Sıçan dorsal kök ganglion eksplantları ve schwann hücrelerinin bir kokültüründe periferik aksonların in vitro miyelinasyonu
Summary
Dorsal kök gangliyonları ve Schwann hücrelerinin kokültür sisteminde, periferik sinir sisteminin miyelinasyonu incelenebilir. Bu model, periferik miyelinasyonu gözlemlemek ve ölçmek ve ilgilenilen bileşiklerin miyelin kılıfı üzerindeki etkilerini incelemek için deneysel fırsatlar sunmaktadır.
Abstract
Miyelinasyon süreci, sinir sisteminde hızlı ve yeterli sinyal iletimini sağlamak için gereklidir. Periferik sinir sisteminde, nöronlar ve Schwann hücreleri, aksonların miyelinasyonunu kontrol etmek için karmaşık bir etkileşime girer. Bu etkileşimin bozuklukları ve miyelin kılıfının parçalanması, enflamatuar nöropatilerin ayırt edici özellikleridir ve nörodejeneratif bozukluklarda ikincil olarak ortaya çıkar. Burada, periferik sinir sistemindeki miyelinasyon sürecini araştırmak, akson-Schwann hücre etkileşimlerini incelemek ve terapötik ajanların her hücre tipi üzerindeki potansiyel etkilerini ayrı ayrı değerlendirmek için periferik aksonların sağlam bir miyelinasyonunu geliştiren dorsal kök gangliyon eksplantları ve Schwann hücrelerinin bir kokültür modelini sunuyoruz. Metodolojik olarak, embriyonik sıçanların (E13.5) dorsal kök ganglionları toplandı, çevre dokularından ayrıştırıldı ve 3 gün boyunca bütün eksplantlar olarak kültürlendi. Schwann hücreleri 3 haftalık yetişkin sıçanlardan izole edildi ve siyatik sinirler enzimatik olarak sindirildi. Elde edilen Schwann hücreleri, manyetik aktive edilmiş hücre sıralama ile saflaştırıldı ve neuregulin ve forskolin ile zenginleştirilmiş koşullar altında kültürlendi. 3 günlük dorsal kök ganglion eksplant kültüründen sonra, askorbik asit içeren bir ortamda bir dorsal kök ganglion eksplantına 30.000 Schwann hücresi eklendi. Miyelinasyonun ilk belirtileri, immünositokimyasal boyamada miyelin bazik proteini için dağınık sinyaller yoluyla kokültürün 10. gününde tespit edildi. 14. günden itibaren, miyelin kılıfları oluşturuldu ve aksonlar boyunca yayıldı. Miyelinasyon, aksonal yoğunluktaki farklılıkları hesaba katmak için miyelinasyon alanı ve akson alanının bir oranı olarak miyelin bazik protein boyaması ile ölçülebilir. Bu model, periferik sinir sisteminin enflamatuar ve nörodejeneratif hastalıklarında demiyelinasyon ve nörodejenerasyon patolojisini ve olası tedavi fırsatlarını anlamak için çok önemli olan in vitro periferik miyelinasyonun çeşitli yönlerini incelemek için deneysel fırsatlar sunmaktadır.
Introduction
Periferik sinir sisteminde (PNS), hızlı bilgi iletimine miyelin sarılı aksonlar aracılık eder. Aksonların miyelinasyonu, elektrik uyarılarının hızlı yayılmasını sağlamak için gereklidir, çünkü sinir liflerinin iletim hızı akson çapı ve miyelin kalınlığı1 ile ilişkilidir. Periferden merkezi sinir sistemine (CNS) duyusal sinyalleme, dorsal kök gangliyonu (DRG) olarak adlandırılan dorsal kökün genişlemesinde bulunan birinci dereceden duyusal nöronların aktivasyonuna dayanır. Miyelin oluşumu ve bakımı için, PNS’deki miyelinleştirici Glia hücreleri olan aksonlar ve Schwann hücreleri arasında sürekli iletişim zorunludur2.
