이 프로토콜은 출생 후 생쥐 또는 쥐의 신 피 질 및 해 마 로부터 형광 GABAergic 또는 glutamatergic 뉴런의 정제 및 배양을 위한 세포 선별 방법을 설명 한다.
이 프로토콜의 전반적인 목표는 GABAergic 또는 glutamatergic 뉴런에서 파생 된 정제 된 뉴런 배양 물을 생성 하는 것입니다. 정제 된 뉴런은 16 일 동안 시험관 내에서 정의 된 배지에서 배양 될 수 있으며, 전기 생리학적, 형태학 적 및 생존 분석을 포함 하 여 해리 된 배양 물에서 통상적으로 수행 되는 모든 분석을 가능 하 게 한다. 이러한 배양의 주요 이점은 신경 교 세포 또는 다른 뉴런 유형에 서 발생 하는 것과 같은 복잡 한 외부 영향이 없는 특정 세포 유형이 선택적으로 연구 될 수 있다는 것 이다. 그러나 순화 한 세포를 가진 실험을 계획할 때, 신경 세포는 그들의 성장과 생존을 위한 글 리아 컨디셔닝 된 매체에 강하게 의존 한다는 것을 주의 하는 것이 중요 합니다. 또한, glutamatergic 뉴런은 시 냅 스 전달의 확립에 대 한 글 리-분 비 인자에 의존 한다. 따라서 우리는 또한 신경 세포를 비 접촉 배열로 배양 하는 방법을 기술 한다. 이러한 방법을 사용 하 여, 우리는 GABAergic 및 glutamatergic 뉴런 네트워크의 개발 사이의 주요 차이점을 확인 했습니다. 따라서, 정제 된 뉴런의 문화를 연구 하는 것은 신 경계가 어떻게 발전 하 고 기능 하는지에 대 한 우리의 이해를 촉진 하기 위한 큰 잠재력을가지고. 더욱이, 정제 된 배양 물은 약리학 적 제제, 성장 인자 또는 특정 세포 유형에 대 한 유전적 조작의 결과를 탐구 하기 위한 직접적인 작용을 조사 하는데 유용할 수 있다. 더 많은 형질 전환 동물이 사용할 수 있게 되 면, 관심의 추가 특정 세포 유형에 라벨링, 우리는 여기에 설명 된 프로토콜이 그들의 적용 가능성과 잠재력에 성장할 것으로 예상.
세포 분류는 세포의 이종 혼합물 로부터 관심 있는 살아있는 세포를 분리 하기 위한 강력한 도구입니다. 세포는 형광 표지1,2의 발현 뿐만 아니라 크기 및 형태 기준에 기초 하 여 정렬 될 수 있다. 종종 형광 단-공액 항 체는 세포 특이 적 표면 항 원을 표적화 하 여 별개의 세포 유형에 라벨을 지정 하는데 사용 된다3,4. 대안적으로, 형질 전환 동물 또는 바이러스 전달 시스템은 세포 특이 적 프로모터5,6하에서 형광 단을 발현 하도록 설계 되었다. 역사적으로, 형질 전환 도구 및 동물의 개발은 비용과 시간이 많이 소요 되었습니다. 최근에는 비용 절감과 기술적인 어려움이 적기 때문에 사용 가능한 리포터 회선 수가 크게 증가 했습니다. 형질 전환 도구 및 리포터 동물의 가용성이 계속 해 서 증가 함에 따라 형광 기반 세포 선별 방법의 유용성 및 적용 성이 있어야 한다.
우리는 최근 세포 배양7에 대 한 준비에서 일차 뉴런을 정제 하기 위해 형질 전환 동물 로부터 세포 선별을 일상적으로 적용할 수 있음을 입증 하였다. 쥐 또는 마우스 중 하나에서 세포를 선별 함으로써, 우리는 GABAergic 또는 glutamatergic 뉴런6,9중 어느 하나에 특이 적으로 형광 리포터 단백질을 발현 하는 형광 뉴런을 분리 하 고 배양 할 수 있었다. 이러한 정제 된 뉴런 배양 물을 연구 함으로써, 우리는 GABAergic 및 glutamatergic 뉴런 들이 시 냅 스 전송7의 확립에 대 한 글 리 분 비 인자에 의존 하는 방식에서 중요 한 차이를 확인할 수 있었다. 추가적으로, 정제 된 뉴런을 가진 신경 교 세포를 공동 배양 함으로써, 신경 교 세포 들이10,11의 성장 및 생존에서 재생 하는 중요 한 역할을 보여주는 이전의 관측 들을 확대할 수 있었다. 따라서, 세포 분류와 세포 배양의 조합을 통해 서, 우리는 고립 된 특정 뉴런 유형의 개발 뿐만 아니라 그들의 기능에 신경 교 세포의 영향을 조사할 수 있었습니다.
