Neuroblast Migration ist ein entscheidender Schritt in der postnatalen Neurogenese. Das hier beschriebene Protokoll kann verwendet werden, um die Rolle der Regulatoren der Neuroblast Kandidat Migration durch den Einsatz von DNA / kleine Haarnadel-RNA (shRNA) Nukleofektion und eine 3D-Migrationsassay mit Neuroblasten aus dem Nagetier postnatale rostralen Migrationsstrom getrennt zu untersuchen.
Die Subventrikularzone (SVZ) in der Seitenwand der lateralen Ventrikel befindet spielt eine fundamentale Rolle in der adulten Neurogenese. In diesem geschützten Bereich des Gehirns, der neuralen Stammzellen vermehren und ständig zu erzeugen Neuroblasten, die tangential in Ketten entlang der rostralen Migrationsstrom (RMS) zu migrieren, um den olfaktorischen Bulbus (OB) zu erreichen. Einmal in der OB, Neuroblasten zu wechseln, um die radiale Migration und dann in ausgereiften Nervenzellen in der Lage, in die bereits bestehende neuronale Netzwerk integrieren zu unterscheiden. Proper Neuroblast Migration ist ein grundlegender Schritt in der Neurogenese, der die korrekte funktionelle Reifung von neugeborenen Neuronen. Angesichts der Fähigkeit der SVZ-derived Neuroblasten, verletzte Bereiche im Gehirn Ziel, die Untersuchung der intrazellulären Mechanismen zugrunde liegen ihre Beweglichkeit verbessern nicht nur das Verständnis der Neurogenese, sondern kann auch die Entwicklung von neuroregenerativen Strategien zu fördern.
Dieses Manuskript beschreibt ein detailliertesProtokoll für die Transfektion von primären Nagetier RMS postnatalen Neuroblasten und der Analyse ihrer Motilität mit Hilfe eines 3D-Migrationsassay in vitro rekapituliert ihre Art der Migration in vivo beobachtet. Beide Ratte und Maus Neuroblasten können schnell und effizient transfiziert über Nukleofektion entweder mit Plasmid-DNA, kleine Haarnadel (sh) RNA oder short interfering (si) RNA-Oligos gezielt Gene von Interesse sein. Um die Migration zu analysieren, werden nucleofected Zellen in "hängenden Tropfen" neu zusammengefügt und anschließend in einer dreidimensionalen Matrix eingebettet. Nucleofection per se nicht die Migration der Neuroblasten nicht wesentlich beeinträchtigen. Pharmakologische Behandlung von nucleofected und neu zusammengefügt Neuroblasten kann auch durchgeführt werden, um die Rolle von Signalwegen in Neuroblast Migration beteiligt studieren.
Im postnatalen Gehirn von Säugetieren, Neubildung von Nervenzellen (Neurogenese) über die gesamte Lebensdauer und ist mit zwei neurogenen Nischen beschränkt: die Subventrikularzone (SVZ) der Seitenventrikel und der Subgranularzone des Gyrus dentatus des Hippocampus 1. Mehrere neuere Studien haben die wichtige Rolle der adulten Neurogenese bei der Erleichterung der Lern-und Gedächtnisaufgaben 2,3 gezeigt. Darüber hinaus Nachweis der Proliferation und Rekrutierung von neuralen Vorläuferzellen nach Hirnverletzung 7.4 erhöht die Möglichkeit der pharmakologischen Aktivierung der Neurogenese im neuronalen Reparatur.
Postnatale Neurogenese ist streng in all seinen Phasen, die neuralen Vorläufer Proliferation, Migration, Differenzierung, Überleben und letzte synaptischen Integration neu geboren Neuronen 8 sind geregelt. Neuronale Vorläuferzellen (Neuroblasten) aus Stammzellen in der SVZ abgeleitet wandern über eine große Strecke durch den rostralen MigrationsStrom (RMS) in Richtung der Riechkolben (OB), wo sie in funktionelle Neuronen 9 reifen. Wandernden Neuroblasten sind überwiegend unipolar, mit einem länglichen Zellkörper, der sich eine einzige führende Prozess. Diese Zellen bewegen sich in Ketten auf kollektive Weise, übereinander zu gleiten 10. Migration ist ein entscheidender Schritt für die anschließende Reifung SVZ abgeleiteten Vorläuferzellen zu funktionellen Neuronen 11 und wird von mehreren Faktoren und Führung Moleküle einschließlich gesteuert: polysialyliert neurale Zelladhäsionsmolekül (PSA-NCAM) 12. Ephrine 13, Integrine 14, Schlitze 15, Wachstumsfaktoren und Neurotransmitter 16 17, jedoch sind die molekularen Mechanismen, die diesem Verfahren unterliegen nicht vollständig verstanden. Untersuchung der intrazelluläre Signalwege regulieren Neuroblast Migration wird nicht nur ein besseres Verständnis der adulten Neurogenese, sondern auch für die Entwicklung von neuen therapeutischen beitragenAnsätze zur Heilung des Gehirns zu fördern.
