तैयारी वयस्क माउस hypothalamic suprachiasmatic (SCN) नाभिक, और संस्कृति के लिए एक तेजी से रास्ता organotypic संस्कृति हालत में SCN ऊतक युक्त स्लाइस की प्रक्रिया रिपोर्ट कर रहे हैं. इसके अलावा, oscillatory घड़ी जीन प्रोटीन गतिशील luciferase संवाददाता प्रौद्योगिकी का उपयोग कर अभिव्यक्ति की माप वर्णित है.
A central circadian (~24 hr) clock coordinating daily rhythms in physiology and behavior resides in the suprachiasmatic nucleus (SCN) located in the anterior hypothalamus. The clock is directly synchronized by light via the retina and optic nerve. Circadian oscillations are generated by interacting negative feedback loops of a number of so called “clock genes” and their protein products, including the Period (Per) genes. The core clock is also dependent on membrane depolarization, calcium and cAMP 1. The SCN shows daily oscillations in clock gene expression, metabolic activity and spontaneous electrical activity. Remarkably, this endogenous cyclic activity persists in adult tissue slices of the SCN 2-4. In this way, the biological clock can easily be studied in vitro, allowing molecular, electrophysiological and metabolic investigations of the pacemaker function.
The SCN is a small, well-defined bilateral structure located right above the optic chiasm 5. In the rat it contains ~8.000 neurons in each nucleus and has dimensions of approximately 947 μm (length, rostrocaudal axis) x 424 μm (width) x 390 μm (height) 6. To dissect out the SCN it is necessary to cut a brain slice at the specific level of the brain where the SCN can be identified. Here, we describe the dissecting and slicing procedure of the SCN, which is similar for mouse and rat brains. Further, we show how to culture the dissected tissue organotypically on a membrane 7, a technique developed for SCN tissue culture by Yamazaki et al. 8. Finally, we demonstrate how transgenic tissue can be used for measuring expression of clock genes/proteins using dynamic luciferase reporter technology, a method that originally was used for circadian measurements by Geusz et al. 9. We here use SCN tissues from the transgenic knock-in PERIOD2::LUCIFERASE mice produced by Yoo et al. 10. The mice contain a fusion protein of PERIOD (PER) 2 and the firefly enzyme LUCIFERASE. When PER2 is translated in the presence of the substrate for luciferase, i.e. luciferin, the PER2 expression can be monitored as bioluminescence when luciferase catalyzes the oxidation of luciferin. The number of emitted photons positively correlates to the amount of produced PER2 protein, and the bioluminescence rhythms match the PER2 protein rhythm in vivo 10. In this way the cyclic variation in PER2 expression can be continuously monitored real time during many days. The protocol we follow for tissue culturing and real-time bioluminescence recording has been thoroughly described by Yamazaki and Takahashi 11.
Luciferase संवाददाता प्रौद्योगिकी के साथ लाभ और नुकसान
RT-पीसीआर के रूप में पूर्व vivo तरीकों,, स्वस्थानी संकरण और पश्चिमी धब्बा है कि कई अलग अलग समय अंक (सामान्य 2-4 बजे के नमूना आवृत्ति के आधार पर एक कम समय संकल्प देने) में ऊतक के नमूने की आवश्यकता है क्रम में प्रतिदिन अध्ययन के विपरीत जीन और प्रोटीन की अभिव्यक्ति में बदलाव, luciferase संवाददाता प्रौद्योगिकी उच्च (1-10 मिनट) संकल्प ही तैयारी में कई दिनों के लिए circadian दोलनों के अध्ययन की अनुमति देता है. चरण और ताल की अवधि पर प्रभाव के इस प्रकार, प्रयुक्त जानवर की संख्या कम से कम है और विस्तृत अध्ययन संभव है, जो आम तौर पर संभव नहीं है कम समय संकल्प के साथ पारंपरिक नमूना तकनीक का उपयोग कर. हालांकि, हालांकि लय के सापेक्ष आयाम माप संभव हो रहे हैं, यह जोर दिया जाना चाहिए कि रिपोर्टर प्रौद्योगिकी मात्रात्मक नहीं है और इसलिए इस्तेमाल किया जा सकता है नहीं करने के लिए लिखित जीन या अनुवादित प्रोटीन की मात्रा को मापने के.
