During postnatal cerebellum development, immature granule cells originating from the germinal zone exhibit distinct modalities of migration to reach their final destination and to establish neuronal networks. This protocol describes the preparation of cerebellar slices and the confocal macroscopic approach used to investigate the factors that regulate neuronal migration.
Durante o desenvolvimento pós-natal, células granulares imaturos (interneurónios excitatórios) exibem migração tangencial na camada granular externa, e, em seguida, a migração radial na camada molecular e a camada de células de Purkinje para alcançar a camada granular interna do córtex cerebelar. Padrão em processos migratórios induz ou morte celular ou extravio dos neurônios, levando a déficits em diversas funções do cerebelo. Migração de células granulares centrípeta envolve vários mecanismos, tais como a quimiotaxia e a degradação da matriz extracelular, para guiar as células para a sua posição final, mas os factores que regulam a migração celular em cada camada cortical estão apenas parcialmente conhecida. No nosso método, fatias agudas cerebelares são preparadas a partir de ratos P10, células granulares são marcadas com um marcador fluorescente citoplasmática e os tecidos são cultivadas em insertos de membrana de 4 a 10 horas antes de iniciar a monitorização em tempo real da migração das células por macroscópica confocal a 37 ° C nopresença de CO 2. Durante a sua migração nas diferentes camadas corticais do cerebelo, as células granulares podem ser expostas a agonistas ou antagonistas do neuropéptido, inibidores de protease, bloqueadores de efectores intracelulares ou mesmo substâncias tóxicas, tais como o álcool ou metilmercúrio para investigar o seu possível papel na regulação da migração neuronal .
No cerebelo em desenvolvimento, oito tipos diferentes de neurónios são produzidos sequencialmente entre a segunda semana embrionário e pós-natal, a segunda semana em roedores 1. Originário inicialmente a partir de, uma zona germinal primário, as células granulares imaturos (GC) são os últimos neurônios a serem produzidos a partir da camada externa granular (EGL), uma zona germinal secundário 2. Durante as três primeiras semanas pós-natal, do córtex cerebelar é uma estrutura folheada organizada em quatro camadas, incluindo da EGL, a camada molecular (ML), a camada de Purkinje célula (PCL) e a camada granular interna (IGL) (Figura 1). Através de migração centrípeta, imaturo GCs, interneurônios glutamatérgicos, chegar ao IGL dentro de aproximadamente dois dias. Na terceira semana pós-natal, a EGL desaparece ea IGL constitui o que é chamado a camada granular (GL) no cerebelo de adultos. No GL, GCs receber entradas sináptica excitatória de fibras cobertas de musgo e células escova unipolares, eentradas sinápticas inibidores de axónios de células de Golgi. No ML, os axônios GC fazer sinapses excitatórias com neurônios gabaérgicos, incluindo células de Purkinje, as células cesta, células estreladas e células de Golgi 2.
Observação em tempo real do movimento de células em fatias cerebelares agudos obtidos a partir de roedores pós-natais precoces demonstra que os GC modificar a sua forma concomitante com alterações na modalidade e a velocidade de migração durante o seu percurso no córtex cerebelar 3. Durante os primeiros dois dias pós-natais, precursores GC proliferam activamente na parte superior da EGL. Na parte média da EGL, pós-mitótico GCs migrar tangencialmente na direcção do seu processo maior. Na fronteira EGL-ML, GCs retardar seu movimento, as células começam a entrar em um processo descendente vertical curta para o ML. No ML, GCs têm um corpo celular verticalmente alongada, um processo de fuga fina e um processo que conduza mais volumoso, e migrar radialmente ao longo das fibras gliais Bergmann. NoPCL, GCs parar o seu movimento, mas depois de uma fase estacionária prolongada (2 horas), eles atravessam a fronteira PCL-IGL. No IGL, GCs migrar para a parte inferior da camada, na ausência de suporte de fibra glial. Uma vez que as pontas do processo conducente aproximar da fronteira importa IGL-branco (WM), GCs lento e parar seu movimento. Cortes transversais do cerebelo são preferidos para estudos de migração tangenciais na EGL enquanto fatias sagital são dedicados a migração radial no ML, PCL e IGL. Alguns factores reguladores de movimentos GC incluindo neuropeptídeos (por exemplo, somatostatina, PACAP) foram identificados até agora, mas os mecanismos completos envolvidos no controle espaço-temporal da migração de GC em cada camada cortical ainda são 1,4,5,6 em grande parte desconhecida.
