In vivo Nöromimarlık çalışmaları için tasarlanan nöronal öncülerin intraventriküler nakli
概要
Nöronal öncülerin in vitro lentiviral mühendisliğine dayanarak, vahşi tip beyinleri ve “test” ve “kontrol” türevlerinin eş-transplantasyonu, bu yöntem, neokortikal in vivo gen kontrolünde doğru modelleme sağlar basit ve ekonomik bir şekilde nöron morfoloji.
Abstract
Nöronal sitanmiminin gen kontrolü Şu anda yoğun soruşturmanın konusu. Burada tarif edilen, neokortikal projeksiyon nöron morfolojisinin in vivo gen kontrolünü incelemek için geliştirilen basit bir yöntemdir. Bu yöntem, (1) “test” ve “kontrol” hücreleri olarak nöronal öncülerin in vitro lentiviral mühendislik dayanmaktadır (2) vahşi tip beyinleri içine onların Co-transplantasyonu, ve (3) onların nöronal türevleri eşleştirilmiş morfometrik değerlendirilmesi. Özellikle, e 12.5 pallial öncüleri panneuronal, genetik olarak etiketlenmiş bağışçılar, bu amaçla istihdam edilmektedir. Bunlar, seçilen organizatör ve Teton/off teknolojisinin avantajlarından yararlanmak için tasarlanmıştır ve onlar yenidoğan lateral ventrikül içine serbest el nakledilir. Daha sonra, alıcı beyinleri immünofluorescence profil üzerine, nakledilen nöronların siluetleri NeurphologyJ açık kaynaklı yazılım içine beslenir, onların morfometrik parametreleri ayıklanır, ve ortalama uzunluğu ve dallanma endeksi hesaplanır. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu üç ana avantaj sunar: uygun maliyetlerde transgen ifadesinin ince kontrolünü elde etmesini sağlar, sadece temel cerrahi becerileri gerektirir ve sınırlı bir analiz üzerine istatistiksel olarak güvenilir sonuçlar verir hayvan sayısı. Onun tasarımı nedeniyle, ancak, nöromimarlık non Cell-otonom kontrol adrese yeterli değildir. Dahası, tercihen nöronal göç tamamlandıktan sonra nörit morfoloji kontrolünü incelemek için kullanılmalıdır. Şu anki formülasyonunda, bu yöntem glutamatergik neokortikal nöron mimarisinin gen kontrolünü incelemek için zarif bir şekilde ayarlanmıştır. Diğer belirli nöral hücre türlerinde EGFP ifade transgenik hatları yararlanarak, kendi mimarisi gen kontrolünü ele almak için yeniden yapılabilir.
Introduction
Burada, nöronal sitonyonunda in vivo gen kontrolünü incelemek için geliştirdiğimiz basit bir yöntem açıklanmaktadır. Nöronal öncülerin in vitro mühendisliğine dayanarak, yenidoğan beynine nakli ve “test” ve “kontrol” hücrelerinin eşlenmiş morfometrik değerlendirilmesi, test genlerinin fonksiyonel etkilerini, nöronal morfolojinin ince kontrolünde bir hızlı ve uygun fiyatlı bir şekilde. Nöronal mimarinin in vivo gen kontrolünü araştırmak için, üç önemli teknik sorun ele alınmalıdır: (1) yeterince desenli gen-of-faiz (GOı) ifade ve doğru bir nicel kontrolü elde; (2) farklı nöronal siluetlerin düzgün segmentlenmiş görselleştirme elde etmek; (3) hayvanların sınırlı sayıda istihdam ederken sonuçların istatistiksel önemi eliciting.
Mevcut olduğunda, tetrasiklin (Tet) kontrollü transgenler taşıyan fare mutant hatları ilk sorunu gidermek için en iyi araç olabilir1. Alternatif olarak, somatik nakliyle istihdam edilebilir. Bu gibi durumlarda transgeni Elektroporasyon2 veya viral dönüştürücü3ile teslim edilir. Sonra, bir episome olarak korunur (örneğin, standart Elektroporasyon4), ya da GENOMA entegre edilmiştir (rasgele, retroviral integrase5ile; veya tanımlanmış bir konumda, Crispr tarafından terfi Homolog rekombinasyon (slendr)6 ).
