multi-photon-imaging-tumor-cell-invasion-an-orthotopic-mouse-model

Multi-photon Imaging of Tumor Cell Invasion in an Orthotopic Mouse Model of Oral Squamous Cell Carcinoma

Loco-regional invasion of head and neck cancer is linked to metastatic risk and presents a difficult challenge in designing and implementing patient ...

Viral upper respiratory infection is one of the most common diagnoses made in primary care offices. Although symptoms resolve within 1 week for many patients, a percentage develops rhinosinusitis, and many of these patients are treated with antibiotics. We have developed a model of viral rhinosinusitis using intranasal inoculation of reovirus into mice that were then killed on postinoculation days 2, 4, 7, 10, 14, or 21 and heads were embedded in paraffin for histological and immunohistochemical analyses. Reovirus-like immunoreactivity was noted in the septa and paranasal sinus mucosa in mice as early as day 2, with peak intensity seen on day 4, and scant staining seen on day 7. Complete absence of viral staining was seen by day 10, which corresponded with increased intracellular adhesion molecule 1 immunostaining in the nose. By day 10, a large mucosal influx of B cells was observed, with a moderate influx of macrophages and smaller influx of T cells. By day 14, there was a peak in the number of B cells with a corresponding, but less pronounced peak in T cells, while macrophages began to decline at this point. By day 21, the panel of immune markers returned to near normal levels. The results of this study suggest that the immune system continues to produce a response as long as 2 weeks after clearance of viral antigens. One proposed mechanism for this phenomenon is that local factors such as cytokines are released continually after infection, even in the absence of persistent viruses or bacteria.

Histologic and immunologic observations of viral-induced rhinosinusitis in the mouse.

Histologische und immunologische Beobachtungen von Virus-induzierter Rhinosinusitis bei der Maus.

Bursts of neuronal activity are transmitted more effectively as synapses mature. However, the mechanisms that control synaptic efficiency during development are poorly understood. Here, we study postnatal changes in synaptic ultrastructure and exocytosis in a calyx-type nerve terminal. Vesicle pool size, exocytotic efficiency (amount of exocytosis per Ca influx), Ca current facilitation, and the number of active zones (AZs) increased with age, whereas AZ area, number of docked vesicles per AZ, and release probability decreased with age. These changes led to AZs that are less prone to multivesicular release, resulting in reduced AMPA receptor saturation and desensitization. A greater multiplicity of small AZs with few docked vesicles, a larger pool of releasable vesicles, and a higher efficiency of release thus promote prolonged high-frequency firing in mature synapses.

Optimizing synaptic architecture and efficiency for high-frequency transmission.

Optimieren synaptischen Architektur und Effizienz f&#xFC;r Hochfrequenz-&#xDC;bertragungsleitung.

The superior paraolivary nucleus (SPON) is a prominent nucleus of the superior olivary complex. In rats, this nucleus is composed of a morphologically homogeneous population of GABAergic neurons that receive excitatory input from the contralateral cochlear nucleus and inhibitory input from the ipsilateral medial nucleus of the trapezoid body. SPON neurons provide a dense projection to the ipsilateral inferior colliculus and are thereby capable of exerting profound modulatory influence on collicular neurons. Despite recent interest in the structural and connectional features of SPON, little is presently known concerning the physiological response properties of this cell group or its functional role in auditory processing. We utilized extracellular, in vivo recording methods to study responses of SPON neurons to broad band noise, pure tone, and amplitude-modulated pure tone stimuli. Localization of recording sites within the SPON provides evidence for a medial (high frequency) to lateral (low frequency) tonotopic representation of frequencies within the nucleus. Best frequencies of SPON neurons spanned the audible range of the rat and receptive fields were narrow with V-shaped regions near threshold. Nearly all SPON neurons responded at the offset of broad band noise and pure tone stimuli. The vast majority of SPON neurons displayed very low rates of spontaneous activity and only responded to stimuli presented to the contralateral ear, although a small population showed binaural facilitation. Most SPON neurons also generated spike activity that was synchronized to sinusoidally amplitude-modulated tones. Taken together, these data suggest that SPON neurons may serve to encode temporal features of complex sounds, such as those contained in species-specific vocalizations.

Physiological response properties of neurons in the superior paraolivary nucleus of the rat.

Physiologische Reaktionen Eigenschaften von Neuronen im Nucleus &#xFC;berlegen paraolivary der Ratte.

The objective was to reveal the location of the neuromuscular junctions in a three-dimensional reconstruction of the human thyroarytenoid muscle within the true vocal fold.