PNS’nin birçok hastalığı, primer aksonal veya demiyelinizan hasar ile bilginin iletimini bozar, bu da hipestezi veya disestezi ile sonuçlanır. Birinci dereceden duyusal nöronlar, nöron ve çevresindeki Schwann hücreleri arasındaki karmaşık bir etkileşim ile nöronal hasardan sonra bir dereceye kadar yenilenme yeteneğine sahiptir3. Bu durumda, Schwann hücreleri aksonal ve miyelin kalıntılarını temizlemek ve aksonal rejenerasyonu teşvik etmek için hücresel yeniden programlamaya tabi tutulabilir ve bu da remiyelinasyon4 ile sonuçlanır. Sağlık ve hastalıkta miyelinasyon mekanizmalarını anlamak, PNS’nin demiyelinizan bozuklukları için olası tedavi seçeneklerini bulmak için önemlidir. Miyelin ayrıca akut nörotravma ile de zarar görebilir ve periferik sinir hasarından sonra fonksiyonel iyileşmeyi ilerletmek için miyelinasyonu teşvik eden yaklaşımlar araştırılmaktadır5.
Periferik miyelinasyon konusundaki bilgimiz büyük ölçüde Schwann hücrelerinin ve duyusal nöronların miyelinasyon kokültürlerinden yararlanmıştır. İlk yaklaşımların 6,7,8 uygulanmasından bu yana, miyelinasyon farklı kokültür sistemlerinin kullanımı ile yoğun bir şekilde çalışılmıştır 9,10,11. Burada, dorsal kök ganglion aksonlarının sağlam in vitro miyelinasyonu için hızlı ve kolay bir protokol sunuyoruz. Schwann hücre hazırlığı protokolü, daha önce Pitarokoili ve ark.13’te yayınlanan Andersen ve ark.12’nin protokolüne dayanmaktadır. Miyelinasyonun yaklaşık 14. günde gerçekleştiği kokültür için genç sıçanlardan ve embriyonik DRG eksplant kültürlerinden türetilen Schwann hücrelerini kullanıyoruz. Yöntemin amacı, doğrudan akson-Schwann hücre etkileşiminin bir sonucu olarak miyelin oluşumunu araştırmak ve PNS miyelinasyonunun modülatörlerini incelemek için bir sistem sağlamaktır. Ayrışmış nöronal hücre kültürlerine kıyasla, DRG eksplantları anatomik olarak daha korunur ve uzun aksonal süreçler oluşturur. Miyelinli akson alanının miktarının belirlenmesi, kokültürde miyelinasyon için yeterli bir okuma sağlar. Yöntem, terapötik bileşikleri PNS miyelinasyonu üzerindeki potansiyel etkileri açısından taramak için değerli bir araçtır ve hayvan modellerinde in vivo çalışmalara ek olarak da kullanılabilir14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, iki ayrı hücre tipi kültürü, Schwann hücreleri ve dorsal kök gangliyon eksplantlarını birleştirerek in vitro miyelinasyon üretimi için hızlı ve kolay bir protokol sunuyoruz.
Protokolün kritik bir adımı, özellikle kültürün ilk günlerinde DRG eksplantlarının yetiştirilmesidir. DRG, güçlü bir aksonal ağ kurulmadan önce çok kırılgandır ve örneğin inkübatörden çıkarıldığında veya ortam değişimi sırasında çok dikkatli bir şekilde ele…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Prof. Dr. Ralf Gold ve PD Dr. Gisa Ellrichmann’a tavsiye ve destekleri için teşekkür ederiz.
