Migrazione neuroblasti è un passo fondamentale nella neurogenesi postnatale. Il protocollo qui descritto può essere utilizzato per studiare il ruolo dei regolatori candidati migrazione neuroblasti impiegando DNA / piccolo tornante RNA (shRNA) nucleofection e un saggio di migrazione 3D con neuroblasti isolati dal flusso migratorio rostrale roditore postnatale.
La zona subventricolare (SVZ) situata nella parete laterale dei ventricoli laterali gioca un ruolo fondamentale nella neurogenesi adulta. In questa zona ristretta del cervello, le cellule staminali neurali proliferano e costantemente generano neuroblasti che migrano tangenzialmente in catene lungo il torrente migratorio rostrale (RMS) per raggiungere il bulbo olfattivo (OB). Una volta in OB, neuroblasti passare alla migrazione radiale e poi differenziarsi in neuroni maturi capaci di integrare nella rete neuronale preesistente. Migrazione corretta neuroblast è un passo fondamentale nella neurogenesi, garantendo la corretta maturazione funzionale dei neuroni neonati. Data la capacità di neuroblasti SVZ derivati per indirizzare le aree lese del cervello, indagando i meccanismi intracellulari alla base della loro motilità non solo migliorare la comprensione della neurogenesi, ma può anche favorire lo sviluppo di strategie neurorigenerativo.
Questo manoscritto descrive una dettagliataprotocollo per la trasfezione di roditore primaria RMS neuroblasti postnatale e l'analisi della loro motilità con un 3D in vitro migrazione saggio di ricapitolare le loro modalità di migrazione osservato in vivo. Entrambi i ratti e topi neuroblasti possono essere rapidamente ed efficacemente trasfettate via nucleofection sia con DNA plasmidico, piccolo tornante (sh) RNA interferenti o corto (si) oligo RNA mira geni di interesse. Per analizzare la migrazione, le cellule nucleofected sono reaggregated in "gocce appesi" e successivamente incorporate in una matrice tridimensionale. Nucleofection di per sé non altera in modo significativo la migrazione dei neuroblasti. Il trattamento farmacologico dei neuroblasti nucleofected e reaggregated può essere eseguita anche per studiare il ruolo delle vie di segnalazione coinvolte nella migrazione neuroblasti.
Nel postnatale cervello dei mammiferi, la generazione di nuovi neuroni (neurogenesi) si verifica per tutta la vita ed è limitato a due nicchie neurogenici: la zona subventricolare (SVZ) dei ventricoli laterali e la zona subgranulare del giro dentato dell'ippocampo 1. Diversi studi recenti hanno dimostrato l'importante ruolo della neurogenesi adulta nel facilitare i compiti di apprendimento e memoria 2,3. Inoltre, la prova di proliferazione e il reclutamento di progenitori neurali seguenti lesioni cerebrali 4-7 solleva la possibilità di attivazione farmacologica della neurogenesi nella riparazione neurale.
Neurogenesi postnatale è strettamente regolamentato in tutte le sue fasi, che comprendono la proliferazione neurali progenitrici, la migrazione, la differenziazione, la sopravvivenza e l'integrazione sinaptica finale dei neuroni appena nati 8. Progenitori neurali (neuroblasti) derivate da cellule staminali nel SVZ migrano a grande distanza attraverso la migratorio rostralestream (RMS) verso il bulbo olfattivo (OB) dove maturano in neuroni funzionali 9. Neuroblasti migratori sono prevalentemente unipolare, con un corpo cellulare allungato estende un unico processo di primo piano. Queste cellule si muovono in catene in modo collettivo, scorrevoli l'uno sull'altro 10. La migrazione è un passo fondamentale per la successiva maturazione dei progenitori SVZ-derivati in neuroni funzionali 11 ed è controllata da molteplici fattori e molecole di orientamento, tra cui: polysialylated neural molecola di adesione cellulare (PSA-NCAM) 12, ephrins 13, integrine 14, Slits 15, fattori di crescita e neurotrasmettitori 16 17, tuttavia i meccanismi molecolari alla base di questo processo non sono pienamente compresi. Indagare le vie di segnalazione intracellulare che regolano la migrazione neuroblasti non solo fornirà una migliore comprensione della neurogenesi adulta, ma contribuirà anche allo sviluppo della nuova terapeuticaapprocci per promuovere la riparazione del cervello.
