Summary

Suivi de la survie des neurones par l’intermédiaire de la microscopie en Fluorescence longitudinale

Published: January 19, 2019
doi:

Summary

Nous présentons ici un protocole visant à surveiller la survie sur une base unicellulaires et identifier les variables qui permettent de prédire significativement la mort cellulaire.

Abstract

Les analyses de cytotoxicité standard, qui nécessitent la collecte de lysats ou des cellules fixées à plusieurs moments, ont limité la sensibilité et la capacité d’évaluer les facteurs qui influencent le destin neuronale. Ces tests requièrent l’observation des populations distinctes de cellules à des moments distincts. Ainsi, des cellules individuelles ne peuvent pas être suivies prospectivement au fil du temps, limitant sévèrement la capacité de distinguer que des événements subcellulaires, comme examen formation ou niveau de protéine, sont pilotes pathogènes de la maladie, les réponses homéostatiques, ou des phénomènes purement fortuits. Unicellulaire microscopie longitudinale permet de surmonter ces limitations, ce qui permet au chercheur de déterminer les différences de survie entre les populations et dessiner des relations causales avec une sensibilité accrue. Ce guide vidéo exposera un flux de travail représentatif pour expériences mesurant unicellulaires survie des neurones du cortex primaire rat exprimant un marqueur de la protéine fluorescente. Le spectateur va apprendre à atteindre la haute efficacité transfections, de collecter et de traiter des images permettant le suivi prospectif des cellules individuelles et comparer la survie relative des populations de neurones en utilisant l’analyse de risques proportionnels de Cox.

Introduction

La mort des cellules anormales est un facteur déterminant dans de nombreuses maladies, y compris le cancer, neurodégénérescence et course1. Les dosages robustes et sensibles pour la mort des cellules sont essentielles pour la caractérisation de ces troubles, ainsi que le développement de stratégies thérapeutiques pour étendre ou réduire la survie cellulaire. Il y a actuellement des dizaines de techniques pour mesurer la mort cellulaire, soit directement, soit par le biais de substitution des marqueurs2. Par exemple, la mort cellulaire peut être évaluée visuellement à l’aide de colorants vitaux qui tachent sélectivement les cellules mortes ou vivantes,3, ou en surveillant l’apparition des phospholipides spécifiques sur la membrane plasmique4,,5,6 . Mesures des composants intracellulaires ou des métabolites cellulaires rejetés dans les médias à la dissolution cellulaire peuvent également servir de proxies pour cellule mort7,8. Alternativement, la viabilité cellulaire peut être approchée en évaluant l’activité métabolique9,10. Bien que ces méthodes fournissent des moyens rapides d’évaluation de la survie cellulaire, ils ne sont pas sans réserves. Chaque technique relève de la culture comme une seule population, rendant impossible de distinguer les cellules individuelles et leurs tarifs uniques de survie. En outre, ces tests sur la population sont incapables de mesurer les facteurs qui peuvent être importants pour la mort de cellules, y compris la morphologie cellulaire, expression de la protéine ou la localisation. Dans de nombreux cas, ces tests sont limitées aux points de temps discret et ne permettent pas l’observation continue des cellules au fil du temps.

En revanche, microscopie de fluorescence longitudinale est une méthodologie très flexible qui directement et en permanence surveille le risque de décès sur une seule cellule base11. En bref, microscopie de fluorescence longitudinale permet à des milliers de cellules individuelles pour être suivis à intervalles réguliers pendant de longues périodes de temps, permettant à des déterminations précises de mort cellulaire et les facteurs qui favorisent ou suppriment la mort cellulaire. À sa base, la méthode implique la transfection transitoire ou la transduction des cellules avec des vecteurs codant des protéines fluorescentes. Un fiduciaire unique est alors établi, et la position de chaque cellules transfectées par rapport à ce point de repère permet à l’utilisateur de l’image et de suivre les cellules individuelles au cours des heures, jours ou semaines. Lorsque ces images sont affichés dans l’ordre, la mort cellulaire est marquée par des modifications caractéristiques en fluorescence, la morphologie et la fragmentation du corps cellulaire, permettant l’attribution d’un temps mort pour chaque cellule. Le taux calculé de la mort, déterminé par la fonction de risque, peut ensuite être quantitativement comparé entre les conditions, ou associé à sélectionner des caractéristiques cellulaires utilisant univariée ou multivariée Cox hasards proportionnels analyse12. Ensemble, ces approches permettent la discrimination précise et objective du taux de mort cellulaire chez les populations cellulaires et l’identification des variables qui permettent de prédire significativement la mort cellulaire et/ou de survie (Figure 1).

Bien que cette méthode peut être utilisée pour surveiller la survie dans n’importe quel type de cellules post-mitotiques dans une variété de formats de placage, ce protocole décrira les conditions pour transfectants et l’imagerie des neurones corticaux rat cultivées dans une plaque à 96 puits.

