BK
Baljit Khakh
Author with expertise in Molecular Mechanisms of Synaptic Plasticity and Neurological Disorders
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
31
(84% Open Access)
Cited by:
8,577
h-index:
68
/
i10-index:
119
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Astrocyte scar formation aids central nervous system axon regeneration

Mark Anderson et al.Mar 29, 2016
Transected axons fail to regrow in the mature central nervous system. Astrocytic scars are widely regarded as causal in this failure. Here, using three genetically targeted loss-of-function manipulations in adult mice, we show that preventing astrocyte scar formation, attenuating scar-forming astrocytes, or ablating chronic astrocytic scars all failed to result in spontaneous regrowth of transected corticospinal, sensory or serotonergic axons through severe spinal cord injury (SCI) lesions. By contrast, sustained local delivery via hydrogel depots of required axon-specific growth factors not present in SCI lesions, plus growth-activating priming injuries, stimulated robust, laminin-dependent sensory axon regrowth past scar-forming astrocytes and inhibitory molecules in SCI lesions. Preventing astrocytic scar formation significantly reduced this stimulated axon regrowth. RNA sequencing revealed that astrocytes and non-astrocyte cells in SCI lesions express multiple axon-growth-supporting molecules. Our findings show that contrary to the prevailing dogma, astrocyte scar formation aids rather than prevents central nervous system axon regeneration. Sustained delivery of axon-specific growth factors not typically present in spinal cord lesions allows for robust axonal regrowth only if the astrocytic scar is present—a result that questions the prevailing dogma and suggests that astrocytic scarring aids rather than prevents central nervous system axon regeneration post injury. It is widely believed that the astrocytic scars that develop following central nervous system (CNS) injury are a major obstacle to subsequent axonal regrowth. But here Michael Sofroniew and colleagues demonstrate that limiting the formation of the scar actually attenuates axon re-growth. Sustained delivery of axon-specific growth factors not typically present in spinal cord lesions allowed for robust re-growth, but only if the astrocytic scar was present. These results question the prevailing dogma and suggest that astrocyte scarring promotes — rather than prevents — CNS axon regeneration post-injury.
0

Optimization of a GCaMP Calcium Indicator for Neural Activity Imaging

Jasper Akerboom et al.Oct 3, 2012
Genetically encoded calcium indicators (GECIs) are powerful tools for systems neuroscience. Recent efforts in protein engineering have significantly increased the performance of GECIs. The state-of-the art single-wavelength GECI, GCaMP3, has been deployed in a number of model organisms and can reliably detect three or more action potentials in short bursts in several systems in vivo . Through protein structure determination, targeted mutagenesis, high-throughput screening, and a battery of in vitro assays, we have increased the dynamic range of GCaMP3 by severalfold, creating a family of “GCaMP5” sensors. We tested GCaMP5s in several systems: cultured neurons and astrocytes, mouse retina, and in vivo in Caenorhabditis chemosensory neurons, Drosophila larval neuromuscular junction and adult antennal lobe, zebrafish retina and tectum, and mouse visual cortex. Signal-to-noise ratio was improved by at least 2- to 3-fold. In the visual cortex, two GCaMP5 variants detected twice as many visual stimulus-responsive cells as GCaMP3. By combining in vivo imaging with electrophysiology we show that GCaMP5 fluorescence provides a more reliable measure of neuronal activity than its predecessor GCaMP3. GCaMP5 allows more sensitive detection of neural activity in vivo and may find widespread applications for cellular imaging in general.
0
Citation1,209
0
Save
0

Neural Circuit-Specialized Astrocytes: Transcriptomic, Proteomic, Morphological, and Functional Evidence

Hua Chai et al.Jul 14, 2017
Astrocytes are ubiquitous in the brain and are widely held to be largely identical. However, this view has not been fully tested, and the possibility that astrocytes are neural circuit specialized remains largely unexplored. Here, we used multiple integrated approaches, including RNA sequencing (RNA-seq), mass spectrometry, electrophysiology, immunohistochemistry, serial block-face-scanning electron microscopy, morphological reconstructions, pharmacogenetics, and diffusible dye, calcium, and glutamate imaging, to directly compare adult striatal and hippocampal astrocytes under identical conditions. We found significant differences in electrophysiological properties, Ca2+ signaling, morphology, and astrocyte-synapse proximity between striatal and hippocampal astrocytes. Unbiased evaluation of actively translated RNA and proteomic data confirmed significant astrocyte diversity between hippocampal and striatal circuits. We thus report core astrocyte properties, reveal evidence for specialized astrocytes within neural circuits, and provide new, integrated database resources and approaches to explore astrocyte diversity and function throughout the adult brain.Video AbstracteyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiI0OGY5MjVkMzgwOGU0NTkwZGMzNTRhMjQwZjZkMWM0OCIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc3ODAzMzg0fQ.MwSBbMAp8Z94bVovEvEtEK9rSaCme1FWQaVStp6O8krax6PBRClksqtYhGWrI6xK8ct9tTpHJOavNya9agX01pfBV5Xv2_BxcAlr-eYdkIlnW6ddiNKQ9_7eEHZulgpmyVbQq2DLjKc1qNoV1ABBLI5qYU4yHQPnu-EI2_RASm5h1NErzRmbGIHeglc9V82L8hZBX8NyvUw74JxMPzvU4cgxuX5JBvnXBUOvw2oTkF0oPeBvpSchW6EKQzen4Skxhu-LXb5aAa3LkCMU3JhcCep28BCCVsKkV1kx3RuXhdJgkWD2ucI-70LBWqUvhtG-49ThFs0TB8dIBr74DrFLKA(mp4, (55.46 MB) Download video
0

