이 프로토콜은 배아 마우스 뇌에서 1 차적인 해마 뉴런을 배양하기위한 방법을 설명합니다. 배양된 뉴런의 세포외 표면에 있는 주요 조직적합성 복합 클래스 I의 발현은 유동 세포 측정 분석에 의해 평가된다.
증가 증거는 신경 면역 상호 작용동종 및 병리 조건 모두에서 신 경계 기능에 영향을 미치는 가설을 지원. 주요 조직적합성 복합클래스 I(MHCI)의 잘 연구된 기능은 특히 감염에 대한 반응으로 적응성 면역 계통에 세포 유래 펩티드의 프리젠테이션이다. 최근에는 뉴런에 대한 MHCI 분자의 발현이 정상적인 발달 및 신경 학적 장애 동안 시냅스 연결의 활동 의존적 변화를 조절할 수 있음을 보여주었습니다. 뇌 건강에 이러한 기능의 중요성은 뉴런에 MHCI 표현을 쉽게 감지 하는 민감한 분석에 대 한 필요성을 지원. 여기서 우리는 뮤린 해마 뉴런의 1 차 적인 문화에 대한 방법을 설명하고 유동 세포 분석에 의한 MHCI 발현의 평가. 뮤린 해마는 배아 의 날에 산전 마우스 새끼에서 미세 하게 18. 조직은 효소 및 기계 기술을 사용하여 단일 세포 현탁액으로 해리되고, 비 신경 세포의 성장을 제한하는 혈청없는 매체에서 배양됩니다. 시험관내 7일 후, MHCI 발현은 베타 인터페론으로 약리학적으로 배양된 세포를 치료함으로써 자극된다. MHCI 분자는 형광 태그 항체로 시트에 표시되고, 세포는 단하나 세포 현탁액으로 비 효소적으로 해리된다. 신경 정체성을 확인하기 위해 세포는 파라포름알데히드, 투과성, 뉴런 핵 항원 NeuN을 인식하는 형광 태그 항체로 부착됩니다. MHCI 발현은 유동 세포 측정 분석에 의해 뉴런에 정량화된다. 신경 배양은 특정 가설을 시험하기 위하여 유전 수정 또는 약리학 내정간섭에 의해 쉽게 조작될 수 있습니다. 약간의 수정으로, 이러한 방법은 다른 신경 인구를 문화하거나 관심의 다른 단백질의 표현을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.
중추 신경계 (CNS)는 한 때 면역 감시가 없는 것으로 생각되었다, “면역 특권1.”로언급. 이 특권은 면역 성분의 절대부재와 동일시되는 것이 아니라 면역병리학1과관련된 손상을 제한하는 기능적인 규정이 분명합니다. 실제로, CNS와 면역 계통 사이 통신은 건강한 두뇌 발달 및 감염에 대한반응에필요한 지속적인 대화입니다2,3.
주요 조직적합성 복합클래스 I(MHCI) 분자는 감염4시CD8+ T 세포에 항원 펩티드를 제시하는 기능으로 가장 잘 알려진 다형성 및 다형성 트랜스멤브레인 단백질이다. 고전적인 MHCI 복합체는 β2-microglobulin에게 불린 α 세포외 광 사슬 및 세포외 광 사슬로 이루어져 있습니다. α 체인에는 프레젠테이션5에항원 펩티드를 결합하는 다형성 홈이 포함되어 있습니다. 세포외 막상에서 MHCI의 적절한 발현은 고혈압 펩타이드 리간드5의하중과 함께 α 사슬 및 β2-microglobulin의 적절한 접이식을 보장하기 위해 내시경 망상에서 분자 샤페론의 조정된 작용을 필요로 한다. MHCI 복합체가 조립된 후에만, 그들은 진피성 망상에서 플라즈마 멤브레인6으로수출된다. 펩티드 로드 MHCI 복합체와 cognate T 세포 수용체의 결합시,CD8+ T 세포는 페포린과 그란자임을 포함하는 lytic 과립을 방출하거나 표적 세포막7에결합 Fas 수용체를 통해 세포 멸망을 유도함으로써 세포 를 중화한다. 또한,CD8+T 세포는 감마 인터페론(IFNγ) 및 종양 괴사 인자 알파(TNFα)와 같은 사이토카인을 생성하여 세포요법 효과 없이 감염된 세포에서 항바이러스 메커니즘을 활성화할 수 있다8,9. 많은 신경성 바이러스의 경우,CD8+ T 세포는 CNS10,11,12로부터감염을 지우기 위해 필요하다.
