Homochronic trasplante de precursores de interneurona en cerebros de ratón Postnatal temprana
Summary
Desafiando las neuronas jóvenes en nuevas regiones del cerebro puede revelar penetraciones importantes en cómo el entorno esculpe maduración y destino neuronal. Este protocolo describe un procedimiento para cosechar precursores interneurona de regiones específicas del cerebro y transplantarlas o homotopically o heterotopically en el cerebro de crías de postnatales.
Abstract
Maduración y la determinación de destino neuronal requiere una interacción intrincada entre señales ambientales y programas genéticos. Sin embargo, desenmarañar los papeles de intrínseca vs extrínsecos mecanismos que regulan este proceso de diferenciación es un enigma para los neurobiólogos del desarrollo. Este problema se magnifica por interneuronas GABAérgicas, una población celular muy heterogénea que nace de las estructuras embrionarias transitorias y se someten a una prolongada fase migratoria para dispersar en el telencéfalo. Para explorar cómo diferentes cerebro entornos afectan interneurona suerte y maduración, desarrollamos un protocolo para recolección de precursores de fluorescencia etiquetada interneurona inmaduros de regiones específicas del cerebro de ratones recién nacidos (P0-P2). A esta edad, la migración de interneurona es casi completa y estas células residen en sus entornos descanso finales con relativamente poca integración sináptica. Siguiendo la colección de unicelular mediante citometría de flujo, estos precursores de la interneurona se trasplantan en P0 P2 cachorros postnatales de tipo salvaje. Realizando ambos homotópicas (por ejemplo, corteza a corteza) o heterotópico (por ejemplo, corteza a hipocampo) trasplantes, uno puede evaluación cómo desafiante interneuronas inmaduros en los nuevos entornos del cerebro afecta a su destino, la maduración y la integración del circuito. Cerebro puede ser cosechado en ratones adultos y ensayaron con una amplia variedad de análisis posthoc de las células injertadas, incluyendo inmunohistoquímica, electrofisiológicos y transcripcional de perfiles. Este planteamiento general proporciona a los investigadores con una estrategia de análisis cómo distintos ambientes de cerebro pueden influir en numerosos aspectos del desarrollo de la neurona e identificar si características neuronales específicas son conducidas principalmente por programas genéticos de cableado o señales ambientales.
Introduction
Función cortical adecuada requiere un equilibrio entre las neuronas excitatory de la proyección e inhibitorios interneurons de GABAérgico, una población muy heterogénea con morfologías distintas, propiedades electrofisiológicas, conectividad y neuroquímicos marcadores. Función de interneuronas (y subgrupos específicos interneurona) y desarrollo anormal se ha relacionado con la Patobiología de trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia, autismo y epilepsia1,2,3. Además, muchos genes implicados en estos trastornos cerebrales se enriquecen fuertemente en interneuronas joven4. Por lo tanto, una mayor comprensión de los mecanismos que regulan la maduración y la determinación del destino de interneurona es necesario para comprender el desarrollo normal y las posibles etiologías de numerosas enfermedades del cerebro.
Interneuronas de forebrain nacen principalmente de dos estructuras embrionarias transitorias, las eminencias ganglionares mediales y caudales (MGE y CGE, respectivamente). Estas células postmitotic (precursores de la interneurona) luego pasar por una fase prolongada migración tangencial para dispersar en el telencéfalo donde se integran en una gran variedad de circuitos. Interneurons MGE derivados consisten en tres subgrupos en gran parte no superpuestos, neuroquímicamente definidos: fast spiking interneurons parvalbúmina (PV+), no-fast spiking interneuronas de la somatostatina (SST+) y tarde clavando neuronal nítrico interneuronas de sintasa (nNOS+) de óxido que constituyen las células hippocampal de neurogliaform y hiedra. Numerosos laboratorios han identificado varios mecanismos dentro de la MGE que regulan las decisiones de destino inicial en PV+ o SST + interneurons, incluyendo gradientes espaciales de morfógenos, fecha de nacimiento de los precursores de la interneurona y el modo de división neurogénica 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. se ha propuesto que interneuronas distinguen inicialmente en ‘cardenal clases’ y luego progresivamente maduran hasta convertirse en ‘clases definitivas’ al interactuar con su medio ambiente11. La evidencia reciente indica que algunos subtipos de interneurona maduro pueden ser genéticamente cableado como estas células se convierten en postmitotic en las eminencias ganglionares, indicando que programas genéticos intrínsecos definidos principios pueden desempeñar un papel más grande que antes apreciada12,13. Sin embargo, la cuestión clave de cómo los programas genéticos intrínsecos interactúan con señales ambientales a la diferenciación de la unidad en subtipos distintos interneurona sigue siendo en gran parte inexplorada.