Migração GC foi estudado durante os últimos 20 anos através de vídeo e microscopia confocal usando iluminação de luz transmitida para as células cultivadas isoladas ou detecção de fluorescência para acufatias de cerebelo te. Inicialmente DII lipofílicos, e, mais recentemente, "celular" Rastreio de corantes fluorescentes e as proteínas expressas de células foram usadas para confocal ou microscopia de dois fotões 7,8. Experiências bem sucedidas dependem de um número de procedimentos específicos que tornam o protocolo simples, mas não é fácil. Em particular, fatias aguda têm que ser estabilizadas durante observações geralmente com uma rede de malha de nylon caseira 9. A intensidade de luz de iluminação deve ser tão baixa quanto possível para evitar a fototoxicidade e foto-branqueamento, tal como proposto por varrimento multiponto abordagem microscópio confocal. Além disso, a temperatura e CO 2 são parâmetros ambientais fundamentais pois a instabilidade pode afetar a migração neuronal. Para facilitar e aperfeiçoar os procedimentos experimentais, temos desenvolvido um protocolo macroscopia confocal que limita movimentos fatia, assegura parâmetros ambientais constantes, reduz fotodegradação, campo de visão aumenta (da ordem de milímetros) e consequtemente o número de células (dezenas) que podem ser rastreados através de análise de imagem. Assim, 180 mm fatias grossas são cultivados em inserções de membrana e placas de 6 poços são transferidos diretamente sob um objetivo motorizado 2X de um macroscope confocal comercial equipado com uma grande câmara de incubação, temperatura e CO 2 controladores e um sistema de controle de vibração. Time-lapsos e z-stacks são, então, realizada ao longo de várias horas e ferramentas farmacológicas ou moléculas bioativas podem ser adicionados ou entregues no meio de incubação. Este método também poderia ser usado para estudar a migração dos outros tipos de neurónios no cérebro cerebelo ou em diferentes estágios de desenvolvimento.
Este protocolo descreve a cultura de fatias de ratos P10 cerebelares agudos no sistema Transwell e a marcação fluorescente de GC com um corante fluorescente verde para estudar a migração de células durante o desenvolvimento pós-natal através macroscópica confocal. Este protocolo permite a migração de células de observações durante um período de até 12 horas e os testes de funções possíveis de factores, incluindo a migração de agonistas ou antagonistas de neuropéptidos, inibidores de enzimas, moduladores de sinalização celular e substâncias tóxicas, durante o experimento de regulação. Um pequeno orifício na inserção da membrana com uma ponta de pipeta é necessário para facilitar a administração dos compostos no meio de incubação. Uma curva ponteira caseiras podem ser usadas para facilitar a libertação da solução.
Uma questão de estudos de migração celular em fatias de tecido vivo é que os movimentos do próprio tecido pode tornar difícil rastrear celular. Considerando que as abordagens anteriores têm proposto para estabilizar suavemente SLIces com uma malha de nylon ou uma fina camada de colagénio de cauda de rato 7,17, uma vantagem principal desta tecnologia é a transferência simples e directo de uma placa de cultura de 6 poços contendo fatias cerebelares sobre inserções de membrana a partir da incubadora de CO 2 no âmbito do objectivo de um macroscópio confocal. Controladores de temperatura integrado e CO 2 também fornecer parâmetros ambientais pertinentes e constantes essenciais para a migração celular 9. Portanto, as condições de cultura são mantidos durante as observações e movimentos dos tecidos são minimizados uma vez que as fatias são bem ligado à inserção da membrana. Estabilização do tecido é verificado, seguindo a posição de corte ou arestas células de Purkinje, que se pode fixar referências durante a aquisição. Além disso, as fatias de cerebelo (entre 12 e 18) distribuídos nas 6 cavidades da placa pode ser rapidamente observado em detalhe com uma platina motorizada e um zoom óptico. Devido à grande distância de trabalho (X2, 39 mm), do objectivo seco, epi-observation é livre de imersão e a administração de compostos no meio de cultura é muito mais fácil. Portanto, os parâmetros ambientais e semelhanças de apoio a cultura em incubadora de CO 2 e confocal MACROSCOPIA levar a conservação máximo da amostra biológica.
Uma outra vantagem do protocolo é o grande campo de visão e, consequentemente, o grande número de células que podem ser observados simultaneamente. Por exemplo, temos anteriormente determinado que a densidade dos GCs fluorescentes com migração radial no ML foi 1124 ± 138 células / mm 2 18. Macroscopia confocal (X2, NA = 0,234) tem uma resolução lateral inferior em comparação com a microscopia confocal (40X, NA = 1,25), mas célula corpos de GCs podem ser facilmente rastreados e da velocidade média de migração é comparável entre os dois tecnológico aproxima 7,18 .
