JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neurociência

Fare Beyin Gemiler saflaştırılması

Published: November 10, 2015
doi:
10.3791/53208
, , ,
1Collège de France, Center for Interdisciplinary Research in Biology (CIRB), Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Unité Mixte de Recherche 7241,Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, 2Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie, 3MEMOLIFE Laboratory of Excellence and Paris Science, Lettre Research University, 4Université Paris Descartes, Faculté de Pharmacie,Université Paris Diderot

Summary

We describe a protocol allowing the purification of the mouse brain’s vascular compartment. Isolated brain vessels include endothelial cells linked by tight junctions and surrounded by a continuous basal lamina, pericytes, vascular smooth muscle cells, as well as perivascular astroglial membranes.

Abstract

Beyinde, vasküler sistemin en seçici bir bariyer oluşur, beyin ve kan arasındaki moleküller ve bağışıklık hücrelerinin değişimini düzenleyen kan-beyin bariyeri (BBB). Dahası, büyük nöronal metabolik talep kan akışının bir an-an düzenlenmesini gerektirir. Özellikle, bu düzenlemelerin anormallikler çoğu beyin patolojileri etyolojik özellikleridir; beyin tümörleri, hem de örneğin, multipl skleroz, menenjit ve sepsisi uyaran beyin bozuklukları gibi enflamatuar durumlar: glioblastom, inme, ödem, epilepsi, dejeneratif hastalıklar (Parkinson hastalığı, Alzheimer hastalığı ex) da dahil olmak üzere. Böylece, serebrovasküler fizyolojisini modüle sinyal olaylarını anlamak önemli bir sorundur. Serebrovasküler sistemini oluşturan çeşitli hücre tiplerinin hücresel ve moleküler özellikleri içine çok içgörü taze ayrışmış beyin dokusundan sıralama primer kültür veya hücreden elde edilebilir. Bununla birlikte,Böyle hücre polarite, morfolojisi ve hücreler arası ilişkiler gibi özellikler bu tür hazırlıklar muhafaza edilmez. Biz burada açıklamak protokol yapısal bütünlüğünü korurken, beyin damar parçaları arındırmak için tasarlanmıştır. Biz izole damarlar sürekli bazal lamina ile çevrilidir sıkı kavşaklar tarafından mühürlenmiş endotel hücreleri ibaret olduğunu göstermektedir. Perisitler, yumuşak kas hücrelerinin yanısıra perivasküler astrosit endfeet membranlar endotel tabakasının bağlı kalır. Son olarak, biz arıtılmış beyin damarları üzerinde immün deneyler gerçekleştirmek için nasıl açıklar.

Introduction

Merkezi sinir sistemi (MSS) Uygun işlevi son derece düzenlenir dışı ortam gerektirir ve metabolik talepler diğer organlara 1 ile karşılaştırıldığında çok büyük. CNS ayrıca genel olarak periferal organlara zararsız fakat buna, nörotoksik kimyasal geniş bir yelpazede, son derece duyarlıdır. Doğru çalışmasını sağlamak için, MSS 'damar çoğu endotel bariyer oluşturur; Moleküllerin ve iyonların akışını yanı sıra kan ve beyin arasındaki bağışıklık hücrelerinin geçişini kontrol eden kan-beyin bariyeri (KBB), böylece engellemekle tedavileri, böylece doğru homeostasisi 2 koruyarak, aynı zamanda tedavi edici ilaçların girişini sınırlayan nörolojik bozukluklar 3. Hücresel düzeyde, BBB ağırlıklı endotel hücreleri, akış taşıyıcıların polarize ifade ve çok düşük transsitoz oranı 4 arasında kapsamlı sıkı kavşaklar tarafından sürdürülür. Özellikleri ve BBB fonksiyonları çoğunlukla KD tarafından uyarılmaktadırighboring hücreler 4. Özellikle, perisitler BBB 5,6 uyarma ve muhafaza edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Büyük damarları çevreleyen düz kas hücreleri gibi kasılma hücreleri olmak, perisitler da kan akışını 7 düzenler. Son olarak, astrositler, beynin başlıca glial hücreler, endfeet etrafında adlı büyük süreçlerini göndermek beynin damarsal 8 en BBB bütünlüğü ve bağışıklık sessizliğini 9, nöronlar 10 metabolitlerinin transferini modüle ve nöronal aktivitenin arasındaki sıkı bağlantı neden ve kan akışı 11,12.