Three-dimensional reconstruction of immunolabeled neuromuscular junctions in the human thyroarytenoid muscle.

Dreidimensionale Rekonstruktion von immunmarkierten neuromuskul&#xE4;ren Verbindungen im menschlichen Muskel thyroarytenoid.

Synaptogenesis during early development is thought to follow a canonical program whereby synapses increase rapidly in number and individual axons multiply-innervate nearby targets. Typically, a subset of inputs then out-competes all others through experience-driven processes to establish stable, long-lasting contacts. We investigated the formation of the calyx of Held, probably the largest nerve terminal in the mammalian CNS. Many basic functional and morphological features of calyx growth have not been studied previously, including whether mono-innervation, a hallmark of this system in adult animals, is established early in development. Evoked postsynaptic currents, recorded from neonatal mice between postnatal day 1 (P1) and P4, increased dramatically from -0.14 +/- 0.04 nA at P1 to -6.71 +/- 0.65 nA at P4 with sharp jumps between P2 and P4. These are the first functional assays of these nascent synapses for ages less than P3. AMPA and NMDA receptor-mediated currents were prominent across this age range. Electron microscopy (EM) revealed a concomitant increase, beginning at P2, in the prevalence of postsynaptic densities (16-fold) and adhering contacts (73-fold) by P4. Therefore, both functional and structural data showed that young calyces could form within 2 d, well before the onset of hearing around P8. Convergence of developing calyces onto postsynaptic targets, indicative of competitive processes that precede mono-innervation, was rare (4 of 29) at P4 as assessed using minimal stimulation electrophysiology protocols. Serial EM sectioning through 19 P4 cells further established the paucity (2 of 19) of convergence. These data indicate that calyces of Held follow a noncanonical program to establish targeted innervation that occurs over a rapid time course and precedes auditory experience.

Synaptogenesis of the calyx of Held: rapid onset of function and one-to-one morphological innervation.

Synaptogenese w&auml;hrend der fr&uuml;hen Entwicklungsphase ist eine kanonische Programm zu folgen, wobei Synapsen rasch vermehren und einzelne Axone multiplizieren-anregen nahe Ziele, gedacht. In der Regel aussticht eine Teilmenge der Eing&auml;nge dann alle anderen durch Erfahrung-gesteuerte Prozesse stabile, langfristige Kontakte zu kn&uuml;pfen. Wir untersuchten die Bildung der Kelch der Held, wahrscheinlich der gr&ouml;&szlig;te Nerv im S&auml;ugetier-ZNS terminal. Viele funktionelle und morphologische Grundfunktionen Kelch Wachstum wurden nicht zuvor untersucht einschlie&szlig;lich ob Mono-Innervation, ein Markenzeichen dieses Systems bei erwachsenen Tieren, fr&uuml;h in der Entwicklung hergestellt ist. Postsynaptisches Str&ouml;mungen, aufgezeichnet von Neugeborenen M&auml;usen zwischen postnatale Tag 1 (P1) hervorgerufen und P4, erh&ouml;hte sich drastisch von 0,14 +/-0,04 nA bei P1 auf-6.71 +/-0,65 nA bei P4 mit scharfen Spr&uuml;nge zwischen P2 und P4. Dies sind die ersten funktionellen Assays diese entstehende Synapsen f&uuml;r Alter weniger als P3. AMPA und NMDA-Rezeptor-vermittelten Str&ouml;mungen waren in dieser Altersgruppe. Elektronenmikroskopie (EM) ergab eine gleichzeitige Steigerung, beginnend bei P2, der Pr&auml;valenz der postsynaptisches dichten (16fache) und Einhaltung der Kontakte (73-fold) von P4. Daher zeigten sowohl funktionale als auch strukturelle Daten, dass junge Calyces innerhalb 2 d, lange vor Beginn der Verhandlung um P8 bilden k&ouml;nnte. Konvergenz Calyces auf postsynaptisches Ziele, bezeichnend f&uuml;r wettbewerbsf&auml;hige Prozesse, die Mono-Innervation, vorausgehen zu entwickeln war selten (4 von 29) P4 mit minimaler Stimulierung Elektrophysiologie-Protokollen zu bewerten. Serielle EM schneiden durch 19 P4-Zellen hergestellt weiter der Mangel (2 19) der Konvergenz. Diese Daten zeigen, dass Calyces der Held ein Mitgliedattribut Programm zur gezielten Innervation einf&uuml;hren folgen, tritt eine schnelle Zeit Laufe und auditive Erfahrung vorausgeht.

