يصف هذا البروتوكول طريقة لزراعة الخلايا العصبية الأولية فرس النهر من دماغ الفأر الجنيني. ثم يتم تقييم التعبير عن فئة معقدة الهستوناتية الرئيسية الأولى على السطح خارج الخلية من الخلايا العصبية المستزرعة عن طريق تحليل التدفق الخلوي.
تدعم الأدلة المتزايدة فرضية أن التفاعلات العصبية المناعية تؤثر على وظيفة الجهاز العصبي في كل من الحالات الهوستاتيكية والباثولوجية. وظيفة مدروسة جيدا من الدرجة الأولى المعقدة الهستو التوافق الرئيسية (MHCI) هو تقديم الببتيدات المستمدة من الخلايا إلى الجهاز المناعي التكيفي، لا سيما في الاستجابة للعدوى. في الآونة الأخيرة وقد ثبت أن التعبير عن جزيئات MHCI على الخلايا العصبية يمكن تعديل التغيرات التي تعتمد على النشاط في الاتصال متشابك خلال التنمية الطبيعية والاضطرابات العصبية. أهمية هذه الوظائف لصحة الدماغ يدعم الحاجة إلى الفحص الحساس الذي يكشف بسهولة التعبير MHCI على الخلايا العصبية. هنا نحن نصف طريقة للثقافة الأولية للخلايا العصبية فرس النهر مورين ومن ثم تقييم التعبير MHCI عن طريق تحليل تدفق الخلايا الخلوية. يتم استئصال قرن آمون مورين من جراء الفئران قبل الولادة في اليوم الجنيني 18. يتم فصل الأنسجة إلى تعليق خلية واحدة باستخدام التقنيات الأنزيمية والميكايكية، ثم استزراعها في وسائط خالية من المصل تحد من نمو الخلايا غير العصبية. بعد 7 أيام في المختبر ، يتم تحفيز تعبير MHCI عن طريق علاج الخلايا المستزرعة دوائيا مع الإنترفيرون بيتا. تسمى جزيئات MHCI في الموقع بأجسام مضادة موسومة بالفلورسنت ، ثم يتم فصل الخلايا بشكل غير أنزيمي إلى تعليق خلية واحدة. لتأكيد هوية الخلايا العصبية، يتم إصلاح الخلايا مع بارافورمالديهايد، permeabilized، ووصفت مع الأجسام المضادة الموسومة الفلورية التي تعترف مستضد النووية العصبية نيون. ثم يتم قياس التعبير MHCI على الخلايا العصبية عن طريق تحليل تدفق القياسات الخلوية. يمكن بسهولة التلاعب بالثقافات العصبية إما عن طريق التعديلات الوراثية أو التدخلات الدوائية لاختبار فرضيات محددة. مع تعديلات طفيفة، يمكن استخدام هذه الأساليب زراعة مجموعات الخلايا العصبية الأخرى أو لتقييم التعبير عن البروتينات الأخرى ذات الاهتمام.
كان يعتقد أن الجهاز العصبي المركزي (CNS) كان يعتقد ذات مرة أنه خال من المراقبة المناعية ، ويشار إليه باسم “المناعة المتميزة1″. ومن الواضح الآن أن هذا الامتياز لا يعادل الغياب المطلق للمكونات المناعية ، بل هو تنظيم متخصص يعمل على الحد من الأضرار المرتبطة بعلم الأمراض المناعية1. في الواقع، التواصل بين الجهاز العصبي المركزي والجهاز المناعي هو محادثة مستمرة ضرورية لتنمية الدماغ السليمة والاستجابة للعدوى2،3.
