Published August 25, 2022
| Version v1
Publication
Open
Electrical recordings from dendritic spines of adult mouse hippocampus and effect of the actin cytoskeleton
Creators
- 1. Bar-Ilan University
- 2. University of Alberta
- 3. National University of Santiago del Estero
- 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
Dendritic spines (DS) are tiny protrusions implicated in excitatory postsynaptic responses in the CNS. To achieve their function, DS concentrate a high density of ion channels and dynamic actin networks in a tiny specialized compartment. However, to date there is no direct information on DS ionic conductances. Here, we used several experimental techniques to obtain direct electrical information from DS of the adult mouse hippocampus. First, we optimized a method to isolate DS from the dissected hippocampus. Second, we used the lipid bilayer membrane (BLM) reconstitution and patch clamping techniques and obtained heretofore unavailable electrical phenotypes on ion channels present in the DS membrane. Third, we also patch clamped DS directly in cultured adult mouse hippocampal neurons, to validate the electrical information observed with the isolated preparation. Electron microscopy and immunochemistry of PDS-95 and NMDA receptors and intrinsic actin networks confirmed the enrichment of the isolated DS preparation, showing open and closed DS, and multi-headed DS. The preparation was used to identify single channel activities and "whole-DS" electrical conductance. We identified NMDA and Ca2+-dependent intrinsic electrical activity in isolated DS and in situ DS of cultured adult mouse hippocampal neurons. In situ recordings in the presence of local NMDA, showed that individual DS intrinsic electrical activity often back-propagated to the dendrite from which it sprouted. The DS electrical oscillations were modulated by changes in actin cytoskeleton dynamics by addition of the F-actin disrupter agent, cytochalasin D, and exogenous actin-binding proteins. The data indicate that DS are elaborate excitable electrical devices, whose activity is a functional interplay between ion channels and the underlying actin networks. The data argue in favor of the active contribution of individual DS to the electrical activity of neurons at the level of both the membrane conductance and cytoskeletal signaling.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
العمود الفقري الشجيري (DS) هي نتوءات صغيرة متورطة في الاستجابات ما بعد المشبكية المثيرة في الجهاز العصبي المركزي. لتحقيق وظيفتها، يركز الموجهون كثافة عالية من القنوات الأيونية وشبكات الأكتين الديناميكية في حجرة متخصصة صغيرة. ومع ذلك، حتى الآن لا توجد معلومات مباشرة عن السلوكيات الأيونية DS. هنا، استخدمنا العديد من التقنيات التجريبية للحصول على معلومات كهربائية مباشرة من الموجهين من قرن آمون الفأر البالغ. أولاً، قمنا بتحسين طريقة لعزل DS عن الحصين الذي تم تشريحه. ثانيًا، استخدمنا تقنيات إعادة تكوين غشاء الطبقة الثنائية الدهنية (BLM) وتثبيت الرقعة وحصلنا حتى الآن على أنماط ظاهرية كهربائية غير متوفرة على القنوات الأيونية الموجودة في غشاء DS. ثالثًا، قمنا أيضًا بتثبيت DS مباشرة في الخلايا العصبية الحصينية للفئران البالغة المستزرعة، للتحقق من صحة المعلومات الكهربائية التي لوحظت مع المستحضر المعزول. أكد الفحص المجهري الإلكتروني والكيمياء المناعية لمستقبلات PDS -95 و NMDA وشبكات الأكتين الداخلية إثراء تحضير DS المعزول، مما يدل على DS مفتوح ومغلق، و DS متعدد الرؤوس. تم استخدام التحضير لتحديد أنشطة القناة الواحدة والتوصيل الكهربائي "الكامل". حددنا النشاط الكهربائي الداخلي المعتمد على NMDA و Ca2 + في DS المعزولة وفي DS الموضعية للخلايا العصبية الحصينية للفئران البالغة المستزرعة. أظهرت التسجيلات في الموقع بحضور NMDA المحلية أن النشاط الكهربائي الداخلي الفردي لـ DS غالبًا ما ينتشر مرة أخرى إلى التغصن الذي نشأ منه. تم تعديل التذبذبات الكهربائية لـ DS من خلال التغيرات في ديناميكيات الهيكل الخلوي للأكتين عن طريق إضافة عامل تعطيل F - actin، و cytochalasin D، والبروتينات الخارجية المرتبطة بالأكتين. تشير البيانات إلى أن DS عبارة عن أجهزة كهربائية قابلة للإثارة، والتي يكون نشاطها تفاعلًا وظيفيًا بين القنوات الأيونية وشبكات الأكتين الأساسية. تجادل البيانات لصالح المساهمة النشطة لـ DS الفردية في النشاط الكهربائي للخلايا العصبية على مستوى كل من توصيل الغشاء وإشارات الهيكل الخلوي.Translated Description (French)
