הגירת neuroblast היא צעד חיוני בנוירוגנזה לאחר לידה. הפרוטוקול מתואר כאן ניתן להשתמש בם כדי לחקור את התפקיד של רגולטורים מועמד של הגירת neuroblast ידי העסקת nucleofection DNA / RNA סיכת הראש קטן (shRNA) וassay הגירת 3D עם neuroblasts מבודדת מהזרם הנודדות מקורי לאחר הלידה המכרסם.
אזור subventricular (SVZ) הממוקם בקיר לרוחב של החדרים לרוחב ממלא תפקיד מהותי בneurogenesis למבוגרים. באזור מוגבל זה של המוח, תאי גזע עצביים להתרבות וליצור כל הזמן neuroblasts שנודדים בנקודת השקה ברשתות לאורך הנחל מקורי נודד (RMS) כדי להגיע לנורת חוש הריח (OB). פעם אחת בOB, neuroblasts לעבור להגירה רדיאלי ולאחר מכן להתמיין לתאים בוגרים מסוגלים לשלב ברשת העצבית שכבר קיימת. הגירת neuroblast הנכונה היא צעד מהותי בנוירוגנזה, על מנת להבטיח את ההבשלה הפונקציונלית הנכונה של נוירונים יילוד. בהתחשב ביכולת של neuroblasts נגזר SVZ להתמקד באזורים פגועים במוח, חוקר את המנגנונים תאיים בבסיס תנועתיות שלהם לא רק לשפר את ההבנה של נוירוגנזה אלא גם עשוי לקדם את הפיתוח של אסטרטגיות neuroregenerative.
כתב יד זה מתאר מפורטפרוטוקול עבור transfection של מכרסם העיקרי RMS neuroblasts לאחר לידה והניתוח של תנועתיות שלהם באמצעות במבחנה assay הגירת 3D משחזר מצבם של הגירה ציין in vivo. שתי neuroblasts החולדה והעכבר יכולה להיות במהירות וביעילות transfected באמצעות nucleofection גם עם ה-DNA פלסמיד, סיכת ראש קטן RNA (sh) או התערבות קצרה (si) oligos RNA מיקוד גנים של עניין. כדי לנתח את ההגירה, תאי nucleofected הם reaggregated ב'טיפות תלויות 'ולאחר מכן משובץ במטריצה תלת ממדית. Nucleofection כשלעצמו אינו פוגעים באופן משמעותי את ההגירה של neuroblasts. טיפול תרופתי של neuroblasts nucleofected וreaggregated גם ניתן לבצע כדי ללמוד את התפקיד של איתות מסלולים מעורבים בהגירה neuroblast.
ביונקים לאחר הלידה המוח, הדור של נוירונים חדשים (נוירוגנזה) מתרחש לאורך כל חיים, והוא מוגבל לשתי נישות נוירוגנית: אזור subventricular (SVZ) של החדרים לרוחב ואזור subgranular של gyrus משוננת של ההיפוקמפוס 1. מספר מחקרים שנעשו לאחרונה הראו את התפקיד החשוב של neurogenesis למבוגרים בהנחיית משימות למידה וזיכרון 2,3. יתר על כן, ראיות של התפשטות וגיוס של אבות עצביים בעקבות פגיעה מוחית 4-7 מעלה את האפשרות של הפעלה תרופתית הנוירוגנזה בתיקון עצבי.
נוירוגנזה אחרי לידה מוסדרת בקפדנות בכל שלביה, הכוללים ריבוי עצבי אב, הגירה, התמיינות, הישרדות, ואינטגרציה הסינפטי סופית של נוירונים שזה עתה נולד 8. אבות עצביים (neuroblasts) שמקורם בתאי גזע בSVZ נודדים על פני מרחקים גדולים באמצעות הנודדות מקוריזרם (RMS) לכיוון הנורה חוש הריח (OB) שבו הם יבשילו לנוירונים פונקציונליים 9. neuroblasts נודדת הן בעיקר חד קוטבי, עם גוף תא מוארך הארכת תהליך מוביל אחד. תאים אלה עוברים ברשתות באופן קולקטיבי, מחליקים על אחד 10 אחרת. הגירה היא צעד חיוני להבשלה המאוחרת של אבות נגזרים SVZ לנוירונים פונקציונלי 11 ונשלטת על ידי גורמים רבים ומולקולות הנחיה כוללים: מולקולת polysialylated העצבית הידבקות תא (PSA-NCAM) 12, 13 Ephrins, Integrins 14, 15 חרכים, צמיחת גורמי 16 ונוירוטרנסמיטורים 17, לעומת זאת המנגנונים המולקולריים שבבסיס התהליך הזה אינם מובנים במלואם. חוקר את מסלולי איתות תאיים הסדרת הגירת neuroblast לא רק לספק הבנה טובה יותר של neurogenesis למבוגרים, אלא גם יתרום להתפתחות הטיפולית החדשגישות לקידום תיקון מוח.