Synaptogenese von der Kelch der Held: rasche Auftreten von Funktion und eins zu eins morphologische Innervation.

Serial section electron microscopy is typically applied to investigation of small tissue volumes encompassing subcellular structures. However, in neurobiology, the need to relate subcellular structure to organization of neural circuits can require investigation of large tissue volumes at ultrastructural resolution. Analysis of ultrastructure and three-dimensional reconstruction of even one to a few cells is time consuming, and still does not generate the necessary numbers of observations to form well-grounded insights into biological principles. We describe an assemblage of existing computer-based methods and strategies for graphical analysis of large photographic montages to accomplish the study of multiple neurons through large tissue volumes. Sample preparation, data collection and subsequent analyses can be completed within 3-4 months. These methods generate extremely large data sets that can be mined in future studies of nervous system organization.

Serial sectioning and electron microscopy of large tissue volumes for 3D analysis and reconstruction: a case study of the calyx of Held.

Serielle Abschnitt-Elektronen-Mikroskopie zur Untersuchung von kleinen Gewebe B&auml;nde umfassenden subzellulare Strukturen angewendet wird. Jedoch kann die Notwendigkeit subzellulare Struktur beziehen sich auf die Organisation von neuronalen Schaltkreisen in Neurobiologie, Untersuchung der gro&szlig;en Gewebe Volumen bei ultrastrukturelle Aufl&ouml;sung erfordern. Analyse der Ultrastruktur dreidimensionale Rekonstruktion von auch nur auf wenige Zellen ist zeitaufw&auml;ndig und generiert noch nicht die notwendigen Zahlen Beobachtungen zur Form fundierte Einblicke in die biologischen Prinzipien. Wir beschreiben ein Gef&uuml;ge vorhandenen computerbasierte Methoden und Strategien zur grafischen Analyse der gro&szlig;e fotografische Montagen um die Studie von mehreren Neuronen durch gro&szlig;e Gewebe Volumen zu erreichen. Probenvorbereitung, Datenerfassung und nachfolgende Analysen k&ouml;nnen innerhalb von 3 Monaten abgeschlossen werden. Diese Methoden generieren extrem gro&szlig;en Datenmengen, der abgebaut werden k&ouml;nnen, in k&uuml;nftigen Studien des Nervensystems Organisation.

Serielle schneiden und Elektronenmikroskopie gro&szlig;e Gewebe-Volumes f&uuml;r 3D Analyse und Rekonstruktion: eine Fallstudie der Kelch der Held.

The sensitivity of medial superior olive (MSO) neurons to tens of microsecond differences in interaural temporal delay (ITD) derives in part from their membrane electrical characteristics, kinetics and timing of excitatory and inhibitory inputs, and dendrite structure. However, maturation of these physiological and structural characteristics are little studied, especially in relationship to the onset of auditory experience. We showed, using brain slices at physiological temperature, that MSO neurons exhibited sensitivity to simulated temporally delayed (TD) EPSCs (simEPSC), injected through the recording electrode, by the initial phase of hearing onset at P10, and TD sensitivity was reduced by block of low threshold potassium channels. The spike generation mechanism matured between P10 and P16 to support TD sensitivity to adult-like excitatory stimuli (1-4 ms duration) by P14. IPSP duration was shorter at physiological temperature than reported for lower temperatures, was longer than EPSP duration at young ages, but approached the duration of EPSPs by P16, when hearing thresholds neared maturity. Dendrite branching became less complex over a more restricted time frame between P10 and P12. Because many physiological and structural properties approximated mature values between P14 and P16, we studied temporal integration of simEPSCs and IPSPs at P15. Only a narrow range of relative onset times (< 1 ms) yielded responses showing sensitivity to TD. We propose that shaping of excitatory circuitry to mediate TD sensitivity can begin before airborne sound is detectable, and that inhibitory inputs having suboptimal neural delays may then be pruned by cellular mechanisms activated by sensitivity to ITD.

Development of gerbil medial superior olive: integration of temporally delayed excitation and inhibition at physiological temperature.