Les épines dendritiques (ED) sont de minuscules protubérances impliquées dans les réponses postsynaptiques excitatrices dans le SNC. Pour réaliser leur fonction, les DS concentrent une haute densité de canaux ioniques et de réseaux d'actine dynamiques dans un minuscule compartiment spécialisé. Cependant, à ce jour, il n'existe aucune information directe sur les conductances ioniques DS. Ici, nous avons utilisé plusieurs techniques expérimentales pour obtenir des informations électriques directes de la DS de l'hippocampe de souris adulte. Tout d'abord, nous avons optimisé une méthode pour isoler la DS de l'hippocampe disséqué. Deuxièmement, nous avons utilisé les techniques de reconstitution et de patch clampage de la membrane bicouche lipidique (BLM) et obtenu des phénotypes électriques jusqu'alors indisponibles sur les canaux ioniques présents dans la membrane DS. Troisièmement, nous avons également colmaté les DS directement dans les neurones hippocampiques adultes de souris en culture, afin de valider les informations électriques observées avec la préparation isolée. La microscopie électronique et l'immunochimie des récepteurs PDS-95 et NMDA et des réseaux intrinsèques d'actine ont confirmé l'enrichissement de la préparation DS isolée, montrant une DS ouverte et fermée, et une DS à plusieurs têtes. La préparation a été utilisée pour identifier les activités à canal unique et la conductance électrique « full-DS ». Nous avons identifié une activité électrique intrinsèque dépendante du NMDA et du Ca2+ dans des DS isolées et des DS in situ de neurones hippocampiques de souris adultes en culture. Des enregistrements in situ en présence de NMDA local, ont montré que l'activité électrique intrinsèque de la DS individuelle se rétropropagait souvent à la dendrite d'où elle a germé. Les oscillations électriques de la DS ont été modulées par des changements dans la dynamique du cytosquelette d'actine par l'ajout de l'agent perturbateur de la F-actine, de la cytochalasine D et des protéines exogènes de liaison de l'actine. Les données indiquent que les DS sont des dispositifs électriques excitables élaborés, dont l'activité est une interaction fonctionnelle entre les canaux ioniques et les réseaux d'actine sous-jacents. Les données plaident en faveur de la contribution active de la DS individuelle à l'activité électrique des neurones au niveau de la conductance membranaire et de la signalisation cytosquelettique.Translated Description (Spanish)
Las espinas dendríticas (DS) son pequeñas protuberancias implicadas en las respuestas postsinápticas excitatorias en el SNC. Para lograr su función, DS concentra una alta densidad de canales iónicos y redes dinámicas de actina en un pequeño compartimento especializado. Sin embargo, hasta la fecha no existe información directa sobre las conductancias iónicas del DS. Aquí, utilizamos varias técnicas experimentales para obtener información eléctrica directa del DS del hipocampo del ratón adulto. Primero, optimizamos un método para aislar el SD del hipocampo diseccionado. En segundo lugar, utilizamos las técnicas de reconstitución de la membrana bicapa lipídica (BLM) y de fijación de parches y obtuvimos fenotipos eléctricos hasta ahora no disponibles en los canales iónicos presentes en la membrana DS. En tercer lugar, también aplicamos parches de DS directamente en neuronas del hipocampo de ratón adulto cultivadas, para validar la información eléctrica observada con la preparación aislada. La microscopía electrónica y la inmunoquímica de los receptores PDS-95 y NMDA y las redes de actina intrínseca confirmaron el enriquecimiento de la preparación de DS aislado, mostrando DS abierto y cerrado, y DS de múltiples cabezas. La preparación se utilizó para identificar las actividades de un solo canal y la conductancia eléctrica "total-DS". Identificamos la actividad eléctrica intrínseca dependiente de NMDA y Ca2+ en DS aislado y DS in situ de neuronas del hipocampo de ratón adulto cultivadas. Los registros in situ en presencia de NMDA local mostraron que la actividad eléctrica intrínseca del DS individual a menudo se retropropagaba