Protocol

Tous les travaux d’animaux vertébré a été approuvé par le Comité sur l’utilisation et l’entretien des animaux à l’Université du Michigan (protocole # PRO00007096). Des expériences sont soigneusement planifiés afin de minimiser le nombre d’animaux sacrifiés. Enceinte femme sauvage (WT), rats Long Evans non transgéniques (Rattus norvegicus) sont logés séparément dans des chambres équipées avec enrichissement environnemental et pris en charge par l’unité de laboratoire Animal médecine…

Representative Results

Selon la méthode de transfection décrite ici, DIV4 neurones corticaux de rat ont été transfectées avec un plasmide codant la protéine fluorescente mApple. À partir de transfection après 24h, cellules ont été photographiés par microscopie de fluorescence toutes les 24 h pendant 10 jours consécutifs. Les images qui en résultent ont été organisés comme indiqué dans la Figure 2, puis cousus, empilés et a marqué pour la mort de cellules (<strong…

Discussion

Ici, la méthodologie de contrôler directement la survie neuronale sur une seule cellule de base est présentée. Par contraste avec les tests traditionnels pour la mort des cellules qui se limitent à des moments discrets et des populations entières de cellules, cette méthode permet l’évaluation continue d’une variété de facteurs tels que la morphologie cellulaire, expression de la protéine ou la localisation, et permet de déterminer comment chaque facteur influence la survie cellulaire de manière prospecti…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous remercions Steve Finkbeiner et membres du laboratoire Finkbeiner pour microscopie robotique d’avant-garde. Nous remercions également Dan Peisach pour la construction du logiciel initial requis pour le traitement de l’image et automatisée d’analyse de survie. Ce travail a été financé par l’Institut National des troubles neurologiques et Stroke (NINDS) R01-NS097542, Université du Michigan Protein Folding maladie Initiative et Ann Arbor Active contre l’ALS.

Materials

Neurobasal Medium GIBCO 21103-049
Opti-MEM GIBCO 31985-070
CompactPrep Plasmid Maxi Kit Qiagen 12863
Magnesium chloride Hexahydrate Sigma M9272
Kynurenic Acid Hydrate TCI H0303
Poly D-Lysine Millipore A-003-E
Glutamax GIBCO 35050-061
Lipofectamine 2000 Invitrogen 52887
B27 supplement Thermo Fisher A3582801
Penicillin Streptomycin GIBCO 15140122
96 well plates TPP 0876

References

  1. Lockshin, R. A., Zakeri, Z. Cell death in health and disease. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 11, 1214-1224 (2007).
  2. Kepp, O., Galluzzi, L., Lipinski, M., Yuan, J., Kroemer, G. Cell death assays for drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 10, 221-237 (2011).
  3. Lemasters, J. J., et al. The mitochondrial permeability transition in cell death: a common mechanism in necrosis, apoptosis and autophagy. Biochimica et Biophysica Acta Bioenergetics. , 177-196 (1998).
  4. Vermes, I., Haanen, C., Steffens-Nakken, H., Reutelingsperger, C. A novel assay for apoptosis. Flow cytometric detection of phosphatidylserine expression on early apoptotic cells using fluorescein labelled Annexin V. Journal of Immunological Methods. 184, 39-51 (1995).
  5. Chien, K. R., Abrams, J., Serroni, A., Martin, J. T., Farber, J. L. Accelerated phospholipid degradation and associated membrane dysfunction in irreversible, ischemic liver cell injury. Journal of Biological Chemistry. 253, 4809-4817 (1978).
  6. Zwaal, R. F. A., Comfurius, P., Bevers, E. M. Surface exposure of phosphatidylserine in pathological cells. Cell and Molecular Life Sciences. 62, 971-988 (2005).
  7. Mitchell, D. B., Santone, K. S., Acosta, D. Evaluation of cytotoxicity in cultured cells by enzyme leakage. Journal of Tissue Culture Methods. 6, 113-116 (1980).
  8. Moran, J. H., Schnellmann, R. G. A rapid beta-NADH-linked fluorescence assay for lactate dehydrogenase in cellular death. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 36, 41-44 (1996).
  9. Mossman, T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: Application to proliferation and cytotoxicity assays. Journal of Immunological Methods. 65 (1-2), 55-63 (1983).
  10. Guerzoni, L. P. B., et al. In Vitro Modulation of TrkB Receptor Signaling upon Sequential Delivery of Curcumin-DHA Loaded Carriers Towards Promoting Neuronal Survival. Pharmaceutical Research. 34 (2), 492-505 (2017).
  11. Arrasate, M., Finkbeiner, S. Automated microscope system for determining factors that predict neuronal fate. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 102, 3840-3845 (2005).
  12. Christensen, E. Multivariate survival analysis using Cox’s regression model. Hepatology. 7, 1346-1358 (1987).
  13. Barmada, S. J., et al. Autophagy induction enhances TDP43 turnover and survival in neuronal ALS models. Nature Chemical Biology. 10, 677-685 (2014).
  14. Barmada, S. J., et al. Amelioration of toxicity in neuronal models of amyotrophic lateral sclerosis by hUPF1. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 112, 7821-7826 (2015).
  15. Malik, A. M., et al. Matrin 3-dependent neurotoxicity is modified by nucleic acid binding and nucleocytoplasmic localization. Elife. 7, (2018).
  16. Archbold, H. C., et al. TDP43 nuclear export and neurodegeneration in models of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia. Scientific Reports. 8, 4606 (2018).
  17. Green, K. M., et al. RAN translation at C9orf72-associated repeat expansions is selectively enhanced by the integrated stress response. Nature Communications. 8, 2005 (2017).
  18. Park, S. -. K., et al. Overexpression of the essential Sis1 chaperone reduces TDP-43 effects on toxicity and proteolysis. PLOS Genetics. 13, e1006805 (2017).
  19. Gupta, R., et al. The Proline/Arginine Dipeptide from Hexanucleotide Repeat Expanded C9ORF72 Inhibits the Proteasome. eNeuro. 4, (2017).
  20. Angelov, B., Angelova, A. Nanoscale clustering of the neurotrophin receptor TrkB revealed by super-resolution STED microscopy. Nanoscale. 9 (28), 9797-9804 (2017).
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Cite This Article
Weskamp, K., Safren, N., Miguez, R., Barmada, S. Monitoring Neuronal Survival via Longitudinal Fluorescence Microscopy. J. Vis. Exp. (143), e59036, doi:10.3791/59036 (2019).

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