Ex utero Eletroporação e Explantes hemisfério inteiro: um método simples Experimental de Estudos do Desenvolvimento Cortical Precoce
Summary
Este protocolo descreve um processo melhorado que implica explante<em> Ex utero</em> Dissecção eletroporação, e cultura de todo hemisférios cerebrais do rato embrionário. A preparação facilita estudos farmacológicos e ensaios de função do gene durante o desenvolvimento precoce cortical.
Abstract
Desenvolvimento cortical envolve complexas interações entre neurônios e não-neuronais, incluindo elementos de células precursoras, vasos sanguíneos, meninges e da matriz extracelular associada. Porque eles fornecem um ambiente adequado organotípica, explantes fatia corticais são muitas vezes utilizados para investigar essas interações que controlam a diferenciação neuronal e desenvolvimento. Embora benéficos, o modelo de explante fatia podem sofrer de inconvenientes, incluindo a laminação celular aberrante e migração. Relatamos aqui um sistema de explante todo hemisfério cerebral para estudos do desenvolvimento cortical precoce, que é mais fácil de preparar do que fatias corticais e programas de migração organotípica consistente e laminação. Neste sistema modelo, laminação precoce e padrões de migração continuar normalmente durante um período de dois dias, in vitro, incluindo o período de separação preplate, durante o qual camada cortical prospectivo seis formas. Em seguida, desenvolvemos um electroporação utero ex (EUEP)abordagem que alcança ~ 80% de sucesso na segmentação expressão GFP para os neurônios em desenvolvimento no córtex dorsal medial.
O modelo de explante todo hemisfério faz desenvolvimento precoce cortical acessível para intervenção eletroporação, farmacológicos e abordagens de imagem ao vivo. Este método evita a cirurgia necessária de sobrevivência in utero eletroporação (IUEP) abordagens, melhorando simultaneamente a transfecção e consistência de segmentação de área. Este método irá facilitar os estudos experimentais de neuronal migração, proliferação e diferenciação.
Introduction
Os mamíferos cerebrais formas através do córtex concertada migração, proliferação e diferenciação de neurónios sucessivamente gerados. Cada neurónio nasce na zona ventricular (VZ) e migra do VZ na zona intermédia (IZ), formando a placa cortical (CP) 1. À medida que passam através de diferentes domínios corticais, os neurónios migram exibir vários modos de 2,3 a migração dependentes do meio extracelular e de outros elementos celulares (por exemplo, a glia radial) dentro do tecido em desenvolvimento. Neurónios corticais então prender migração no topo da placa de moldagem cortical nos processos coincidentes de prisão migração neuronal e 4 dendritogenesis.
Desenvolvimento cortical é iniciada entre os dias embrionários 11-13 (E11-13) 5 a criação da camada plexiforme primordial 6 ou preplate (PP), uma camada de neurónios pioneiras que recobre o VZ. Em perspectivaCamada 6 neurônios corticais (ou seja, os primeiros neurônios corticais nascidos no VZ), em seguida, orientar seu somata em um padrão estereotipado e se fundem em uma camada distinta dentro do PP 7. Estes eventos dividir o preplate em um (camada cortical futuro 1) marginal superficial e uma zona de fundo, o último composto de células subplaca cortical (camada transitória 7). Este processo, denominado divisão preplate, é um evento fundamental para o crescimento futuro do córtex cerebral 8.
Muitas mutações genéticas foram identificadas que interromper vários aspectos do desenvolvimento cortical 9. Desenvolvimento cortical também pode ser impactado negativamente pela exposição a toxinas ingeridas como a cocaína e álcool 10 11. Porque malformações corticais que surgem durante o desenvolvimento provavelmente contribui para distúrbios neurológicos (por exemplo, autismo, esquizofrenia), as investigações empíricas de perturbações do desenvolvimento cortical são inerentesly importante. É, portanto, de grande importância para delinear estratégias para estudar o desenvolvimento cortical que permitem testes rápidos de efeitos genéticos ou toxina, mas que também preservar as possíveis interações entre os neurônios de diferenciação, outros tipos de células e da matriz extracelular (ECM) durante esse período inicial do desenvolvimento do cérebro 12 .
Explantes de fatia 13 ter fornecido um tal sistema e têm sido amplamente utilizados para o desenvolvimento do ensaio neurónio cortical 14-16. No entanto, ensaios de fatias podem sofrer da desvantagem de que a migração neuronal e laminação pode ser anormal 17 possivelmente devido a danos nas células meníngeas que rodeiam o cérebro em desenvolvimento e ancorar o andaime glial radial. Como radiais fibras gliais são um importante substrato para cortical neurônio interrupção da migração de 18 a lâmina basal por corte pode perturbar localmente arquitetura radial glial e levar a migração cortical alterada. Além disso, a sliced superfícies de explantes proporciona uma região de células mortas, que podem alterar a composição normal do ECM nestas áreas.
