Culture fetta facilitare la manipolazione dello sviluppo embrionale di gene e perturbazioni farmacologiche. Tuttavia, le condizioni di coltura deve garantire che il normale sviluppo può procedere nell'ambiente ridotto della fetta. Illustriamo un protocollo che facilita il normale sviluppo del midollo spinale procedere per almeno 24 ore.
Culture fetta può facilitare la manipolazione dello sviluppo embrionale sia farmacologicamente e attraverso manipolazioni genetiche. In questo sistema ridotto, potenziali effetti collaterali letali a causa di applicazioni farmacologiche sistemiche possono essere superati. Tuttavia, condizioni di coltura devono garantire che lo sviluppo procede normali nell'ambiente ridotto della fetta. Abbiamo focalizzato sullo sviluppo del midollo spinale, in particolare quello dei motoneuroni spinali. Abbiamo sistematicamente variati condizioni di coltura di fette di embrione di pollo dal punto in cui i motoneuroni spinali più era nato. Abbiamo analizzato il numero e il tipo di motoneuroni sopravvissute durante il periodo di coltura e la posizione di tali neuroni motori rispetto a quella in vivo. Abbiamo trovato che tipo di siero e fattori neurotrofici sono stati richiesti durante il periodo di coltura e sono stati in grado di mantenere in vita i neuroni motori per almeno 24 ore e consentire che i neuroni motori di migrare verso posizioni appropriate nelmidollo spinale. Vi presentiamo queste condizioni di coltura e la metodologia di preparazione delle culture embrione fetta utilizzando embrioni di pollo eviscerati incorporati in agarosio e tagliata con una vibratomo.
Durante lo sviluppo embrionale normale, molti tipi cellulari diversi sono generati che devono migrare dal loro punto di origine a dove finirà funzione nell'organismo maturo. All'interno del midollo spinale sviluppo, cellule progenitrici sono situati nella zona ventricolare alla linea mediana e generare molti sottotipi di neuroni e cellule gliali postmitotici che devono migrare da integrare in circuiti neuronali funzionali richieste per la trasformazione sensoriale e uscite motore 1. Neuroni motori spinali che controllano la contrazione dei muscoli degli arti sono stati ampiamente studiati e si sa molto delle molecole e dei meccanismi che guidano la formazione delle loro diverse sottoclassi. Tuttavia, molto meno si sa dei meccanismi attraverso i quali motoneuroni migrano, segregare e ricevere ingressi sinaptici.
Motore identità sottotipo neurone viene acquisita durante lo sviluppo in modo gerarchico. Motore sottotipi dei neuroni può essere generalmente classificati into colonne distinte, le divisioni e le piscine che sono definiti dalle loro proiezioni assone. Motore colonne assoni progetto sia per i muscoli assiali, viscerali o di un arto. Divisioni motore suddividere l'arto sporgente motoneuroni della colonna motore laterale (LMC) in quelli a sbalzo muscoli ventrali o dorsale 2. All'interno delle divisioni, gruppi di neuroni motori del motore denominato progetto piscine per i singoli muscoli dell'arto 2, 3. Arto-sporgenti neuroni motori sono definite dalla loro espressione del fattore di trascrizione FOXP1 4, 5, mentre l'identità divisionale è caratterizzato dalla espressione dei fattori di trascrizione omeodominio Islet-1 (ventrale sporgente) o LHX-1 (dorsalmente sporgente) 6. Infatti, LHX-1 l'espressione è necessario per le proiezioni appropriate dorsali dei motoneuroni 7. Ognuno di questi sottotipi occupano posizioni distinte all'interno del midollo spinale, i neuroni motori ventrali proiettano venire a risiedere mediale dorsalmente projecting motoneuroni. Il risultato è la LMC essere separati in cosiddetta LMCmedial (LMCM) e LMClateral (LMCl) divisioni. Organizzazione divisionale piscina e il motore è acquisito in due fasi 8. Nella prima fase, la segregazione divisionale è ottenuta tramite una migrazione dei motoneuroni una caratteristica mediale a laterale moda. Le cellule LMCl sono generati dopo che le cellule LMCM e così LMCl migra attraverso la LMCM di raggiungere la sua posizione finale decantazione. La seconda fase si motoneuroni all'interno di una divisione e cluster li in motori neuron piscine, presumibilmente attraverso un dorso-ventrale smistamento dei motoneuroni. Membri della famiglia catenina-dipendente caderina classica hanno dimostrato di essere fondamentale per entrambe le fasi di motoneuroni 8-10 dell'organizzazione. Tuttavia, come funzione caderina controlla il movimento delle cellule è poco conosciuta.