Numerosos estudios han trasplantado células embrionarias MGE directamente en una variedad de regiones del cerebro, con los resultados del consenso que injertaron células maduras y liberan GABA para inhibir generalmente los circuitos endógeno local14,15, 16,17,18,19. Estos prometedores observaciones han generado un interés significativo en el uso de células pluripotentes inducidas humanas (hIPSC)-derivado de interneuronas para tratar una variedad de enfermedades del cerebro. Sin embargo, muy pocos de estos estudios determinar si estas células injertadas maduran en los tipos esperados de interneuronas maduras, un componente esencial cuando uno piensa en enfoques traslacionales.
Para abordar cómo el entorno influye interneurona diferenciación y maduración, una estrategia fue ideada para trasplante precursores inmaduros interneurona en nuevos entornos de cerebro para examinar si interneuronas injertados adoptan características del anfitrión medio ambiente o conservar características de las donantes medio ambiente20. MGE trasplantes no son adecuados para abordar esta cuestión porque el MGE contiene una población mixta de células de proyección de GABAérgico que dispersan a lo largo de numerosas regiones de cerebro21e interneurona. Sin saber donde estas células MGE habría emigrado, uno puede no evaluar completamente cómo estos trasplantes son afectadas por el entorno del cerebro. Por cosecha de precursores del mesencéfalo en los puntos de tiempo postnatales tempranos, este problema es burlado por la obtención de células inmaduras que han completado su migración y alcanzaron su objetivo región del cerebro pero tienen mínima interacción con el medio ambiente. Al centrarse en las características específicas de interneuronas que se expresan diferencialmente entre regiones distintas del cerebro, entonces uno puede determinar cómo el entorno de host cambia propiedades interneurona. El enfoque general que se describe en este Protocolo debería ser aplicable a cualquier investigador que quiere examinar las neuronas jóvenes cómo comportarse cuando desafió en un nuevo entorno.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un aspecto fundamental de este protocolo es maximizar la supervivencia de las células. Asegurar que el tejido y las células siempre están en sACSF de carboxygenated de hielo frío es necesario para promover la supervivencia celular. Esto requiere una disección eficiente y una estrategia de disociación para reducir al mínimo la longitud de tiempo que pasan de las células en solución diferentes y fuera del entorno del cerebro. Dependiendo del número de regiones del cerebro disecado y trasplantados, puede ser benef…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por los institutos nacionales de salud (K99MH104595) y el programa de investigación intramuros del NICHD para T.J.P. Agradecemos a ERGE Fishell, en cuyo laboratorio fue establecido originalmente este enfoque.
Materials
| Sodium chloride | Sigma | S7653 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma | S6297 | |
| Potassium chloride | Sigma | P9541 | |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma | S0751 | |
| Calcium chloride | Sigma | C5080 | |
| Magnesium chloride | Sigma | M2670 | |
| Glucose | Sigma | G7528 | |
| Sucrose | Sigma | S7903 | |
| Brain Matrices | Roboz | SA-2165 | Only needed if harvesting striatum |
| Fine point Dumont Forceps | Roboz | RS-4978 | |
| Microdissecting scissors | Roboz | RS-5940 | |
| Razor blades | ThermoFisher | 12-640 | |
| Pasteur pipettes | ThermoFisher | 1367820C | |
| Nanoject III | Drummond | 3-000-207 | |
| Manual Manipulator w/ stand | World Precision Instruments | M3301R/M10 | |
| 5 ml round bottom plastic tubes | ThermoFisher | 149591A | |
| 60 mm Petri dishes | ThermoFisher | 12556001 | |
| 100 mm Petri dishes | ThermoFisher | 12565100 | |
| Pronase | Sigma | 10165921001 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher | 16140063 | |
| DNase I | Sigma | 4716728001 | |
| Celltrics 50um filters | Sysmex | 04-0042327 | |
| Trypan blue | ThermoFisher | 15-250-061 | |
| Hemocytometer | ThermoFisher | 02-671-6 |
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