كبرى الجسيمات المعقدة الهستوبوليتيتي من الفئة الأولى (MHCI) هي بروتينات متعددة النسل وتعدد الأشكال عبر المعادن اشتهرت بوظيفتها في تقديم الببتيدات المضادة للجينات إلى خلايا CD8+ T أثناء العدوى4. تتكون مجمعات MHCI الكلاسيكية من سلسلة α عبر الميمبران وسلسلة ضوء خارج الخلية ، تسمى β2-microglobulin. سلسلة α يحتوي على الأخدود متعدد الأشكال الذي يربط الببتيد المضادة للجينات للعرض5. التعبير السليم من MHCI على الغشاء خارج الخلية يتطلب عمل منسق من المرافقين الجزيئية في reticulum endoplasmic لضمان للطي السليم للسلسلة α وβ2-microglobulin جنبا إلى جنب مع تحميل ليغاند الببتيد تقارب عالية5. مرة واحدة فقط يتم تجميعها مجمعات MHCI، يتم تصديرها من reticulum endoplasmic إلى غشاء البلازما6. عند الاشتباك من مستقبلات الخلايا التائية cognate مع مجمع MHCI محملة الببتيد، CD8+ T الخلايا التوسط قتل الخلايا عن طريق الإفراج عن حبيبات الليسيت التي تحتوي على perforin و granzymes أو عن طريق تحفيز موت الخلايا المبرمج من خلال ملزمة مستقبلات فاس على غشاء الخليةالمستهدفة 7. بالإضافة إلى ذلك، تنتج خلايا CD8+ T السيتوكينات، مثل إنترفيرون غاما (IFNа) وعامل نخر الورم ألفا (TNFα)، والتي يمكن أن تنشط آليات مضادة للفيروسات في الخلايا المصابة دون آثار الاعتلال الخلوي8،9. بالنسبة للعديد من الفيروسات العصبية، CD8+ T الخلايا ضرورية لمسح العدوى من الجهاز العصبي المركزي10،11،12.
كان يعتقد سابقا أن الخلايا العصبية التعبير عن MHCI فقط في ظل ظروف الضرر, العدوى الفيروسية, أو مع تحفيز السيتوكين في المختبر. في الآونة الأخيرة، وقد حددت البحوث دورا للتعبير العصبية من MHCI في إعادة عرض متشابك واللدونة13،14. على الرغم من أن الآليات الدقيقة الكامنة وراء تنظيم المشبك ليست مفهومة جيدا، تشير البيانات إلى أن يتم تنظيم مستوى التعبير MHCI من قبل النشاط متشابك15،16. فرضية واحدة تفترض أن الخلايا العصبية التعبير عن مستقبلات تشبه الغلوبولين المناعي B (PirB) presynaptically, الذي يربط MHCI عبر متشابك13,17. هذا التفاعل يبدأ سلسلة الإشارات من قبل PirB التي تعارض المسارات المشاركة في إعادة عرض متشابك, وبالتالي تعزيز وتحقيق الاستقرار في اتصال متشابك17,18,19. في غياب نشاط الخلايا العصبية، وانخفض التعبير MHCI14، وفقدان النتائج MHCI في القضاء على المشبك معيبة والدوائر متشابك غير منظم20،21.
يستخدم المقايسة الموصوفة هنا ، والتي تم تكييفها من Chevalier et al.9، تحليل التدفق الخلوي لتقييم تعبير البروتين خارج الخلية كميا عن MHCI على الثقافات الأولية للخلايا العصبية فرس النهر مورين. يوضح هذا البروتوكول التقنيات الأولية لاستئصال الأنسجة النهرية الدقيقة من جراء الفئران الجنينية. ثم تفاصيل عمليات الانزيمية والميكايكية تفكك الأنسجة في تعليق خلية واحدة وأساليب للحفاظ على الثقافات في المختبر. لأنها لا تنقسم، بمجرد أن تكون في الثقافة، يجب أن تكون مطلية الخلايا العصبية في طبق وكثافة مناسبة لنقطة النهاية التجريبية الخاصة بهم. بعد ذلك ، يحدد خطوات لتحفيز تعبير MHCI مع الإنترفيرون بيتا (IFNа) ، ووضع العلامات المناعية ل MHCI وعلامة النوى العصبية NeuN ، وتحليل الخلايا عن طريق قياس التدفق الخلوي. وأخيرا، فإنه يصف إجراءات لتقييم بيانات قياس التدفق الخلوي لتحديد الخلايا العصبية الإيجابية MHCI وتحديد مستوى التعبير MHCI. كما لوحظ في هذا البروتوكول هي التعديلات الصغيرة التي يمكن إجراؤها من أجل زراعة الخلايا العصبية القشرية بالإضافة إلى أو بدلا من الخلايا العصبية فرس النهر. يمكن تعديل هذا البروتوكول بسهولة لاختبار فرضيات محددة باستخدام الاختلافات الجينية أو العلاجات الدوائية.
