该协议描述了一种从胚胎小鼠大脑中培养原发性海马神经元的方法。然后通过流动细胞学分析对培养神经元细胞外表面的主要组织相容性复杂I类的表达进行评估。
越来越多的证据支持神经免疫相互作用影响神经系统功能在静态和病理条件下的假设。主要组织相容性复合I类(MHCI)的一个研究功能是向适应性免疫系统呈现细胞衍生的肽,特别是在对感染的反应中。最近,人们发现,MHCI分子在神经元的表达可以调节正常发育和神经紊乱期间突触连接中依赖活动的变化。这些功能对大脑健康的重要性支持了敏感检测的需求,这种检测很容易检测到神经元上的MHCI表达。在这里,我们描述了一种通过流动细胞学分析评估MHCI表达的穆林海马神经元原始培养方法。穆林海马体是在胚胎日18日从产前小鼠幼崽微分。组织使用酶和机械技术分离成单个细胞悬架,然后在无血清介质中培养,限制非神经细胞的生长。体外7天后,MHCI表达受到用β干扰素药理治疗培养细胞的刺激。MHCI分子被标记为原位,带有荧光标记的抗体,然后细胞被非酶分离成单个细胞悬架。为了确认神经元身份,细胞用副甲醛固定,渗透,并标记为荧光标记抗体,识别神经元核抗原NeuN。然后通过流动细胞学分析对神经元进行MHCI表达量定。神经元培养很容易被基因改造或药理干预来测试特定假设所操纵。稍作修改,这些方法可用于培养其他神经元种群或评估其他感兴趣的蛋白质的表达。
中枢神经系统(CNS)曾经被认为是缺乏免疫监测,被称为”免疫特权1″。现在很清楚,这种特权并不等同于绝对缺乏免疫成分,而是一个专门的法规,其功能是限制与免疫病理学1相关的损害。事实上,CNS和免疫系统之间的沟通是一个持续的谈话,是健康的大脑发育和应对感染2,3所必需的。
主要组织相容性复杂I类(MHCI)分子是多态和多态的跨膜蛋白,最出名的功能是在感染4期间向CD8+T细胞呈现抗原肽。经典的MHCI复合物由跨膜α链和细胞外光链组成,称为+2微球蛋白。α链包含一个多态槽,结合抗原肽进行演示5。MHCI在细胞外膜上的正确表达需要内质视网膜的分子伴郎的协调作用,以确保α链和2微球蛋白的正确折叠,以及高亲和肽配体5的加载。只有组装完毕MHCI复合物,它们才能从内质视网膜出口到等离子膜6。当同源T细胞受体与肽加载的MHCI复合物接触时,CD8+T细胞通过释放含有穿孔素和颗粒酶的乳酸颗粒或通过目标细胞膜7上的结合Fas受体诱导凋亡来调节细胞杀伤。此外,CD8+ T细胞产生细胞因子,如伽马干扰素(IFNγ)和肿瘤坏死因子α(TNF®),它可以激活受感染细胞中的抗病毒机制,而不会产生细胞病变效应8,9。对于许多神经性病毒,CD8+ T细胞是清除来自CNS10,11,12感染所必需的。
以前人们认为神经元只有在损伤、病毒感染或体外细胞因子刺激的情况下才能表达MHCI。最近,研究确定了MHCI在突触重塑和可塑性13,14的神经元表达中的作用。虽然突触调控的精确机制尚不清楚,但数据表明,MHCI表达水平受突触活性15、16的调节。一种假设假定神经元会以先发制人地表达配对的免疫球蛋白状受体B(PirB),它使MHCI转瞬即失地结合到13、17。这种相互作用启动PirB的信号级联,反对参与突触重塑的路径,从而加强和稳定突触连接17,18,19。在没有神经元活动的情况下,MHCI表达减少14,MHCI的丧失导致突触消除有缺陷,突触回路20、21出现错位。
这里描述的检测结果改编自Chevalier等人9,它利用流动细胞学分析对MHCI在穆林海马神经元原生培养物上的细胞外蛋白表达进行定量评估。该协议说明了从胚胎小鼠幼崽身上微分海马组织的初始技术。然后,它详细说明了将组织酶和机械分离成单个细胞悬架的过程,以及维持体外培养物的方法。 因为它们不分裂,一旦它们处于培养中,神经元必须镀在适合其实验端点的盘子和密度中。接下来,它概述了用β干扰素(IFN+)诱导MHCI表达、MHCI和神经元核标记NeuN的免疫带状,以及通过流动细胞学分析细胞的步骤。最后,它描述了评估流动细胞测量数据以识别MHCI阳性神经元和量化MHCI表达水平的程序。本协议中还提到了可以进行的小调整,以便培养皮质神经元,而不是海马神经元。此协议可以很容易地修改,以测试特定的假设使用基因变异或药理治疗。