Materials
| Anti-MBP, rabbit | Novus Biologicals, Centannial, USA | ABIN446360 | |
| Anti-ßIII-tubulin, mouse | Biolegend, San Diego, USA | 657402 | |
| Ascorbic acid | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | A4403-100MG | |
| B27-supplement | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 17504-044 | |
| Biosphere Filter Tip, 100 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 70760212 | |
| Biosphere Filter Tip, 1250 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 701186210 | |
| Biosphere Filter Tip, 20 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 701114210 | |
| Biosphere Filter Tip, 300 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 70765210 | |
| Bovine serum albumin | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 8076.4 | |
| Cell strainer, 100 µM | BD Bioscience, Heidelberg, Germany | 352360 | |
| Centrifuge 5810-R | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 5811000015 | |
| CO2 Incubator Heracell | Heraeus Instruments, Hanau, Germany | 51017865 | |
| Coverslips 12 mm | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | P231.1 | |
| Curved fine forceps | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-42 | |
| DAPI fluoromount-G(R) | Biozol, Eching, Germany | SBA-0100-20 | |
| Dispase II | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | 4942078001 | |
| Distilled water (Water Purification System) | Millipore, Molsheim, France | ZLXS5010Y | |
| DMEM/F-12, GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 31331093 | |
| DPBS (no Ca2+ and no Mg2+) | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | D8537-6X500ML | |
| Ethanol | VWR, Radnor, USA | 1009862500 | |
| FCS | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | F7524 | FCS must be tested for Schwann cell culture |
| Fine forceps (Dumont #5) | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11252-20 | |
| Forceps | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-40 | |
| Forskolin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | F6886-10MG | |
| Gelatin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | G1393-20ML | |
| Gentamycin | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 5710064 | |
| Goat anti-mouse IgG Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11036 | |
| Goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11001 | |
| HBSS (no Ca2+ and no Mg2+) | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 14170138 | |
| HERAcell Incubator | Heraeus Instruments, Hanau, Germany | 51017865 | |
| Heraguard ECO 1.2 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 51029882 | |
| Horse serum | Pan-Biotech, Aidenbach, Germany | P30-0712 | |
| Image J Software | HIH, Bethesda, USA | ||
| Laminin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | L2020-1MG | |
| Leibovitz´s L-15 Medium | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 11415064 | |
| L-Glutamine 200 mM | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 25030024 | |
| MACS Multistand | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130042303 | |
| Microscissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 15000-08 | |
| Microscope | Motic, Wetzlar, Germany | Motic BA 400 | |
| Microscope Axio observer 7 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 491917-0001-000 | |
| Microscope slide | VWR, Radnor, USA | 630-1985 | |
| MiniMACS separator | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130091632 | |
| MS columns | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-042-201 | |
| Neubauer counting chamber | Assistant, Erlangen, Germany | 40441 | |
| Neuregulin | Peprotech, Rocky Hill, USA | 100-03 | |
| Neurobasal medium | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 21103049 | |
| NGF | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | N1408 | |
| Normal goat serum | Biozol, Eching, Germany | S-1000 | |
| Nunclon Δ multidishes, 4 well | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | D6789 | |
| Paraformaldehyde | Acros Organics, New Jersey, USA | 10342243 | |
| Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15140-122 | |
| Pipetboy | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 4430000018 | |
| Pipettes | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 2231300004 | |
| Poly-D-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | P6407-5MG | |
| Poly-L-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | P4707-50ML | |
| Reaction tubes, 15 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 62554502 | |
| Reaction tubes, 50 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 62547254 | |
| Reaction vessels, 1.5 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 72690001 | |
| Safety Cabinet S2020 1.8 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 51026640 | |
| Scissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 14083-08 | |
| Serological pipette, 10 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861254025 | |
| Serological pipette, 25 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861685001 | |
| Serological pipette, 5 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861253001 | |
| Spatula | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 10094-13 | |
| Stereomicroscope Discovery.V8 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 495015-0012-000 | |
| Surgical scissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 14007-14 | |
| TC dish 100, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833902300 | |
| TC dish 35, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833900300 | |
| TC dish 60, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833901300 | |
| Thy-1 Microbeads (MACS Kit) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-094-523 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | X100-500ML | |
| Trypan Blue Solution 0.4% | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15250061 | |
| Trypsin (2.5%), no phenol red | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15090-046 | |
| Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 25300-054 | |
| Type I Collagenase | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | C1639 | |
| Water bath type 1008 | GFL, Burgwedel, Germany | 4285 |
Referências
- Lee, K. H., Chung, K., Chung, J. M., Coggeshall, R. E. Correlation of cell body size, axon size, and signal conduction velocity for individually labelled dorsal root ganglion cells in the cat. The Journal of Comparative Neurology. 243 (3), 335-346 (1986).
