Summary

株マウス一次運動ニューロンによるシャルコー ・ マリー ・ トゥース病の in Vitroモデル化

Published: January 07, 2019
doi:

Summary

この手法の目的は、一次運動ニューロン (MNs) マウスの脊髄からの高濃縮文化を準備することです。ミネソタ病気を引き起こす突然変異の結果を評価するために述べるこれらの分離が magnetofection で、トランスフェクションの MNs とを分離するここ。

Abstract

(MNs) 脊髄運動ニューロンの変性は、すべて性筋萎縮症に関連付けられている筋萎縮性側索硬化症、シャルコー ・ マリー ・ トゥース病、脊髄性筋萎縮など神経学的障害の大きいスペクトルに関与しています。脊髄の MNs の初代培養は、このような病気に特異的な遺伝子の関与を示し、それらの変異体の細胞の結果を特徴付けるに広く使用されています。このプロトコル モデル主な MN 文化は 20 年以上も前にヘンダーソンと同僚の精液の仕事から派生します。まず、我々 はマウスの胚から脊髄の前方の角を解剖と隣接する密度勾配を利用した細胞から MNs を分離する方法を詳しく説明します。その後、効率的に magnetofection を用いた発現プラスミドを持つ MNs を株の新しい方法を提案する.最後に、我々 を修正する方法と immunostain プライマリ MNs。 ニューロ フィラメントをシャルコー ・ マリー ・ トゥース病のタイプ 2 を引き起こす突然変異を使用して、このプロトコルは、興味の蛋白質を表現することへの関与を勉強して質的な方法を示して説明します。ミネソタの増殖、保守、および生存。

Introduction

神経筋疾患には、様々 な筋肉や神経系の変化によって特徴付けられる臨床的に、遺伝的に異なる病態が含まれます。最後の十年の間に識別された何百ものこれらのまれな疾患の責任遺伝子の配列の技術が進歩したため (筋疾患センターで利用可能なリスト http://neuromuscular.wustl.edu/index.html)。識別された突然変異の様々 な異なった表現型と疾患1,2,3単一の遺伝子の異なる変異が発生することし、異なる遺伝子の突然変異が類似した表現型を作り出すことができることを示します4,5します。 このコンテキストでは、突然変異の結果、病理学的メカニズムを分析するための強力なツールになることができる細胞モデルの開発に取り組む。

脊髄 MNs 脊髄、骨格筋を対象と神経筋接合部におけるアセチルコリンのリリースを通して自主的な動きを可能にするフォーム長い軸索の腹側の角にある大きな細胞体があります。MNs は筋萎縮性側索硬化症などの神経筋疾患によって影響を受ける、同僚博士ヘンダーソンと脊髄性筋萎縮症、シャルコー ・ マリー ・ トゥース病 (CMT)、開発の耕作のために許可されて最初のプロトコル6in vitro における因子 GDNF7 (グリア細胞派生神経栄養因子) の脊髄 MNs と神経栄養因子の発見。脊髄 MNs と FACS8を使用してそのサブタイプのより正確な浄化のため許可されているそれ以来、技術的な改良が密度勾配による濃縮のまま強力かつ広く使用されているプライマリ脊髄 MNs 作業は現在研究所9,10,11,12,13,14します。 その後、表面マーカー p75(NTR)15,16,17を利用して immunopanning を通じて高い MN 精製グレードを得ることが可能ですも。

脊髄前角の背腹軸内の位置によって異なる中央と外側のモーター列だけでなく、胸椎、頸椎・腰椎の MNs の異なるサブタイプが含まれているし、目標の中で、彼らは8,を支配します。18. プライマリ MN 文化は生理学的な割合でこれらの MN のサブタイプのすべてを回復できます。この手法の主な制限は、MNs のプロシージャの終わりに取得数が少ない実際には、それが顕微鏡が生物化学実験用を制限することに適している六つの胚から約 105 MNs を取得する期待できます。標準化されたサブタイプと豊富な MNs 実験を行う (> 10 の6セル)、胚性幹細胞由来の MNs は、18を考慮すべき。

プライマリ MNs に野生型・変異遺伝子のノックダウンの内因性遺伝子トランスフェクションは、マウスモデルを使用できないときに特に physiopathological 経路を解読するための迅速かつ便利なツールです。Magnetofection は、株の一次ニューロンは、リポフェクション関連毒性なしと同様の技術のひとつです。さらに、いくつかの日に体外エレクトロポレーション9に基づく技術とは異なり、成熟したニューロンのトランスフェクションを実行できます。ただし、この方法の欠点の 1 つは、ビーズが文化、DAPI のラベル付けでノイズの原因で核酸をバインドです。ウイルス感染は株 MNs; の最も効率的な方法で可能性が高いしかし、magnetofection では、ウイルスの生産および細胞の感染に必要な特定の安全手順は必要ありません。

Protocol

動物を含むすべてのプロシージャは、機関の倫理委員会によって受け入れられました。 1. ソリューションの準備 4% BSA L-15 中透析の 10 mL を準備します。 L-15 培地 10 mL に 4% (w/v) でのウシ血清アルブミンの粉を溶解します。 20 kDa カットオフの 20 mL の透析カセットにソリューションを追加します。L-15 培地 500 mL に対して 4 ° C で動揺の下で 3 日間の dial…