يصف هذا البروتوكول تشريح وثقافة الخلايا العصبية فرس النهر الأولية من جراء الفئران قبل الولادة في اليوم الجنيني 18. استخدام الخلايا العصبية الأولية المستزرعة من القوارض هي واحدة من المنهجيات الأساسية التي وضعت في علم الأعصاب الحديث22. على الرغم من أن خطوط الخلايا الخالدة يمكن أن نموذج جوانب معينة من الخلايا العصبية, طبيعتها كخلايا مشتقة من الورم, الفشل في تطوير محاور عصبية محددة, واستمرار انقسام الخلايا يثير الشكوك حول ما إذا كانت خلاصة بأمانة خصائص الخلايا العصبية ما بعد ميتوتيك في الجسم الحي23. بديل آخر للخلايا العصبية الأولية هو استخدام الخلايا الجذعية المستحثة من قبل الإنسان (HiPSCs). التكنولوجيا لاستخدام HiPSCs، وخاصة تلك التي هي مشتقة من المريض، تقدمت بسرعة في السنوات الأخيرة24. ومع ذلك، لا تزال هناك قيود على العمل مع HiPSCs بما في ذلك التباين بين خطوط الخلية، وعدم النضج الوظيفي، والاختلافات في التشكيلات اللاجينية25. على الرغم من أن هناك أيضا قيود على العمل مع النموذج الاختزالي للخلايا العصبية القوارض الأولية، تحتفظ الخلايا العصبية المستزرعة طبيعة ما بعد ميتوتيك من الخلايا العصبية في الجسم الحي. أيضا، أدوات البيولوجيا الجزيئية توسعية والتعديلات الوراثية المتاحة للفئران تفضل استخدام الخلايا العصبية الأولية على HiPSCs للعديد من التطبيقات، ودراسات الماوس يمكن ترجمتها بسهولة إلى الكائن الحي أكثر تعقيدا في الجسم الحي دون أن تفقد النظام الوراثي التجريبي. لهذه الأسباب، يستخدم العديد من الباحثين الخلايا العصبية القوارض الأولية للتحقق من الجوانب الرئيسية، إن لم يكن الجزء الأكبر، من أبحاثهم.
لبعض المقايسات, ويمكن تحليل الخلايا العصبية مباشرة بعد عزلة من الدماغ ex vivo. وهذا أمر مرغوب فيه بشكل خاص للتجارب التي تشمل الفئران البالغة التي يمكن أن تخضع لظروف تجريبية محددة أو التي قد تعتمد على تفاعلات أنواع خلايا متعددة؛ ومع ذلك، هناك العديد من القضايا التي تحد من نوع التحليلات التي يمكن القيام بها. ومن الصعب تقنيا لإعداد تعليق خلية واحدة من الخلايا العصبية من أدمغة الفئران الكبار لأن الخلايا العصبية مترابطة بشكل فريد وensheathed من قبل المايلين26. الطرق غير الأنزيمية لتريتور الأنسجة غير فعالة في فصل الأنسجة وتسبب موت الخلايا ، في حين أن الاستعدادات الأنزيمية غالبا ما تلتصق مستضدات سطح الخلية27. وعلاوة على ذلك، في حين المايلين غائبة إلى حد كبير من الفئران الجنينية، فإنه يشكل حوالي 20٪ من الدماغ البالغ، ويمكن أن يضعف عزل الخلايا قابلة للحياة وعرقلة تحليل قياس التدفقالخلوي 28. العديد من التقنيات التي تم تطويرها في نهاية المطاف تجريد الخلايا العصبية من السيتوسول وترك الصغيرة, الهيئات الخلية المستديرة التي تتكون في المقام الأول من نواة29. على الرغم من أن هذا مقبول لبعض التحليلات، وهذا ليس مناسبا لقياس التعبير عن البروتين السيتوبلازمي أو خارج الخلية. وعلاوة على ذلك، يسمح نظام ثقافة الخلايا الاختزالية باختبار أسئلة ميكانيكية محددة على مقياس زمني أقصر مما هو ممكن في كثير من الأحيان مع نظام في الجسم الحي.