İkinci olarak, nöronal siluet görselleştirme (a) seyrek üniforma etiketleme veya (b) yoğun diferansiyel etiketleme yoluyla elde edilebilir. Seyrek etiketleme gelince, gelişmiş Golgi benzeri metodolojiler istihdam edilebilir7, seçilmiş nöronal minisetler biocytin tarafından doldurulabilir8, ve tuz-ve-biber etiketleme seyrek ifade transgeni sayesinde elde edilebilir. Böyle bir transgeni (THY-EGFP)9 ya da Stokastik rekombinasyon (Morf)10tarafından aktive edilebilir alacalı transkripsiyon gösterebilir. Gibi (b), devlet sanat stratejileri bir multi-floxed fluoroprotein transgene dizi içinde CRE-aracılı Stokastik rekombinasyon içerir (bRainbow)11, flororoprotein genler piggyBac-transposaz odaklı genomik entegrasyonu yanı sıra, daha önce somatik nakliyle (klon)12ile teslim edilir.
Üçüncü konuya gelince, morfometrik sonuç genellikle büyük bir rasgele değişkenlik etkilenir, hayvan farklılıkları ve hücre enjeksiyon olasılıklardan kaynaklanan. Bu nedenle, çok sayıda hayvan genellikle GOı morfometrik aktivite değerlendirmek için gerekli istatistiksel güç elde etmek için istihdam edilir.
Daha önce açıklanan yaklaşımlar genellikle gelişmiş teknik becerilere güveniyor ve bilimsel toplumlarda difüzyon sınırlarını sınırlayabilen göze çarpan finansal kaynaklara ihtiyaç duyar. Bu sorunları aşmak için, biz hızlı ve uygun bir şekilde nöromimarlık in vivo gen kontrolünü parçalamak için kolay ve basit bir boru hattı tasarlanmış. Bu, daha önce antiblastik transgen aktivitesi13‘ ün hızlı in vivo değerlendirilmesi için geliştirilen benzer bir ortak transplantasyon tasarımından esinlenilmiştir.
Özellikle, in vitro mühendislik “yeşil” sinir öncüleri (“test” ve “kontrol” hücrelerinin) bir “siyah” alıcı yenidoğan beyin içine Co-transplantasyonu aynı anda yukarıda listelenen üç önemli sorunları düzeltebilirsiniz düşünülmektedir. Aslında, iyi kontrollü koşullarda, precursors In vitro lentiviral mühendislik, en az, genellikle in vivo somatik manipülasyonlar ile ilişkili nöronal transgen ifade değişkenlik bakım sağlar (daha önce gerçekleştirilen 14 , 15 ve bizim yayımlanmamış sonuçlar). Gen ifadesinin elde edilen doğru kontrolü, Tet kontrollü transgenik modellerde elde edilen ile karşılaştırılabilir. Ancak, bu prosedürün maliyetleri, transgenik fare çizgisinin bakımından kaynaklanan bunlardan çok daha fazladır. Sonra, serbest hücre enjeksiyonu kolaydır ve minimal eğitim gerektirir. Dahası, her beyne enjekte etiketli öncülerin miktarı kolayca seyrek dağıtılmış öncüleri yeterli birikimli sayısı elde etmek için ayarlanabilir, aynı zamanda en az nakledilen hayvanların toplam sayısını tutarak. Son olarak, Co-enjeksiyon farklı Fluoro etiketli, “test” ve “kontrol” öncüleri ve sonuçların sonraki ikili istatistiksel analiz, inter-hayvan deneysel değişkenlik etkilerini karşı, ulaşmasına izin sonuçlar istatistiksel önemi, bireylerin sınırlı sayıda Analizi bile13.
Bu, hızlı ve ucuz olsa da, bu yöntemin iki ana sınırlamalara sahip olduğu vurgulanmalıdır. İlk olarak, nöronal mimarinin hücre otonom gen kontrolünü araştırmak için tasarlanmıştır ve çevre kontrolünü ele almak uygun değildir. İkinci olarak, nakledilen nöronal öncüleri heterokronik bir program ile son konumuna ulaştığınızda, bu yöntem geçmiş göç tamamlanma oluşan nöromimarilik kontrolü modeli için tercih edilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu prosedürün spesifik yönleri/adımları önemlidir ve özel dikkat gerektirir. İlk olarak, (a) operatörler, bir BSL-2 uyumlu laboratuvar ortamında lentivirüsleri güvenli bir şekilde yönetmek için yeterli derecede önceden eğitilmelidir. İkinci olarak, (b) önce Mix “test” ve “kontrol” nöral preparatlar, dikkatle açıklandığı gibi iki karşılık gelen nöroküre süspansiyonları yıkamak için zorunludur, istenmeyen lentiviral nedeniyle iki preparatların herhangi bir gecikme çapraz enfeksiyon önle…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz bu prosedürün erken kurulumu için onun katkısı için teşekkür ederiz.