- Taveggia, C. Schwann cells-axon interaction in myelination. Current Opinion in Neurobiology. 39, 24-29 (2016).
- Gordon, T. Peripheral nerve regeneration and muscle reinnervation. International Journal of Molecular Sciences. 21 (22), 8652 (2020).
- Nocera, G., Jacob, C. Mechanisms of Schwann cell plasticity involved in peripheral nerve repair after injury. Cellular and Molecular Life Sciences. 77 (20), 3977-3989 (2020).
- Modrak, M., Talukder, M. A. H., Gurgenashvili, K., Noble, M., Elfar, J. C. Peripheral nerve injury and myelination: Potential therapeutic strategies. Journal of Neuroscience Research. 98 (5), 780-795 (2020).
- Salzer, J. L., Bunge, R. P., Glaser, L. Studies of Schwann cell proliferation. III. Evidence for the surface localization of the neurite mitogen. The Journal of Cell Biology. 84 (3), 767-778 (1980).
- Wood, P. M., Bunge, R. P. Evidence that sensory axons are mitogenic for Schwann cells. Nature. 256 (5519), 662-664 (1975).
- Eldridge, C. F., Bunge, M. B., Bunge, R. P., Wood, P. M. Differentiation of axon-related Schwann cells in vitro. I. Ascorbic acid regulates basal lamina assembly and myelin formation. The Journal of Cell Biology. 105 (2), 1023-1034 (1987).
- Paivalainen, S., et al. Myelination in mouse dorsal root ganglion/Schwann cell cocultures. Molecular and Cellular Neuroscience. 37 (3), 568-578 (2008).
- Clark, A. J., et al. Co-cultures with stem cell-derived human sensory neurons reveal regulators of peripheral myelination. Brain. 140 (4), 898-913 (2017).
- Taveggia, C., Bolino, A. DRG neuron/Schwann cells myelinating cocultures. Methods in Molecular Biology. 1791, 115-129 (2018).
- Andersen, N. D., Srinivas, S., Pinero, G., Monje, P. V. A rapid and versatile method for the isolation, purification and cryogenic storage of Schwann cells from adult rodent nerves. Scientific Reports. 6, 31781 (2016).
- Pitarokoili, K., et al. Intrathecal triamcinolone acetonide exerts anti-inflammatory effects on Lewis rat experimental autoimmune neuritis and direct anti-oxidative effects on Schwann cells. Journal of Neuroinflammation. 16 (1), 58 (2019).
- Grüter, T., et al. Immunomodulatory and anti-oxidative effect of the direct TRPV1 receptor agonist capsaicin on Schwann cells. Journal of Neuroinflammation. 17 (1), 145 (2020).
- Lehmann, H. C., Höke, A. Schwann cells as a therapeutic target for peripheral neuropathies. CNS & Neurological Disorders – Drug Targets. 9 (6), 801-806 (2010).
- Joshi, A. R., et al. Loss of Schwann cell plasticity in chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP). Journal of Neuroinflammation. 13 (1), 255 (2016).
- Klimas, R., et al. Dose-dependent immunomodulatory effects of bortezomib in experimental autoimmune neuritis. Brain Communications. 3 (4), (2021).
- Szepanowski, F., et al. LPA1 signaling drives Schwann cell dedifferentiation in experimental autoimmune neuritis. Journal of Neuroinflammation. 18 (1), 293 (2021).
