Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del tubo neurale, ma migrano per raggiungere obiettivi adeguati. Branchiomotor facciale (FBM) i neuroni sono un modello utile per studiare la migrazione neuronale. Questo protocollo descrive la wholemount ex vivo cultura della hindbrains embrione di topo per studiare i meccanismi che regolano la migrazione FBM.
Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del cervello, ma poi migrare verso nuove destinazioni per raggiungere obiettivi adeguati. Decifrare i segnali molecolari che guidano cooperativo migrazione neuronale nel cervello embrionale è quindi importante capire come le reti neurali complesse formano che supportano più tardi la vita postnatale. Branchiomotor facciale (FBM) neuroni del topo hindbrain embrione migrano da rhombomere (r) 4 caudalmente a formare i nuclei facciali appaiati nella regione r6-derivati del hindbrain. Qui forniamo un protocollo dettagliato per wholemount ex vivo cultura della hindbrains embrione di topo adatti per studiare le vie di segnalazione che regolano la migrazione FBM. In questo metodo, hindbrains di embrioni di topo E11.5 vengono sezionati e coltivate in una preparazione libro aperto su inserti di coltura cellulare per 24 ore. Durante questo periodo, i neuroni FBM migrano caudalmente verso r6 e possono essere esposti ad anticorpi funzionali-blocking e piccola molecules nei terreni di coltura o perline eparina carichi di proteine ricombinanti per esaminare i ruoli per le vie di segnalazione coinvolte nel guidare migrazione neuronale.
Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del cervello, ma poi migrare verso nuove mete da raggiungere adeguate aree di destinazione che si trovano a grande distanza. Il corretto posizionamento dei corpi cellulari neuronali in punti appropriati lungo gli assi dorso-ventrale e antero-posteriore del cervello di sviluppo è essenziale per il corretto cablaggio, la sopravvivenza e la funzione di questi neuroni dopo la fase migratoria 1-4. Simile ai meccanismi molecolari che controllano l'assone guida 5-7, serie combinatorie di spunti attrattive e repulsive sono pensati per guidare i neuroni migrano 1,8. Tuttavia, a causa delle interazioni tra più tipi di cellule, i segnali che controllano la migrazione neuronale sono stati ampiamente studiati meno di quelli coinvolti nella guida degli assoni, che può essere studiato cellule autonomamente. La hindbrain sviluppo dei vertebrati è stato utilizzato in diversi studi recenti per comprendere i meccanismi molecolari e cellularidella migrazione neuronale, per esempio in pulcino, mouse e zebrafish 1-4,9. Questo organo contiene diversi tipi di neuroni, tra cui diversi sottotipi di precerebellar e motoneuroni 5,7,10,11.
Motorneuron hindbrain sono nati nella zona ventricolare vicino al fondello, e differenziarsi in specifici sottoinsiemi in base alla loro rhombomere di origine 1,12. Il branchiomotor facciale (FBM) i neuroni sono generati in rhombomere (r) 4 nel hindbrain ed estendono i loro assoni dorsale attraverso un punto di uscita r4 nel secondo arco branchiale per innervare i muscoli facciali 2,9,13. FBM neuroni di zebrafish ei topi fornire eccellenti modelli per studiare i meccanismi molecolari e cellulari della migrazione neuronale in un processo che viene prontamente visualizzato, perché questi neuroni riproducibile traslocano loro somata in un processo spatiotemporally ben definito. Nei topi, i neuroni FBM primo migrano Caudally attraverso R5 e poi sia caudale e ventrale per raggiungere la loro posizione definitiva sul lato piale del hindbrain nel territorio di r6, dove si formano i nuclei appaiati del VII nervo cranico (VIIn) 10,11,14. In zebrafish, i neuroni FBM inizialmente migrano ventrale e poi cambiano direzione al confine R4-R5 per continuare la migrazione verso la superficie piale in maniera laminina-dipendente 4,12,15,16. Questa migrazione procede nel corso di un periodo di diversi giorni di sviluppo e può essere diviso in fasi di migrazione tangenziale e radiale, che permette l'identificazione di molecole che mediano questi due processi distinti. Al contrario, i neuroni FBM del pulcino hindbrain embrionale rimangono in r4 3,13,17-19.