Die Empfindlichkeit des medialen &uuml;berlegene Olive (MSO) Neuronen zu Zehntausenden Mikrosekunde Unterschiede in Schall zeitliche Verz&ouml;gerung (ITD) wird teilweise von ihrer Membran elektrische Eigenschaften, Kinetik und Zeitpunkt von erregenden und hemmenden Eing&auml;nge und Dendrit Struktur abgeleitet. Jedoch Reifung dieser physiologischen und strukturelle Merkmale sind wenig studiert, vor allem in Beziehung zum Ausbruch von auditive Erfahrungen. Wir zeigten, mit Gehirn-Scheiben bei physiologischen Temperaturen, die MSO Neuronen Sensibilit&auml;t f&uuml;r simulierte zeitlich verz&ouml;gerten (TD) EPSCs (SimEPSC), durch die Aufnahme-Elektrode, durch die erste Phase der Anh&ouml;rung Beginn am P10, injiziert ausgestellt und TD-Empfindlichkeit reduzierte sich um Block von Kaliumkan&auml;len niedrige Schwelle. Der Spitze-Generierung-Mechanismus gereift zwischen P10 und P16 TD Sensibilit&auml;t f&uuml;r Erwachsene-wie erregenden Reize (1-4 ms Dauer) durch P14 zu unterst&uuml;tzen. IPSP Dauer betrug bei physiologischen Temperaturen k&uuml;rzer, als f&uuml;r niedrigere Temperaturen gemeldet, war l&auml;nger als EPSP jungen Jahren, aber die Dauer der EPSPs durch P16, gen&auml;hert, wenn Schwellenwerte neared Reife zu h&ouml;ren. Dendrit Verzweigung wurde &uuml;ber einen engeren Zeitrahmen zwischen P10 und P12 weniger komplex. Da viele physiologische und strukturelle Eigenschaften Reife Werte zwischen P14 und P16 angen&auml;hert, studierte wir zeitliche Integration von SimEPSCs und IPSP an P15. Nur eine kleine Auswahl an relativen Beginn Zeiten (&lt; 1 ms) erbrachte Antworten Ergebnis Sensibilit&auml;t f&uuml;r TD. Wir schlagen vor, dass die Gestaltung der exzitatorischen Schaltung, TD-Empfindlichkeit zu vermitteln beginnen kann, bevor die Luft Ton nachweisbar ist und hemmenden Eing&auml;nge mit suboptimale neuronale Verz&ouml;gerungen durch zellul&auml;re Mechanismen durch Empfindlichkeit gegen&uuml;ber ITD aktiviert dann beschnitten werden k&ouml;nnen.

Entwicklung der Rennmaus medialen &uuml;berlegene Olive: Integration der zeitlich verz&ouml;gerten Erregung und Hemmung bei physiologischen Temperatur.

During development, multiple guidance cues direct the formation of appropriate synaptic connections. Factors that guide developing axons are known for various pathways throughout the mammalian brain; however, signals necessary to establish auditory connections are largely unknown. In the auditory brainstem the neurons whose axons traverse the midline in the ventral acoustic stria (VAS) are primarily located in the ventral cochlear nucleus (VCN) and project bilaterally to the superior olivary complex (SOC). The circumferential trajectory taken by developing VCN axons is similar to that of growing axons of spinal commissural neurons. Therefore, we reasoned that netrin-DCC and slit-robo signaling systems function in the guidance of VCN axons. VCN neurons express the transcription factor, mafB, as early as embryonic day (E) 13.5, thereby identifying the embryonic VCN for these studies. VCN axons extend toward the midline as early as E13, with many axons crossing by E14.5. During this time, netrin-1 and slit-1 RNAs are expressed at the brainstem midline. Additionally, neurons within the VCN express RNA for DCC, robo-1, and robo-2, and axons in the VAS are immunoreactive for DCC. VCN axons do not reach the midline of the brainstem in mice mutant for either the netrin-1 or DCC gene. VCN axons extend in pups lacking netrin-1, but most DCC-mutant samples lack VCN axonal outgrowth. Stereological cell estimates indicate only a modest reduction of VCN neurons in DCC-mutant mice. Taken together, these data show that a functional netrin-DCC signaling system is required for establishing proper VCN axonal projections in the auditory brainstem.

Molecular guidance cues necessary for axon pathfinding from the ventral cochlear nucleus.