a la dendrita de la que brotó. Las oscilaciones eléctricas del DS fueron moduladas por cambios en la dinámica del citoesqueleto de actina mediante la adición del agente disruptor de la actina F, la citocalasina D y las proteínas exógenas de unión a actina. Los datos indican que los DS son dispositivos eléctricos excitables elaborados, cuya actividad es una interacción funcional entre los canales iónicos y las redes de actina subyacentes. Los datos argumentan a favor de la contribución activa del DS individual a la actividad eléctrica de las neuronas a nivel tanto de la conductancia de la membrana como de la señalización citoesquelética.Files
pdf.pdf
Files
(4.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:621b6ba2d63ae51e6807ccb95cfdbc2d
|
4.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التسجيلات الكهربائية من العمود الفقري الشجيري لحصين الفأر البالغ وتأثير الهيكل الخلوي للأكتين
- Translated title (French)
- Enregistrements électriques des épines dendritiques de l'hippocampe de souris adulte et effet du cytosquelette d'actine
- Translated title (Spanish)
- Grabaciones eléctricas de espinas dendríticas de hipocampo de ratón adulto y efecto del citoesqueleto de actina
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4293090299
- DOI
- 10.3389/fnmol.2022.769725
References
- https://openalex.org/W1479736082
- https://openalex.org/W1572640432
- https://openalex.org/W1575874727
- https://openalex.org/W1669338987
- https://openalex.org/W1796802340
- https://openalex.org/W1966999034
- https://openalex.org/W1967244041
- https://openalex.org/W1968240698
- https://openalex.org/W1972884505
- https://openalex.org/W1976645516
- https://openalex.org/W1979356066
- https://openalex.org/W1983813797
- https://openalex.org/W1986605182
- https://openalex.org/W1986895579
- https://openalex.org/W1992616517
- https://openalex.org/W1995484013
- https://openalex.org/W1997220636
- https://openalex.org/W2000990496
- https://openalex.org/W2001728178
- https://openalex.org/W2006541743
- https://openalex.org/W2011734517
- https://openalex.org/W2013411280
- https://openalex.org/W2014069042
- https://openalex.org/W2015464362
- https://openalex.org/W2017613746
- https://openalex.org/W2021002124
- https://openalex.org/W2021005581
- https://openalex.org/W2024137834
- https://openalex.org/W2025018124
- https://openalex.org/W2030109040
- https://openalex.org/W2031678757
- https://openalex.org/W2031739172
- https://openalex.org/W2033087539
- https://openalex.org/W2034603634
- https://openalex.org/W2034912445
- https://openalex.org/W2036572722
- https://openalex.org/W2038761368
- https://openalex.org/W2039508969
- https://openalex.org/W2041032780
- https://openalex.org/W2045035263
- https://openalex.org/W2049187634
- https://openalex.org/W2049289902
- https://openalex.org/W2049494624
- https://openalex.org/W2054366304
- https://openalex.org/W2056336718
- https://openalex.org/W2062820369
- https://openalex.org/W2063773908
- https://openalex.org/W2067275808
- https://openalex.org/W2073533991
- https://openalex.org/W2075462723
- https://openalex.org/W2076623108
- https://openalex.org/W2079173805
- https://openalex.org/W2081363456
- https://openalex.org/W2083820747
- https://openalex.org/W2090116050
- https://openalex.org/W2091363587
- https://openalex.org/W2097261708
- https://openalex.org/W2101473364
- https://openalex.org/W2105148858
- https://openalex.org/W2112256467
- https://openalex.org/W2114129553
- https://openalex.org/W2123168510
- https://openalex.org/W2127861262
- https://openalex.org/W2131175607
- https://openalex.org/W2134937647
- https://openalex.org/W2137979527
- https://openalex.org/W2143377748
- https://openalex.org/W2148714108
- https://openalex.org/W2164811687
- https://openalex.org/W2165085959
- https://openalex.org/W2167923782
- https://openalex.org/W2238721744
- https://openalex.org/W2411925630
- https://openalex.org/W2418916350
- https://openalex.org/W2425148366
- https://openalex.org/W2560111916
- https://openalex.org/W2786354783
- https://openalex.org/W2887274298
- https://openalex.org/W2999447209
- https://openalex.org/W3010981501
- https://openalex.org/W3089564806
- https://openalex.org/W611995398