Durante la loro migrazione, i neuroni FBM possono essere identificati, come altri tipi o motoneuroni, attraverso la loro espressione del fattore di trascrizione homoeodomain isolotto 1 (Isl1) 14. Così, commercemount immunofluorescenza o ibridazione in situ per questo indicatore a diversi stadi di sviluppo rivela il flusso migratorio distinto di FBM somata estende da R4 a R6 in zebrafish o il mouse 4,15,16. Inoltre, i giornalisti transgenici fluorescenti come Isl1-GFP sono state utilizzate come strumenti idonei per visualizzarne la migrazione dei neuroni FBM in zebrafish 3,17-19. Oltre alla loro idoneità per l'imaging, molti ricercatori hanno studiato la migrazione dei neuroni FBM nello sviluppo di zebrafish, perché i loro embrioni a vita libera possono essere manipolati facilmente con tecniche di trapianto cellulare e composti farmacologici applicati direttamente l'acqua dell'acquario. Al contrario, l'embrione di topo sviluppa racchiuso in utero, precludendo l'impianto di perline che trasportano segnali di orientamento o la somministrazione di anticorpi funzione di blocco che non attraversano la barriera placentare. Inoltre, i composti farmacologici somministrati alla madre in gravidanza possono avere ONUeffetti collaterali desiderati che possono indirettamente compromettere l'embriogenesi. Eludere questa limitazione, abbiamo sviluppato un metodo di coltura ex vivo per l'intera hindbrain del mouse che è compatibile con la migrazione FBM neurone e la sopravvivenza per 24 ore dopo dell'espianto 7,16. Questo metodo permette la manipolazione farmacologica facile, impianto di perline trasportano segnali o somministrazione di anticorpi funzionali bloccante orientamento e potrebbe anche essere adattato per studiare la migrazione di altri sottotipi neuronali nel hindbrain a diversi stadi di sviluppo.
Questo protocollo descrive la cultura wholemount di hindbrains topo E11.5 in un sistema transwell per studiare la migrazione dei neuroni FBM. Questo protocollo permette motoneuroni del mouse romboencefalo da tenere viva e la migrazione per un periodo di 24 ore, consentendo ex vivo manipolazione. Questo metodo presenta numerosi vantaggi sperimentali per gli investigatori cercano di identificare i meccanismi molecolari e cellulari della migrazione neuronale. Considerando saggi di migrazione tradizionali espianto piccoli pezzi di tessuto neurale in matrice su piastre di coltura e consentono l'osservazione di singoli neuroni rispondono agli stimoli esogeni, uno dei principali vantaggi del saggio transwell è la sua idoneità per manipolare i neuroni migrano all'interno dell'ambiente organo ospitante e quindi una più contesto fisiologico. È importante sottolineare che le sostanze possono essere facilmente applicati alle ex vivo romboencefalo espianti per testare il loro effetto sulla migrazione neuronale, aggirando i possibili effetti collaterali associati con administesuonare queste sostanze per un mouse incinta. Infine, il modello ex vivo permette anche la sperimentazione di sostanze che non attraversano la barriera placentare, come gli anticorpi funzione di blocco. Grazie a questi vantaggi, la ex vivo hindbrain cultura fornisce un metodo alternativo e complementare a embrioni di zebrafish, che può essere trattata con acqua piccole molecole solubili nell'acqua dell'acquario, o per elettroporazione in utero di cervelli embrionali, che richiede l'uso di speciali attrezzature ed è più difficile da padrone rispetto alla tecnica cultura qui descritta. Un altro vantaggio del protocollo qui descritto è la sua riconducibilità ad impiantare perline imbevuti di proteina ricombinante o altri reagenti, consentendo quindi l'applicazione di un metodo embrionale standard sviluppato per manipolare embrioni di pollo di un modello murino di migrazione neuronale. In particolare, il modello di coltura ex vivo può essere applicato a hindbrains di topi geneticamente ingegnerizzati difettosotiva in molecole specifiche coinvolte nella migrazione neuronale, come i recettori di crescita o fattore di orientamento, e combinato con impianti tallone per verificare se la reattività di leganti è perso. Oltre alla manipolazione farmacologica, ex vivo protocollo cultura può anche essere adattato per l'elettroporazione di vettori di espressione che potrebbero alterare l'espressione di geni di interesse; metodi appropriati per elettroporazione sono stati precedentemente descritti 22,23. Questo protocollo può anche essere adattato per visualizzarne la migrazione dei neuroni mediante microscopia time-lapse in espianti romboencefalo da topi transgenici contenenti neuroni fluorescente FBM, ad esempio Isl1-Cre, Rosa26Yfp 21. Infine, questo protocollo può essere utilizzato anche per studiare altri tipi di neuroni che migrano nel cervello posteriore, come quelle che formano la oliva inferiore, anche se ciò richiederebbe l'uso di hindbrains nelle fasi embrionali anziani e può richiedere coltura fino a 48 ore, seconda vitalità neuronale <em> Ex vivo.