Serebrovasküler sistemin moleküler ve hücresel özelliklerini incelemek için yeteneği beyin fizyolojisi ve fizyopatolojisi olan katkısını daha iyi karakterize etmek çok önemlidir. Bu soruyu çözmek için, beynin serebrovasküler sistemini izole etmek için stratejiler bozulmamış beyin damar parçalarının hazırlanması için izin veren, geliştirilmiştir. Serebral damar purification başlangıçta özellikle kemirgenler 14, diğer türlere sığır beyinleri 13 kullanılarak tarif ve geliştirilmiş ve uyarlanmıştır. Bu son çalışmada, değişen büyüklükte filtrelerin kullanılması farklı çaplarda damar zenginleştirilmiş kesirler beyin damarları ayırmak için kullanılmaya başlandı. İlginçtir ki, bu terkiplerde, endotelyal hücreler metabolik özellikleri 15, taşıyıcı işlevi 16 ve polarizasyon 17 tutulur. Burada, ayrıntılı olarak protokol açıklar ve ayrıca izole damarlar in situ yapılarda geçen ay, en çok muhafaza ettiğini göstermektedir. Endotel hücreleri sıkı kavşaklar ile bağlantılı ve sürekli bazal lamina ile çevrilidir kalır. Perisitler ve yumuşak kas hücrelerinin endotel tabaka, hem de perivasküler astrosit membranlara bağlı kalır. Ancak, astrositler, mikroglial hücreler, nöronlar ve oligodendrosit ortadan kalkar. Son olarak, biz izole beyin damarları üzerinde immün gerçekleştirmek için bir prosedür açıklanmaktadır. </p>

Şimdiye kadar serebrovasküler sistemine ilişkin moleküler ve hücresel çalışmalar çoğu tarafından ayrışmış saflaştınldı, beyin damarı hücrelerinde üzerinde gerçekleştirilmiştir hücre sıralama hücre spesifik raportör fare soyu veya immüno-bazlı prosedürler 18,19 kullanılmıştır. Bu teknikler neredeyse saf serebrovasküler hücre popülasyonlarının izolasyonu için izin verse, izole hücreler tamamen sırayla, büyük ölçüde moleküler ve hücresel özelliklerini etkiler onların yerinde morfolojisi ve etkileşimleri, kaybedersiniz. Protokol, spesifik antikorlar veya transjenik fare lekeleri gerek kalmadan, tüm serebrovasküler fragmanlarının izolasyonu sağlayan, burada açıklanan, moleküler özellikleri üzerinde yansımaları azaltılması ve böylece, muhafaza edilir izole serebral damar genel yapı olarak iyi bir alternatif sunmaktadır. Son zamanlarda tarif edildiği gibi izole edilmiş 20,21 damarları daha sonra BBB gen aktivitesi, protein sentezi ve düzenleme incelemek için kullanılabilecek </sup>. Son olarak, lazer yakalama mikrodiseksiyon 22,23 oranla mevcut protokol, ucuz gerçekleştirmek kolay ve herhangi bir laboratuvara hızla uyarlanabilir.

Protocol

1. Çözüm ve Malzeme Izolasyon kabı çözümleri hazırlayın: B1, HBSS 150 ml HEPES 1 M, 1.5 ml ekleyin; B2, 20 B1 ml dekstran 3,6 g ekleyin; B3, B1, 100 ml BSA 1 g ekleyin. Üst vidalama kısmı kapalı altını keserek filtre yuvasını değiştirin. Immüno-çözümleri hazırlayın: sabitleme çözeltisi, PBS pH 7.4 içinde% 4 paraformaldehit; Permeabilization / bloke etme çözeltisi,% 5 keçi serumu sulandırarak PBS pH 7.4 içinde% 0.25 Triton X100 ile. Not: Sabitleme kul…

Representative Results

Burada, biz. Beyin damarlarında 14 mekanik izolasyonu sağlayan bir protokol açıklar 1 Bu tekniğin temel adımları özetlemektedir Şekil. Beyin damarlarının mimarisidir karmaşıktır ve çeşitli hücre tipleri içerir yani, endotelyal hücreler sıkı bırleşme ile kapatılır, perisit, yumuşak kas hücreleri ve astrosit ayak işlemlerinin 9 ile çevrilidir. Bu nedenle, beyin damar izole edildikten sonra, bizim protokolü ikinci bölümünde ta…

