Neuronale morfogenese en migratie zijn cruciale gebeurtenissen ten grondslag liggen aan een goede ontwikkeling van de hersenen. Hier beschrijven we methoden om genetisch manipuleren gekweekte cerebellaire granule neuronen en de ontwikkelingslanden cerebellum voor de beoordeling van de morfologie en trekkende kenmerken van neuronen.
Ontwikkelings gebeurtenissen in de hersenen, waaronder neuronale morfogenese en migratie sterk georkestreerde processen. In vitro pt in vivo analyses zorgen voor een grondige karakterisering wegen betrokken bij deze gebeurtenissen te identificeren. Cerebellaire granule neuronen (CGNs) die zijn afgeleid van de ontwikkelingslanden cerebellum een ideale modelsysteem dat zorgt voor morfologische analyse. Hier beschrijven we een werkwijze hoe genetisch manipuleren CGNs en hoe axono en dendritogenesis van individuele neuronen te bestuderen. Met deze methode de effecten van RNA interferentie, overexpressie of kleine moleculen kunnen worden vergeleken neuronen controleren. Bovendien, het knaagdier cerebellaire cortex is een gemakkelijk toegankelijk in vivo systeem vanwege de overheersende postnatale ontwikkeling. We presenteren ook een in vivo electroporatietechniek genetisch manipuleren ontwikkelen cerebella en beschrijf vervolgens cerebellaire analyses neuronale morfologie een beoordelingnd migratie.
Het cerebellum is een uitstekend systeem mechanismen groei en migratie axon bestuderen. Het cerebellum is het onderwerp van anatomische studies sinds het begin van de neurowetenschappen 1. Moderne microscopie en immunohistochemische technieken zijn sterk uitgebreid en verfijnd de eerste ontdekkingen van Santiago, Ramon en Cajal 2-4. Muis genetica en moleculaire studies blootgelegd essentiële groei en transcriptiefactoren in de controle van de ontwikkeling van het cerebellum, wat leidde tot een beter inzicht in cruciale gebeurtenissen die nodig zijn voor de juiste bedrading van de verschillende soorten neuronen waaronder cerebellaire granule neuronen (CGNs) 5-7.
Het cerebellum is een derivaat van rhombomere 1 van de ontwikkeling achterhersenen 8. De ruitvormige lip, dat deel van het dak van het 4e ventrikel leidt tot cerebellaire granule neuron voorlopercellen, die de meest talrijke neuronale populatie zal vormen in hetvolwassen cerebellum 9. Na rostrale migratie, ze zich in de cerebellaire anlage. Hier, mitose korrel neuron voorlopers leidt tot de dramatische uitbreiding van de externe granulaire laag (EGL), die postnataal plaatsvindt bij knaagdieren. Van de EGL, neuronen beginnen migreren naar binnen via de moleculaire laag (ML), langs de Purkinje cel laag om uiteindelijk gaan wonen in de interne granulaire laag (IGL 2). Tijdens dit migratieproces, krijgen ze een bipolaire vorm met twee axonen zich uitstrekt tot in de ML. Bij verdere migratie, het cellichaam migreert vanaf de axonen en de twee processen smelten een vertakte, T-vormige axon 10 vormen. Hierdoor vertoont de axonen fasciculate en worden aangeduid als parallelle vezels. Na zich in de IGL, CGNs groeien dendrieten, die dendritische klauwen te vormen om synapsen te leggen met bemoste vezels. Fundamentele processen onderzoeken ontwikkelingslanden cerebellum, een gecombineerde in vitro pt in vivo approach zorgt voor betrouwbare resultaten en conclusies.