Astrocyte Kir4.1 ion channel deficits contribute to neuronal dysfunction in Huntington's disease model mice

Xiaoping Tong et al.Mar 30, 2014
In this study, the authors show that altered medium spiny neuron excitability and symptom onset in Huntington's disease model mice is associated with decreased expression of Kir4.1 and impaired K+ handling by astrocytes. Exogenous expression of Kir4.1 could partially rescue motor function and prolong survival in HD mice. Huntington's disease (HD) is characterized by striatal medium spiny neuron (MSN) dysfunction, but the underlying mechanisms remain unclear. We explored roles for astrocytes, in which mutant huntingtin is expressed in HD patients and mouse models. We found that symptom onset in R6/2 and Q175 HD mouse models was not associated with classical astrogliosis, but was associated with decreased Kir4.1 K+ channel functional expression, leading to elevated in vivo striatal extracellular K+, which increased MSN excitability in vitro. Viral delivery of Kir4.1 channels to striatal astrocytes restored Kir4.1 function, normalized extracellular K+, ameliorated aspects of MSN dysfunction, prolonged survival and attenuated some motor phenotypes in R6/2 mice. These findings indicate that components of altered MSN excitability in HD may be caused by heretofore unknown disturbances of astrocyte-mediated K+ homeostasis, revealing astrocytes and Kir4.1 channels as therapeutic targets.
0

TRPA1 channels regulate astrocyte resting calcium and inhibitory synapse efficacy through GAT-3

Eiji Shigetomi et al.Dec 11, 2011
Using a membrane-tethered, genetically encoded Ca2+ indicator, the authors describe a novel Ca2+ signal in hippocampal astrocytes. These 'spotty' Ca2+ signals were found to be mediated by astrocytic TRPA1 channels. Decreasing astrocyte resting Ca2+, regulated by TRPA1 channels, decreased interneuron inhibitory synapse efficacy by reducing GABA transport through GAT-3. Astrocytes contribute to the formation and function of synapses and are found throughout the brain, where they show intracellular store–mediated Ca2+ signals. Here, using a membrane-tethered, genetically encoded calcium indicator (Lck-GCaMP3), we report the serendipitous discovery of a new type of Ca2+ signal in rat hippocampal astrocyte-neuron cocultures. We found that Ca2+ fluxes mediated by transient receptor potential A1 (TRPA1) channels gave rise to frequent and highly localized 'spotty' Ca2+ microdomains near the membrane that contributed appreciably to resting Ca2+ in astrocytes. Mechanistic evaluations in brain slices showed that decreases in astrocyte resting Ca2+ concentrations mediated by TRPA1 channels decreased interneuron inhibitory synapse efficacy by reducing GABA transport by GAT-3, thus elevating extracellular GABA. Our data show how a transmembrane Ca2+ source (TRPA1) targets a transporter (GAT-3) in astrocytes to regulate inhibitory synapses.
0

Imaging calcium microdomains within entire astrocyte territories and endfeet with GCaMPs expressed using adeno-associated viruses

Eiji Shigetomi et al.Apr 15, 2013
Intracellular Ca2+ transients are considered a primary signal by which astrocytes interact with neurons and blood vessels. With existing commonly used methods, Ca2+ has been studied only within astrocyte somata and thick branches, leaving the distal fine branchlets and endfeet that are most proximate to neuronal synapses and blood vessels largely unexplored. Here, using cytosolic and membrane-tethered forms of genetically encoded Ca2+ indicators (GECIs; cyto-GCaMP3 and Lck-GCaMP3), we report well-characterized approaches that overcome these limitations. We used in vivo microinjections of adeno-associated viruses to express GECIs in astrocytes and studied Ca2+ signals in acute hippocampal slices in vitro from adult mice (aged ∼P80) two weeks after infection. Our data reveal a sparkling panorama of unexpectedly numerous, frequent, equivalently scaled, and highly localized Ca2+ microdomains within entire astrocyte territories in situ within acute hippocampal slices, consistent with the distribution of perisynaptic branchlets described using electron microscopy. Signals from endfeet were revealed with particular clarity. The tools and experimental approaches we describe in detail allow for the systematic study of Ca2+ signals within entire astrocytes, including within fine perisynaptic branchlets and vessel-associated endfeet, permitting rigorous evaluation of how astrocytes contribute to brain function.
0

New Transgenic Mouse Lines for Selectively Targeting Astrocytes and Studying Calcium Signals in Astrocyte Processes In Situ and In Vivo

R. Srinivasan et al.Dec 1, 2016
Astrocytes exist throughout the nervous system and are proposed to affect neural circuits and behavior. However, studying astrocytes has proven difficult because of the lack of tools permitting astrocyte-selective genetic manipulations. Here, we report the generation of Aldh1l1-Cre/ERT2 transgenic mice to selectively target astrocytes in vivo. We characterized Aldh1l1-Cre/ERT2 mice using imaging, immunohistochemistry, AAV-FLEX-GFP microinjections, and crosses to RiboTag, Ai95, and new Cre-dependent membrane-tethered Lck-GCaMP6f knockin mice that we also generated. Two to three weeks after tamoxifen induction, Aldh1l1-Cre/ERT2 selectively targeted essentially all adult (P80) brain astrocytes with no detectable neuronal contamination, resulting in expression of cytosolic and Lck-GCaMP6f, and permitting subcellular astrocyte calcium imaging during startle responses in vivo. Crosses with RiboTag mice allowed sequencing of actively translated mRNAs and determination of the adult cortical astrocyte transcriptome. Thus, we provide well-characterized, easy-to-use resources with which to selectively study astrocytes in situ and in vivo in multiple experimental scenarios.
0
Citation340
0
Save
Load More