W&auml;hrend der Entwicklung direkt mehrere Anleitungen Hinweise die Bildung von entsprechenden synaptische Verbindungen. Faktoren, die entwickelnden Axone leiten sind bekannt f&uuml;r verschiedene Wege in das Gehirn von S&auml;ugetieren; Signale auditive Verbindungen zu schaffen sind jedoch weitgehend unbekannt. In den Hirnstamm befinden sich die Neuronen, deren Axone die Mittellinie in der ventralen akustische Stria (VAS) durchlaufen, in erster Linie in der ventralen cochlear Nucleus (VCN) und Projekt bilateral zum &uuml;berlegenen olivaris Komplex (SOC). Die umlaufende Flugbahn getroffen durch die Entwicklung von VCN-Axone &auml;hnelt der wachsenden Wirbels&auml;ule kommissurale Neuronen Axone. Daher wir begr&uuml;ndete, dass Netrin-DCC und Schlitz-Robo Meldefunktion Systeme in der Leitung der VCN Axone. VCN Neuronen schnelles Transkriptionsfaktors, MafB, als bereits im embryonalen Tag (E) 13,5, wodurch Ermittlung der embryonalen VCN f&uuml;r diese Studien. VCN Axone erweitern in Richtung der Mittellinie so fr&uuml;h als E13, mit viele Axone durch E14.5. W&auml;hrend dieser Zeit werden Netrin-1 und Schlitz-1 RNAs an der Mittellinie des Hirnstamms ausgedr&uuml;ckt. Zus&auml;tzlich Neuronen innerhalb der VCN express RNA f&uuml;r DCC, Robo-1 und Robo-2, und Axone in die VAS sind immunreaktivem f&uuml;r DCC. VCN Axone erreichen nicht die Mittellinie des Hirnstamms in M&auml;usen Mutant f&uuml;r das Netrin-1 oder DCC-gen. VCN Axone erweitern in Welpen fehlt Netrin-1, aber die meisten DCC-Mutant-Beispiele fehlen VCN axonale Auswuchs. Stereologischen Zelle Sch&auml;tzungen nur eine bescheidene Verringerung der VCN Neuronen im DCC-Mutanten M&auml;use. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass eine funktionale Netrin-DCC Signalling System f&uuml;r die Festlegung der richtigen VCN axonaler Projektionen in den Hirnstamm erforderlich ist.

Molekulare Anleitung Hinweise f&uuml;r Axon Pathfinding vom ventralen cochlear Kern notwendig.

The ability to detect and rapidly process harmonic sounds, which in nature are typical of animal vocalizations and speech, can be critical for communication among conspecifics and for survival. Single-unit studies have reported neurons in auditory cortex sensitive to specific combinations of frequencies (e.g., harmonics), theorized to rapidly abstract or filter for specific structures of incoming sounds, where large ensembles of such neurons may constitute spectral templates. We studied the contribution of harmonic structure to activation of putative spectral templates in human auditory cortex by using a wide variety of animal vocalizations, as well as artificially constructed iterated rippled noises (IRNs). Both the IRNs and vocalization sounds were quantitatively characterized by calculating a global harmonics-to-noise ratio (HNR). Using functional MRI, we identified HNR-sensitive regions when presenting either artificial IRNs and/or recordings of natural animal vocalizations. This activation included regions situated between functionally defined primary auditory cortices and regions preferential for processing human nonverbal vocalizations or speech sounds. These results demonstrate that the HNR of sound reflects an important second-order acoustic signal attribute that parametrically activates distinct pathways of human auditory cortex. Thus, these results provide novel support for the presence of spectral templates, which may subserve a major role in the hierarchical processing of vocalizations as a distinct category of behaviorally relevant sound.

Human cortical organization for processing vocalizations indicates representation of harmonic structure as a signal attribute.

Die F&auml;higkeit zum erkennen und verarbeiten schnell harmonische Kl&auml;nge, die in der Natur von tierischen Laute und Sprache typisch sind, kann f&uuml;r die Kommunikation zwischen Abferkelns und f&uuml;r das &Uuml;berleben entscheidend. Einzel-Einheit Studien berichteten Nervenzellen im auditorischen Cortex empfindlich auf bestimmte Kombinationen von Frequenzen (z. B. Oberschwingungen), die Theorie rasch abstrakt oder filter f&uuml;r bestimmte Strukturen von eingehenden Sounds, wo gro&szlig;e Ensembles solche Neuronen spektrale Vorlagen darstellen k&ouml;nnen. Wir den Beitrag der harmonischen Struktur um die Aktivierung des vermeintlichen spektrale Vorlagen in menschlichen auditiven Cortex mithilfe einer Vielzahl von tierischen Laute studierte sowie k&uuml;nstlich konstruiert iterierten wellige Ger&auml;usche (aus). Aus sowohl die Vokalisation Kl&auml;nge wurden quantitativ durch Berechnung einer globalen Oberschwingungen-Rausch-Verh&auml;ltnis (HNR) gekennzeichnet. Mittels funktionelle MRI, identifiziert wir HNR-empfindlichen Regionen, wenn Sie entweder k&uuml;nstlich aus und/oder Aufnahmen von nat&uuml;rlichen tierischen Laute zu pr&auml;sentieren. Diese Aktivierung enthalten Regionen liegt zwischen funktional definierten prim&auml;ren auditiven Cortices und Regionen bevorzugt zur Verarbeitung von menschlichen nonverbale Laute oder Sprachlaute. Diese Ergebnisse zeigen, dass die HNR Sound ein wichtiger zweiter Ordnung akustisches Signal-Attribut widerspiegelt, der parametrisch unterschiedliche Wege der menschlichen auditiven Cortex aktiviert. So unterst&uuml;tzen diese Ergebnisse Roman das Vorhandensein von spektralen Vorlagen, die eine wichtige Rolle in der hierarchischen Laute als unterschiedliche Kategorie behaviorally relevanten Sound subserve kann.

