Imaging Analyse van de Neuron tot Glia Interactie in Microfluïdische Cultuur Platform (MCP)-gebaseerde Neuronale Axon en Glia Co-cultuur systeem
Summary
Deze studie beschrijft de procedures van het opzetten van een nieuwe neuronale axon en (astro) glia co-cultuur platform. In deze co-cultuur systeem, manipulatie van directe interactie tussen een axon (en single gliale cel) wordt het mogelijk, waardoor mechanistische analyse van de wederzijdse neuron naar gliale signalering.
Abstract
Proper neuron glia interactie is essentieel om fysiologische functie van het centrale zenuwstelsel (CNS). Deze bi-directionele communicatie wordt sophisticatedly gemedieerd door specifieke signaalwegen tussen neuron en glia 1,2. Identificatie en karakterisering van deze signaalroutes is essentieel voor het begrijpen hoe neuron glia interactie vormen CNS fysiologie. Eerder hebben neuron en glia gemengde kweken op grote schaal gebruikt voor het testen en karakteriseren signaalwegen tussen neuronen en glia. Wat we geleerd van deze preparaten en andere in vivo gereedschap heeft echter gesuggereerd dat onderlinge signalering tussen neuronen en glia vaak voor in specifieke compartimenten in neuronen (bijvoorbeeld axon, dendriet of soma) 3. Dit maakt het belangrijk om de ontwikkeling van een nieuwe cultuur systeem dat scheiding van neuronale compartimenten maakt en in het bijzonder onderzoekt de interactie tussen glia en neurointerne axonen / dendrieten. Bovendien is de conventionele mengcultuur systeem niet kunnen differentiëren de oplosbare factoren en direct contact membraan signalen tussen neuronen en glia. Bovendien is de grote hoeveelheid neuronen en gliacellen in de conventionele co-cultuur ontbreekt het de resolutie nodig is om de interactie tussen een axon en een gliacel observeren.
In deze studie beschrijven we een nieuwe axon en glia co-cultuur systeem met behulp van een microfluïdisch platform cultuur (MCP). In dit co-cultuur systeem worden neuronen en gliale cellen gekweekt in aparte kamers die zijn verbonden via meerdere centrale kanalen. In deze microfluïdische cultuur platform, alleen neuronale processen (met name axonen) kan de gliale kant binnenkomen via de centrale kanalen. In combinatie met krachtige fluorescerend eiwit labeling, dit systeem rechtstreeks onderzoek van signaalroutes tussen axonale / dendritische en gliale interacties dergelijkes axon-gemedieerde transcriptionele regulatie in glia, glia-gemedieerde receptor handel in neuronale terminals, en glia-gemedieerde axon groei. De smalle diameter van de kamer ook significant verbiedt de stroom van de neuron verrijkte medium in de kamer gliale, vergemakkelijken sondering van de direct membraan-eiwit interactie tussen axonen / dendrieten en gliale oppervlakken.
Protocol
Representative Results
Discussion
De MCP based neuron en astrocyten co-cultuur systeem maakt dissectie gedetailleerde neuron astroglia signaalwegen door alleen de axons langs de centrale kanalen en interactie met de astrogliale cellen. Deze co-cultuur systeem kan eenvoudig worden ingesteld met conventionele neuron en astrocyte cultuur procedures. We hebben ook beschreef een praktische toepassing van deze co-cultuur systeem door het gebruik van een eGFP gebaseerde reporter voor het aantonen van axon-afhankelijke GLT1 promotor activering in astrocyten. </…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen graag Dr Jeffrey Rothstein bedanken voor het verstrekken van BAC GLT1 eGFP muizen en GLT1 antilichaam; Tufts Center for Neuroscience Research (NIH P30 NS047243, PI, Rob Jackson) voor het leveren van waardevolle kernfaciliteiten; Nieuwe faculteit werving subsidie (NIH P30 5P30NS069254-02 , PI, Phil Haydon) in Tufts Neuroscience Department.
Materials
| Fetal bovine serum | Hyclone | SH30070.03 | for plating neuron for neuron cutlure medium |
| Fetal bovine serum | Sigma-Aldrich | F4135 | for astrocyte culture medium |
| Glial derived nerve factor | R&D systems | 212-GD | Apply 10-20 ng/ml to neuron side of chamber |
| Dulbecco modified eagle medium high glucose | Sigma-Aldrich | 11995 | |
| 70 mm cell strainer | BD Falcon | 352350 | |
| Sterile glass bottom dish | MatTek Corporation | ||
| Microfluidic culture platforms | Xona Microfluidics LLC | SND150 | |
| 6 wells of the culture plate | Cellstar | 657 160 | |
Neuron culture medium
|
|||
|
Neuron culture medium for plating cell
|
|||
|
Astrocyte culture medium
|
|||
|
Table 1. Materials used in the microfluidic culture platform-based neuronal axon and glia co-culture system. |
References
- Stevens, B. Neuron-astrocyte signaling in the development and plasticity of neural circuits. Neuro-Signals. 16, 278-288 (2008).
- Paixao, S., Klein, R. Neuron-astrocyte communication and synaptic plasticity. Current opinion in neurobiology. 20, 466-473 (2010).
- Fields, R. D., Stevens-Graham, B. New insights into neuron-glia communication. Science. 298, 556-562 (2002).
- Park, J. W., Vahidi, B., Taylor, A. M., Rhee, S. W., Jeon, N. L. Microfluidic culture platform for neuroscience research. Nature. 1, 2128-2136 (2006).
- Wang, C. Y. Regulation of neuromuscular synapse development by glial cell line-derived neurotrophic factor and neurturin. The Journal of biological chemistry. 277, 10614-10625 (2002).
- Yang, Y. Presynaptic regulation of astroglial excitatory neurotransmitter transporter GLT1. Neuron. 61, 880-894 (2009).
- Regan, M. R. Variations in promoter activity reveal a differential expression and physiology of glutamate transporters by glia in the developing and mature CNS. The Journal of neuroscience. 27, 6607-6619 (2007).
- Swanson, R. A. Neuronal regulation of glutamate transporter subtype expression in astrocytes. The Journal of neuroscience. 17, 932-940 (1997).
- Schlag, B. D. Regulation of the glial Na+-dependent glutamate transporters by cyclic AMP analogs and neurons. Molecular pharmacology. 53, 355-369 (1998).
- Ponomarev, E. D., Novikova, M., Maresz, K., Shriver, L. P., Dittel, B. N. Development of a culture system that supports adult microglial cell proliferation and maintenance in the resting state. Journal of immunological. 300, 32-46 (2005).
- Espinosa-Jeffrey, A., Wakeman, D. R., Kim, S. U., Snyder, E. Y., de Vellis, J. Culture system for rodent and human oligodendrocyte specification, lineage progression, and maturation. Current protocols in stem cell biology. Chapter 2, (2009).
- Barres, B. A. The mystery and magic of glia: a perspective on their roles in health and disease. Neuron. 60, 430-440 (2008).
- Debanne, D., Rama, S. Astrocytes shape axonal signaling. Science signaling. 4, pe11 (2011).
