od ich zakończenia do źródła (tj. synapsy do ciała komórki). Zarówno technika śledzenia postępowego, jak i wstecznego opiera się na wizualizacji biologicznego procesu transportu aksonalnego .

Techniki śledzenia wstecznego i wstecznego umożliwiają szczegółowy opis projekcji neuronalnych z pojedynczego neuronu lub określonej populacji neuronów do ich różnych celów w całym układzie nerwowym . Techniki te pozwalają na „mapowanie” połączeń między neuronami w określonej strukturze (np. oku ) a docelowymi neuronami w mózgu. Wiele z tego, co obecnie wiadomo na temat neuroanatomii połączeń , odkryto dzięki zastosowaniu technik śledzenia wstecznego i wstecznego.

Techniki

Istnieje kilka metod śledzenia projekcji pochodzących z somy w kierunku ich obszarów docelowych. Techniki te początkowo opierały się na bezpośrednim fizycznym wstrzyknięciu do mózgu różnych widocznych molekuł znacznikowych (np. zielonego białka fluorescencyjnego , barwników lipofilowych lub radioaktywnie znakowanych aminokwasów ) . Cząsteczki te są wchłaniane lokalnie przez somę (ciało komórkowe) różnych neuronów i transportowane do zakończeń aksonów lub są wchłaniane przez aksony i transportowane do somy neuronu. Inne cząsteczki znacznika pozwalają na wizualizację dużych sieci projekcji aksonalnych rozciągających się od neuronów wystawionych na działanie znacznika.

W ostatnich latach opracowano i wdrożono wektory wirusowe jako znaczniki wsteczne do identyfikacji docelowych regionów wystających neuronów.

Alternatywnymi strategiami są transsynaptyczne znaczniki wsteczne, które mogą przechodzić przez szczelinę synaptyczną, oznaczając wiele neuronów w obrębie ścieżki. Mogą to być również znaczniki genetyczne lub molekularne.

Ostatnio obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego wzmocnione manganem (MEMRI) zostało wykorzystane do śledzenia obwodów funkcjonalnych w żywych mózgach, czego pionierami byli Russ Jacobs, Robia Paultler, Alan Koretsky i Elaine Bearer . Jon Mn2 + daje hiperintensywny sygnał w T1 - zależnym MRI iw ten sposób służy jako środek kontrastowy. Mn 2+ dostaje się przez zależne od napięcia kanały wapniowe, jest pobierany do organelli wewnątrzkomórkowych i jest transportowany przez endogenny system transportu neuronów, w tym kinezynę-1, gromadzącą się w odległych miejscach. Statystyczne mapowanie parametryczne akumulacji Mn w obrazach poklatkowych dostarcza szczegółowych informacji nie tylko o obwodach neuronalnych, ale także o dynamice transportu w ich obrębie i lokalizacji dystalnych połączeń. Takie podejście dostarcza informacji o obwodach elektrycznych w całym mózgu żywych zwierząt.

Ślady genetyczne

(patrz także Wirusowe śledzenie neuronów )

Aby prześledzić projekcje z określonego regionu lub komórki, konstrukt genetyczny, wirus lub białko można miejscowo wstrzyknąć, po czym pozwala się na transport wsteczny. Wirusowe znaczniki mogą przechodzić przez synapsy i mogą być używane do śledzenia połączeń między regionami mózgu w wielu synapsach. Przykłady wirusów wykorzystywanych do śledzenia wstecznego są opisane przez Kuypersa. Najbardziej znane to wirus opryszczki pospolitej typu 1 (HSV) i rabdowirusy . HSV wykorzystano do prześledzenia połączeń między mózgiem a żołądkiem, aby zbadać obszary mózgu zaangażowane w przetwarzanie trzewno-sensoryczne. W innym badaniu wykorzystano HSV typu 1 i 2 do zbadania szlaku optycznego : poprzez wstrzyknięcie wirusa do oka wizualizowano szlak z siatkówki do mózgu.

Wirusowe znaczniki wykorzystują receptor na komórce gospodarza, aby się do niej przyczepić, a następnie ulegają endocytozie . Na przykład HSV wykorzystuje nektyny , a następnie ulega endocytozie. Po endocytozie niskie pH wewnątrz pęcherzyka usuwa otoczkę wirionu, po czym wirus jest gotowy do transportu do ciała komórki. Wykazano, że pH i endocytoza są kluczowe dla zakażenia komórki przez wirusa HSV. Wykazano, że transport cząstek wirusowych wzdłuż aksonu zależy od cytoszkieletu mikrotubul .

Znaczniki molekularne

Istnieje również grupa znaczników, które składają się z produktów białkowych, które mogą zostać pobrane przez komórkę i przetransportowane przez synapsę do następnej komórki. Aglutynina kiełków pszenicy (WGA) i leukoaglutynina Phaseolus vulgaris są najbardziej znanymi znacznikami, jednak nie są one ścisłymi znacznikami postępującymi: zwłaszcza wiadomo, że WGA jest transportowany zarówno wstecz, jak i wstecz. WGA wchodzi do komórki poprzez wiązanie się z oligosacharydami , a następnie jest wychwytywany przez endocytozę poprzez szlak zależny od kaweoli.

Inne znaczniki postępujące szeroko stosowane w neuroanatomii to biotynylowane aminy dekstranu (BDA), stosowane również w śledzeniu wstecznym .

Częściowa lista badań wykorzystujących tę technikę

Technika śledzenia wstecznego jest obecnie szeroko rozpowszechnioną techniką badawczą. Poniżej znajduje się częściowa lista badań, w których wykorzystano techniki śledzenia wstecznego:

  • Talay, M., Richman, EB, Snell, NJ, Hartmann, GG, Fisher, JD, Sorkaç, A., Santoyo, JF, Chou-Freed, C., Nair, N., Johnson, M., Szymanski, JR i Barnea, G. (listopad 2017). Transsynaptyczne mapowanie neuronów smaku drugiego rzędu u much przez trans-Tango. Neuron , 96 (4), 783–795.e4. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.10.011

Zobacz też

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Anterograde_tracing&oldid=1132427563 ”