그것은 이전에 뉴런 손상의 조건에서 MHCI를 표현 생각 되었다, 바이러스 감염, 또는 체 외 사이토 카 인 자극. 최근, 연구는 시냅스 리모델링 및가소성(13,14)에서MHCI의 신경 발현에 대한 역할을 확인했습니다. 시냅스 규정의 기본 정확한 메커니즘은 잘 이해되지 않지만, 데이터는 MHCI 발현 수준이 시냅스 활동에 의해 조절된다는 것을나타냅니다(15,16). 한 가설은 뉴런이 결합 된 면역 글로불린 같은 수용체 B (PirB)를 선신적으로 표현한다는 것을 주며, 이는 MHCI transynaptically13,17을결합합니다. 이러한 상호작용은 시냅스 리모델링과 관련된 경로를 반대하는 PirB에 의한 신호 캐스케이드를 개시하여 시냅스 연결17,18,19를보강및 안정화시킨다. 신경 활성이 없는 경우, MHCI 발현이14감소되고,MHCI의 손실은 결함이 있는 시냅스 제거 및 잘못된 시냅스회로(20,21)의결과로 발생한다.
여기에서 기술된 분석체는 Chevalier외. 9에서적응된, 뮤린 해마 뉴런의 1차 배양에 MHCI의 세포외 단백질 발현을 정량적으로 평가하기 위하여 유량 세포 측정 분석을 이용합니다. 이 프로토콜은 배아 마우스 새끼로부터 해마 조직을 미세 하부화하기 위한 초기 기술을 보여줍니다. 그런 다음 조직의 효소 및 기계적 해리과정을 단일 세포 현탁액으로 구체화하고 시험관 내 배양을 유지하는 방법을 자세히설명합니다. 그들은 분할하지 않기 때문에, 일단 문화에, 뉴런은 자신의 실험 끝점에 적합한 접시와 밀도에 도금해야합니다. 다음으로, 베타 인터페론(IFNβ)을 사용하여 MHCI 발현을 유도하고, MHCI 및 뉴런 핵 마커 NeuN에 대한 면역 라벨링, 유동 세포측정을 통해 세포를 분석하는 단계를 간략하게 설명합니다. 마지막으로, MHCI 양성 뉴런을 식별하고 MHCI 발현의 수준을 정량화하기 위해 유동 세포측정 데이터를 평가하는 절차를 설명합니다. 또한이 프로토콜에 언급 된 것은 해마 뉴런 이외에 또는 대신 피질 뉴런을 배양하기 위해 만들 수있는 작은 조정입니다. 이 프로토콜은 유전 변이 또는 약리학적 치료를 사용하여 특정 가설을 테스트하기 위해 쉽게 수정할 수 있습니다.
이 프로토콜은 배아 의 날에 태아 마우스 새끼에서 1 차 해마 뉴런의 해부와 문화를 설명 합니다 18. 설치류에서 배양 된 기본 뉴런의 사용은 현대 신경 생물학22에서개발 된 가장 기본적인 방법론 중 하나입니다. 불멸의 세포주가 뉴런의 특정 측면을 모델링할 수 있지만, 종양 유래 세포로서의 성질, 정의된 축축을 개발하지 못함, 그리고 지속적인 세포 분열은 생체 내 미토세포 뉴런의 성질을 충실하게 재구성하는지 의문을제기한다. 1 차적인 뉴런에 대한 또 다른 대안은 인간 유도 만능 줄기 세포 (HiPSCs)의 사용입니다. HiPSC를 사용하기위한 기술, 특히 환자 파생 된 기술은 최근24년 동안 급속히 발전했습니다. 그러나, 세포주 간 가변성, 기능성 성숙도 부족, 후성유전학프로파일(25)의차이를 포함하여 HiPSC와 협력하는 데는 여전히 한계가 있다. 1 차설치 뉴런의 환원주의 모형으로 일하는 것도 한계가 있더라도, 배양한 뉴런은 생체내에서 뉴런의 미토틱 후 특성을 유지합니다. 또한, 마우스에 사용할 수 있는 광대한 분자 생물학 도구 및 유전자 변형은 많은 응용 분야에 대한 HiPSCs를 통해 1 차적인 뉴런의 사용을 선호하며, 마우스 연구는 실험적인 유전 시스템을 잃지 않고 생체 내 유기체에서 더 복잡한 것으로 쉽게 번역될 수 있다. 이러한 이유로, 많은 연구원은 주요 측면을 확인 하기 위해 기본 설치류 뉴런을 사용, 하지 않을 경우 대량, 그들의 연구의.