כתב יד זה מתאר פרוטוקול מפורט ללמוד את התפקיד של רגולטורים מועמד של הגירת neuroblast במבחנה באמצעות nucleofection וassay הגירת 3D. Nucleofection הוא טכניקת transfection תא המבוססת על שיטה משופרת של electroporation. הנוכחי תאים מהסוג ספציפי חשמל ופתרון nucleofection לאפשר ההעברה של מקרומולקולות polyanionic כגון וקטורי DNA וshRNA וoligonucleotides siRNA ישירות לתוך גרעין התא וtransfection היתר של החלוקה לאט או mitotically תאים פעילים כמו תאי עצב עובריים ויונקים 18. שיטה זו היא מהירה, קלה יחסית לביצוע והתוצאות בtransfection השחזור מאוד של מגוון רחב של סוגי תאים, כולל תאי עצב וneuroblasts 19-21 העיקריים.
דיסוציאציה של רקמת RMS מאפשרת הבידוד של neuroblasts נודד, אשר ניתן nucleofected בהצלחה עם ה-DNA / SHRוקטורי NA או oligos siRNA מיקוד גנים של עניין. בעקבות nucleofection, neuroblasts הם reaggregated בתליית טיפות ומשובצות לאחר מכן במטריצת Matrigel תלת ממדי. תנאים אלה מאפשרים neuroblasts להגר אל מחוץ לאגרגטים התא משחזרים את מצב ההגירה נצפה in vivo, ובכך לספק מערכת מודל מצוינת לחקור מסלולי איתות מעורבים בהגירה neuroblast ולהעריך את השפעתם של טיפולים תרופתיים בתנועתיות של תאים אלה.
ההגירה של neuroblasts לאורך RMS למיקום הסופי בOB היא צעד מהותי בנוירוגנזה לאחר לידה. עם זאת, המנגנונים המולקולריים השליטה תהליך מורכב זה הם רחוק מלהיות מובן במלואו.
הליך הניסוי המתואר כאן מאפשר הלימוד של הגירת neuroblast במבחנה. יש לנו להתאים פרוטוקול שפורסם בעבר לבידוד neuroblasts RMS מתחילת עכבר או חולדה 25 לאחר לידה. כדי להשיג תוצאות אופטימליות חשוב להשתלט על הצעד לנתיחה, שכן הוא חיוני כדי לשמור על מרווח הזמן בין הנתיחה וnucleofection למינימום. לאחר nucleofection, ניתן reaggregated neuroblasts, משובץ במטריצה תלת ממדית והשאיר להגר על פני תקופה hr 24. לחלופין, למטרות אחרות מהגירה (למשל immunofluorescence או ניתוח כתם מערבי), תאים יכולים להיות מצופים מייד לאחר nucleofection על polyornithine/laminin-coverslips מצופה, שבו הם ישרדו עד 4-5 ימים. neuroblasts העכבר והחולדה להעביר בMatrigel במידה דומה, עם זאת תאי עכבר מופיעים יש נטייה חזקה יותר להעברה ברשתות מאשר תאי חולדה.
בהתאם למטרה של המחקר, ניתן nucleofected neuroblasts עם פלסמידים שונים קידוד חלבוני ניאון או חלבונים מסוג / מוטציה פראיות של עניין. לפלסמידים ביטוי חלבון אופטימליים עם אמרגן CAG (אמרגן β-אקטין עם משפר CMV ו poly-זנב גלובין β) 26 מומלצים ביותר. יתר על כן, ניתן nucleofected oligos siRNA או פלסמידים shRNA למציאת מטרות של עניין. דלדול חלבון יעיל ניתן דמיינו ידי immunofluorescence או על ידי כתם מערבי (בדרך כלל lysing אגרגטים מוטבעים מגור חולדה 1 עם 50 μl של חיץ תמוגה הסטנדרטי).