ऊतक रिकॉर्डिंग और संवर्धन, सीधे vivo में प्रकाश प्रेरित चरण पाली आदि में vivo में तनाव की आणविक प्रभाव, अध्ययन के लिए एक महान लाभ के बाद तुरंत शुरू किया जा सकता विश्लेषण organotypic SCN संस्कृति लंबी अवधि (सप्ताह) वयस्क मस्तिष्क के औषधीय हेरफेर की अनुमति देता है एक अक्षुण्ण परिपक्व synaptic नेटवर्क और luciferase संवाददाता प्रौद्योगिकी युक्त ऊतक कई सप्ताह के लिए स्थिर रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है. इस प्रकार, ऊतक नवजात या जल्दी प्रसवोत्तर क्रम में स्वस्थ संस्कृतियों प्राप्त करने की जरूरत नहीं करता है और तीव्र टुकड़ा पुरानी औषधीय उपचार के विपरीत किया जा सकता है है. सेल संस्कृतियों में प्लाज्मिड संवाददाता transfections, जो कोई डीएनए के जीनोम में शामिल करने के लिए नेतृत्व करने के लिए इसके विपरीत में, ट्रांसजेनिक luciferase पशु मॉडल (के रूप में के रूप में अच्छी तरह से lenti-वायरस transfections) अनुकूल हैं अगर epigenetic परिवर्तन के लिए अध्ययन किया जा रहे हैं. इस संदर्भ में यह भी उल्लेख किया जाना चाहिए कि luminescence इमेजिंग आजकल बेहद संवेदनशील सीसीडी 11 कैमरों के साथ संभव है, एकल SCN न्यूरॉन्स (~ 6-10 सुक्ष्ममापी) और अन्य प्रकार की कोशिकाओं, प्रमुख circadian लय अध्ययन प्रयोगशालाओं द्वारा उपयोग में भी रिकॉर्डिंग की अनुमति है. अंत में, कई circadian जांचकर्ताओं आमतौर पर हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन जैसे अन्य संवाददाताओं, का उपयोग करने के क्रम में घड़ी जीन / प्रोटीन 16-19 दोलनों अध्ययन आणविक अभिव्यक्ति की निगरानी का उपयोग करें.
टुकड़ा मोटाई के पहलुओं
SCN टुकड़ा (200-300 सुक्ष्ममापी) के यहाँ की सिफारिश की thicknesses या कम किया जा सकता वृद्धि हुई है अगर वांछित. हालांकि, हालांकि ऊतक झिल्ली पर संस्कृति में कुछ दिनों के बाद बाहर दुबला बना देती है है, यह शुरू में कटौती टुकड़ा की 500 सुक्ष्ममापी मोटाई से अधिक के क्रम में 7 ऊतक की व्यवहार्यता की रक्षा की सिफारिश नहीं है. एक टुकड़ा 100 सुक्ष्ममापी की तुलना में पतली यांत्रिक और व्यावहारिक कारणों को संभालना मुश्किल है. क्योंकि SCN ऊतक विषम है टुकड़ा की मोटाई luciferase उत्पादन में संकेत के चरण को प्रभावित कर सकता है के बाद से, SCN है (उदाहरण के लिए "खोल", और पृष्ठीय बनाम वेंट्रल क्षेत्रों बनाम "कोर") के भीतर विभिन्न क्षेत्रों के विभिन्न चरणों के साथ थरथराना 20 और विभिन्न चरण के बाद फिर से सिंक्रनाइज़ 21 बदलाव है . स्लाइस की मोटाई भी फोटान गणना के आधारभूत को प्रभावित करता है के बाद से अधिक ऊतक फोटॉनों की एक बड़ी संख्या उत्सर्जन करता है. आणविक दोलनों के आयाम इस तरह परोक्ष रूप से explant के आकार से प्रभावित हो सकता है. इन कारणों के लिए, नियंत्रण और इलाज संस्कृतियों हमेशा एक ही आकार, मोटाई, और चाहिए क्रम में करने के लिए एक ही चरण में और एक ही आयाम के साथ थरथराना SCN के एक ही क्षेत्र युक्त. दो एकतरफा नाभिक, दूसरे हाथ पर, चरण में एक दूसरे के साथ और लंबे समय के रूप में इसी तरह के आयाम के साथ थरथराना vibratome कटौती के रूप में क्षैतिज और (जो बारी में है कि सेरिबैलम और दो गोलार्द्धों के बीच कटौती जुदाई सीधा है पर निर्भर है angled नहीं है मेज की सतह के लिए). एक अन्वेषक जो SCN संवर्धन करता अनुभव हो सकता है कि SCN संस्कृतियों चरण में एक दूसरे के साथ नहीं थरथराना है. अभ्यास और टुकड़ा करने की क्रिया तकनीक के मानकीकरण यानी, स्लाइस हमेशा SCN rostro – दुम के समान स्तर पर काट रहे हैं, परिणाम में सुधार होगा.