특정 분석의 경우, 뉴런은 뇌 전 생체로부터의 격리를 직접 분석할 수있다. 이것은 특정 실험 조건에 복종할 수 있거나 다중 세포 모형의 상호 작용에 의존할 수 있는 성인 마우스를 관련시키는 실험을 위해 특히 바람직합니다; 그러나 수행할 수 있는 분석 유형을 제한하는 몇 가지 문제가 있습니다. 뉴런이 독특하게 상호 연결되고 myelin26에의해 ensheathed이기 때문에 성인 마우스의 두뇌에서 뉴런의 단일 세포 현탁액을 준비하는 것은 기술적으로 도전적입니다. 조직 삼화의 비 효소 방법은 조직을 해리하고 세포 사멸을 일으키는 데 비효율적이며 효소 제제는 종종 세포 표면항원(27)을갈라둡니다. 더욱이, myelin은 배아 마우스에서 크게 결석하는 동안, 그것은 성인 두뇌의 대략 20%를 포함하고, 실행 가능한 세포 격리를 손상하고 흐르는 세포측정 분석28을방해할 수 있습니다. 개발 된 기술의 대부분은 궁극적으로 자신의 사이토솔의 뉴런을 제거하고 주로 핵29로구성된 작고 둥근 세포 체를 둡니다. 이것은 몇몇 분석을 위해 허용하더라도, 이것은 세포질 또는 세포외 단백질 발현을 정량화하기 위한 적합하지 않습니다. 더욱이, 감소주의 세포 배양 시스템은 생체 내 시스템에서 자주 가능한 것보다 짧은 시간 척도에 특정 기계론적 질문을 테스트할 수 있게 한다.
또한 본 프로토콜에 기재된 것은 IFNβ와 약리학적으로 MHCI 발현을 자극하는 방법, 및 유동 세포측정에 의한 세포외 MHCI 발현의 정량화이다. IFNβ에 의한 자극은 다른 실험 조건을 테스트하기 위한 유용한 양성 대조군이지만, IFNγ 및 카이닉산은 또한 뉴런9,30에서MHCI 발현을 자극할 수 있으며, 테트로도독신은 MHCI 발현(14)을 감소시키는 것으로 주목할 수 있다. MHCI 발현을 검출하기 위한 이전 방법은 시상 혼성화 및 면역히스토케미칼 분석에 의존하여14,15,20,31에의존한다. mRNA 기반 의 소사, 시투 혼성화 및 qRT-PCR와 같은, 현면 국소화, 세포 유형 특이성 및 유전자 전사의 수준을 결정할 수 있지만, 이러한 연구는 플라즈마 막에 단백질 번역 또는 전송을 평가할 수 없다. 면역 조직화학 및 서양 얼룩 분석은 단백질 발현 및 잠재적으로 세포 국소화의 차이를 결정할 수 있지만 정확하게 정량화하기 어려울 수 있습니다. 더욱이, 많은 MHCI 항체는 복합체의 삼차 구조를 인식하고, 형성 변화에 매우 민감하다. 따라서 투과성 또는 탈약 조건은 MHCI 면역 반응활성32의손실을 초래한다. 여기에 제시된 방법은 MHCI를 위한 시투 면역스테인링에서 사용하며, 이는 그 다음에 고착 및 투과화 방법에 따라 본체에 의해 단백질을 인식할 수 있게 한다.
약간의 수정으로, 여기에 설명된 방법은 다른 신경 인구를 배양하거나 관심있는 다른 세포 외 단백질의 발현을 평가하는 데 사용될 수 있습니다. 이 프로토콜에 주목되는 것은 피질 뉴런을 배양하기 위하여 할 수 있는 쉬운 수정입니다, 그러나 여기에서 기술된 방법은 또한 striatal 뉴런 과 같은 그밖 신경 인구를 배양하기 위하여 이용될 수 있습니다(33). 더욱이, 이 프로토콜은 MHCI 와 NeuN의 면역 스테인링을 지정하지만, 다른 세포 마커는 유사한 방식으로 식별 될 수있다. 일반적으로 세포외 마커는 MHCI처럼 치료될 수 있으며 세포내 마커는 NeuN처럼 치료될 수 있다. 그러나, 세포 해리 단계 도중, 축축한 돌출이 소마에서 절단된다는 것을 주의해야 합니다. 여기에 정의된 게이팅 전략은 세포 이물질을 차단하고 뉴런 핵 마커 NeuN에 초점을 맞추고 있기 때문에 축산 프로젝션에서 독점적으로 발현되는 단백질은 검출되지 않을 수 있습니다.
최근까지, 뉴런은 세포 독성 CD8+ T 세포9를참여하기 위해 손상, 감염 또는 체외 사이토카인 자극에 대한 응답으로만 MHCI를 발현하는 것으로 생각되었다. 새로운 연구는 개발 중 시 냅 스 연결을 조절에 MHCI의 또 다른 기능을 해명했다 13. 여기서 설명된 프로토콜은 IFNβ를 사용하여 야생형 배양 뉴런에서 MHCI 발현을 자극하지만, 유사한 방법은 특정 가설을 시험하기 위해 다양한 세포 자극 또는 유전자 변형과 함께 사용될 수 있다. 이 방법은 연구원이 MHCI 발현을 통제하는 분자 기계장치를 조사할 수 있게 해주며, 이는 이 두 가지 세포 기능에 대한 MHCI의 이분적 역할에 대한 이해를 향상시킬 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 NIA R00 AG053412 (KEF)에 의해 지원되었다.
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 |