la migration des neuroblastes est une étape cruciale dans la neurogenèse postnatale. Le protocole décrit ici peut être utilisé pour étudier le rôle des régulateurs candidats de la migration des neuroblastes en utilisant / petit ARN en épingle à cheveux d'ADN (shRNA) nucléofection et un test de migration 3D avec neuroblastes isolés du rongeur postnatale courant de migration rostrale.
La zone sous-ventriculaire (SVZ) situé dans la paroi latérale des ventricules latéraux joue un rôle fondamental dans la neurogenèse adulte. Dans cette zone restreinte du cerveau, les cellules souches neurales prolifèrent et produisent constamment neuroblastes qui migrent tangentiellement dans les chaînes le long de la courant de migration rostrale (RMS) pour atteindre le bulbe olfactif (OB). Une fois dans l'OB, neuroblastes passer à la migration radiale puis se différencient en neurones matures capables d'intégrer dans le réseau neuronal préexistante. La migration des neuroblastes appropriée est une étape fondamentale dans la neurogenèse, assurer la maturation fonctionnelle correcte de nouveaux neurones. Compte tenu de la capacité des neuroblastes SVZ dérivés pour cibler les zones lésées dans le cerveau, l'étude des mécanismes intracellulaires sous-tendent leur motilité va non seulement améliorer la compréhension de la neurogenèse, mais peut également favoriser l'élaboration de stratégies neurorégénérateurs.
Ce manuscrit décrit une analyse détailléeprotocole pour la transfection de rongeur primaire RMS neuroblastes postnatals et l'analyse de leur motilité l'aide d'un test in vitro de migration 3D récapitulant leur mode de migration observée in vivo. Les neuroblastes de rats et de souris peuvent être rapidement et efficacement transfectées par nucléofection avec de l'ADN plasmidique, petite épingle à cheveux (sh) ARN interférent court ou (si) oligos ARN ciblant des gènes d'intérêt. Pour analyser la migration, les cellules sont agrégés de nouveau dans nucleofected «gouttes suspendues», puis noyées dans une matrice tridimensionnelle. Nucléofection en soi ne porte pas atteinte de façon significative la migration des neuroblastes. Le traitement pharmacologique de neuroblastes nucleofected et agrégés de nouveau peut également être effectuée pour étudier le rôle des voies de signalisation impliquées dans la migration des neuroblastes signalisation.
En postnatal des mammifères cerveau, la production de nouveaux neurones (neurogenèse) se produit tout au long de la vie et est limitée à deux niches neurogène: la zone sous-ventriculaire (SVZ) des ventricules latéraux et la zone sous-granulaire du gyrus denté de l'hippocampe 1. Plusieurs études récentes ont montré l'importance du rôle de la neurogenèse adulte dans la facilitation des tâches d'apprentissage et de mémoire 2,3. En outre, la preuve de la prolifération et le recrutement de cellules progénitrices neurales suivants lésion cérébrale 4-7 soulève la possibilité d'activation pharmacologique de la neurogenèse dans la réparation neuronale.
La neurogenèse postnatale est strictement réglementée dans toutes ses phases, qui comprennent la prolifération de neurones progéniteurs, la migration, la différenciation, la survie et l'intégration synaptique finale des neurones nouvellement nés 8. Progéniteurs neuronaux (neuroblastes) dérivées de cellules souches dans le SVZ migrent sur une grande distance à travers la migration rostralecourant (RMS) vers le bulbe olfactif (OB) où elles se développent en neurones fonctionnels 9. Neuroblastes migrateurs sont principalement unipolaire, avec un corps cellulaire allongé s'étendant d'un processus de leader unique. Ces cellules se déplacent dans les chaînes d'une manière collective, en glissant sur l'autre 10. La migration est une étape cruciale pour la maturation ultérieure des progéniteurs SVZ dérivés en neurones fonctionnels 11 et est contrôlée par des facteurs multiples et des molécules de guidage, y compris: molécule polysialylés neurones d'adhésion cellulaire (PSA-NCAM) 12, Ephrines 13, les intégrines 14 fentes 15, Facteurs de croissance de 16 et 17 neurotransmetteurs, mais les mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce processus ne sont pas pleinement compris. Enquêter sur les voies de signalisation intracellulaires régulant la migration des neuroblastes fournira non seulement une meilleure compréhension de la neurogenèse adulte, mais aussi de contribuer au développement de la nouvelle thérapeutiqueapproches pour favoriser la réparation du cerveau.