Representative Results

文化で 24 時間後運動ニューロン (MNs) 既に重要な軸索の成長 (少なくとも 6 回以上相馬サイズ) が表示されます。次の日に軸索は成長し、分岐 (図 2) を表示し続ける必要があります。サブタイプ特異性により異なる形態があります。たとえば、中央列軸の筋肉を支配する MNs 肢筋肉18を支配する側のモーター柱 MNs より短くより分?…

Discussion

このプロトコルの重要なポイントの 1 つはマウス胚が開発 (E12.5) 末に得た MNs の量を最適化する時に正確な時間ウィンドウで解剖してです。また、最適な収率の解剖を実行朝または午後の早い段階でする必要があります。E12.5 (例えばE11.5 で)、前に郭清は髄膜の除去について特に困難です。E12.5 後、得られた MNs の数が大幅に低下します。開発の胚段階を制御するには、成人女性と男性?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我々 は、「協会の流し込みル開発銀行デ ラ neurogénétique」博士 Jacquier の親睦と AFM テレソンの MyoNeurAlp 戦略的な計画を支援に感謝したいと思います。我々 はまた博士クリス ・ ヘンダーソン、博士ウィリアム ・ カムカム、博士ブリジット Pettmann、博士セドリック ラウルと博士のゲオルク Haase、開発および技術の改善に参加し、知識を広める人に感謝したいと思います。

Materials

Material
Silicone dissection dish Living systems instrumentation DD-90-S-BLK-3PK Sylgard
round coverslip NeuVitro, Knittel glass GG-12-Pre 12 mm
Slide a Lyzer cassettes ThermoFisher Scientific 66030 20,000 MWCO ; 30 mL
Filter unit Millipore SCGVU02RE
GP Sterile Syringe Filters Millipore SLGP033RS
4 well plate ThermoFisher Scientific 167063 Nunclon Delta treated plate
forceps FST by Dumont 11252-20 #5 forceps
scissor FST by Dumont 14060-10 fine scissors
scalpel FST by Dumont 10035-20 curved blade
scalpel FST by Dumont 10316-14 micro-knife scalpel
Petri dish Greiner 663102 ø x h = 100 x 15 mm
15 mL polypropylene tube Falcon 352096
filter paper Watman 1001125 circle, 125 mm diameter
glass chamber slide Lab-Tek 154526 4 chambers
Plasmid pCAGEN Addgene #11160
Name Company Catalog Number Comments
Solutions and mediums
Bovine serum albumin Sigma-Aldrich A9418
L-15 medium ThermoFisher Scientific 11415056
L-15 medium, no red phenol ThermoFisher Scientific 21083027
Insulin Sigma-Aldrich I6634
Putrescine Sigma-Aldrich P5780
Conalbumin Sigma-Aldrich C7786
Sodium selenite Sigma-Aldrich S5261
Progesterone Sigma-Aldrich P8783
Poly-DL-Ornithine Sigma-Aldrich P8638
Laminin Sigma-Aldrich L2020
trypsin 2.5%, 10x ThermoFisher Scientific 15090046
DNAse Sigma-Aldrich DN25
PBS w/o Ca Mg ThermoFisher Scientific 14190144 without Mg2+ Ca2+
sodium bicarbonate ThermoFisher Scientific 25080094
Neuron cell culture medium ThermoFisher Scientific A3582901 Neurobasal Plus medium
HBSS Sigma-Aldrich H6648-500ML
HEPES buffer 1 M ThermoFisher Scientific 15630056
Density gradiant medium Sigma-Aldrich D1556 Optiprep
supplement medium ThermoFisher Scientific A3582801 B-27 Plus
Horse serum heat inactivated ThermoFisher Scientific 26050-088
L-Glutamine 200 mM ThermoFisher Scientific 25030024
2-mercaptoethanol ThermoFisher Scientific 31350010
penicilline/streptomycine ThermoFisher Scientific 15140122 10,000 U/ml
Name Company Catalog Number Comments
Immuno fluorescence
PBS, 10x ThermoFisher Scientific X0515 without Mg2+ Ca2+
Paraformaldehyde (PFA) Sigma-Aldrich 441244
normal goat serum Sigma-Aldrich G6767
glycine Sigma-Aldrich G7126
Triton X-100 Sigma-Aldrich T8787
Choline Acetyl Transferase (CHAT) Chemicon Ab144P
Neurofilament H non phosphorylated (SMI32) Biolegends SMI-32P IF at 1/1000
Islet-1 DSHB 40.2D6
Islet-2 DSHB 39.4D5
Hb9 DSHB 81.5C10
Vectashield mounting medium Vector Lab H-1000
Beta3 tubulin (Tuj1 clone) Biolegends 801201 IF at 1/1000
Lc3b Cell Signaling Technology #2775 IF at 1/200