우리는 여기에 형질 전환 쥐 또는 쥐의 피 질 및 해 마 로부터 GABAergic 및 glutamatergic 뉴런의 정제 및 배양을 위한 프로토콜을 제시 한다. 우리는 또한가이 슬 러 외12에서 적응 된 정제 뉴런 및 신경 교 세포의 비접촉 공동 배양을 위한 방법을 제시 한다. 정제 된 GABAergic 배양 물을 생성 하기 위해, 우리는 VGAT-비너스 로부터 형광 뉴런 들을 선별 하 여,이를 선택적으로 > 95%의 향상 된 황색 형광 단백질 변이체 (Venus)를 발현 하는 Wistar 랫 트8 또는 Vgat-비너스 마우스 (13) 대뇌 피 질의 GABAergic 뉴런. 순화 된 glutamatergic 문화를 생성 하기 위하여는, 우리 NexCre에서 형광 성 뉴런을 분류 했습니다; Ai9 마우스 (6)는 대뇌 피 질 glutamatergic 뉴런에서 tdtomato를 발현 한다. 전체 선별 및 배양 절차는 3-4 h 내에서 수행 될 수 있으며 전기 생리학적, 형태학 적 및 세포 생존 분석에 적합 한 수백 개의 복제 배양을 생성 하는 데 사용 될 수 있습니다. 이 방법은 간단 하 고 재현 가능 하며 관심 있는 세포 유형에 대해 97% 이상의 순수 한 정제 된 뉴런 배양 물을 생산할 수 있습니다.
우리는 여기에 정제 된 신경 세포 배양 물을 생성 하기 위해 일차 뉴런의 선별 및 배양을 결합 하는 방법을 설명 합니다. 이 방법은 일반적인 일차 해리 된 뉴런 배양 프로토콜 보다 약 1 시간 이상 소요 되지만, 특정 뉴런 유형을 포함 하는 수백 개의 복제 배양을 생성 하는 것을 허용 한다. 정제 된 뉴런은 적어도 16 일 동안 단독으로 성장할 수 있으며, 축 삭과 모 수석을 연장 하 고 활동 전위의 반복적인 기차를 발사할 수 있습니다 (그림 2 와 그림 3). 중요 하 게는, 이들 세포는 전기 생리학적, 형태학 적 및 생존 분석을 포함 하는 규칙적인 일차 해리 된 뉴런 배양 물과 동일한 실험적 분석을 가능 하 게 한다. 이러한 정제 된 배양 물에 대 한 작업의 주요 이점은 특정 세포 유형의 개발이 단독으로 연구 될 수 있다는 것 이다. 정제 된 배양 물의 개발을 지원 하기 위해, 우리는 또한 신경 교 세포와 정제 뉴런을 공동 배양 하기 위한 프로토콜을 제시 한다. 이전에 나타난 바와 같이, 신경 교 세포로 정제 된 뉴런을 공동 배양 하 여 생존 율을 높이고, 성장을 촉진 하 고, 네트워크 형성7 을 촉진할 수 있다 (도 4). 따라서, 우리는 여기에 글 리아-신경 상호 작용의 연구를 추가 해야 하는 방법의 조합을 제시 하 고 관심의 다른 세포 유형의 개발 및 상호 작용을 연구 하는 데 유용 증명할 수 있습니다.
정제 된 glutamatergic 뉴런의 배양에 관한 연구는 신경 네트워크 및 시 냅 스 형성의 발달을 촉진 하는 신경 교 세포 인자를 분 비 하는 방법에 대 한 근본적인 통찰을 밝혀 내었다16,17,18 . 일반적으로 특정 뉴런 유형을 정화 하는 방법은 GABAergic 뉴런 보다는 glutamatergic 뉴런의 개발을 연구 하는 데 더 성공적으로 적용 되었습니다. 이것은이 두 세포 유형이 어떻게 발전 하는지에 대 한 우리의 이해에서 차이를 이끌어 냅니다. GABAergic과 glutamatergic 뉴런은 해부학, 생리학 및 발달 기원 측면에서 크게 차이가 나는 것을 감안할 때, 우리는 그들의 기능과 생리학을 더 잘 이해 하기 위해 자신의 권리로 GABAergic 뉴런을 연구 하는 것이 중요 합니다. 여기에 제시 된 프로토콜을 사용 하 여, 우리는 이전에 GABAergic 및 glutamatergic 뉴런은 시 냅 스 전송7의 확립에 대 한 글 리 분 비 요인에 의존 하는 방법에 중요 한 차이점을 확인 했습니다. 이 프로토콜을 게시 함으로써 우리는 다른 사람들이 뉴런 및 신경 교 세포 사이의 중요 한 상호 작용에 대 한 더 많은 통찰력을 얻을 수 있기를 바랍니다.