Dieses Manuskript beschreibt ein detailliertes Protokoll, um die Rolle des Kandidaten Regulatoren der Neuroblast Migration in vitro Studie mit Nukleofektion und eine 3D-Migration-Assay. Nukleofektion eine Zelle Transfektion Technik, die auf ein verbessertes Verfahren zur Elektroporation. Zelltyp-spezifische elektrische Strom und Nukleofektion Lösung ermöglicht die Übertragung von polyanionischen Makromoleküle, wie DNA und shRNA Vektoren und siRNA Oligonukleotide direkt in den Zellkern und erlauben Transfektion langsam teil oder mitotisch inaktiven Zellen, wie embryonalen Säugetierneuronen und 18. Diese Methode ist schnell, relativ einfach durchzuführen und die Ergebnisse in hohem Maße reproduzierbar Transfektion von einem breiten Spektrum von Zelltypen, einschließlich der primären Neuroblasten und Neuronen 19-21.
Die Dissoziation von RMS Gewebe ermöglicht die Isolierung der wandernden Neuroblasten, die erfolgreich mit DNA / SHR nucleofected werden könnenNA Vektoren oder siRNA Oligos gezielt Gene von Interesse. Nach Nukleofektion, Neuroblasten werden in hängenden Tropfen neu zusammengefügt und anschließend in einem dreidimensionalen Matrigel-Matrix eingebettet sind. Diese Bedingungen ermöglichen Neuroblasten aus der Zellaggregate rekapituliert die in vivo beobachtete Migrationsmodus zu migrieren, wodurch ein ausgezeichnetes Modellsystem für die Signalwege in Neuroblastenmigration beteiligt zu untersuchen und um den Einfluss von pharmakologischen Behandlungen auf die Motilität der Zellen beurteilen.
Die Migration der Neuroblasten entlang der RMS an den endgültigen Standort im OB ist ein grundlegender Schritt in der postnatalen Neurogenese. Allerdings sind die molekularen Mechanismen, die diesen komplexen Prozess bei weitem noch nicht vollständig verstanden.
Die hier beschriebene experimentelle Verfahren ermöglicht die Untersuchung von Neuroblast Migration in vitro. Wir haben eine bisher veröffentlichten Protokoll zur Isolierung von RMS Neuroblasten aus der frühen postnatalen Maus oder Ratte 25 angepasst. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, ist es wichtig, die Dissektionsschritt meistern, da es entscheidend ist, um das Zeitintervall zwischen Dissektion und Nukleofektion auf einem Minimum zu halten. Nach Nukleofektion können Neuroblasten neu zusammengefügt werden, in einer dreidimensionalen Matrix eingebettet und links über einen Zeitraum von 24 Std. zu migrieren. Alternativ kann für andere als die Migration (z. B. Immunfluoreszenz oder Western-Blot-Analyse) Zwecken Zellen kann unmittelbar nach Nukleofektion auf polyornithine/laminin- plattiert werdenbeschichtete Deckgläser, wo sie bis zu 4-5 Tage überleben. Maus und Ratte Neuroblasten wandern in Matrigel in einem ähnlichen Ausmaß, aber Maus-Zellen scheinen eine stärkere Tendenz, in Ketten als Rattenzellen migrieren.
Je nach Ziel der Studie, können Neuroblasten mit verschiedenen Plasmiden fluoreszierende Proteine oder Wildtyp / Mutante Proteine von Interesse kodiert nucleofected werden. Für eine optimale Protein-Expressionsplasmide mit einer CAG-Promotors (β-Actin-Promotor CMV-Enhancer und β-Globin-Poly-A-Schwanz) 26 werden empfohlen. Darüber hinaus kann siRNA Oligos oder shRNA Plasmide nucleofected werden, um Ziele von Interesse Knockdown. Effektive Proteinabbau kann durch Immunfluoreszenz oder durch Western-Blot (in der Regel Lyse eingebettet Aggregate von 1 Jungtier mit 50 ul Standard Lyse-Puffer) visualisiert werden.
Nucleofection ist eine relativ einfache Methode zur primären Neuroblasten Transfektion bietet eine einfachere und schnellere Alternative zu viral-Vektor-vermittelte Transfektion und kann hoch (~ 70-80%) Transfektion Effizienz zu erreichen. Es ist wichtig, während der Nukleofektion Verfahren schnell zu arbeiten, seit er in der Neuroblasten Nukleofektion Lösung für eine längere Zeit die Lebensfähigkeit der Zellen drastisch reduziert.