Discussion

Kan-beyin bariyeri CNS içinde ve dışında fizyolojik maddelerin geçişini düzenleyen ve kandaki mevcut potansiyel zararlı maddelere karşı korur. Bu nörodejeneratif hastalıkların 2 ve beyin tümörleri 28 de dahil olmak üzere, pek çok merkezi sinir sistemi patolojileri yer almaktadır. BBB son derece düşük geçirgenlik ayrıca nöral hücreleri ve beyin araştırmaları 3 çok aktif bir alandır için tersinir hiçbir zararlı sonuçları olan BBB açmak niyetinde yönteml…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma LABEX MemoLife tarafından ve ARSEP tarafından desteklenmiştir (Fondation la recherche sur la sclérose tr plaklar à l'aide dökmek)

Materials

Tissue Grinder Size C Thomas scientific 3431E25
centrifuge 5415 R Eppendorf
centrifuge 5810 R Eppendorf 5811000320
High-performance, Modular Stereomicroscope Leica MZ6
Compact System Provides High Quality Leica LED1000 Leica LED1000
low binding tips (P1000) Sorenson BioScience 14200T
Swinnex 47mm filter holder PP 8/Pk Millipore SX0004700
Nylon net filter disc Hydrophilic 20µm 47mm 100/Pk Millipore NY2004700
Nylon net filter disc Hydrophilic 100µm 47mm 100/Pk Millipore NY1H04700
Standard Wall Borosilicate Tubing Sutter Instrument B150-86-7.5
Microscope Slides Thermo Scientific 1014356290F
Cover Slips, Thickness 1 Thermo Scientific P10143263NR1
0,2 ml Thin-walled tubes and domed cap Thermo Scientific AB-0266
 PARAFILM® M (roll size 4 in. × 125 ft) Sigma P7793-1EA
HBSS, no calcium, no magnesium, no phenol red Life technology 14175-129
HEPES (1M) Life technology 15630056
Dextran from Leuconostoc spp. Mr ~70,000 Sigma 31390
Bovine serum albumin Sigma A2153
PBS 10X Euromedex ET330
16% Formaldehyde (w/v), Methanol-free  Thermo Scientific 28908
Triton™ X-100 Sigma X100
bisBenzimide H 33342 trihydrochloride (Hoechst) Sigma 14533
Mounting medium Fluoromount-G Southern Biotech 0100-01
Isolectin GS-IB4 From Griffonia simplicifolia, Alexa Fluor® 488 Conjugate; Dilution 1/100 Life technology I21411
Agrin (rabbit) ; dilution 1/400 kindly provided by Dr Markus A Ruegg
Anti ZO-1 (mouse, clone 1A12) Life technology 33-9100 dilution 1:500
Anti Smooth Muscle Actin (mouse, clone 1A4) Sigma A2547  dilution 1:500
Anti GFAP (mouse, clone GA5) Sigma G3893  dilution 1:500
Anti AQP4 (rabbit) Sigma A5971  dilution 1:500
Anti Cx43 (mouse, Clone  2) BD Biosciences 610061  dilution 1:500
Anti Olig2 (rabbit) Millipore AB9610  dilution 1:200
Anti NF-M (mouse) provided by Dr Beat M. Riederer, University of Lausanne, Switzerland.  dilution 1:10
Anti Iba1 (rabbit) Wako 019-19741  dilution 1:400
Alexa Fluor® 488 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Antibody Life technology A11029  dilution 1:2000
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor® 488 conjugate Life technology A11034  dilution 1:2000
Alexa Fluor® 555 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) Antibody Life technology A21424  dilution 1:2000
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor® 555 conjugate Life technology A21429  dilution 1:2000
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Rolfe, D. F., Brown, G. C. Cellular energy utilization and molecular origin of standard metabolic rate in mammals. Physiological Reviews. 77 (3), 731-758 (1997).
  2. Zlokovic, B. V. The Blood-Brain Barrier in Health and Chronic Neurodegenerative Disorders. Neuron. 57 (2), 178-201 (2008).
  3. Pardridge, W. M. Blood-brain barrier delivery. Drug Discovery Today. 12 (1-2), 54-61 (2007).
  4. Abbott, N. J., Patabendige, A. A. K., Dolman, D. E. M., Yusof, S. R., Begley, D. J. Structure and function of the blood-brain barrier. Neurobiology of Disease. 37 (1), 13-25 (2010).
  5. Daneman, R., Zhou, L., Kebede, A. A., Barres, B. A. Pericytes are required for blood-brain barrier integrity during embryogenesis. Nature. 468 (7323), 562-566 (2010).
  6. Armulik, A., Genové, G., et al. Pericytes regulate the blood-brain barrier. Nature. 468 (7323), 557-561 (2010).