이 프로토콜에서, 우리는 다른 형질 전환 설치류 라인에서 GABAergic 또는 glutamatergic 뉴런을 정제 하는 데 사용 하는 유 세포 분석 기반의 세포 선별 방법을 설명 합니다. 비너스 포지티브 GABAergic 뉴런은 VGAT 금성 마우스 (13 ) 또는 쥐 (8 )와 tdtomato 양성 glutamatergic 뉴런 으로부터 정렬 되어 nexcre 로부터 정렬 되었다; Ai9 마우스 (NexCre9 및 Ai9 리포터 라인6에서 원래 사육, 20187)를 참조 하십시오. 최근 몇 년 동안, 기술 발전으로 인해, 형질 전환 동물의 생성이 현저 하 게 쉬워진다. 따라서 형광 분자를 발현 하는 동물의 가용성은 다양 한 세포 유형에 서 급격히 증가 하 고 있습니다. 이것은, 차례로, 형광 활성화 한 세포 분류의 사용 그리고 적용 성을 증가 시켰습니다. 관심 있는 세포를 분리 하는 대안적 방법은 현재16,19,20이 존재 하지만, 자연적으로 발생 하는 표면에 대 한 적절 한 항 체의 가용성에 대 한 의존성에 의해 다소 방해 된다 항. 이것은 이미 유효한 많은 세포 특정 형질 전환 리포터 동물에서 세포를 분류 하기 위하여 이용 될 수 있는 형광 근거한 세포 분류 방법과 비교 될 때 그들의 다양성을 제한 합니다. 그럼에도 불구 하 고 최적화 된 항 체 기반 선별 방법은 신속 하 고 높은 항복이 가능 하며, 축 삭과 모 수석으로 세포를 정제 할 수 있게 함으로써 세포 해부학을 더 잘 보존 할 수 있습니다21. 따라서 선별 전략을 결정할 때 항 체 선별 방법이 여전히 고려 되어야 합니다. 궁극적으로, 관심의 세포 유형, 세포가 정렬 되어야 하는 나이, 형질 전환 동물 또는 표면 항 원의 가용성 및 필요한 세포 수는 가장 적합 한 선별 전략을 선택할 때 결정적인 요인이 될 것 이다.
형광 기반 세포 선별은 세포를 정화 하는 간단 하 고 재현성 있는 방법 이지만, 세포 품질을 유지 하기 위해서는 프로토콜의 특정 단계에서 주의를 기울여야 합니다. 예를 들어, 각각의 원심 분리 단계에 따라, 세포 펠 렛이 가능한 한 빨리 재 현 탁 되 고 세포가 성공적으로 회복 되었는지 확인 하는 것이 중요 합니다. 때때로, 상 등 액을 제거할 때 세포 펠 렛이 교란 될 수 있다. 따라서 원심 분리 단계 사이에서 현미경으로 세포의 존재를 확인 하 여 광범위 한 세포 손실을 배제 하는 것이 좋습니다. 세포 도금 후에, 세포는 먹이 기 전에 적어도 1 시간 동안 고착 하는 것이 허용 되어야 합니다. 세포가 너무 빨리 공급 되 면 일부 세포가 커버 슬립에서 빠질 수 있으므로 배양 밀도가 감소 합니다. 배양 후 1 시간 후에는 세포 건강을 평가 하는 것이 좋습니다. 세포가 건강 하 게 나타나지 않는 경우 (건강 한 세포의 예가 도 2a에 도시 되어 있음), 또는 현저한 세포 사 멸이 있는 경우,이는 해리 또는 선별 과정 중에 문제의 징후 일 수 있다. 더 중요 한 고려 사항은, 임의의 세포 유형을 배양 할 때, 세포 배양 배지를 관리할 때 주의 하는 것 이다. NBA 미디어에는 pH 지시약22로 작용 하는 페 놀 레드가 포함 되어 있습니다. 미디어가 너무 황색으로 되 면, 이것은 pH가 너무 산 성이 있음을 나타낸다; 미디어가 너무 분홍색이 되 면 용액이 너무 알칼리 성 임을 나타냅니다. 스톡 솔루션은 오랜 기간 동안 개방, 특히 원추형 튜브에 인용 된 미디어는 시간이 지남에 따라 더 알칼리 성이 되는 경향이 있습니다. 그것은 따라서 매주 신선한 완전 한 NBA 미디어를 구성 하는 것이 좋습니다 매 2 주마다 전체 미디어 (대기 조건에서 중간 버퍼 따라서 더 안정적 이어야 한다). 이러한 점을 고려 하 여 세포 선별 및 세포 배양 장비에 액세스 할 수 있는 모든 실험실에서 정제 된 세포 배양을 확립 할 수 있어야 합니다.