References

  1. Gonzalez, M. A., et al. A novel mutation in VCP causes Charcot-Marie-Tooth Type 2 disease. Brain. 137 (11), 2897-2902 (2014).
  2. Johnson, J. O., et al. Exome sequencing reveals VCP mutations as a cause of familial ALS. Neuron. 68 (5), 857-864 (2010).
  3. Watts, G. D. J., et al. Inclusion body myopathy associated with Paget disease of bone and frontotemporal dementia is caused by mutant valosin-containing protein. Nature Genetics. 36 (4), 377-381 (2004).
  4. Brown, R. H., Al-Chalabi, A. Amyotrophic Lateral Sclerosis. New England Journal of Medicine. 377 (2), 162-172 (2017).
  5. Taylor, J. P., Brown, R. H., Cleveland, D. W. Decoding ALS: from genes to mechanism. Nature. 539 (7628), 197-206 (2016).
  6. Henderson, C. E., Bloch-Gallego, E., Camu, W. Purified embryonic motoneurons. Nerve Cell Culture: A Practical Approach. , 69-81 (1995).
  7. Henderson, C. E., et al. GDNF: a potent survival factor for motoneurons present in peripheral nerve and muscle. Science. 266 (5187), 1062-1064 (1994).
  8. Schaller, S., et al. Novel combinatorial screening identifies neurotrophic factors for selective classes of motor neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (12), E2486-E2493 (2017).
  9. Jacquier, A., et al. Alsin/Rac1 signaling controls survival and growth of spinal motoneurons. Annals of Neurology. 60 (1), 105-117 (2006).
  10. Raoul, C., et al. Chronic activation in presymptomatic amyotrophic lateral sclerosis (ALS) mice of a feedback loop involving Fas, Daxx, and FasL. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (15), 6007-6012 (2006).
  11. Madji Hounoum, B., et al. Wildtype motoneurons, ALS-Linked SOD1 mutation and glutamate profoundly modify astrocyte metabolism and lactate shuttling. Glia. 65 (4), 592-605 (2017).
  12. Magrane, J., Sahawneh, M. A., Przedborski, S., Estevez, A. G., Manfredi, G. Mitochondrial Dynamics and Bioenergetic Dysfunction Is Associated with Synaptic Alterations in Mutant SOD1 Motor Neurons. Journal of Neuroscience. 32 (1), 229-242 (2012).
  13. Jacquier, A., et al. Cryptic amyloidogenic elements in mutant NEFH causing Charcot-Marie-Tooth 2 trigger aggresome formation and neuronal death. Acta Neuropathologica Communications. 5, (2017).
  14. Aebischer, J., et al. IFNγ triggers a LIGHT-dependent selective death of motoneurons contributing to the non-cell-autonomous effects of mutant SOD1. Cell Death and Differentiation. 18 (5), 754-768 (2011).
  15. Wiese, S., et al. Isolation and enrichment of embryonic mouse motoneurons from the lumbar spinal cord of individual mouse embryos. Nature Protocols. 5 (1), 31-38 (2010).
  16. Camu, W., Henderson, C. E. Purification of embryonic rat motoneurons by panning on a monoclonal antibody to the low-affinity NGF receptor. Journal of Neuroscience Methods. 44 (1), 59-70 (1992).
  17. Conrad, R., Jablonka, S., Sczepan, T., Sendtner, M., Wiese, S., Klausmeyer, A. Lectin-based Isolation and Culture of Mouse Embryonic Motoneurons. Journal of Visualized Experiments. (55), (2011).
  18. Wichterle, H., Lieberam, I., Porter, J. A., Jessell, T. M. Directed differentiation of embryonic stem cells into motor neurons. Cell. 110 (3), 385-397 (2002).
  19. Francius, C., Clotman, F. Generating spinal motor neuron diversity: a long quest for neuronal identity. Cellular and Molecular Life Sciences. 71 (5), 813-829 (2014).
  20. Neto, E., et al. Compartmentalized Microfluidic Platforms: The Unrivaled Breakthrough of In Vitro Tools for Neurobiological Research. The Journal of Neuroscience. 36 (46), 11573-11584 (2016).
  21. Matsuda, T., Cepko, C. L. Electroporation and RNA interference in the rodent retina in vivo and in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (1), 16-22 (2004).
  22. Sleigh, J. N., Weir, G. A., Schiavo, G. A simple, step-by-step dissection protocol for the rapid isolation of mouse dorsal root ganglia. BMC Research Notes. 9, (2016).
  23. Yu, L., et al. Highly efficient method for gene delivery into mouse dorsal root ganglia neurons. Frontiers in Molecular Neuroscience. 8 (2), (2015).
  24. Malin, S. A., Davis, B. M., Molliver, D. C. Production of dissociated sensory neuron cultures and considerations for their use in studying neuronal function and plasticity. Nature Protocols. 2 (1), 152-160 (2007).

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Cite This Article
Jacquier, A., Risson, V., Schaeffer, L. Modeling Charcot-Marie-Tooth Disease In Vitro by Transfecting Mouse Primary Motoneurons. J. Vis. Exp. (143), e57988, doi:10.3791/57988 (2019).

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