  7. Hall, C. N., Reynell, C., et al. Capillary pericytes regulate cerebral blood flow in health and disease. Nature. 508 (7494), 55-60 (2014).
  8. Mathiisen, T. M., Lehre, K. P., Danbolt, N. C., Ottersen, O. P. The perivascular astroglial sheath provides a complete covering of the brain microvessels: an electron microscopic 3D reconstruction. Glia. 58 (9), 1094-1103 (2010).
  9. Abbott, N. J., Rönnbäck, L., Hansson, E. Astrocyte-endothelial interactions at the blood-brain barrier. Nature Reviews Neuroscience. 7 (1), 41-53 (2006).
  10. Allaman, I., Brain Magistretti, P. J. Energy Metabolism: Focus on Astrocyte-Neuron Metabolic Cooperation. Cell Metabolism. 14 (6), 724-738 (2011).
  11. Attwell, D., Buchan, A. M., Charpak, S., Lauritzen, M., MacVicar, B. A., Newman, E. A. Glial and neuronal control of brain blood flow. Nature. 468 (7321), 232-243 (2010).
  12. Iadecola, C., Nedergaard, M. Glial regulation of the cerebral microvasculature. Nature Neuroscience. 10 (11), 1369-1376 (2007).
  13. Brendel, K., Meezan, E., Carlson, E. C. Isolated brain microvessels: a purified, metabolically active preparation from bovine cerebral cortex. Science (New York, N.Y.). 185 (4155), 953-955 (1974).
  14. Yousif, S., Marie-Claire, C., Roux, F., Scherrmann, J. -. M., Declèves, X. Expression of drug transporters at the blood-brain barrier using an optimized isolated rat brain microvessel strategy. Brain Research. 1134, 1-11 (2007).
  15. Dallaire, L., Tremblay, L., Béliveau, R. Purification and characterization of metabolically active capillaries of the blood-brain barrier. Biochemical Journal. 276 ((Pt 3)), 745 (1991).
  16. Boado, R. J., Pardridge, W. M. The brain-type glucose transporter mRNA is specifically expressed at the blood-brain barrier. Biochemical and Biophysical Research Communications. 166 (1), 174-179 (1990).
  17. Betz, A. L., Firth, J. A., Goldstein, G. W. Polarity of the blood-brain barrier: Distribution of enzymes between the luminal and antiluminal membranes of brain capillary endothelial cells. Brain Research. 192 (1), 17-28 (1980).
  18. Daneman, R., Zhou, L., Agalliu, D., Cahoy, J. D., Kaushal, A., Barres, B. A. The Mouse Blood-Brain Barrier Transcriptome: A New Resource for Understanding the Development and Function of Brain Endothelial Cells. PLoS ONE. 5 (10), e13741 (2010).
  19. Zhang, Y., Chen, K., et al. An RNA-Sequencing Transcriptome and Splicing Database of Glia, Neurons, and Vascular Cells of the Cerebral Cortex.. The Journal of Neuroscience. 34 (36), 11929-11947 (2014).
  20. Boulay, A. -. C., Saubaméa, B., et al. The Sarcoglycan complex is expressed in the cerebrovascular system and is specifically regulated by astroglial Cx30 channels. Frontiers in Cellular Neuroscience. 9, 9 (2015).
  21. Boulay, A. -. C., Mazeraud, A., et al. Immune quiescence of the brain is set by astroglial Connexin 43. The Journal of Neuroscience. 35 (10), 4427-4439 (2015).
  22. Ball, H. J., McParland, B., Driussi, C., Hunt, N. H. Isolating vessels from the mouse brain for gene expression analysis using laser capture microdissection. Brain Research Protocols. 9 (3), 206-213 (2002).
  23. Murugesan, N., Macdonald, J., Ge, S., Pachter, J. S. Probing the CNS microvascular endothelium by immune-guided laser-capture microdissection coupled to quantitative RT-PCR. Methods Mol Biol. 755, 385-394 (2011).
  24. Okada, S. L. M., Stivers, N. S., Stys, P. K., Stirling, D. P. An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time. Journal of Visualized Experiments. (93), (2014).
  25. Winkler, E. A., Bell, R. D., Zlokovic, B. V. Central nervous system pericytes in health and disease. Nature Neuroscience. 14 (11), 1398-1405 (2011).
  26. Ezan, P., André, P., et al. Deletion of astroglial connexins weakens the blood-brain barrier. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. , (2012).