Questo manoscritto descrive un protocollo dettagliato per studiare il ruolo dei regolatori candidati migrazione neuroblasti in vitro utilizzando nucleofection e un saggio di migrazione 3D. Nucleofection è una tecnica di trasfezione cellulare basato su un metodo migliorato di elettroporazione. Cell-tipo di corrente elettrica specifica e la soluzione nucleofection consentire il trasferimento di macromolecole polianionici come il DNA e shRNA vettori e oligonucleotidi siRNA direttamente nel nucleo della cellula e licenza di trasfezione lentamente divisione o mitoticamente cellule inattive, come i neuroni embrionali di mammifero e 18. Questo metodo è veloce, relativamente facile da eseguire ei risultati in trasfezione altamente riproducibile di una vasta gamma di tipi di cellule inclusi neuroblasti primarie e neuroni 19-21.
Dissociazione del tessuto RMS consente l'isolamento di neuroblasti migratori, che può essere nucleofected successo con DNA / SHRVettori NA o oligo siRNA targeting per geni di interesse. Dopo nucleofection, neuroblasti sono reaggregated in appeso gocce e successivamente incorporate in una matrice tridimensionale Matrigel. Queste condizioni consentono di neuroblasti migrano degli aggregati cellulari riassumono la modalità di migrazione osservato in vivo, fornendo così un ottimo sistema modello per studiare vie di segnalazione coinvolte nella migrazione neuroblasti e di valutare l'influenza dei trattamenti farmacologici sulla motilità di queste cellule.
La migrazione dei neuroblasti lungo le RMS per la posizione finale in OB è un passo fondamentale nella neurogenesi postnatale. Tuttavia, i meccanismi molecolari che controllano questo processo complesso sono ben lungi dall'essere pienamente compreso.
La procedura sperimentale qui descritto consente lo studio della migrazione neuroblasti in vitro. Abbiamo adattato un protocollo precedentemente pubblicato per isolare RMS neuroblasti dai primi di topo postnatale o ratto 25. Per ottenere risultati ottimali, è importante avere il passo dissezione, dal momento che è fondamentale per mantenere l'intervallo di tempo tra la dissezione e nucleofection al minimo. Dopo nucleofection, neuroblasti possono essere reaggregated, incorporati in una matrice tridimensionale e lasciati a migrare su un periodo di 24 ore. In alternativa, per scopi diversi migrazione (ad esempio, immunofluorescenza e western blot), le cellule possono essere immediatamente placcato dopo nucleofection su polyornithine/laminin-coprioggetto rivestiti, dove sopravvivono fino a 4-5 giorni. Neuroblasti topo e nel ratto migrano in Matrigel in misura simile, tuttavia cellule di topo sembrano avere una maggiore tendenza a migrare nelle catene di cellule di ratto.
A seconda dello scopo dello studio, neuroblasti possono essere nucleofected con differenti plasmidi codificanti proteine fluorescenti o Tipo / mutante proteine selvatiche di interesse. Per ottimali plasmidi di espressione proteica con un promotore CAG (β-actina promotore di CMV enhancer e-β globina poly-A coda) 26 sono altamente raccomandati. Inoltre, oligo siRNA o plasmidi shRNA possono essere nucleofected per atterramento target di interesse. Proteina efficace deplezione può essere visualizzato mediante immunofluorescenza o Western Blot (di solito lisi aggregati incorporati dal 1 ratto cuccioli con 50 ml di tampone di lisi standard).
Nucleofection è un metodo relativamente semplice per transfettare neuroblasts primari, offre un'alternativa più facile e veloce a viral trasfezione mediata da vettori, e può raggiungere alte (~ 70-80%) efficienza di trasfezione. E 'fondamentale lavorare velocemente durante la procedura nucleofection, dopo aver lasciato neuroblasti nella soluzione nucleofection per un tempo prolungato riduce drasticamente la vitalità cellulare.