Abordagens mais recentes têm focado sua análise sobre células localizadas no fundo da fatia que está cercado por adequadas tipos de células saudáveis e ECM. No entanto, em alguns casos, estas abordagens mais recentes podem requerer que a fatia de espessura original de cultura ser crio-seccionado ou parafina seccionado após a fixação, de modo que o interior relativamente normal da fatia é disponibilizada para análise 19-21. Ambos vibratome original seccionamento para preparar as fatias de tempo real para a cultura, bem como o subsequente cryosectioning de fatias fixos para análise requerem cuidados e esforço para estes ensaios para o trabalho.
Para fornecer uma abordagem simples e complementar para estudos do desenvolvimento cortical cedo, modificamos uma fatia abordagens existentes 13 para facilitar os estudos do desenvolvimento cortical cedo. Nós desenvolvemos uma whole modelo explante hemisfério semelhante a um modelo existente hemisfério E14 todo que envolveu culturas agitação em 65 rotações por minuto e permitiram o crescimento organotípica para 16-18 horas 22,23. Na nossa abordagem, explantes hemisfério inteiras são colocadas em membrana semi-permeável 13, com uma atmosfera de oxigénio de alta cultura 21,24 estender crescimento cortical organotípica durante 48 horas. Esta abordagem também permite a electroporação consistente de desenvolvimento de neurónios corticais. Os embriões são removidos do útero e electroporado para introduzir o ADN plasmídico e do telencéfalo é então dissecado. Cada hemisfério é isolado e colocado com o lado medial para baixo sobre um filtro revestido com colagénio. O explante é então cultivado durante um período de 48 horas, um período que abrange a divisão preplate 8. Durante o período de cultura, L6 neurônios desenvolvem a partir de precursor para neurónios diferenciados 25, posicionado correctamente no interior da placa cortical. Ao longo deste período, o desenvolvimentoneurónio é cercado pela ECM apropriada e tipos de células que se confrontar a célula correspondente in vivo. Este sistema já provou ser valioso para decifrar os eventos celulares que estão na base toxicidade do etanol 26, a camada de formação de 6 e preplate divisão 7,25.
Protocol
Representative Results
Discussion
Temos melhorado e avaliadas num modelo experimental – explantes hemisfério inteiros – para o estudo do desenvolvimento cortical precoce (E13-E15). O modelo mostrou-se útil para a análise de migração e diferenciação da linhagem neuronal excitatória que constitui a camada 6 do córtex cerebral 25,37. As principais vantagens do sistema são: 1) crescimento organotípica DIV para 2, 2) simplicidade de preparação, e 3) o acesso aos neurónios experimental para a manipulação de electroporação, farmaco…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado doações de NINDS (NS066071) e da NIAAA. (P50AA017823) para ECO. Os autores agradecem ao Dr. Robert Quinn e os funcionários do Departamento de Recursos Animais de Laboratório para cuidar dos animais. Agradecemos Judson Belmont para suporte técnico, Nicole Belletier de assistência como um pesquisador Verão Graduação (SURF). Agradecemos também o Dr. David Cameron para comentários e edições em uma versão anterior do manuscrito.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments (optional) |
| Reagents | |||
| DMEM/F12 + GlutaMAX | GIBCO | 10565 | |
| G5 Supplement 100X | Invitrogen | 17503-012 | |
| B27 Serum-Free Suppl. 50X | Invitrogen | 1504-044 | |
| Pen / Strep Liquid 100X | Invitrogen | 15140-122 | |
| HBSS 500 ml | GIBCO | 14025 | |
| Culture insert collagen coated | Costar | 3492 | |
| Bovine skin gelatin | Sigma | G9382 | |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H1399 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma | 7906 | |
| EndoFree Plasmid Maxi Kit | Qiagen | 12362 | |
| Equipment | |||
| BTX 830 Electroporator | Harvard Apparatus | 450052 | |
| Tweezer electrodes 10mm | Harvard Apparatus | 450166 | |
| Incubator | Billups Rothenberg | MIC-101 | |
| Hamilton syringe (5 uL) | Hamilton | 87930 | |
| Hamilton syringe needle | Hamilton | 7803-04 | Specify 1″ and style 4 |
| Dumont #5 Forceps | FST | 11251-10 | |
| Fine Scissors Tough Cut 9 cm | FST | 14058-09 |
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