Viral-vermittelte Kennzeichnung und Transplantation von Medial Ganglienhügel (MGE) Zellen für<em> In-vivo-</em> Studien
Summary
GABAerge kortikalen Internvorläuferzellen zu verteilen, zu entwickeln und synaptisch in eine Wirtsrinde nach der Transplantation zu integrieren. Diese Zellen können leicht vor der Transplantation für in vivo-Studien mit gentechnisch veränderten GABAerge Vorläufer transduziert werden. Hier zeigen wir virale Markierungstechniken auf bestimmte Interngruppen mit bestehenden Linien und Cre Cre-abhängigen Reporter Ziel.
Abstract
GABAerge kortikale Inter, aus dem embryonalen medialen und kaudalen Ganglien Eminenzen (MGE und CGE) abgeleitet ist, sind funktionell und morphologisch vielfältig. Eingriffe in das Verständnis der Rolle der unterschiedlichen kortikalen Interngruppen hergestellt worden ist, aber es gibt immer noch viele Mechanismen ausgearbeitet werden, die zur Entwicklung und Reifung von verschiedenen Arten von GABAergen Zellen beitragen können. Darüber hinaus kann verändert GABAergen Signalisierung an Phänotypen von Autismus, Schizophrenie und Epilepsie beitragen. Spezifische Cre-Treiberleitungen begonnen, parzellieren die Funktionen einzigartige Interngruppen. Trotz der Fortschritte in Maus-Modellen, ist es oft schwierig, GABAergen kortikalen Intern Progenitoren effizient Studie mit molekularen Ansätzen in vivo. Eine wichtige Technik verwendet, um die Zelle autonom Programmierung dieser Zellen zu studieren, ist die Transplantation von MGE Zellen in Wirts Rinden. Diese transplantierten Zellen wandern ausführlich, zu differenzieren, einend funktional zu integrieren. Zusätzlich kann MGE Zellen effizient mit Lentivirus unmittelbar vor der Transplantation transduziert werden, so dass für eine Vielzahl von molekularen Ansätzen. Hier werden wir ausführlich ein Protokoll zu MGE-Zellen effizient zu transduzieren vor der Transplantation für die in vivo-Analyse, unter Verwendung verfügbarer Cre-Treiberleitungen und Cre-abhängigen Expressionsvektoren. Dieser Ansatz ist vorteilhaft, weil sie vereint präzise genetische Manipulation die Fähigkeit dieser Zellen nach einer Transplantation zu dispergieren, der eine größere Zelltyp-spezifische Auflösung in vivo.
Introduction
GABAerge kortikalen Interneuronen umfassen ~ 20-30% der Neuronen im Säuger-Neocortex, der Rest entsprechen, glutamatergen Neuronen Haupt exzitatorischen. Inter sind sehr unterschiedlich in elektrophysiologischen Eigenschaften, Axon und Dendriten Morphologie und synaptischen Ziel 1 und Ungleichgewichte in exzitatorischen / hemmende Ton werden die Hypothese aufgestellt, einige Phänotypen der neurologischen / neuropsychiatrische Störungen einschließlich Autismus, Schizophrenie und Epilepsie 2 zugrunde liegen. Das Gesamtziel des hierin beschriebenen Protokolls ist es, eine Einrichtung zu GABAergen kortikalen Intern Progenitoren vor der Transplantation in vivo Analysen effizienter genetisch zu verändern ist.
Kortikale GABAergen Interneuronen sind in den medialen und kaudalen Ganglien Eminenzen (MGE und CGE, beziehungsweise) 3,4 sowie die präoptischen Bereich 5 geboren. Kortikale Intern Vorfahren unterziehen Fern tangentiale Migration gefolgtdurch radiale Migration ihrer endgültigen Ziele zu erreichen. Nach der Ankunft am Zielort, müssen diese kortikale Inter richtig in die bestehende neuronale Netzwerk zu integrieren, und jedes einzelne Interngruppe wird auf kortikale Schaltkreise in spezifischer Weise bei. Vier Hauptgruppen können durch molekulare Marker unterscheiden: MGE-abgeleitete Somatostatin (SST) + und Parvalbumin (PV) + Untergruppen und CGE-abgeleitete vasoaktive intestinale Peptid (VIP) + und Reelin +, SST – 6 Untergruppen. Verschiedenen kortikalen Interngruppen werden über verschiedenen Zeiten während der Embryonalentwicklung im MGE und CGE 7, 8 getragen. Diese und andere kortikalen GABAergen Intern Marker wurden verwendet, um spezifische Cre-Treiberleitungen für viele dieser Untergruppen 9-11 zu erzeugen.