كما هو موضح في هذا البروتوكول هي أساليب لتحفيز التعبير MHCI الدوائية مع IFNβ، وتكميم التعبير MHCI خارج الخلية عن طريق قياس التدفق الخلوي. التحفيز من قبل IFNβ هو عنصر تحكم إيجابي مفيد لاختبار الظروف التجريبية الأخرى، ولكن يمكن ملاحظة أن IFNа وحمض كاينيك يمكن أن تحفز أيضا التعبير MHCI في الخلايا العصبية9،30، في حين يقلل tetrodotoxin التعبير MHCI14. اعتمدت الطرق السابقة للكشف عن التعبير MHCI على التهجين في الموقع والتحليل الكيميائي المناعي14،15،20،31. في حين أن المقايسات المستندة إلى الحمض النووي الريبي ، مثل التهجين في الموقع وqRT-PCR ، يمكن أن تحدد التعريب الصدغي ، وخصوصية نوع الخلية ، ومستويات النسخ الجيني ، فإن هذه المقايسات لا يمكنها تقييم ترجمة البروتين أو نقله إلى غشاء البلازما. يمكن للتحليل المناعي الكيميائي والغربي أن يحدد الاختلافات في التعبير عن البروتين وتوطين الخلايا المحتمل ولكن يمكن أن يكون من الصعب تحديده بدقة. وعلاوة على ذلك، فإن العديد من الأجسام المضادة MHCI تعترف بالهيكل الثالث للمجمع، وهي حساسة للغاية للتغيرات التركيبية. وبالتالي البيرميلات أو الظروف النافورة يؤدي إلى فقدان النشاط المناعي MHCI32. تستخدم الطريقة المعروضة هنا في الاحتواء المناعي الموقعي ل MHCI ، والذي يسمح بالاعتراف بالبروتين من قبل الجسم المضاد في تشكيله الأصلي ، تليها طرق التثبيت والتأهيل.
مع تعديلات طفيفة، يمكن استخدام الأساليب الموصوفة هنا زراعة مجموعات الخلايا العصبية الأخرى أو لتقييم التعبير عن البروتينات خارج الخلية الأخرى ذات الاهتمام. وأشار في هذا البروتوكول هي التعديلات السهلة التي يمكن إجراؤها من أجل زراعة الخلايا العصبية القشرية, ولكن الأساليب المذكورة هنا يمكن أن تستخدم أيضا لثقافة مجموعات الخلايا العصبية الأخرى, مثل الخلايا العصبية سترياتال33. وعلاوة على ذلك، على الرغم من أن هذا البروتوكول يحدد الاحتواء المناعي ل MHCI و NeuN، يمكن تحديد علامات خلوية أخرى بطريقة مماثلة. بشكل عام ، يمكن التعامل مع العلامات خارج الخلية مثل MHCI ويمكن التعامل مع العلامات داخل الخلايا مثل NeuN. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه خلال خطوة الانفصال الخلوي ، يتم قطع الإسقاطات المحورية من سوما. لأن استراتيجية gating المحددة هنا شاشات الحطام الخلوي ويركز على علامة نواة الخلايا العصبية نيون، قد لا يتم الكشف عن البروتينات التي يتم التعبير عنها حصرا في التوقعات المحورية.