Menschlicher kortikale Organisation f&uuml;r die Verarbeitung von Laute gibt Darstellung der harmonischen Struktur als ein Signal-Attribut.

The development of peripheral to central neural connections within the auditory, visual, and olfactory systems of mice is reviewed to address whether peripheral signaling may play an instructive role during initial synapse formation. For each sensory system, developmental times of histogenesis and the earliest ages of innervation and function are considered for peripheral and selected central relays. For the auditory and visual system, anatomical and functional reports indicate that central connections may form prior to synapse formation in the periphery. However, evidence from the olfactory system suggests that the peripheral olfactory sensory neurons form synaptic connections before more central olfactory connections are established. We find that significant gaps in knowledge exist for embryonic development of these systems in mice and that genetic tools have not yet been systematically directed to address these issues.

Does the brain connect before the periphery can direct? A comparison of three sensory systems in mice.

Die Entwicklung der peripheren zentrale neuronale Verbindungen innerhalb der auditive, visuelle und olfaktorische Systeme von M&auml;usen ist an Adresse &uuml;berpr&uuml;ft, ob periphere signalisieren eine lehrreiche Rolle w&auml;hrend der anf&auml;nglichen Synapse Bildung spielen kann. F&uuml;r jedes sensorische System gelten Entwicklungs-Zeiten der Histogenese und im fr&uuml;hesten Alter Innervation und Funktion f&uuml;r periphere und ausgew&auml;hlte zentrale Relais. F&uuml;r das auditive und visuelle System zufolge anatomische und funktionelle Berichten zentrale Verbindungen vor der Synapse-Formation in der Peripherie bilden k&ouml;nnen. Jedoch gibt Hinweise von olfaktorischen Systems, dass die peripheren olfaktorischen sensorischen Neuronen synaptische Verbindungen bilden, bevor mehr zentrale olfaktorische Verbindungen hergestellt werden. Wir finden, dass erhebliche Wissensl&uuml;cken f&uuml;r embryonale Entwicklung dieser Systeme bei M&auml;usen vorhanden sind und dass genetische Werkzeuge nicht noch systematisch geleitet haben um diese Probleme anzugehen.

Werden das Gehirn bekommt Verbindung, bevor die Peripherie kann direkt? Ein Vergleich der drei sensorischen Systeme in den M&auml;usen.

Mitochondria are integral elements of many nerve terminals. They must be appropriately positioned to regulate microdomains of Ca(2+) concentration and metabolic demand, but structures that anchor them in place have not been described. By applying the high resolution of electron tomography (ET) to the study of a central terminal, the calyx of Held, we revealed an elaborate cytoskeletal superstructure that connected a subset of mitochondria to the presynaptic membrane near active zones. This cytoskeletal network extended laterally and was well integrated into the nerve terminal cytoskeleton, which included filamentous linkages among synaptic vesicles. ET revealed novel features of inner membrane for these mitochondria. Crista structure was polarized in that crista junctions, circular openings of the inner membrane under the outer membrane, were aligned with the cytoskeletal superstructure and occurred at higher density in mitochondrial membrane facing the presynaptic membrane. These characteristics represent the first instance where a subcomponent of an organelle is shown to have a specific orientation relative to the polarized structure of a cell. The ratio of cristae to outer membrane surface area is large in these mitochondria relative to other tissues, indicating a high metabolic capacity. These observations suggest general principles for cytoskeletal anchoring of mitochondria in all tissues, reveal potential routes for nonsynaptic communication between presynaptic and postsynaptic partners using this novel cytoskeletal framework, and indicate that crista structure can be specialized for particular functions within cellular microdomains.

The micro-architecture of mitochondria at active zones: electron tomography reveals novel anchoring scaffolds and cristae structured for high-rate metabolism.