L'acquisizione di identità colonnare, divisionali e la piscina sono necessari i segnali estrinseci quel modello intrinsecamenc espressione di fattori di trascrizione 11. Inoltre, circa il 50% di tutti i motoneuroni muoiono per apoptosi durante lo sviluppo normale in un processo che richiede segnali estrinseci dal arto, in gran parte attraverso il sostegno neurotrofico di sopravvivenza dei motoneuroni. Così, motor neuron sviluppo richiede il contesto più idoneo deve essere mantenuta in un timecourse relativamente lungo. Per questo motivo, le pratiche di generare culture fetta midollo spinale di mantenere la sopravvivenza dei neuroni motori richiedono la delucidazione delle appropriate condizioni di coltura. Precedenti culture fetta embrioni sono stati utilizzati per seguire il comportamento di estrinsecamente aggiunto purificato popolazioni neuronali 12-14. Tuttavia, per le condizioni di conoscenza nostra cultura che facilitano in situ di sopravvivenza dei motoneuroni e la migrazione all'interno della stessa sezione non sono stati pubblicati. Abbiamo modificato una condizione standard cultura che facilita la sopravvivenza di purificato, dissociate motoneuroni craniali di agevolare motore sviluppo dei neuroni all'interno di un sistema di coltura degli embrioni fetta. Abbiamo anche monitorato il posizionamento dei motoneuroni superstiti e dimostrano che le posizioni ampiamente normali del motoneurone divisioni viene acquisita durante il periodo di coltura.
Il protocollo qui descritto permette una fetta embrione di pollo da incubare per più di un giorno mantenendo motoneuroni viva e continuando a migrare durante il periodo di coltura. Nel chiarire le condizioni per mantenere in vita i neuroni motori, abbiamo identificato diverse caratteristiche fondamentali richieste. Sembra che il siero del pulcino fino al 4% è fondamentale per la sopravvivenza dei motoneuroni e la sua sostituzione con il siero di una specie diversa non è tollerato. È interessante notare, abbiamo trovato che la presenza di elevate concentrazioni di siero erano dannosi per le fette in quanto promosse crescita eccessiva del tessuto che porta a gravi distorsioni nella forma slice. Ancora più importante, la presenza del fattore neurotrofico ciliare anche dimostrato critico. Esso rimane possibile che le fette possono essere in grado di essere coltivate per periodi notevolmente più lunghi che solo 24 ore, forse anche consentendo la visualizzazione di input sensoriali afferenti al midollo spinale. Inoltre, la culcondizioni tura qui può anche rivelarsi utile per affettare culture del tronco encefalico in via di sviluppo e il mesencefalo / cervelletto.
Forse il più grande potenziale beneficio nell'uso di queste condizioni di coltura fetta è che essi facilitano la possibilità di manipolazione farmacologica della funzione della proteina minimizzando la possibilità di effetti negativi sul resto dell'embrione, come il cuore. Un gran numero di inibitori e agonisti di diverse vie di segnalazione può essere utilizzato per valutare la migrazione dei diversi sottotipi di neuroni spinali e, potenzialmente, l'effetto della formazione di circuiti locali spinali durante lo sviluppo. Inoltre, alcune perturbazioni genetiche di espressione della proteina, come quelli che fanno uso di siRNA e oligonucleotidi morfolino, soffrono per il fatto che essi possono essere introdotti precocemente nello sviluppo (a causa delle limitazioni nelle procedure in ovo elettroporazione) e gli effetti durano solo un breve periodo di time (tipicamente un giorno). La nostra cultura fetta viene avviato in fasi successive e offre la possibilità di utilizzare questa tecnologia in seguito in fase di sviluppo in fase di taglio per vedere i loro effetti durante il periodo della cultura della fetta.
Il protocollo cultura fetta potrebbe anche permettere la visualizzazione di entrambi neurone spinale motore così come la migrazione interneurone dorsale in tempo reale tramite microscopia time-lapse video. Ciò potrebbe essere realizzato mediante microscopio a contrasto di fase a luce bianca o attraverso l'uso di imaging di fluorescenza. Se quest'ultima tecnica sono da utilizzare quindi l'introduzione di etichette fluorescenti è necessaria. Ciò potrebbe essere realizzato mediante introduzione dei coloranti fluorescenti come DiI o DiO sia tramite marcatura retrograda dall'arto o etichettatura anterograda dal ventricolo o elettroporazione in ovo di costrutti di guidare proteine fluorescenti in un sottoinsieme di neuroni.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare Boast Sharon per le discussioni penetranti molti e B. Novitch per il gentile dono degli anticorpi anti-FOXP1. Questo lavoro finanziato da una borsa di studio del Wellcome Trust a KCT e una borsa di studio del progetto del Wellcome Trust di SRP (Grant numero di riferimento 094399/B/10/Z).