Die durchschnittliche Zellausbeute von RMS Dissektion ist relativ gering für P7-Mäuse (~ 5 × 10 5 Zellen / Gehirn) im Vergleich zu Ratten, P7 (~ 1 × 10 6 Zellen / Gehirn) und mindestens 3 x 10 6 Zellen pro Nukleofektion erforderlichen der Transfektion mit ~ 50% Wirkungsgrad zu erreichen. Darüber hinaus erscheinen Ratte Neuroblasten besser zu widerstehen, um Nukleofektion Vergleich zu Maus Neuroblasten. Daher könnte der frühen postnatalen (P6-P7) Rattenjungen eine bequeme Neuroblast Quelle darstellen, auch unter Berücksichtigung, dass die Organisation von Ratte und Maus RMS sind bemerkenswert ähnLAR 27 und dass das Ausmaß der Ratte und der Maus Neuroblastenmigration in vitro ist ebenfalls vergleichbar. Es ist ratsam, nicht die neu zusammengefügt Cluster von nucleofected Neuroblasten in Suspension für länger als 48 Stunden zu halten, um abnormale Effekte auf die Zellmorphologie und Migration (unsere unveröffentlichte Beobachtungen) zu vermeiden.
Die hier beschriebene 3D-Assay kann verwendet werden, um Neuroblastenmigration zu einem festen Zeitpunkt zu quantifizieren nach Einbetten in der Matrix (zB. 24 h) werden. Aggregate unterschiedlicher Größe in der Analyse verwendet werden, da es keine signifikante Korrelation zwischen der Größe der Aggregate und Migrationsdistanz (unsere unveröffentlichte Beobachtungen). Um sichtbar zu machen und weiter zu untersuchen, die Dynamik der Neuroblast Migration können Zeitraffer-Bildgebung verwendet werden. Es wird empfohlen, für die Durchführung der Analyse der Migration innerhalb einer 24-Stunden-Intervall nach der Einbettung, da die Geschwindigkeit der Neuroblasten scheint in längeren Zeitpunkte drastisch verringern (unsere unveröffentlichte Beobachtungen). </ P>
Es gibt einige Einschränkungen auf diesem Protokoll. Erstens kann bislang für Nukleofektion frühen postnatalen Nagetier Neuroblasten verwendet werden, während eine Infektion mit viralen Vektoren bleibt die effizienteste Transfektionsverfahren für erwachsene Neuroblasten 28. Zweitens ist die in vitro-Migrationstest nicht vollständig die komplexe Architektur der in vivo beobachteten RMS reproduzieren. Tatsächlich, obwohl Neuroblasten Aufrechterhaltung der Fähigkeit, in einer ähnlichen Art und Weise, um ihre in vivo-Gegenstücke zu migrieren, in dem hier beschriebenen sie keine Wechselwirkung mit anderen Komponenten wie z. B. RMS Astrozyten und Blutgefäße, die auch dazu beitragen, ihre Beweglichkeit 9,29 regulieren Versuchsaufbau 30. Dieses Problem kann in Zukunft durch die Optimierung von dreidimensionalen Co-Kultur-Modell-Systeme angesprochen werden.
Abschließend Nukleofektion Kombination mit einem 3D-Migrationsassay stellt ein wertvolles Werkzeug, um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen besser zu verstehen,Neuroblast Migration. Das experimentelle Verfahren gibt einen ersten, schnellen und relativ einfache Methode, um die Rolle der Regulatoren der Neuroblast Kandidat Migration, die durch andere Ansätze, wie in vivo Elektroporation und postnatale Zeitraffer-Bildgebung von Hirnschnittkulturen validiert werden können beurteilen 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde durch ein Wellcome Trust Project Grant PD und GL vergeben (089236/Z/09/Z) finanziert. SG wurde von einem Biotechnologie und Biologische Wissenschaften Research Council Doktoranden-Stipendium unterstützt. Wir danken Matthieu Vermeren für die Art Geschenk der shRNA-Vektor und Jennifer Shieh für wertvolle Hinweise auf Neuroblast Nukleofektion.
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15140-122 | |
2.5% Trypsin-EDTA (10x) | Gibco | 15090-046 | store 200 µl aliquots at -20 °C |
DNAse I Vial (D2) | Worthington | LK003170 | ≥1,000 units per vial; store 50 µl aliquots at -20 °C |
Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 11960-044 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Hyclone | SH3007902 | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103-049 | |
B27 supplement | Invitrogen Life Technologies | 17504044 | |
L-Glutamine (200 mM) | Invitrogen Life Technologies | 25030-081 | |
D-(+)-Glucose solution (45%) | Sigma-Aldrich | G8769 | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, Growth Factor Reduced (GFR), Phenol Red-free, 10 ml, LDEV-Free | BD Biosciences | 356231 | prepare 120 µl aliquots at 4 °C, then store at -80 °C |
PFA | Sigma-Aldrich | 441242 | |
Sucrose | BDH | 102745C | |
Goat serum | Sigma-Aldrich | 69023 | |
Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
BSA | Fisher Chemical | BPE9701-100 | |
Dako fluorescence mounting medium | Dako | S3023 | |
Rat neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1003 | |
Mouse neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1001 | |
Microsurgical knife | Angiotech | 7516 | |
McIlwain tissue chopper | The Mickle Laboratory Engineering Company | ||
Nucleofector II | Lonza |