Nucleofection הוא שיטה פשוטה יחסית לtransfect neuroblasts הראשונית, מציע אלטרנטיבה קלה יותר ומהירה יותר לVItransfection RAL וקטור בתיווך, והוא יכול להשיג יעילות transfection (~ 70-80%) גבוהה. זה קריטי כדי לעבוד במהירות במהלך הליך nucleofection, מאז שעזב את neuroblasts בפתרון nucleofection במשך זמן ממושך באופן דרסטי מפחית את כדאיויות תא.
תשואת התא הממוצעת מנתיחת RMS היא נמוכה יחסית לעכברי P7 (~ 5 x 10 5 תאים / מוח) בהשוואה לחולדות P7 (~ 1 x 10 6 תאים / מוח) ולפחות 3 x 10 6 תאים לכל nucleofection נדרשים כדי להשיג transfection עם ~ 50% ביעילות. יתר על כן, neuroblasts העכברוש מופיעה להתנגד עדיף nucleofection לעומת neuroblasts עכבר. לכן, גורי חולדה לאחר הלידה מוקדמת (P6-P7) עשויים לייצג מקור neuroblast נוח, גם בהתחשב בכך שהארגון של RMS חולדה והעכבר להפליא סימי27 lar וכי היקף הגירת neuroblast חולדה ועכבר במבחנה הוא גם דומה. רצוי לא לשמור את אשכולות reaggregated של neuroblasts nucleofected בהשעיה לזמן רב יותר מאשר 48 שעות כדי למנוע תופעות חריגות על מורפולוגיה של תאים והגירה (התצפיות שלא פורסמו שלנו).
Assay 3D המתואר כאן יכול לשמש כדי לכמת הגירת neuroblast בנקודת זמן קבועה לאחר ההטבעה במטריצה (למשל. 24hr). אגרגטים בגדלים שונים ניתן להשתמש בניתוח, שכן אין קשר מובהק בין הגודל של אגרגטים ומרחק הגירה (תצפיות שלא פורסמו שלנו). כדי להמחיש עוד יותר לחקור את הדינמיקה של הגירת neuroblast, ניתן להשתמש בהדמיה הזמן לשגות. מומלץ לבצע את ניתוח ההגירה בתוך מרווח שעות 24 לאחר ההטבעה, שכן המהירות של neuroblasts מופיעה כדי להקטין באופן דרסטי בנקודות זמן ארוכות יותר (תצפיות שלא פורסמו שלנו). </ P>
ישנן מספר מגבלות לפרוטוקול זה. ראשית, nucleofection יכול עד כה לשמש לneuroblasts המכרסם לאחר לידה המוקדמת, ואילו זיהום עם וקטורים ויראליים נשאר השיטה transfection היעילה ביותר לneuroblasts המבוגר 28. שנית, במבחנה assay ההגירה לא לשחזר באופן מלא את הארכיטקטורה המורכבת של RMS נצפה in vivo. ואכן, למרות שneuroblasts לשמור על היכולת להעביר באופן דומה לin vivo עמיתיהם, בהגדרת הניסוי שתוארה כאן חסר להם אינטראקציות עם רכיבי RMS אחרים כגון האסטרוציטים וכלי דם, שגם תורמים לתנועתיות שלהם לווסת 9,29, 30. בעיה זו עלולה להיות מופנה בעתיד על ידי אופטימיזציה של מערכות מודל coculture תלת ממדי.
לסיכום, שילוב של nucleofection עם assay הגירת 3D מייצג כלי רב ערך כדי להבין טוב יותר את המנגנונים המולקולריים שבבסיסהגירת neuroblast. הליך ניסיוני זה מספק שיטה ראשונית, מהירה ופשוטה יחסית כדי להעריך את התפקיד של רגולטורים מועמד של הגירת neuroblast, שבו ניתן תוקף נוסף על ידי גישות אחרות כמו in vivo electroporation לאחר הלידה והזמן לשגות הדמיה של תרבויות פרוסה מוח 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו מומנה על ידי אמון פרויקט גרנט Wellcome הוענק לפ"ד וGL (089236/Z/09/Z). SG נתמכה על ידי ביוטכנולוגיה ומלגת לימודים לתואר שלישי מחקר מדעי הביולוגיה מועצה. אנו מודים למתיו Vermeren על מתנת סוג של וקטור shRNA וג'ניפר Shieh לייעוץ רב ערך על nucleofection neuroblast.
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 |