Summary

Isolamento, cultura e Long-Term Manutenção da Primária mesencefálico Dopaminergic neurônios dos cérebros de roedores Embryonic

Published: February 19, 2015
doi:

Summary

The causes of degeneration of midbrain dopaminergic neurons during Parkinson’s disease are not fully understood. Cellular culture systems provide an essential tool for study of the neurophysiological properties of these neurons. Here we present an optimized protocol, which can be utilized for in vitro modeling of neurodegeneration.

Abstract

Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson’s diseae. Study of the biological processes involved in physiological functions and vulnerability and death of these neurons is imparative to understanding the underlying causes and unraveling the cure for this common neurodegenerative disorder. Primary cultures of mesDA neurons provide a tool for investigation of the molecular, biochemical and electrophysiological properties, in order to understand the development, long-term survival and degeneration of these neurons during the course of disease. Here we present a detailed method for the isolation, culturing and maintenance of midbrain dopaminergic neurons from E12.5 mouse (or E14.5 rat) embryos. Optimized cell culture conditions in this protocol result in presence of axonal and dendritic projections, synaptic connections and other neuronal morphological properties, which make the cultures suitable for study of the physiological, cell biological and molecular characteristics of this neuronal population.

Introduction

A perda de neurónios dopaminérgicos da substância nigra pars compacta conduz aos sintomas motores cardinal de doença de Parkinson (PD), a segunda perturbação neurodegenerativa mais prevalente. A causa básica da morte dessa população neuronal mesencephalic não é conhecido. Para estudar os mecanismos bioquímicos responsáveis ​​pelo desenvolvimento e propriedades moduladoras neurofisiológicos e sobrevivência de neurónios MESDA, várias culturas de células e estudos em modelos animais têm sido utilizados. As linhas celulares imortalizadas, incluindo a linha celular de rato dopaminérgica 1RB 3 AN 27 (N27), o dopaminérgico linha celular de neuroblastoma humano SH-SY5Y, a linha celular híbrida ratinho dopaminérgicos do mesencéfalo e MN9D humano LUHMES células foram utilizadas para estudos bioquímicos e mecanísticos limitados 1 -5. Para o estudo da perda específica de neurónios MESDA, vários neurotoxina baseada em modelos genéticos e foram desenvolvidos 6-8. Culturas do mesencéfalo ventral primárias, Fornecer uma ferramenta indispensável para o estudo das propriedades neuronais e sinápticos dos neurônios dopaminérgicos e os caminhos envolvidos na patogênese desta doença comum.

Aqui apresenta-se um protocolo detalhado para o isolamento de neurónios dopaminérgicos do mesencéfalo, que contém modificações resultando em maior capacidade de sobrevivência e o aumento de rendimento de lamelas por embrião. O uso de pré-madura mesencéfalo E12.5 rato (E14.5 no rato) aumenta a capacidade de sobrevivência. Nesta idade neurônios não desenvolveram axônios ainda, o que deixa as células intactas durante a dissecção e minimiza o estresse aumentando assim significativamente a viabilidade. Além disso, dissecção cuidadosa do mesencéfalo ventral, conforme descrito no capítulo 2 do presente protocolo, aumenta ainda mais a capacidade de sobrevivência. Para aumentar o número de lamelas por embrião, um método de plaqueamento alternativa é apresentada na seção 4 deste protocolo. Isto conduz a um rendimento de até 10 lamelas por embrião em comparação com 4 lamelas sobcondições de chapeamento padrão reduzindo assim a quantidade de animais por experimentação.

Neurônios em cultura apresentam crescimento dos axônios e dendritos, formam conexões sinápticas e revelar a presença de marcadores neuronais e sinápticos fazendo essas culturas adequado para imagens de células vivas, imunocitoquímica e estudos eletrofisiológicos. Além disso, a utilização de culturas neuronais facilita a manipulação genética e farmacológica. Crescimento de neurites de dia 2 in vitro permite estudos de desenvolvimento. Além disso, a sobrevivência a longo prazo de culturas (até seis semanas) torna-os adequados para o estudo do processo de degeneração lenta e progressiva destes neurónios.