Mitochondrien sind integrale Bestandteile der vielen Nervenenden. Sie m&uuml;ssen entsprechend positioniert werden, um die Microdomains Ca(2+) Konzentration und metabolische Nachfrage regulieren, aber Strukturen, die sie im Ort zu ankern sind nicht beschrieben worden. Durch die hohe Aufl&ouml;sung von Elektron Tomographie (ET) zum Studium ein central Terminal, der Kelch der Held Anwendung, offenbart wir eine aufwendige Zytoskelett Aufbauten, die eine Teilmenge der Mitochondrien mit der pr&auml;synaptischen Membran in der N&auml;he von aktiven Zonen verbunden. Dieses Zytoskelett Netzwerk seitlich erweitert und wurde in das Nerve terminal Zytoskelett, das filament&ouml;se Zusammenh&auml;nge zwischen synaptische Vesikel enthalten gut integriert. ET neuartige Eigenschaften der inneren Membrane f&uuml;r diese Mitochondrien aufgedeckt. Crista-Struktur wurde polarisiert, Crista Kreuzungen, kreisf&ouml;rmige &Ouml;ffnungen der inneren Membrane unter der &auml;u&szlig;eren Membran, wurden mit dem Zytoskelett &Uuml;berbau ausgerichtet und trat bei h&ouml;herer Dichte in mitochondrialen Membran mit Blick auf die pr&auml;synaptische Membran. Diese Merkmale stellen die erste Instanz, wo eine Unterkomponente von einem Organell gezeigt wird, eine bestimmte Ausrichtung relativ die polarisierten Struktur einer Zelle zu haben. Das Verh&auml;ltnis der Cristae Au&szlig;enmembran Fl&auml;che ist gro&szlig; in dieser Mitochondrien im Vergleich zu anderen Geweben einer hohen metabolischen Kapazit&auml;t. Diese Beobachtungen legen nahe, allgemeine Grunds&auml;tze f&uuml;r die Zytoskelett Verankerung der Mitochondrien in allen Geweben, m&ouml;gliche Routen f&uuml;r nonsynaptic Kommunikation zwischen pr&auml;synaptischen und postsynaptisches Partnern mit diesem neuartigen Zytoskelett Rahmen geben und darauf hinweisen, dass f&uuml;r bestimmte Funktionen innerhalb der zellul&auml;ren Microdomains Crista Struktur spezialisiert werden kann.

Die Mikro-Architektur der Mitochondrien bei aktiven Zonen: Elektronenstrahl-Tomographie zeigt neuartige Verankerung Ger&uuml;sten und Cristae strukturiert f&uuml;r High-Rate-Stoffwechsel.

Maturation of principal neurons of the medial nucleus of the trapezoid body (MNTB) was assessed in the context of the developmental organization and activity of their presynaptic afferents, which grow rapidly to form calyces of Held and to establish mono-innervation between postnatal days (P)2 and 4. MNTB neurons and their inputs were studied from embryonic day (E)17, when the nucleus was first discernable, until P14 after the onset of hearing. Using a novel slice preparation containing portions of the cochlea, cochlear nucleus and MNTB, we determined that synaptic inputs form onto MNTB neurons at E17 and stimulation of the cochlear nucleus can evoke action potentials (APs) and Ca(2+) signals. We analysed converging inputs onto individual MNTB neurons and found that competition among inputs was resolved quickly, as a single large input, typically larger than 4 nA, emerged from P3-P4. During calyx growth but before hearing onset, MNTB cells acquired their mature, phasic firing property and quantitative real-time PCR confirmed a coincident increase in low threshold K(+) channel mRNA. These events occurred in concert with an increase in somatic surface area and a 7-fold increase in the current threshold (30 to >200 pA) required to evoke action potentials, as input resistance (R(in)) settled from embryonic values greater than 1 GÎ© to approximately 200 MÎ©. We postulate that the postsynaptic transition from hyperexcitability to decreased excitability during calyx growth could provide a mechanism to establish the mature 1:1 innervation by selecting the winning calyceal input based on synaptic strength. By comparing biophysical maturation of the postsynaptic cell to alterations in presynaptic organization, we propose that maturation of synaptic partners is coordinated by synaptic activity in a process that is likely to generalize to other neural systems.

Maturation of synaptic partners: functional phenotype and synaptic organization tuned in synchrony.