Materials
| 0.3 mL syringe | BD | 320840 | store at RT |
| 0.45 μm sterile filter | Millex-HV | SLHU033RS | store at RT |
| 12 multiwell plate | Falcon | 353043 | store at RT |
| 1X PBS | Gibco | 14190-094 | store at RT |
| 24 multiwell plate | Falcon | 351147 | store at RT |
| anti-EGFP antibody, chicken polyclonal, RRID:AB_371416 | Tebubio | GTX13970 | store at -20 ℃ |
| anti-RFP antibody, rat monoclonal, RRID:AB_10795839 | Antibodies Online | ABIN334653 | store at +4 ℃ |
| anti-Tubb3 antibody, mouse monoclonal, RRID:AB_2313773 | Covance | MMS-435P | store at -20 ℃ |
| Aspirator tube assemblies kit for calibrated microcapillary pipettes | Sigma | A5177-5EA | store at RT |
| Blue light lamp | Nightsea | BLS2 | store at RT |
| Borosilicate capillaries | Kwik-Fil | TW150-4 | store at RT |
| BSA | Sigma | A9647 | store at +4 ℃ |
| Bürker chamber | Sigma | BR719520 | 0.0025 mm2, 0.100 mm |
| Cryo-inclusion medium (Killik) | Bio-Optica | 05-9801 | store at RT |
| DAPI | Sigma | D9542 | store at +4 ℃ |
| Disposable embedding mold | Bio-Optica | 07MP7070 | DispoMold07 |
| DMEM/F-12 | Gibco | 31331-028 | store at +4 ℃ |
| Dnase I | Roche | 10104159001 | store at +4 ℃ |
| Doxycicline | Sigma | D1822 | store at +4 ℃ |
| Dumont forceps #3c | Fine Science Tools | 11231-20 | store at RT |
| Dumont forceps #5 | Fine Science Tools | 11251-20 | store at RT |
| EGF | Gibco | PHG0311 | store at -20 ℃ |
| EGTA | Sigma | E3889 | store at RT |
| FGF | Gibco | PHG0261 | store at -20 ℃ |
| Fine scissors – Sharp | Fine Science Tools | 14060-09 | store at RT |
| Fungizone (Amphotericin B) | Gibco | 15290018 | store at -20 ℃ |
| Glucose | Sigma | G8270 | store at RT |
| GlutaMAX Supplement | Gibco | 35050061 | store at RT |
| Goat anti-chicken Alexa 488 | Invitrogen | A11039 | store at -20 ℃ |
| Goat anti-rat Alexa 594 | Invitrogen | A11007 | store at -20 ℃ |
| Heparin Solution | Stem Cell Technologies | 07980 | store at +4 ℃ |
| N2 Supplement | Gibco | 17502048 | store at -20 ℃ |
| Optical fibers | Leica | CLS150X | store at RT |
| P1000 puller | Sutter Instruments | P-1000 model | Flaming/Brown Micropipette Puller |
| Parafilm | Bemis | PM-996 | store at RT |
| Pen Strep | Sigma | P0781 | store at -20 ℃ |
| Petri dish | Falcon | 353003 | store at RT |
| PFA | Sigma | 158127 | store at RT |
| Plasmid #363 [LV_TREt_(IRES)PLAP] | built in house | ||
| Plasmid #386 [LV_pTa1_mCherry] | built in house | ||
| Plasmid #401 [LV_pTa1_rtTA(M2)] | built in house | ||
| Plasmid #408 [LV_Ppgk1p_rtTA(M2)] | built in house | ||
| Plasmid #484 [LV_lacZ] | Addgene | 12108 | |
| Plasmid #529 [LV_Pgk1p_mCherry] | built in house | ||
| Plasmid #730 [LV_pSyn_rtTA(M2)] | built in house | ||
| Scalpel | Braun | BB515 | store at RT |
| Steromicroscope | Leica | MZ6 | store at RT |
| Trypan blue | Gibco | 15250-061 | store at RT |
| Trypsin | Gibco | 15400-054 | store at -20 ℃ |
| Trypsin inhibitor | Sigma | T6522 | store at +4 ℃ |
参考文献
- Kistner, A., et al. Doxycycline-mediated quantitative and tissue-specific control of gene expression in transgenic mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (1996).