CGNs zijn niet alleen de meest talrijke neuronen van het cerebellum, maar van de gehele hersenen en kan gekweekt zeer zuivere 11-13 zijn. In de cultuur, deze zeer homogene neuronale bevolking wordt snel postmitotische en verwerft een polaire morfologie met gemakkelijk herkenbare axonen en dendrieten. Gekweekte CGNs hebben bewezen zeer nuttig om de verschillende aspecten van de neuronale ontwikkeling, met inbegrip voorlopercellen proliferatie, differentiatie, axonale en dendriet ontwikkeling, neuronale migratie, apoptose en elektrofysiologische eigenschappen (14-19 en vele anderen) te bestuderen zijn. Het gebruik van genetische manipulatie is de veelzijdigheid van gekweekte CGNs geëxpandeerd en daarin verder mechanistisch inzicht in de bovengenoemde gebeurtenissen. Transfectie van gekweekte neuronen met behulp van lage-efficiëntie calciumfosfaat of lipofiele methoden gevolgd door immuuncytochemie met polariteit markeringen of-software ondersteunde analyse faciliterenTates de beoordeling van bijvoorbeeld de morfologie van individuele neuronen in een dichte neuronale cultuur. Met deze aanpak kan de rol van eiwitten van belang in axon of dendriet groei worden bestudeerd 20-25,26-28. Dit kweeksysteem is evenwel minder nuttig voor neuronale migratie analyse migratie is zeer beperkt in hoge dichtheid kweken en hulpkweken zou vereisen. De in vitro analyse van axon en dendriet groei maakt het ook mogelijk voor het onderzoek van onderling verbonden eiwitten van een signalerende weg met behulp van combinaties van RNA interferentie (i), over-expressie of kleine moleculen.
Om de relevantie van het eiwit van belang in axon en dendriet groei regelgeving of neuronale migratie vast te stellen, de in vivo elektroporatie (IVE) techniek maakt het mogelijk voor de analyse van de ontwikkeling van cerebellaire cortex. Vanwege het feit dat de ontwikkeling van het cerebellum bij knaagdieren loopt weg in de eerste twee postnatale weken, het cerebellum vertegenwoordigt een accessible hersenenstructuur genetische manipulaties ontwikkelen axons en dendrieten, neuronale migratie, synaptogenese en apoptose 20-24,29,30,26,27,31-34 te onderzoeken. Bovendien, dit modelsysteem is ook nuttig voor andere aspecten van neuronale ontwikkeling die de intacte cerebellaire cortex zoals axon pathfinding, bedrading en connectiviteit van neuronen en neuron-glia interacties Samengevat vereist dit protocol voorziet in vitro pt in vivo technieken aanpakken een complementaire aanpak van neuronale morfogenese en migratie.
Voordelen en beperkingen van de beschreven in vitro pt in vivo methoden:
Gekweekte CGNs van muis en ratten zijn even goed geschikt voor morfologische analyse. Door de grotere omvang van een rat cerebellum, de opbrengst van CNG uit rattenpups dat van muisjongen 3-4x. Afgezien van CGNs, kan corticale en hippocampale neuronen worden gebruikt als cultuur-systeem ook. De calciumfosfaat methode resulteert in een lage (0,01-5%) transfectie-efficiëntie, die gewenst is om de morfol…
The authors have nothing to disclose.
Wij danken N. Schwedhelm-Domeyer voor een uitstekende technische bijstand, C. Hamer en S. Papiol voor hulp bij statistische analyses. Ons werk wordt gefinancierd door het Max-Planck-Gesellschaft, de Deutsche Forschungsgemeinschaft, het Centrum voor nanoschaal Microscopie en Moleculaire Fysiologie van de hersenen (CNMPB), Göttingen, Duitsland en door de GGNB Junior Groep Stipendium van de Universiteit van Göttingen.
DMEM | Gibco | 11960-044 | |
BME | Gibco | 41010-026 | |
Insulin | Sigma-Aldrich | Si-1-4011 | |
Poly-L-Ornithine | Sigma-Aldrich | P-2533 | |
CaCl2 | Appli-Chem | A3652 | |
Isofluorane | Actavis Deutschland | ||
Tissue-Tek OCT | Sakura | ||
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
ECM 830 and tweezertrodes | Harvard Apparatus | ||
Epifluorescence microscope and camera | Nikon | ||
SP2 confocal microscope | Leica | ||
ImageJ | NIH | ||
Imaris 7.4.2 | Bitplane, Inc. | ||
GraphPad Prism | GraphPad Software, Inc. | ||
MS Excel | Microsoft | ||
Loading tip 1-200 µl | Costar | 4853 | |
Pipette tip 200 µl | Sarstedt | 70.760.502 | |
Microlance 3 needle, 30 gauge | BD | 302200 | |
50 µl gastight Syringe 1705 | Hamilton | ||
Glass coverslips | Thermo Scientific Menzel Glaeser | CB00120RA1 |