Reifung der wichtigsten Neuronen des medialen Kerns des Trapez K&ouml;rpers (MNTB) wurde im Kontext der entwicklungspolitischen Organisation und T&auml;tigkeit von ihren pr&auml;synaptischen afferenten, die rasch zu Formular Calyces der Held und Mono-Innervation zwischen postnatalen Tagen (P wachsen) 2 und 4 bewertet. MNTB Neuronen und ihre Eing&auml;nge wurden von embryonalen Tag (E) 17, studierte als Kern zuerst erkennbar, bis P14 nach Beginn der m&uuml;ndlichen Verhandlung war. Verwenden eine neuartige Scheibe-Vorbereitung, enth&auml;lt Teile der H&ouml;rschnecke, cochlear Nucleus und MNTB, festgestellt wir, dass die Form der synaptischen Eing&auml;nge auf MNTB Neuronen E17 und Stimulation von cochlear Nucleus Aktionspotentiale (APs) und Ca(2+) Signale hervorrufen kann. Wir konvergierenden Eing&auml;nge auf einzelnen MNTB Neuronen analysiert und festgestellt, dass Wettbewerb zwischen den Eingaben schnell, als eine einzelne gro&szlig;e Eingabe, in der Regel gr&ouml;&szlig;er als 4 nA aufgel&ouml;st wurde P3-P4 entsprang. W&auml;hrend des Wachstums der Kelch aber vor Beginn der m&uuml;ndlichen Verhandlung MNTB Zellen erwarb ihre Reifen, phasische feuern Grundst&uuml;ck und quantitativer Echtzeit-PCR best&auml;tigt einen zusammenfallenden Anstieg der niedrigen Schwelle K(+) Kanal mRNA. Diese Ereignisse aufgetreten im Konzert mit einem Anstieg der somatischen Fl&auml;che und eine 7-fold Zunahme der aktuelle Schwellenwert (30 bis &gt; 200 pA) ben&ouml;tigt, um Aktionspotentiale, als Eingangswiderstand evozieren (R(in)) siedelten sich aus embryonalen Werte gr&ouml;&szlig;er als 1 G&Omega;, ca. 200 M&Omega;. Wir gehen davon aus, dass der postsynaptisches &Uuml;bergang von Hyperexcitability zu verminderten Erregbarkeit w&auml;hrend des Wachstums der Kelch einen Mechanismus, um die Reifen 1:1-Innervation zu etablieren, durch die Auswahl der preisgekr&ouml;nten Calyceal-Eingabe basierend auf synaptische St&auml;rke bilden k&ouml;nnten. Durch biophysikalische Reifung der postsynaptisches Zelle &Auml;nderungen in pr&auml;synaptischen Organisation vergleichen, schlagen wir vor, dass die Reifung der synaptischen Partner &uuml;ber synaptische Aktivit&auml;t in einem Prozess koordiniert wird, das wahrscheinlich auf andere neuronale Systeme zu verallgemeinern.

Article	Year
Histologic and immunologic observations of viral-induced rhinosinusitis in the mouse. American journal of rhinology\| PubMed ID: 11895196	2002
Optimizing synaptic architecture and efficiency for high-frequency transmission. Neuron\| PubMed ID: 12495627	2002
Physiological response properties of neurons in the superior paraolivary nucleus of the rat. Journal of neurophysiology\| PubMed ID: 12612016	2003
Three-dimensional reconstruction of immunolabeled neuromuscular junctions in the human thyroarytenoid muscle. The Laryngoscope\| PubMed ID: 14603058	2003
Synaptogenesis of the calyx of Held: rapid onset of function and one-to-one morphological innervation. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience\| PubMed ID: 16707803	2006
Serial sectioning and electron microscopy of large tissue volumes for 3D analysis and reconstruction: a case study of the calyx of Held. Nature protocols\| PubMed ID: 17401332	2007
Development of gerbil medial superior olive: integration of temporally delayed excitation and inhibition at physiological temperature. The Journal of physiology\| PubMed ID: 17690144	2007
Molecular guidance cues necessary for axon pathfinding from the ventral cochlear nucleus. The Journal of comparative neurology\| PubMed ID: 17701984	2007
Human cortical organization for processing vocalizations indicates representation of harmonic structure as a signal attribute. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience\| PubMed ID: 19228981	2009
Does the brain connect before the periphery can direct? A comparison of three sensory systems in mice. Brain research\| PubMed ID: 19272365	2009
The micro-architecture of mitochondria at active zones: electron tomography reveals novel anchoring scaffolds and cristae structured for high-rate metabolism. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience\| PubMed ID: 20089910	2010
Maturation of synaptic partners: functional phenotype and synaptic organization tuned in synchrony. The Journal of physiology\| PubMed ID: 20855433	2010

George A. Spirou

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