Protocol

NOTA: Os animais foram mantidos e tratados em conformidade com as diretrizes institucionais e de todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Bem-Estar Animal da Faculdade Imperial e Corpo Revisão Ética (AWERB) e do Office Home and Harvard University Animal Care Institucional e Comitê de Uso (IACUC), em conformidade com os regulamentos federais e estaduais. 1. Reagente e configuração de equipamento Thaw, alíquota e armazenar 1 mg / ml solução Laminin a -80 ºC. …

Representative Results

A imuno-histoquímica contra a tirosina hidroxilase (TH) mostra que entre 0,5-1% de células em cultura são dopaminérgica. Projecções neuronais aparecer dentro de 2 horas após o plaqueamento e por o primeiro dia, axónios e dendritos são distinguíveis (Figura 2), utilizando-se para tirosina hidroxilase (TH) e Proteína 2 (Map2) anticorpos associada a microtúbulos (Figura 3). Os neurônios sobreviver por mais de seis semanas e mostrar grande conseqüência. A proporção neuróni…

Discussion

Neurónios dopaminérgicos no mesencéfalo são a principal fonte de dopamina no sistema nervoso central. Eles são divididos em três grupos, substância negra compacta (SNPC), área tegmental ventral (VTA) eo campo retrorubral (RRF) 10, 11. Os neurônios no SNPC e VTA dar origem a grandes vias dopaminérgicas, mesocorticais, mesolímbica e Nigro-estriato, envolvidos em funções, como controle de emoção, motivação e comportamento motor. A decadência dos neurônios no SNPC e perturbação funcional do s…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was performed using the Division of Brain Sciences, Department of Medicine, Imperial College London startup funds to K.N.A.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Dulbecco's modified Eagle medium nutrient mixture F-12 Invitrogen 11330
Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) (1X), liquid Invitrogen 24020-117)
Fetal bovine serum, heat-inactivated (FBS) Invitrogen 16140
N2 Supplement (100X), liquid Invitrogen 17502-048)
D-(+)-Glucose solution (45% (wt/vol) in water Sigma G8769
Bovine serum albumin BSA Sigma A9430
Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane Sigma L2020
Penicillin/streptomycin Invitrogen 15070
Trypsin (0.05% (wt/vol) Invitrogen 25300
Bovine serum albumin (BSA) cell culture tested Sigma  A9418
Phosphate-buffered saline (PBS) Sigma P3813
Anti-Tyrosine hydroxylase (Th) antibody Pel-Freez Biologicals P60101-0 
Poly-L-ornithine, 0.01% solution Sigma P4957
Anti-Map2 (Microtubule associated protein-2A and -2B) antibody Millipore MAB3418
Anti-Synapsin-1 antibody Millipore AB1543P
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit IgG   antibody Molecular Probes A-21206
Alexa Fluor 594 donkey anti-rabbit IgG   antibody Molecular Probes A-21207
Alexa Fluor 488 donkey anti-sheep IgG   antibody Molecular Probes A-11015
Alexa Fluor 594 donkey anti-sheep IgG   antibody Molecular Probes A-11016
Alexa Fluor 594 donkey anti-mouse IgG   antibody Molecular Probes A-21203
Trypan blue solution (0.4% (wt/vol) Biowhittaker 17-942E
Stereo Microscope Carl Zeiss Stemi 2000-C
Inverted phase contrast microscope Carl Zeiss Axiovert 40 C
Dumont Forceps Fine Scientific Tools May-45
Cover Slip Forceps – Dumoxel Fine Scientific Tools 11251-33
Two Dumont #45 Forceps – Dumoxel Fine Scientific Tools 11245-30
Blade Holder/Breaker Flat Grip – 11cm Fine Scientific Tools 10052-11
Student Iris Scissors – Straight 11.5cm Fine Scientific Tools 91460-11
Fiber optic halogen illuminator Nikon MKII
Disposable Borosilicate Glass Pasteur Pipettes Fisherbrand 13-678-20C
Hemocytometer Proscitech SVZ2NIOU
0.2 µm sterile filter units Nalgene NL-CE-156-4020
100x20mm Petri dishes BD Biosciences 351005
Round Cover Slip #1 Thickness German Glass 12mm Bellco Glass 1943-10012 

Referenzen

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Weinert, M., Selvakumar, T., Tierney, T. S., Alavian, K. N. Isolation, Culture and Long-Term Maintenance of Primary Mesencephalic Dopaminergic Neurons From Embryonic Rodent Brains. J. Vis. Exp. (96), e52475, doi:10.3791/52475 (2015).

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