Ce manuscrit décrit un protocole détaillé pour étudier le rôle des régulateurs candidats de la migration des neuroblastes in vitro en utilisant nucléofection et un test de migration 3D. Nucléofection est une technique de transfection cellulaire basé sur un procédé perfectionné de l'électroporation. du type de cellule courant électrique spécifique et la solution de nucléofection permettent le transfert de macromolécules polyanioniques tels que des ADN et des vecteurs shRNA et de siRNA oligonucléotides directement dans le noyau cellulaire et transfection permis de diviser lentement ou cellules inactives sur le plan mitotique, comme les neurones embryonnaires de mammifères et 18. Cette méthode est rapide, relativement facile à réaliser et donne lieu à une transfection hautement reproductible d'un large éventail de types de cellules, y compris les neuroblastes et les neurones primaires de 19 à 21.
La dissociation du tissu RMS permet l'isolement des neuroblastes migratoires, qui peut être nucleofected avec succès avec l'ADN / SHRVecteurs NA ou oligos de siRNA ciblant des gènes d'intérêt. Suite à nucléofection, les neuroblastes sont agrégés de nouveau suspendu dans des gouttes et ensuite noyées dans une matrice de Matrigel en trois dimensions. Ces conditions permettent neuroblastes migrent sur les agrégats de cellules récapitulant le mode de migration observée in vivo, offrant ainsi un excellent modèle pour étudier les voies de signalisation impliquées dans la migration des neuroblastes et d'évaluer l'influence des traitements pharmacologiques sur la motilité de ces cellules.
La migration des neuroblastes le long des RMS à l'emplacement final dans l'OB est une étape fondamentale dans la neurogenèse postnatale. Cependant, les mécanismes moléculaires qui contrôlent ce processus complexe est loin d'être entièrement comprise.
La procédure expérimentale décrite ici permet l'étude de la migration des neuroblastes in vitro. Nous avons adapté un protocole précédemment publié pour isoler RMS neuroblastes de souris ou rat 25 postnatale précoce. Pour obtenir des résultats optimaux, il est important de maîtriser l'étape de dissection, car il est essentiel de maintenir l'intervalle de temps entre la dissection et nucléofection à un minimum. Après nucléofection, neuroblastes peuvent être agrégés de nouveau, noyées dans une matrice tridimensionnelle et de gauche à migrer sur une période de 24 heures. Sinon, pour des fins autres que la migration (par exemple immunofluorescence ou analyse Western blot), les cellules peuvent être immédiatement plaqué après nucléofection sur polyornithine/laminin-lamelles recouvertes, où ils survivent jusqu'à 4-5 jours. Souris et le rat neuroblastes migrent dans Matrigel dans une mesure similaire, mais des cellules de souris semblent avoir une plus forte tendance à migrer dans les chaînes que les cellules de rat.
En fonction de l'objectif de l'étude, les neuroblastes peuvent être nucleofected avec différents plasmides codant pour des protéines fluorescentes ou de type / mutant protéines sauvages d'intérêt. Pour optimales plasmides d'expression de la protéine avec un promoteur CAG (promoteur de β-actine par le CMV activateur et β-globine queue poly-A) 26 sont fortement recommandés. De plus, les oligos siARN ou des plasmides shRNA peuvent être nucleofected à knockdown cibles d'intérêt. L'appauvrissement de la protéine efficace peut être visualisée par immunofluorescence ou par western blot (lyse habituellement incorporés agrégats de 1 rat chiot avec 50 ul de tampon de lyse standard).
Nucléofection est une méthode relativement simple pour la transfection de neuroblastes primaires, offre une alternative plus facile et plus rapide à viral transfection médiée par un vecteur, et peut atteindre une haute (~ 70-80%) efficacité de la transfection. Il est essentiel de travailler rapidement au cours de la procédure de nucléofection, depuis le départ de neuroblastes dans la solution de nucléofection pendant une période prolongée réduit considérablement la viabilité cellulaire.