우리의 실험의 대부분에서 우리는 단일 동물에서 정제 된 문화를 생산. 그러나 생화학 적 분석을 위해 세포를 정화 할 때 분류를 위해 여러 동물을 함께 풀 해야 할 수도 있습니다. 우리는 위의 프로토콜을 사용 하 여 8 배아 마우스 (배아 날 13 마리의 동물)까지 성공적으로 정렬 했습니다 (데이터는 표시 되지 않음). 그러나, 더 많은 동물이 정렬 될 경우, 조직 양의 증가를 수용 하기 위해 파파 인 및 BSA 용액 (2.1.4 단계에서 설명)의 부피를 증가 시킬 필요가 있을 수 있다. 추가적으로, 더 많은 세포가 문화에서 도금 되는 경우에, 더 빈번한 먹이 일정은 요구 될 수 있습니다. 시작 점으로 서, 세포는 컨디셔닝 된 미디어의 100 µ L을 제거 하 고 신선한 완전 한 NBA 미디어의 200 µ L을 추가 하 여 7 일 마다 공급 될 수 있습니다. 신경 생존을 위해, 더 많은 동물을 분류 하는 경우, 가능한 한 많은 정렬 시간을 최소화 하기 위해 생각 해야한다. 이는 정제 된 세포를 효율적으로 사용 하기 위해 다운스트림 분석을 신중 하 게 최적화 해야 하는 경우가 많습니다. 우리는 600 이벤트의 속도로 마우스 뉴런을 일상적으로 분류 했으며, 동물 당 최대 500000-800000 세포 (출생 후 0 ~ 2 일)에 해당 합니다. 그러나, 이것은 정렬 속도 및 조건의 철저 한 최적화 없이 했다. 따라서 정렬 속도 및 수율의 추가 개선이 가능 해야 합니다.
정제 된 뉴런은 생존을 위해 글 리아 컨디셔닝 미디어가 필요 합니다. 이는 신경 교 컨디셔닝 배지10으로 뉴런을 치료 하기 전에 뉴런 및 신경 교 세포를 별도로 배양 하 여 이전에 입증 되었다. 우리의 실험에서, 우리는 세포 배양 접시 내부에 배치 되는 반 투과성 세포 배양 삽입물에 신경 교 세포를 배양 하 여 정제 된 뉴런을 지원 하기로 결정 했습니다. 이 방법은 신경 교 유래 세포 외 기질 단백질과 뉴런 (12)과의 상호작용을 연구 하기 위해 성공적으로 적용 되었다. 이러한 방법에 의해 제공 되는 비 접촉, 연속 지 지체는 세포의 별개의 배양 물에 비하여 많은 장점을 가진다. 가장 주목할만 하 게, 신경 교 세포의 공동 배양은 생체 내 상황을 더욱 유사 하 게 하는 세포 배양 배지를 지속적으로 조절 하 고 컨디셔닝 할 수 있게 한다. 또한, 세포의 연속적인 공동 배양은 분리 된 배양 물에서 불가능 한 신경 세포와 글 리아 사이에 잠재적인 피드백 시그널링을 허용 한다. 우리의 프로토콜에서, 필요 하다 면, 연속적인 공동 배양 방법은 쉽게 생략 될 수 있고 글 리아 컨디셔닝 배지를 갖는 뉴런의 고전적 치료가 수행 될 수 있다.