  27. Simard, M., Arcuino, G., Takano, T., Liu, Q. S., Nedergaard, M. Signaling at the gliovascular interface. The Journal of neuroscience. 23 (27), 9254-9262 (2003).
  28. Dubois, L. G., Campanati, L., et al. Gliomas and the vascular fragility of the blood brain barrier. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 418 (2014).
  29. Goldstein, G. W., Wolinsky, J. S., Csejtey, J., Diamond, I. Isolation of metabolically active capillaries from rat brain1,2. Journal of Neurochemistry. 25 (5), 715-717 (1975).
  30. Hjelle, J. T., Baird-Lambert, J., Cardinale, G., Specor, S., Udenfriend, S. Isolated microvessels: the blood-brain barrier in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 75 (9), 4544 (1978).
  31. Head, R. J., Hjelle, J. T., Jarrott, B., Berkowitz, B., Cardinale, G., Spector, S. Isolated brain microvessels: preparation, morphology, histamine and catecholamine contents. Blood Vessels. 17 (4), 173-186 (1980).
  32. Pardridge, W. M., Sakiyama, R., Coty, W. A. Restricted transport of vitamin D and A derivatives through the rat blood-brain barrier. Journal of neurochemistry. 44 (4), 1138-1141 (1985).
  33. Gerhart, D. Z., Broderius, M. A., Drewes, L. R. Cultured human and canine endothelial cells from brain microvessels. Brain Res Bull. 21 (5), 785-793 (1988).
  34. Luo, J., Yin, X., Sanchez, A., Tripathy, D., Martinez, J., Grammas, P. Purification of endothelial cells from rat brain. Methods Mol Biol. 1135, 357-364 (2014).
  35. Munikoti, V. V., Hoang-Minh, L. B., Ormerod, B. K. Enzymatic digestion improves the purity of harvested cerebral microvessels. J Neurosci Methods. 207 (1), 80-85 (2012).
  36. Weidenfeller, C., Schrot, S., Zozulya, A., Galla, H. J. Murine brain capillary endothelial cells exhibit improved barrier properties under the influence of hydrocortisone. Brain Res. 1053 (1-2), 162-174 (2005).
  37. Bowman, P. D., Betz, A. L., et al. Primary culture of capillary endothelium from rat brain. In Vitro. 17 (4), 353-362 (1981).
  38. Bowyer, J. F., Thomas, M., Patterson, T. A., George, N. I., Runnells, J. A., Levi, M. S. A Visual Description of the Dissection of the Cerebral Surface Vasculature and Associated Meninges and the Choroid Plexus from Rat Brain. Journal of Visualized Experiments. (69), (2012).
  39. Ohtsuki, S., Yamaguchi, H., Asashima, T., Terasaki, T. Establishing a Method to Isolate Rat Brain Capillary Endothelial Cells by Magnetic Cell Sorting and Dominant mRNA Expression of Multidrug Resistance-associated Protein 1 and 4 in Highly Purified Rat Brain Capillary Endothelial Cells. Pharmaceutical Research. 24 (4), 688-694 (2007).
  40. Warren, M. S., Zerangue, N., et al. Comparative gene expression profiles of ABC transporters in brain microvessel endothelial cells and brain in five species including human. Pharmacological Research. 59 (6), 404-413 (2009).
  41. Geier, E. G., Chen, E. C., et al. Profiling Solute Carrier Transporters in the Human Blood-Brain Barrier. Clinical Pharmacology and Therapeutics. 94 (6), 636-639 (2013).
  42. Seetharaman, S., Barrand, M. A., Maskell, L., Scheper, R. J. Multidrug Resistance-Related Transport Proteins in Isolated Human Brain Microvessels and in Cells Cultured from These Isolates. Journal of Neurochemistry. 70 (3), 1151-1159 (1998).
  43. Urich, E., Patsch, C., Aigner, S., Graf, M., Iacone, R., Freskgard, P. O. Multicellular self-assembled spheroidal model of the blood brain barrier. Sci Rep. 3, 1500 (2013).

Tags

Brain VasculatureBlood-brain BarrierBrain PathologiesCerebrovascular PhysiologyPrimary CultureCell SortingBrain Vessel PurificationEndothelial CellsTight JunctionsBasal LaminaPericytesSmooth Muscle CellsAstrocyte EndfeetImmunostaining

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Boulay, A., Saubaméa, B., Declèves, X., Cohen-Salmon, M. Purification of Mouse Brain Vessels. J. Vis. Exp. (105), e53208, doi:10.3791/53208 (2015).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image