Die Transplantation von MGE Vorfahren hat als potenzielle zellbasierte Therapie zu Störungen, die durch Ungleichgewichte verursacht werden können, zu behandeln tauchtin Anregungs- / Hemmung 12-24. Diese therapeutische Nutzen kann zum Teil auf der einzigartigen Fähigkeit von MGE Vorfahren (zu zerstreuen, zu differenzieren und in eine Wirts Gehirn integriert) oder möglicherweise, weil viele Rand somatischen hemmende PV + Zellen aus dem MGE abgeleitet sein. MGE Zellen können auch schnell und effizient mit Lentiviren vor der Transplantation 15 transduziert, so dass Zellen, die in vitro genetisch modifiziert sind, um in vivo untersucht werden. Der Grund für die Entwicklung dieses Ansatzes war es, Hindernisse bei der Untersuchung GABAergen kortikalen Intern Entwicklung und Reifung zu überwinden. Insbesondere erlaubt MGE Transplantation Forscher die Entwicklung von mutierten Zellen in vivo zu untersuchen, wenn das mutierte Maus sonst haben starb in einem frühen Zeitpunkt. Weiterhin kann durch die Einführung von Genen von Interesse vor der Transplantation, die Auswirkungen spezifischer Gene auf einem mutierten Phänotyp könnte in einer eff beurteileniziente Weise.
Hier bieten wir ein ausführliches Protokoll zu MGE Zellen mit Lentiviren vor der Transplantation zu transduzieren. Darüber hinaus zeigen wir, wie diese Technik angepasst werden, um ein Gen von Interesse an bestimmten Interngruppen aus einer heterogenen Gruppe von kortikalen Intern Vorläufer zu exprimieren, mit einer Kombination von Cre-abhängige Expression Lentiviren und verfügbare Cre-Treibermauslinien. Außerdem führt dieses Protokoll Techniken und eine Plattform für Forscher auf genetisch GABAergen kortikalen Intern Vorstufen zur in-vivo-Studien zu modifizieren in einer einzigartigen Weise. Ein Vorteil dieser Technik gegenüber anderen aktuellen Ansätzen ist, dass die transplantierten Zellen MGE wird von der Injektionsstelle zu zerstreuen. Auch im Gegensatz zu Schwervirusinjektionen nach MGE Zellen verteilen ihre Morphologie ist leichter zu beurteilen. Dieser Ansatz kann verwendet werden, um den Effekt der Einführung von Genen von Interesse in Wildtyp- oder mutierte Zellen, die Einführung eines Zelltyp-spezifische studierenReporter Morphologie beurteilen, oder potentiell, um die Wirkung des Krankheits Allele in vivo zu studieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Verwendung von GABAergen kortikalen Internvorstufen aus den embryonalen Ganglien Eminenzen (GES) für Zelltherapien ist vielversprechend für viele Bedingungen 12 -1 4. Präzise molekulare Techniken sind erforderlich, um zu verfolgen und Express Gene von Interesse in bestimmten Interngruppen. Hier stellen wir ein ausführliches Protokoll zur Markierung embryonalen MGE Zellen mit Lentiviren vor der Transplantation, und zeigen, wie diese Technik verwendet werden, um Gene von Interesse in spezifischen kortik…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nina Irland, Weston Havens Foundation, NIMH R01 MH081880 und NIMH R37 MH049428 Autism Speaks,: Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse aus JLRR unterstützt. PRW wurde durch ein Stipendium der National Science Council von Taiwan unterstützt. SFS wurde durch F32 (MH103003) unterstützt.
Materials
| Reagents and equipment for MGE cell transplantation | |||
| 1 ml syringe | REF 309602 | BD, Becton Dickinson and company | |
| 301/2 gauge needle | 305106 | BD, Becton Dickinson and company | |
| Precision bore to deliver 5 µl (comes with plunger) | 5-000-1005 | Drummond scientific company | |
| Parafilm | PM-999 | Polysciences, Inc. | |
| Stereo microscope with boomstand ** | MZ6 | Leica | |
| Digital just for mice stereotaxic instrument ** | 51725D | Stoelting company | |
| Single-axis oil hydraulic fine micromanipulator ** | MO-10 | Narishige | |
| Diamond coated rotary beveler | n.a. | made in house | |
| Needle pipette puller | 730 | Kopf instruments | |
| Mineral oil | n.a. | Any drug store or pharmacy | |
| Any pipette and tips that can reliaby measure 1 µl of volume | |||
| ** These are the particular models we use, but many other setups should work | |||
| Optional Reagents (for making Lentiviruses) | |||
| 25 mm, 0.45 µm filter | 09-719B | Fisher Scientific | |
| Ultra-clear centrifuge tubes (25 x 89 mm) | 344058 | Beckman Coulter® | |
| Lipofectamine 2000 (1.5 ml size) | 11668019 | Invitrogen | |
| Other commercially available supplies | |||
| pMDLg/pRRE plasmid encoding gag/pol | 12251 | Addgene | |
| pRSV-Rev plasmid encoding Rev | 12253 | Addgene | |
| pMD2.G plasmid encoding VSVG | 12259 | Addgene | |
| pAAV-Flex-GFP | 28304 | Addgene | |
References
- Huang, Z. J., Di Cristo, G., Ango, F. Development of GABA innervation in the cerebral and cerebellar cortices. Nat. Rev. Neurosci. 8 (9), 673-686 (2007).