요약 하자면, 여기에 제시 된 프로토콜은 독자에 게 자신의 정제 된 세포 배양 실험을 확립 할 수 있는 견고한 기초를 제공 하는 것을 목표로 합니다. 우리는 형질 전환 동물 및 바이러스 성 작 제물이 예측 가능한 미래를 위해 계속 증가할 것 이라는 것을 예상 합니다. 따라서 형광에 기초한 세포 선별 기술은 더욱 널리 사용 되 고 가치 있게 될 가능성이 있다.
The authors have nothing to disclose.
저자 들은 제니 키 쉬와 아나 테이 뮬러가 제공 하는 우수한 기술 지원에 대해 감사 하 고 싶다. 유 세포 분석 핵심 시설, 도이체스 레 우 스, 베를린. 생존 분석에 대 한 도움을 주셔서 감사 드립니다. 또한, 리 타 Loureiro에 게 그 프로토콜의 중요 한 판독을 위해 형광 마우스와 크리스티안 Ebner의 이미지를 포착 하는 데 도움을 주셔서 감사 하 고 싶습니다. VGAT-비너스 트랜스 제 닉 쥐는 일본의 생리 과학 연구소에서 pCS2를 사용 하 여,이 야 나가와 키 박사에 의해 생성 되었다. 이 작품은 독일 연구 위원회에 의해 지원 되었다 (도이치, DFG EXC 257에 IV).
Neural Basal A media (NBA) | ThermoFisher Scientific | 10888022 | Cell Culture Buffer |
B27 | ThermoFisher Scientific | 17504001 | Culture supplement |
Glutamax | ThermoFisher Scientific | 35050-038 | Culture supplement |
Penicillin Streptomycin (10,000 U/mL) | ThermoFisher Scientific | 15140-122 | Antibiotic |
Poly-L-Lysine | SIGMA | P1399 | Coverslip coating |
Papain | SIGMA | P4762-1G | Enzyme |
Bovine Serum Albumin | SIGMA | A3294-100G | Serum |
Hibernate A low fluorescence media | Brain Bits Ltd | HALF | Cell Transport media |
Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM) | Biochrom | F0435 | Glial Culture Buffer |
Fetal Calf Serum (FCS) | Biochrom | S0115 | Serum |
Trypsin / EDTA | Biochrom | L2163 | Enzyme |
Fine Tip Pasteur Pipette | Neo Labs | – | Used for trituration of cells |
24-well plates | BD | 353047 | Culture plate |
50 mL Falcon tubes | BD | 352070 | – |
15 mL Falcon tubes | BD | 352096 | – |
Glass coverslips: 12 mm round | Roth | P231.1 | – |
35 mm Petri dish | Corning | 353001 | – |
100 mm Petri dish | Corning | 353003 | – |
30 µm CellTrics Cell Sieve | sysmex | 04-004-2326 | To remove cell clumps before cell sorting |
Round bottom polystyrene tubes | BD | 352054 | Transport tube for sorted cells |
Round bottom polypropylyne tubes | BD | 352063 | Collection tube for sorted cells |
Cell culture inserts – 0.4 µm transparent PET | Falcon | 353 095 | For the co-culture of neurons and glia |
Extra fine Bonn Scissors | Fine Scientific Tools | 14084-08 | To remove overlying skin and bone of mice |
Extra narrow Scissors | Fine Scientific Tools | 14088-10 | To remove overlying skin and bone of rats |
Forceps | Fine Scientific Tools | 11242-40 | To hold the head in place |
Spatula (130 mm long / 5 mm tip width) | Fine Scientific Tools | 3006.1 | To remove the brain to filter paper |
Scalpel Blades | Swan-Morton | #0308 | To mechanically dissociate neural tissue |
Haemocytometer (Neubauer Imroved) | Optik Labor | – | To cell count dissociated cells |
Fluorescent Miners Goggles (excitation light) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FHS/LS-1G | To excite TdTomato |
Fluorescent Miners Goggles (emission filter) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FHS/EF-4R2 | Td Tomato compatible emission filter |
Fluorescent Miners Goggles (excitation light) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FS/ULS-02B2 | To excite Venus |
Fluorescent Miners Goggles (emission filter) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FS/TEF-3GY1 | Venus compatible emission filter |
Mouse-Anti-GFP primary antibodies | UC Davis | 75-132 | To enhance Venus signal following fixation |
Mouse-Anti-GFAP primary antibodies | SIGMA | G-3893 | The identification of reactive astrocytes |
Rabbit-Anti-CD11b primary antibodies | Southern Biotech | 1561-15 | The identification of microglial cells |
Rabbit-Anti-MBP primary antibodies | Millipore | AB980 | The identification of oligodendrocyes |