Le rendement moyen des cellules de dissection RMS est relativement faible pour les souris P7 (~ 5 x 10 5 cellules / cerveau) par rapport aux rats P7 (~ 1 x 10 6 cellules / cerveau) et d'au moins 3 x 10 6 cellules par nucléofection sont tenus pour réaliser la transfection avec ~ 50% de rendement. En outre, les neuroblastes de rat semblent mieux résister à nucléofection rapport à neuroblastes de souris. Par conséquent, les petits postnatale précoce (P6-P7) rat pourraient représenter une source de neuroblastes pratique, considérant également que l'organisation de RMS de rats et de souris sont remarquablement similaire 27 et que l'étendue de rat et de la souris migration des neuroblastes in vitro est également comparable. Il est conseillé de ne pas garder les groupes agrégés de nouveau de neuroblastes nucleofected en suspension pendant plus de 48 heures pour éviter les effets anormaux sur la morphologie et la migration cellulaire (nos observations non publiées).
Le test 3D décrit ici peut être utilisé pour quantifier la migration des neuroblastes à un point de temps fixe après incorporation dans la matrice (par exemple. 24 h). Les granulats de différentes tailles peuvent être utilisés dans l'analyse, car il n'existe pas de corrélation significative entre la taille des agrégats et de la distance de migration (nos observations non publiées). Pour visualiser et étudier plus la dynamique de la migration des neuroblastes, imagerie time-lapse peut être utilisé. Il est recommandé d'effectuer l'analyse de la migration dans un intervalle de 24 heures après l'intégration, car la vitesse de neuroblastes semble diminuer de façon drastique à des points de temps plus longues (nos observations non publiées). </ P>
Il ya des limites à ce protocole. En premier lieu, la mesure nucléofection peut être utilisé pour les premiers neuroblastes de rongeurs postnatales, alors que l'infection avec des vecteurs viraux méthode de transfection reste le plus efficace pour 28 neuroblastes adultes. En second lieu, l'analyse in vitro de migration ne reproduit pas entièrement l'architecture complexe des RMS observées in vivo. En effet, bien que les neuroblastes maintenir la capacité de migrer d'une manière similaire à leurs homologues in vivo, dans le montage expérimental décrit ici, ils n'ont pas d'interactions avec d'autres composants RMS telles que les astrocytes et les vaisseaux sanguins, ce qui contribue également à réguler leur motilité 9,29, 30. Ce problème peut être réglé à l'avenir par l'optimisation des systèmes de modèle de co-culture en trois dimensions.
En conclusion, la combinaison nucléofection avec un test de migration 3D représente un outil précieux pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacentsla migration des neuroblastes. Cette procédure expérimentale fournit une méthode initiale, rapide et relativement simple d'évaluer le rôle des régulateurs candidats de la migration des neuroblastes, qui peut encore être validées par d'autres approches comme in vivo postnatale électroporation et imagerie time-lapse de cultures tranche de cerveau 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été financé par une subvention de projet de fiducie Wellcome attribué à PD et GL (089236/Z/09/Z). SG a été soutenue par une bourse d'études de doctorat en biotechnologie et Conseil de recherches en sciences biologiques. Nous remercions Matthieu Vermeren pour le genre de cadeau du vecteur shRNA et Jennifer Shieh pour de précieux conseils sur neuroblastes nucléofection.
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15140-122 | |
2.5% Trypsin-EDTA (10x) | Gibco | 15090-046 | store 200 µl aliquots at -20 °C |
DNAse I Vial (D2) | Worthington | LK003170 | ≥1,000 units per vial; store 50 µl aliquots at -20 °C |
Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 11960-044 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Hyclone | SH3007902 | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103-049 | |
B27 supplement | Invitrogen Life Technologies | 17504044 | |
L-Glutamine (200 mM) | Invitrogen Life Technologies | 25030-081 | |
D-(+)-Glucose solution (45%) | Sigma-Aldrich | G8769 | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, Growth Factor Reduced (GFR), Phenol Red-free, 10 ml, LDEV-Free | BD Biosciences | 356231 | prepare 120 µl aliquots at 4 °C, then store at -80 °C |
PFA | Sigma-Aldrich | 441242 | |
Sucrose | BDH | 102745C | |
Goat serum | Sigma-Aldrich | 69023 | |
Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
BSA | Fisher Chemical | BPE9701-100 | |
Dako fluorescence mounting medium | Dako | S3023 | |
Rat neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1003 | |
Mouse neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1001 | |
Microsurgical knife | Angiotech | 7516 | |
McIlwain tissue chopper | The Mickle Laboratory Engineering Company | ||
Nucleofector II | Lonza |