Além de aprimoramento técnico para aquisições de imagem, a qualidade de fatias de tecido e the qualidade de rotulagem são pontos-chave para experiências bem-sucedidas. Sempre mantenha mídia e tecidos em gelo durante os processos de dissecação, eliminar óleo no vibratome lâminas e não utilizam fatias de tecido em contato com cola. Cortes sagitais e transversais são adaptados para a migração radial e tangencial, respectivamente. Use diferentes comprimentos de incubação para a detecção apropriada nas diferentes camadas corticais do cerebelo. Longos tempos de incubação (para cima de 8 h) são necessárias para a detecção da migração de numerosos GCs no PCL e a IGL. Uma vez que a migração de GC é um processo fisiológico durante as janelas de espaço-temporais específicas, o controlo positivo é de que as células têm de migrar adequadamente. Em particular, numerosos CG fuso no ML é um dos principais indicadores de saúde para fatias sagitais cerebelares. Para iniciar experimentos, sugere observação dos movimentos GC no ML. Com efeito, a forma do corpo da célula com GC verticalmente alongado deve ser considerada como um ponto de referência para iniciar acaqui- com controlo sucessivo (2 horas) e o tratamento (2 horas) períodos que podem ser facilmente realizados na ML.
Corantes fluorescentes, como a família Rastreio celular ou proteínas fluorescentes expressas através de construções genéticas pode ser usada como marcadores em estudos de migração celular. Devido à cinética lenta migração de GC (uma pilha de cada 30 min), as experiências multicolor também pode ser realizada em modo sequencial desde 4 lasers vigas (405, 488, 532 e 633 nm) estão disponíveis no sistema. Considerando migração radial centrífuga e centrípeta, rastreamento de outros interneurónios também pode ser realizado 18. Em particular, menos numerosos tipos de células pode ser mais facilmente localizada com um grande campo de visão. Finalmente, este protocolo pode ser utilizado para estudar a migração celular nas outras fases de desenvolvimento do cerebelo, mas também de outras áreas do cérebro.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pelo Instituto de Investigação e Inovação em Biomedicina (IRIB), a Plataforma de imagens de células de Normandy (PRIMACEN), Inserm, IBiSA, da Universidade de Rouen, o Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER – Perene, Interreg 4A), o LARC-Neurociências Rede e da Região Haute-Normandie.
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM) nutrient mixture F-12 | Sigma-Aldrich | D8437 | |
Hank's balanced salt solution 10X | Sigma-Aldrich | H1641 | |
PACAP38 | INRS, Canada | Bourgault et al., 200919 | |
PAI-1 | Calbiochem | 528208 | |
N-2 supplement | Fisher Scientific / Gibco/ invitrogen | O973 | |
cyanoacrylate glue | Loctite | ||
Cell Tracker Green CMFDA | Invitrogen | C2925 | |
Polyester Transwell-Clear inserts | Corning | 3452 | |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | |
6-well cell culture cluster | Corning | 3516 | |
DMSO | Fisher Scientific | BP231-100 | |
Tissue culture dish 35 mm diameter | BD Falcon | 353004 | |
Tissue culture dish 100 mm diameter | Thermo SCIENTIFIC | 130182 | |
Polypropylen tube (15 ml) | BD Falcon | 352096 | |
Ethanol 70% | Fisher Chemical | E/0800DF/21 | |
biological safety cabinet fume hood | Thermo Scientific | MSC9 Class II A2 | |
adjustable-volume pipette (0,5-10 µL) | Eppendorf | 4910 000.018 | |
gyro-rocker, SSL3 | Stuart | ||
CO2 incubator, Hera Cell 150 | Thermo Scientific | ||
vibrating blade microtome, VT1000S | Leica Microsystems | ||
confocal macroscope, TCS LSI | Leica Microsystems | ||
temperature controller | PeCon | ||
CO2-controller | PeCon | ||
Stereomicroscope, M205 C | Leica Microsystems | ||
Operating scissors, curved, blunt/blunt | Medicon | 03.03.17 | |
Hardened fine iris scissors, straight, sharp/sharp | FST | 149090-11 | |
Dumont #3 and #5 forceps | FST | 11293-00 and 11252-20 | |
Vibratome injector blades/single edge | Leica Microsystems | 39053250 | |
standard scalpel handle #3 solid | FST | 10003-12 | |
surgical blade #15 | Swann-Morton | 205 |