- Rubenstein, J. L. R., Merzenich, M. M. Model of autism: increased ratio of excitation/inhibition in key neural systems. Genes, brain, and behavior. 2 (5), 255-267 (2003).
- Anderson, S. A., Eisenstat, D. D., Shi, L., Rubenstein, J. L. Interneuron migration from basal forebrain to neocortex: dependence on Dlx genes. Science. 278 (5337), 474-476 (1997).
- Wonders, C. P., Anderson, S. A. The origin and specification of cortical interneurons. Nat. Rev. Neurosci. 7 (9), 687-696 (2006).
- Gelman, D., et al. A Wide Diversity of Cortical GABAergic Interneurons Derives from the Embryonic Preoptic Area. J. Neurosci. 31 (46), 16570-16580 (2011).
- Miyoshi, G., et al. Genetic fate mapping reveals that the caudal ganglionic eminence produces a large and diverse population of superficial cortical interneurons. J. Neurosci. 30 (5), 1582-1594 (2010).
- Batista-Brito, R., Fishell, G. The developmental integration of cortical interneurons into a functional network. Curr. Top. Dev. Bio. 87, 81-118 (2009).
- Inan, M., Welagen, J., Anderson, S. A. Spatial and Temporal Bias in the Mitotic Origins of Somatostatin. and Parvalbumin-Expressing Interneuron Subgroups and the Chandelier Subtype in the Medial Ganglionic. 22 (4), 820-827 (2012).
- Taniguchi, H., et al. A Resource of Cre Driver Lines for Genetic Targeting of GABAergic Neurons in Cerebral Cortex. Neuron. 71 (6), 995-1013 (2011).
- Madisen, L., et al. A robust and high-throughput Cre reporting and characterization system for the whole mouse brain. Nature Neuroscience. 13 (1), 133-140 (2010).
- Hippenmeyer, S. A developmental switch in the response of DRG neurons to ETS transcription factor signaling. PLoS Bio. 3 (5), e159 (2005).
- Southwell, D. G., et al. Interneurons from embryonic development to cell-based therapy. Science. 344 (6180), 1240622 (2014).
- Hunt, R. F., Girskis, K. M., Rubenstein, J. L., Alvarez-Buylla, A., Baraban, S. C. GABA progenitors grafted into the adult epileptic brain control seizures and abnormal. Nature Neuroscience. 16 (6), 692-697 (2013).
- Braz, J. M., et al. Forebrain GABAergic Neuron Precursors Integrate into Adult Spinal Cord and Reduce Injury-Induced Neuropathic Pain. Neuron. 74, 663-675 (2012).
- Vogt, D., et al. Lhx6 Directly Regulates Arx and CXCR7 to Determine Cortical Interneuron Fate and Laminar Position. Neuron. 82 (2), 350-364 (2014).
- Alvarez-Dolado, M., et al. Cortical inhibition modified by embryonic neural precursors grafted into the postnatal brain. J. Neurosci. 26 (4), 7380-7389 (2006).
- Du, T., Xu, Q., Ocbina, P. J., Anderson, S. A. NKX2.1 specifies cortical interneuron fate by activating Lhx6. Development. 135 (8), 1559-1567 (2008).
- Arguello, A., et al. Dapper Antagonist of Catenin-1 Cooperates with Dishevelled-1 during Postsynaptic Development in Mouse Forebrain GABAergic Interneurons. PLoS ONE. 8 (6), e67679 (2013).
- Lee, A., et al. Pyramidal neurons in prefrontal cortex receive subtype-specific forms of excitation and inhibition. Neuron. 81 (1), 61-68 (2014).
- Chen, Y. J. J., et al. Use of “MGE Enhancers” for Labeling and Selection of Embryonic Stem Cell-Derived Medial Ganglionic Eminence (MGE) Progenitors and Neurons. PLoS ONE. 8 (5), e61956 (2013).
- Pattabiraman, K. Transcriptional regulation of enhancers active in protodomains of the developing cerebral cortex. Neuron. 82 (5), 989-1003 (2014).