Passaggi critici e risoluzione dei problemi
Per il successo di questo protocollo, è fondamentale che gli embrioni sono raccolti nella fase iniziale E11.5 giorno, più vicino al E11.25, quando FBM migrazione dei neuroni è appena iniziata. Tuttavia, non è sempre possibile raggiungere embrioni allo stadio di sviluppo a causa di variabilità naturale accoppiamento di topi, e di conseguenza, ci può essere una certa variabilità nel prolungare di migrazione FBM tra diversi esperimenti. La variabilità della migrazione FBM può osservare anche se l'esperimento non è completato entro il tempo assegnato, circa 3 ore, come si può vedere in Figura 3E. Tessuto hindbrain da E11.25 embrioni di topo è delicato. Quando dissezione e durante tutta la procedura espianto, è importante non strappare il tessuto hindbrain nelle zone di r4-r6 dove sono localizzati i neuroni FBM. A causa della natura delicata della dissprocesso ezione, e perché la velocità con cui hindbrains sono collocati nella cultura influenza il risultato, la procedura potrebbe richiedere un paio di pratica corre da padroneggiare, in particolare prima che siano utilizzati preziosi campioni o reagenti. Infine, è importante che il tessuto hindbrain viene inserito in una configurazione aperta libro sull'inserto cultura, perché ripiegamento del tessuto hindbrain durante la coltura impedirà normale migrazione FBM (vedere Figura 3F).
The authors have nothing to disclose.
MT è supportato da un dottorato di ricerca studentship [rif. 092839/Z/10/Z] e CR da una nuova Investigator Award [rif. 095623/Z/11/Z] dal Wellcome Trust.
Eppendorf round-bottomed reagent tube, 2.0 ml (Safe-Lock) | VWR | 211-2120 | |
Cell culture plates, 12 well | Thermo Scientific | 150628 | |
Plastic cell culture dish, 100 mm | Thermo Scientific | 150288 | |
15 mm Netwell insert with Mesh Polyester Membrane | Corning | 3477 | |
Watchmaker forceps, no. 5 | Dumont | 91150-20 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Laminin mouse protein | Life Technologies | 23017-015 | |
Primary antibody, Isl1 | Developmental Hybridoma Bank | 39.4D5 | Dilution 1/100 |
AlexaFluor 488-conjugated goat anti mouse secondary antibody | Life Technologies | A11029 | Dilution 1/200 |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103 | |
B27 supplement (50x) | Life Technologies | 17504-044 | |
Leibovitz’s L-15 | Life Technologies | 21083-027 | |
Penicillin/ streptomycin | Life Technologies | 15070 | |
Glucose | VWR | 101174Y | |
Heat-inactivated goat serum | Sigma | G9023 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Slowfade Antifade Kit | Life Technologies | S-2828 | Alternative mounting solutions may be used |
Microscope slides | VWR | 631-0912 | |
Cover glass | VWR | 631-0137 | |
Affi-Gel Heparin Beads | Biorad | 153-6173 | Glass, latex, or coloured beads may be used alternatively |
Recombinant human VEGF165 | R&D systems | 293-VE | Resuspend in PBS, store aliquots at -80oC |
Stereo Microscope, Leica MZ16 | Leica | ||
Confocal laser scanning microscope LSM710 | Zeiss |