Anterograd spårning

Inom neurovetenskap är anterograd spårning en forskningsmetod som används för att spåra axonala projektioner från deras källa (cellkroppen eller soma ) till punkten för avslutning (synapsen ) . Ett kännetecken för anterograd spårning är märkningen av de presynaptiska och postsynaptiska neuronerna. Korsningen av den synaptiska klyftan är en viktig skillnad mellan de anterograda spårämnena och de färgämnen som används för morfologisk rekonstruktion. Den kompletterande tekniken är retrograd spårning , som används för att spåra neurala anslutningar från deras avslutning till källan (dvs. synaps till cellkropp). Både anterograd och retrograd spårningsteknik är baserad på visualisering av den biologiska processen för axonal transport .

De anterograda och retrograda spårningsteknikerna tillåter detaljerade beskrivningar av neuronala projektioner från en enda neuron eller en definierad population av neuroner till deras olika mål i nervsystemet . Dessa tekniker tillåter "kartläggning" av kopplingar mellan neuroner i en viss struktur (t.ex. ögat) och målneuronerna i hjärnan. Mycket av det som för närvarande är känt om anslutningsneuroanatomi upptäcktes genom användningen av anterograd och retrograd spårningsteknik.

Tekniker

Det finns flera metoder för att spåra projektioner som härrör från soma mot sina målområden. Dessa tekniker förlitade sig initialt på den direkta fysiska injektionen av olika visualiserbara spårmolekyler ( t.ex. grönt fluorescerande protein , lipofila färgämnen eller radioaktivt märkta aminosyror ) i hjärnan . Dessa molekyler absorberas lokalt av soma (cellkroppen) av olika neuroner och transporteras till axonterminalerna, eller så absorberas de av axoner och transporteras till neurons soma. Andra spårmolekyler möjliggör visualisering av stora nätverk av axonala projektioner som sträcker sig från neuronerna som exponeras för spårämnet.

Under de senaste åren har virala vektorer utvecklats och implementerats som anterograda spårämnen för att identifiera målområdena för projicerande neuroner.

Alternativa strategier är transsynaptiska anterograda spårämnen, som kan passera den synaptiska klyftan och märka flera neuroner inom en väg. De kan också vara genetiska eller molekylära spårämnen.

Nyligen har manganförstärkt magnetisk resonanstomografi (MEMRI) använts för att spåra funktionella kretsar i levande hjärnor, som pionjärer av Russ Jacobs, Robia Paultler, Alan Koretsky och Elaine Bearer . Mn ²⁺ -jonen ger en hyperintensiv signal i T ₁ -vägd MRI och fungerar således som kontrastmedel. Mn ²⁺ kommer in genom spänningsberoende kalciumkanaler, tas in i intracellulära organeller och transporteras av det endogena neuronala transportsystemet inklusive kinesin-1, som ackumuleras på avlägsna platser. Statistisk parametrisk kartläggning av Mn-ackumulering i time-lapse-bilder ger detaljerad information inte bara om neuronala kretsar utan också om dynamiken i transporten inom dem och platsen för distala anslutningar. Detta tillvägagångssätt ger information om kretsar i hela hjärnan hos levande djur.

Genetiska spårämnen

(se även Viral neuronal spårning )

För att spåra projektioner från en specifik region eller cell kan en genetisk konstruktion, virus eller protein injiceras lokalt, varefter det tillåts transporteras anterogradiskt. Virala spårämnen kan passera synapsen och kan användas för att spåra anslutningar mellan hjärnregioner över många synapser. Exempel på virus som används för anterograd spårning beskrivs av Kuypers. Mest välkända är herpes simplex-virus typ 1 (HSV) och rhabdovirus . HSV användes för att spåra kopplingarna mellan hjärnan och magen, för att undersöka hjärnområdena som är involverade i viscero-sensorisk bearbetning. En annan studie använde HSV typ1 och typ2 för att undersöka den optiska vägen : genom att injicera viruset i ögat visualiserades vägen från näthinnan in i hjärnan.

Virala spårämnen använder en receptor på värdcellen för att fästa till den och endocyteras sedan . Till exempel använder HSV nektinreceptorn och endocyteras sedan. Efter endocytos tar det låga pH-värdet inuti vesikeln bort virionens hölje, varefter viruset är redo att transporteras till cellkroppen. Det visades att pH och endocytos är avgörande för att HSV ska infektera en cell. Transport av viruspartiklarna längs axonet visade sig bero på det mikrotubulära cytoskelettet .

Molekylära spårämnen

Det finns också en grupp spårämnen som består av proteinprodukter som kan tas upp av cellen och transporteras över synapsen till nästa cell. Vetegroddargglutinin (WGA) och Phaseolus vulgaris leucoagglutinin är de mest kända spårämnena, men de är inte strikta anterograda spårämnen: speciellt WGA är känt för att transporteras anterogradigt såväl som retrogradt. WGA kommer in i cellen genom att binda till oligosackarider och tas sedan upp via endocytos via en kaveolberoende väg.

Andra anterograda spårämnen som ofta används inom neuroanatomi är de biotinylerade dextranaminerna (BDA), som också används vid retrograd spårning .

Delvis lista över studier som använder denna teknik

Den anterograda spårningstekniken är nu en utbredd forskningsteknik. Följande är en ofullständig lista över studier som har använt anterograd spårningsteknik:

Talay, M., Richman, EB, Snell, NJ, Hartmann, GG, Fisher, JD, Sorkaç, A., Santoyo, JF, Chou-Freed, C., Nair, N., Johnson, M., Szymanski, JR , & Barnea, G. (november 2017). Transsynaptisk kartläggning av andra ordningens smakneuroner hos flugor av trans-tango. Neuron , 96 (4), 783–795.e4. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.10.011

Deller T, Naumann T, Frotscher M (november 2000). "Retrograd och anterograd spårning kombinerat med sändaridentifiering och elektronmikroskopi". Journal of Neuroscience Methods . 103 (1): 117–26. doi : 10.1016/S0165-0270(00)00301-0 . PMID 11074101 .
Kressel M (april 1998). "Tyramidamplifiering tillåter anterograd spårning av pepparrotsperoxidas-konjugerade lektiner i samband med samtidig immunhistokemi" . Journal of Histochemistry and Cytochemistry . 46 (4): 527–33. doi : 10.1177/002215549804600413 . PMID 9575040 . Arkiverad från originalet 2013-04-15.
Haberl MG, Viana da Silva S, Guest JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (april 2014). "En anterograd rabiesvirusvektor för högupplöst storskalig rekonstruktion av 3D-neuronmorfologi" . Hjärnans struktur och funktion . 220 (3): 1369–79. doi : 10.1007/s00429-014-0730-z . PMC 4409643 . PMID 24723034 .
Chamberlin NL, Du B, de Lacalle S, Saper CB (maj 1998). "Rekombinant adenoassocierad virusvektor: användning för transgenexpression och anterograd traktatspårning i CNS" . Hjärnforskning . 793 (1–2): 169–75. doi : 10.1016/s0006-8993(98)00169-3 . PMC 4961038 . PMID 9630611 .
Luppi PH, Fort P, Jouvet M (november 1990). "Jontoforetisk applicering av okonjugerad koleratoxin B-subenhet (CTb) kombinerad med immunhistokemi av neurokemiska substanser: en metod för sändaridentifiering av retrogradt märkta neuroner". Hjärnforskning . 534 (1–2): 209–24. doi : 10.1016/0006-8993(90)90131-T . PMID 1705851 .

Se även