Eggs | Henry Stewart Farms, UK | Fertilised Brown Bovan Gold Hen’s eggs (Henry Stewart Farms, UK), stored at 14 °C until incubation | |
21 Gauge needle | BD-Microlance-3 | 304432 | |
5 ml syringe | BD Plastipak | 302187 | |
#5 Dumont forceps | Roboz | RS 5045 | |
Micro Dissecting scissors | Roboz | RS 5910SC | (3.5 in straight) |
Embryo embedding moulds: Peel away moulds | Agar Scientific | G3764 | Pyramidal shaped 22 mm to 12 mm |
Super glue | Power Flex, Loctite | ||
Ethanol | SIGMA | 32221 | |
Sodium di-hydrogen Phosphate, mono-hydrate | BDH | 102454R | |
Di Sodium mono-hydrogen Phosphate | VWR/ BDH | 102494C | |
Sodium Chloride | VWR/BDH | 27810.295 | |
Low melting temperature agarose | Invitrogen | 16520 | |
Fetal Bovine serum | Gibco | 10500-064 | |
Triton X-100 | SIGMA | T8787 | |
Sodium Hydroxide | FLUKA | 71689 | |
Paraformaldehyde | VWR/BDH | 28794.295 | |
Plastic disposable pasteur pipettes | ElKay Precision laboratory consumables | 127-P503-000 | Liquipette 3 ml volume |
Hanks Balanced Salt Solution (HBSS) | Gibco | 14170 | |
Sucrose | SIGMA | S0389 | |
Sodium Hydrogen Carbonate | SIGMA | S5761 | |
Chicken Embryo Extract | Seralabs | CE650-J | |
Penicillin/ Streptomycin solution | Gibco | 15070 | |
L-Glutamine solution | Gibco | 25030 | |
2-mercaptoethanol | Gibco | 21985 | |
Horse serum | Southern Group Labs | 9028B | |
B27 supplement | Invitrogen | 17504-044 | |
Neurobasal medium | Gibco | Cat ~ 2103 | |
CilliaryNeurotrophic factor (CNTF) | R and D Systems | 557-NT-010 | |
Chick Serum | SIGMA | C5405 | |
Primary antibodies | were purchased from Developmental Studies Hybridoma Bank, with the exception of anti-foxP1 antibodies, which were a kind gift from Bennett Novitch of UCLA. Primary antibodies dilutions were Rabbit anti-FoxP1 (1/32000), Mouse anti-Lhx1/2 (4F2) (1/50), Guinea Pig anti-FoxP1 (1/1000). All antibodies were stored at 4 °C. |
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Secondary antibodies | Donkey anti-Guinea Pig (cy3) (1:1000) purchased from Jackson Immunoreseach Laboratories Inc. Donkey anti-Mouse (Alexa Fluor 488) (1:1000), Donkey anti-Rabbit (Alexa Fluor 594) (1:1000) purchased from Invitrogen All antibodies were stored at 4 °C. |
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24-well plate | Corning COSTAR | 3473 | ultralow attachment 24-well plate |
O.C.T. | Tissue Tek, Sakura | 4583 | Optimum Cutting Temperature |
Vectashield | Vector Labs | H1000 | Vectashield fluorescent mounting medium |
Slides | Thermo Scientific | Superfrost-Plus positively-charged slides, 25 x 75 x 1.0 mm | |
Cover Glass | VWR International | 631-0167 | 25×60 mm |
Forced draft incubator: | Lyon Electric Company | kept humid by ensuring water levels always sufficient, maintained at 38 °C | |
Cryostat | Brite, Huntingdon, UK | -36 °C | |
Tissue Culture Incubator | DH Autoflow | Nuaire 38 °C, 5% CO2 | |
Vibratome | Leica | Leica VT1000-S | |
Microscope | Nikon | Nikon Eclipse E80i fluorescence microscope | |
Digital Camera | Nikon | Nikon DS5M and Hamammatsu ORCA ER |