- Matsui, A., Yoshida, A. C., Kubota, M., Ogawa, M., Shimogori, T. . Mouse in Utero Electroporation: Controlled Spatiotemporal Gene Transfection. Journal of visualized experiments: JoVE. , (2011).
- Kim, J. Y., Grunke, S. D., Levites, Y., Golde, T. E., Jankowsky, J. L. Intracerebroventricular Viral Injection of the Neonatal Mouse Brain for Persistent and Widespread Neuronal Transduction. Journal of Visualized Experiments. , (2014).
- Puram, S. V., et al. A CaMKIIβ 2 signaling pathway at the centrosome regulates dendrite patterning in the brain. Nature Neuroscience. , (2011).
- Zuccotti, A., Le Magueresse, C., Chen, M., Neitz, A., Monyer, H. The transcription factor Fezf2 directs the differentiation of neural stem cells in the subventricular zone toward a cortical phenotype. Proceedings of the National Academy of Sciences. , (2014).
- Mikuni, T., Nishiyama, J., Sun, Y., Kamasawa, N., Yasuda, R. High-Throughput, High-Resolution Mapping of Protein Localization in Mammalian Brain by in Vivo Genome Editing. Cell. , (2016).
- Spiga, S., Acquas, E., Puddu, M. C., Mulas, G., Lintas, A., Diana, M. Simultaneous Golgi-Cox and immunofluorescence using confocal microscopy. Brain Structure and Function. , (2011).
- Chen, B., et al. The Fezf2-Ctip2 genetic pathway regulates the fate choice of subcortical projection neurons in the developing cerebral cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences. , (2008).
- Feng, G., et al. Imaging neuronal subsets in transgenic mice expressing multiple spectral variants of GFP. Neuron. , (2000).
- Lu, X. H., Yang, X. W. Genetically-directed Sparse Neuronal Labeling in BAC Transgenic Mice through Mononucleotide Repeat Frameshift. Scientific Reports. , (2017).
- Cai, D., Cohen, K. B., Luo, T., Lichtman, J. W., Sanes, J. R. Improved tools for the Brainbow toolbox. Nature Methods. , (2013).
- Garcia-Moreno, F., Vasistha, N. A., Begbie, J., Molnar, Z. CLoNe is a new method to target single progenitors and study their progeny in mouse and chick. Development. , (2014).
- Falcone, C., Daga, A., Leanza, G., Mallamaci, A. Emx2 as a novel tool to suppress glioblastoma. Oncotarget. , (2016).
- Brancaccio, M., Pivetta, C., Granzotto, M., Filippis, C., Mallamaci, A. Emx2 and Foxg1 inhibit gliogenesis and promote neuronogenesis. Stem Cells. , (2010).
- Fimiani, C., Goina, E., Su, Q., Gao, G., Mallamaci, A. RNA activation of haploinsufficient Foxg1 gene in murine neocortex. Scientific Reports. , (2016).
- Tucker, K. L., Meyer, M., Barde, Y. A. Neurotrophins are required for nerve growth during development. Nature Neuroscience. , (2001).
- Currle, D. S., Hu, J. S., Kolski-Andreaco, A., Monuki, E. S. Culture of mouse neural stem cell precursors. Journal of Visualized Experiments. , (2007).
- Park, J. J., Cunningham, M. G. Thin Sectioning of Slice Preparations for Immunohistochemistry. Journal of Visualized Experiments. , (2007).
- Puzzolo, E., Mallamaci, A. Cortico-cerebral histogenesis in the opossum Monodelphis domestica: Generation of a hexalaminar neocortex in the absence of a basal proliferative compartment. Neural Development. , (2010).
- . . NeurphologyJ Manual. , (2012).
- Chiola, S., Do, M. D., Centrone, L., Mallamaci, A. Foxg1 Overexpression in Neocortical Pyramids Stimulates Dendrite Elongation Via Hes1 and pCreb1 Upregulation. Cerebral Cortex. , (2018).