La resa media di cellule da RMS dissezione è relativamente basso per i topi P7 (~ 5 x 10 5 cellule / cervello) in confronto ai ratti P7 (~ 1 x 10 6 cellule / cervello) e sono richiesti almeno 3 x 10 6 cellule per nucleofection per raggiungere trasfezione con ~ 50% di efficienza. Inoltre, neuroblasti ratto sembrano resistere meglio Nucleofection rispetto ai neuroblasti del mouse. Pertanto, cuccioli precoce postnatale (P6-P7) ratto potrebbero rappresentare una comoda fonte neuroblast, anche considerando che l'organizzazione di RMS ratti e topi sono molto similar 27 e che la portata di ratto e topo migrazione neuroblasti in vitro è paragonabile. Si consiglia di non tenere i grappoli reaggregated di neuroblasti nucleofected in sospensione per più di 48 ore per evitare effetti anomali sulla morfologia cellulare e la migrazione (le nostre osservazioni non pubblicate).
Il test 3D qui descritto può essere usato per quantificare la migrazione neuroblasti in un punto di tempo fisso dopo inclusione in matrice (ad es. 24 hr). Aggregati di dimensioni diverse possono essere utilizzati nell'analisi, poiché non vi è alcuna correlazione significativa tra la dimensione degli aggregati e distanza di migrazione (nostre osservazioni non pubblicate). Per visualizzare e ulteriormente approfondire le dinamiche della migrazione neuroblasti, time-lapse imaging può essere utilizzato. Si raccomanda di effettuare l'analisi di migrazione all'interno di un intervallo di 24 ore dopo l'incorporamento, in quanto la velocità di neuroblasti sembra diminuire drasticamente a tempi più lunghi (nostre osservazioni non pubblicate). </ P>
Ci sono alcune limitazioni a questo protocollo. In primo luogo, nucleofection può finora essere utilizzato per i primi neuroblasts roditori postnatale, mentre l'infezione con vettori virali rimane il metodo più efficiente per trasfezione neuroblasti adulti 28. In secondo luogo, la migrazione in vitro non riproduce completamente la complessa architettura delle RMS osservati in vivo. Infatti, anche se neuroblasti mantengono la capacità di migrare in modo simile alle loro controparti in vivo, nel setup sperimentale qui descritte non hanno interazioni con altri componenti di RMS come astrociti e vasi sanguigni, che contribuiscono anche a regolare la loro motilità 9,29, 30. Questo problema può essere affrontato in futuro ottimizzazione del tridimensionali sistemi modello di co-coltura.
In conclusione, combinando nucleofection con un saggio di migrazione 3D rappresenta uno strumento prezioso per comprendere meglio i meccanismi molecolari alla basemigrazione neuroblasti. Questa procedura sperimentale fornisce un metodo iniziale, veloce e relativamente semplice per valutare il ruolo dei regolatori candidati di migrazione neuroblasti, che possono essere ulteriormente convalidate da altri approcci come in vivo postnatale elettroporazione e time-lapse imaging di culture fetta cerebrali 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato finanziato da una Wellcome Trust progetto di sovvenzione assegnato al PD e GL (089236/Z/09/Z). SG stato supportato da una Biotecnologie e Scienze Biologiche Research Council PhD borsa di studio. Ringraziamo Matthieu Vermeren per il gentile dono del vettore shRNA e Jennifer Shieh per preziosi consigli su neuroblasti nucleofection.
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15140-122 | |
2.5% Trypsin-EDTA (10x) | Gibco | 15090-046 | store 200 µl aliquots at -20 °C |
DNAse I Vial (D2) | Worthington | LK003170 | ≥1,000 units per vial; store 50 µl aliquots at -20 °C |
Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 11960-044 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Hyclone | SH3007902 | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103-049 | |
B27 supplement | Invitrogen Life Technologies | 17504044 | |
L-Glutamine (200 mM) | Invitrogen Life Technologies | 25030-081 | |
D-(+)-Glucose solution (45%) | Sigma-Aldrich | G8769 | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, Growth Factor Reduced (GFR), Phenol Red-free, 10 ml, LDEV-Free | BD Biosciences | 356231 | prepare 120 µl aliquots at 4 °C, then store at -80 °C |
PFA | Sigma-Aldrich | 441242 | |
Sucrose | BDH | 102745C | |
Goat serum | Sigma-Aldrich | 69023 | |
Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
BSA | Fisher Chemical | BPE9701-100 | |
Dako fluorescence mounting medium | Dako | S3023 | |
Rat neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1003 | |
Mouse neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1001 | |
Microsurgical knife | Angiotech | 7516 | |
McIlwain tissue chopper | The Mickle Laboratory Engineering Company | ||
Nucleofector II | Lonza |