Probing light responses of ON bipolar and AII amacrine cells with calcium imaging

用钙成像探测 ON 双极和 AII 无长突细胞的光反应

基本信息

  • 批准号:
    8209149
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-01-01 至 2012-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Retinal bipolar cells are the key link between photoreceptors and ganglion cells. One bipolar cell type, the rod bipolar cell, transmits the dim light signal at night, while about 10 types of cone bipolar cells transmit the detailed information of the visual image in daylight. Because the visual image contains information from various features (contrast, spatial, temporal, color, etc.), each cone bipolar type extracts certain features and transmits them optimally. The largest class of bipolar cells, the ON class, conveys positive contrast with responses that are mediated by a transduction cascade. When whole-cell patched, their light responses runs down rapidly. Consequently, information about the physiological properties of different ON cone bipolar cell types is scarce. Recently, a new calcium indicator protein (GCaMP3) was developed, and it can specifically be targeted to ON bipolar cells (under control of mGluR6 promoter) or to the closely connected AII amacrine cells (under control of mGluR1 promoter). We here propose to image this indicator with two-photon microscopy and combined it with electrophysiology to investigate the physiology and visual contribution of these cells. Aim 1 will investigate the rod bipolar cell's adaptation mechanism that critically depends on calcium accumulation to lower the response gain. Retinas will be stimulated with ascending light intensities and calcium signal will be recorded in rod bipolar dendrites and axon terminals. Input-output functions will determine the amount of calcium that causes adaptation. The source of calcium will be determined by either emptying calcium stores, blocking intracellular calcium channels, or blocking TRPM1 transduction channels. Aim 2 will determine the physiological differences among the types of ON cone bipolar cells in two ways. First, the retina will be stimulated with flashing or temporally modulated sinusoidal light with varying intensities, and the calcium responses of different cone bipolar types will be recorded by imaging axon terminals that reside in all ON layers of the inner plexiform layer. Second, an AII cell will be depolarized, and the strength of its coupling to the cone bipolar types will be measured by calcium imaging. In order to reveal the cell type identity of the imaged terminals, at the end of the recording session, dye will be injected into multiple cells with a microelectrode. Aim 3 will measure the dynamics of coupling and noise within the AII network under different light intensities using two complementary methods. First, AII amacrine cells will be infected with channelrhodopsin fused to GFP; an AII cell will be patched with whole cell configuration; channelrhodopsin at various distances from the patched cell will be stimulated; and the resulting voltage in the cell will be recorded. Second, AII amacrine cells will be infected with GCaMP3; current will be injected into a cell that is whole-cell patched; and the resulting calcium response in neighboring AII cells will be measured. These experiments will be repeated after blocking gap junctions and/or Na+ channels. The proposed experiments will greatly facilitate our understanding of retinal circuits and parallel processing and they will help apply this knowledge to efforts in restoring vision.
项目摘要/摘要 视网膜双极细胞是感光细胞和神经节细胞之间的关键联系。一种双极细胞类型,杆 双极细胞在晚上传输昏暗的光信号,而大约10种类型的锥双极细胞会传播 视觉图像在日光中的详细信息。因为视觉图像包含来自各种的信息 特征(对比度,空间,时间,颜色等),每种圆锥形双极类型提取某些特征和传输 他们最佳。最大类的双极细胞,上类,表达了正面的对比,与反应形成鲜明对比 由转导级联介导。全细胞修补时,它们的光反应会迅速降低。 因此,关于锥双极细胞类型上不同生理特性的信息很少。 最近,开发了一种新的钙指示剂蛋白(GCAMP3),并且可以专门针对ON 双极细胞(在MGLUR6启动子的控制下)或紧密连接的AII amacrine细胞(在对照下 MGLUR1启动子)。我们在这里建议用两光子显微镜对此指标进行成像并将其组合 使用电生理学研究这些细胞的生理和视觉贡献。 AIM 1将调查 杆双极细胞的适应机制,严重取决于钙的积累以降低 响应增益。视网膜将通过上升的光强度刺激,钙信号将记录在 杆双极树突和轴突末端。输入输出功能将确定钙的量 引起适应。钙的来源将通过排空钙存储来确定,阻止 细胞内钙通道或阻塞TRPM1转导通道。 AIM 2将确定 锥双极细胞上的生理差异以两种方式。首先,视网膜将是 用闪烁或时间调制的正弦光刺激,强度不同,钙 不同锥双极类型的响应将通过成像轴突终端记录 内丛状层的层。其次,AII单元将被去极化,其耦合的强度 锥双极类型将通过钙成像测量。为了揭示成像的细胞类型身份 终端,在记录会话结束时,染料将用微电极注入多个细胞。目的 3将使用不同的光强度下的AII网络中耦合和噪声的动力学来衡量使用 两种互补方法。首先,AII无链氨酸细胞将被融合到GFP的通道旋转感染;一个 AII单元将用全单元格配置修补;靠近修补的各个距离 细胞将被刺激;并且将记录电池中产生的电压。其次,AII无链氨酸细胞将是 被GCAMP3感染;电流将注入全细胞修补的单元格中;和由此产生的钙 将测量相邻的AII细胞中的响应。这些实验将在阻塞间隙后重复 连接和/或NA+通道。提出的实验将极大地促进我们对视网膜的理解 电路和并行处理,它们将有助于将这些知识应用于恢复视觉的努力。

项目成果

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