महत्वपूर्ण कदम
संभावित संशोधनों
महत्व
ट्रांसजेनिक माउस और चूहा उपभेदों (mPER2: ल्यूक, mPer1 8 – ल्यूक, 10, 27) में luciferase एंजाइम गतिविधि प्रोटीन या जीन की अभिव्यक्ति की लय को दर्शाता है और bioluminescence रिकॉर्डिंग के द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है. bioluminescence luciferase उत्पन्न एक कमजोर संकेत देता है, लेकिन पृष्ठभूमि luminescence शून्य के करीब है, इस विधि फायदेमंद बना. इसके अलावा, क्योंकि luciferase अणु अस्थिर है और तेजी से अपमानित पीएच नहीं हैototoxicity है, जो लंबी अवधि के उत्तेजक 28 रोशनी के दौरान प्रकट कर सकते हैं. साथ में ले ली, इन गुणों लंबे समय तक चलने वाले प्रयोगों luciferase संवाददाता प्रौद्योगिकी अत्यधिक circadian अनुसंधान के क्षेत्र में लाभप्रद बनाने की अनुमति देते हैं.
The authors have nothing to disclose.
000000000091984 FONCICYT, Jeansson की नींव, Söderström Königska sjukhemmet, मरथा Lundqvist और Sigurd OCH Elsa यह काम स्वीडिश चिकित्सा अनुसंधान परिषद (K2009-75SX – +२१०२८-01-3, K2008-61X-२०७००-01-3) द्वारा वित्त पोषित किया गया था Goljes Minne, और SLS 95,151 मेडिसिन के स्वीडिश सोसाइटी. प्रोफेसर जीन डी ब्लॉक, UCLA, कृतज्ञता पांडुलिपि पर बहुमूल्य टिप्पणियों के लिए स्वीकार किया है. हम HCN चैनल अवरोधक के लिए डॉ. माइकल Andäng और डॉ. हेलेना Johard धन्यवाद, और वीडियो खुर्दबीन प्रदान करने के लिए प्रो अब्दुल अल – Manira.
नैतिक आधार:
सभी जानवरों पर प्रयोगों के कारोलिंस्का Institutet और "स्टॉकहोम Norra Djurförsöksetiska Nämnd" द्वारा निर्धारित दिशा निर्देशों और नियमों के अनुसार में प्रदर्शन किया गया. सभी पशु प्रयोगों इरादे के साथ प्रदर्शन कर रहे हैं किसी भी संभावित तनाव या पशु के लिए परेशानी कम से कम.
Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
B27 supplement 50x | Invitrogen/Gibco | 17504-044 | ||
Cover glasses | Menzel-Gläser | 40#1 | ≈ 40 mm | |
Culture membranes | Millipore | PICMORG50 | 0.4 μm | |
DMEM low glucose w/o phenol red | Sigma | D2902 | Powder for 1L | |
Filter paper | Whatman | 1003 055 | ≈ 55 mm | |
Filtration set | Corning | 431097 | Pore size 0.22 μm Polyethersulfone | |
Forceps | Allgaier Instrumente | 0203-7-PS | Dumant #7 | |
HEPES | Invitrogen/Gibco | 15630-056 | 100 ml | |
HBSS 10x | Invitrogen/Gibco | 14065-049 | 500 ml | |
NaOCH3 7.5% | Invitrogen/Gibco | 25080-060 | 50 ml | |
Luciferin | Promega | E1602 | Beetle luciferin, potassium salt | |
Micro rongeur tool | Allgaier Instrumente | 332-097-140 | ||
PenStrep 10,000 U/ml | Invitrogen/Gibco | 15140-122 | 100 ml | |
Petri dishes | Corning | 430165 | ≈ 35 mm | |
PMT | Hamamatsu | H9319-11MOD | ||
Disposable scalpels | Paragon | P503 | Size 11 | |
Vacuum filter | Fisher | 09-761-5 | ||
Vacuum grease | Dow Corning | 50 g | ||
Vibratome | Campden Instruments |