حتى وقت قريب, ويعتقد أن الخلايا العصبية للتعبير عن MHCI فقط استجابة للتلف, عدوى, أو تحفيز السيتوكين في المختبر من أجل إشراك CD8 السامة للخلايا+ T الخلايا9. وقد أوضح بحث جديد وظيفة أخرى من MHCI في تنظيم الاتصالات متشابك خلال التنمية13. يستخدم البروتوكول الموصوف هنا IFNβ لتحفيز تعبير MHCI في الخلايا العصبية المستزرعة من النوع البري ، ولكن يمكن استخدام طرق مماثلة مع مجموعة متنوعة من المحفزات الخلوية أو التعديلات الوراثية لاختبار فرضيات محددة. ستمكن هذه الطريقة الباحثين من التحقيق في الآليات الجزيئية التي تنظم التعبير MHCI ، مما سيحسن فهم الدور الثنائي ل MHCI على هاتين الوظيفتين الخلويتين المتميزتين.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم دعم هذا العمل من قبل NIA R00 AG053412 (KEF).
1.5 ml Microcentrifuge Tubes | Fisher | 05-408-129 | Laboratory Supplies |
100 mm sterile culture dish | Fisher | FB012924 | Tissue Culture Supplies |
15 ml Centrifuge Tubes | Genesee | 21-103 | Laboratory Supplies |
50 ml centrifuge tube | Genesee | 21-108 | Laboratory Supplies |
500 mM EDTA | Invitrogen | AM9260G | FACS Buffer Reagent |
70% Ethanol | Fisher | BP82031Gal | Tissue Culture Supplies |
96 well U-bottom plate | Genesee | 25-221 | Flow Cytometry Supplies |
B27 | Gibco | 17504044 | Neuron Culture Reagent |
Borate Buffer | Thermo Scientific | 28341 | Tissue Culture Supplies |
Borosilicate Glass Pasteur Pipette | Fisher | 13 678 20C | Laboratory Supplies |
Cell Dissociation Buffer | Gibco | 13 151 014 | Flow Cytometry Supplies |
DNase I | Thermo | 90083 | Dissociation Solution Reagent |
dPBS | Gibco | 14190-235 | Tissue Culture Supplies |
Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | Dissection Tool |
Dumont #7 Forceps | Fine Science Tools | 91197-00 | Dissection Tool |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140079 | Tissue Culture Supplies |
Fine Forceps | Fine Science Tools | 91113-10 | Dissection Tool |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 91460-11 | Dissection Tool |
Fix and Perm Cell Permeabilization Kit | Invitrogen | GAS003 | Flow Cytometry Supplies |
Glutamax | Gibco | 35050061 | Neuron Culture Reagent |
Hibernate-E Medium | Gibco | A1247601 | Neuron Culture Reagent |
Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher | 181254 | Tissue Culture Supplies |
Interferon Beta | PBL Assay Science | 12405-1 | Flow Cytometry Supplies |
Milli-Mark Anti-NeuN-PE Antibody, clone A60 | MilliporeSigma | FCMAB317PE | Flow Cytometry Antibody |
Neurobasal Media | Gibco | 21103049 | Neuron Culture Reagent |
Pacific Blue anti-mouse H-2Kb Antibody | BioLegend | 116513 | Flow Cytometry Antibody |
Papain Solution | Worthington | LS003126 | Dissociation Solution Reagent |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714 | Fixative |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Neuron Culture Reagent |
Poly-D-Lysine | Sigma | P7280 | Neuron Culture Reagent |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 91100-12 | Dissection Tool |
Stereo dissection microscope | Swift | M29TZ-SM99CL-BTW1 | Dissection Tool |
Surgical Scissors | Fine Science Tools | 91401-10 | Dissection Tool |
Transfer Pipets | Corning | 357575 | Laboratory Supplies |
TruStain FcX (anti-mouse CD16/32) Antibody | BioLegend | 101319 | Flow Cytometry Antibody |
Trypan Blue | Sigma | T8154-100ML | Tissue Culture Supplies |