该协议描述了产前小鼠幼崽在胚胎第18天对原发性海马神经元的解剖和文化。使用由啮齿动物培养的原生神经元是现代神经生物学22中发展起来的最基本的方法之一。虽然不朽的细胞系可以模拟神经元的某些方面,它们作为肿瘤衍生细胞的性质,未能开发定义的轴突,以及持续的细胞分裂,令人怀疑它们是否忠实地重新概括了体内23个线粒体神经元的特性。原发性神经元的另一种替代方法是使用人类诱导的多能干细胞(HiPSC)。使用HiPSC的技术,特别是那些病人衍生的技术,近年来发展迅速。然而,与HiPSC合作仍有局限性,包括细胞系之间的变异性、缺乏功能成熟度以及表观遗传特征25的差异。虽然与原啮齿动物神经元的还原学模型合作也有局限性,但培养神经元在体内保留了神经元的后线性。此外,为小鼠提供的广泛的分子生物学工具和基因改造有利于在许多应用中使用原发神经元而不是HiPSC,小鼠研究可以很容易地转化为体内生物体中更为复杂的生物体,而不会失去实验基因系统。出于这些原因,许多研究人员使用原啮齿动物神经元来验证他们研究的关键方面,如果不是大部分的话。
对于某些检测,神经元可能直接分析后,从大脑前活体分离。 对于可能受特定实验条件或可能取决于多种细胞类型相互作用的成年小鼠的实验来说,这尤其可取:但是,有几个问题限制了可以进行的分析类型。从技术上讲,准备从成年小鼠的大脑中分离出单个细胞中止神经元是具有挑战性的,因为神经元是独特的相互连接和包围的骨髓26。组织三聚化的非酶方法在分离组织和导致细胞死亡方面效率低下,而酶制剂通常会裂开细胞表面抗原27。此外,虽然骨髓在胚胎小鼠中基本上不存在,但它约占成人大脑的20%,并可能损害可行的细胞分离和阻碍流细胞学分析28。许多已经开发的技术最终剥离他们的细胞溶胶神经元,并留下小,圆润的细胞体,主要由核29组成。虽然这在某些分析中是可以接受的,但这不适合量化细胞质或细胞外蛋白质表达。此外,减员细胞培养系统允许在较短的时间尺度上测试特定的机械问题,这比体内系统通常可能测试的时间要短。
本协议中还描述了用 IFN® 在药理学上刺激 MHCI 表达的方法,以及通过流动细胞学对细胞外 MHCI 表达的定量。IFN®的刺激是测试其他实验条件的有用阳性控制,但可以注意到,IFNγ和开尼酸也可以刺激MHCI表达在神经元9,30,而四恶英减少MHCI表达14。以往检测MHCI表达的方法依赖于原位杂交和免疫化学分析14、15、20、31。虽然基于 mRNA 的测定(如原位杂交和 qRT-PCR)可以确定空间空间定位、细胞类型特异性和基因转录水平,但这些测定无法评估蛋白质转化或传输到血浆膜。免疫化学和西式斑点分析可以确定蛋白质表达和潜在的细胞定位的差异,但可能难以准确量化。此外,许多MHCI抗体识别复合物的第三级结构,并且对构象变化高度敏感。因此渗透或变性条件导致MHCI免疫活性32的损失。此处介绍的方法用于 MHCI 的原位免疫维护,允许抗体在其原生构象中识别蛋白质,然后是固定和渗透方法。
稍作修改,此处描述的方法可用于培养其他神经元种群或评估其他感兴趣的细胞外蛋白质的表达。在此协议中注意到的是,为了培养皮质神经元,可以很容易地进行修改,但此处描述的方法也可用于培养其他神经元种群,如纹状神经元33。此外,虽然本协议规定了MHCI和NeuN的免疫染色,但其他细胞标记可以以类似的方式识别。一般来说,细胞外标记可以像MHCI一样处理,细胞内标记可以像NeuN一样处理。然而,应该指出,在细胞分离过程中,轴向投影与声瘤分离。由于此处定义的门控策略会筛选出细胞碎片,并侧重于神经元核标记物 NeuN,因此可能无法检测到完全在轴向投影中表达的蛋白质。
直到最近,神经元被认为表达MHCI只是为了回应损伤,感染,或体外细胞因子刺激,以从事细胞毒性CD8+T 细胞9。新的研究阐明了MHCI在13年发展过程中调节突触连接的另一个功能。此处描述的协议使用 IFN® 来刺激野生类型培养神经元的 MHCI 表达,但类似的方法可用于各种细胞刺激或基因改造,以测试特定假设。这种方法将使研究人员能够研究调节MHCI表达的分子机制,这将提高对MHCI在这两种不同的细胞功能中的二分法作用的理解。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了NIA R00 AG053412(KEF)的支持。
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 |