La migración de los neuroblastos es un paso crucial en la neurogénesis postnatal. El protocolo se describe aquí se puede utilizar para investigar el papel de los reguladores candidatos de la migración de los neuroblastos mediante el empleo de ADN / ARN de horquilla pequeña (shRNA) nucleofection y un ensayo de migración de neuroblastos 3D con aislados de la corriente migratoria rostral posnatal roedor.
La zona subventricular (SVZ) situado en la pared lateral de los ventrículos laterales juega un papel fundamental en la neurogénesis adulta. En este área restringida del cerebro, células madre neurales proliferan y generan constantemente neuroblastos que migran tangencialmente en cadenas a lo largo de la corriente migratoria rostral (RMS) para alcanzar el bulbo olfatorio (OB). Una vez en el OB, los neuroblastos cambiar a la migración radial y a continuación, se diferencian en neuronas maduras capaces de incorporar en la red neuronal preexistente. La migración de los neuroblastos adecuada es un paso fundamental en la neurogénesis, lo que garantiza la correcta maduración funcional de las neuronas recién nacidas. Dada la capacidad de los neuroblastos derivados de ZVS para apuntar a áreas lesionadas en el cerebro, la investigación de los mecanismos intracelulares que subyacen a su movilidad no sólo mejorará la comprensión de la neurogénesis, pero también puede promover el desarrollo de estrategias de neurorregenerativas.
Este manuscrito describe un detalladoprotocolo para la transfección de roedor primario RMS neuroblastos postnatales y el análisis de su motilidad utilizando un ensayo in vitro de 3D en la migración recapitulando su modo de migración observada in vivo. Ambos neuroblastos rata y ratón pueden ser rápida y eficiente a través de nucleofection transfectadas con el plásmido de ADN, pequeña horquilla (sh) ARN corto de interferencia o (si) oligos de ARN objetivo genes de interés. Para el análisis de la migración, las células se nucleofected reaggregated en 'gotas colgantes, y posteriormente embebidos en una matriz tridimensional. Nucleofection per se no menoscabe significativamente la migración de los neuroblastos. El tratamiento farmacológico de los neuroblastos nucleofected y reaggregated también se puede realizar para estudiar la función de las vías de señalización implicadas en la migración de los neuroblastos.
En el cerebro de mamífero posnatal, la generación de nuevas neuronas (neurogénesis) se produce durante toda la vida y se limita a dos nichos neurogénicos: la zona subventricular (SVZ) de los ventrículos laterales y la zona subgranular de la circunvolución dentada del hipocampo 1. Varios estudios recientes han demostrado el importante papel de la neurogénesis adulta en la facilitación de las tareas de aprendizaje y memoria 2,3. Además, la evidencia de la proliferación y el reclutamiento de células progenitoras neurales después de una lesión cerebral 4-7 plantea la posibilidad de la activación farmacológica de la neurogénesis en la reparación neural.
Neurogénesis postnatal es regulado estrictamente en todas sus fases, que incluyen la proliferación neuronal progenitor, migración, diferenciación, supervivencia, y la integración sináptica definitiva de neuronas recién nacidas 8. Progenitores neurales (neuroblastos) derivadas de células madre en la ZVS migran a grandes distancias a través de la migratoria rostralcorriente (RMS) hacia el bulbo olfatorio (OB), donde maduran hasta convertirse en neuronas funcionales 9. Neuroblastos migratorios son predominantemente unipolar, con un cuerpo celular alargado que se extiende un único proceso de liderazgo. Estas células se mueven en las cadenas de una manera colectiva, deslizando una sobre la otra 10. La migración es un paso crucial para la posterior maduración de los progenitores derivados de SVZ en neuronas funcionales 11 y es controlado por múltiples factores y moléculas de orientación incluyendo: molécula de adhesión celular neural polisialiladas (PSA-NCAM) 12, Efrinas 13, integrinas 14, aberturas 15, factores de crecimiento y neurotransmisores 16 17, sin embargo, los mecanismos moleculares que subyacen a este proceso no se entiende completamente. La investigación de las vías de señalización intracelular que regulan la migración de neuroblastos no sólo proporcionará una mejor comprensión de la neurogénesis adulta, sino que también contribuirá al desarrollo de la nueva terapéuticaenfoques para promover la reparación del cerebro.
Este manuscrito describe un protocolo detallado para estudiar el papel de los reguladores de candidatos de la migración de los neuroblastos in vitro utilizando nucleofection y un ensayo de migración 3D. Nucleofection es una técnica de transfección de células basado en un método mejorado de electroporación. Corriente eléctrica específica de tipo celular y solución nucleofection permiten la transferencia de macromoléculas polianiónicos tales como ADN y shRNA vectores y siRNA oligonucleótidos directamente en el núcleo de la célula y permiso de transfección de dividir lentamente o mitóticamente inactivas las células como neuronas embrionarias de mamíferos y 18. Este método es rápido, relativamente fácil de realizar y los resultados en la transfección altamente reproducible de una amplia gama de tipos de células incluyendo los neuroblastos primarios y las neuronas 19-21.
La disociación de tejido RMS permite el aislamiento de los neuroblastos migratorios, que puede ser nucleofected con éxito con ADN / SHRVectores NA o oligos siRNA dirigidos genes de interés. Tras nucleofection, neuroblastos se reaggregated en gotas colgantes y posteriormente embebidos en una matriz de Matrigel en tres dimensiones. Estas condiciones permiten a los neuroblastos migran fuera de los agregados celulares que recapitulan el modo de migración observado in vivo, proporcionando así un excelente sistema modelo para investigar las vías de señalización implicadas en la migración de los neuroblastos y para evaluar la influencia de los tratamientos farmacológicos en la motilidad de estas células.
La migración de los neuroblastos a lo largo de los RMS a la ubicación final en el OB es un paso fundamental en la neurogénesis postnatal. Sin embargo, los mecanismos moleculares que controlan este proceso complejo están lejos de ser plenamente comprendido.
El procedimiento experimental descrito aquí permite el estudio de la migración de los neuroblastos in vitro. Hemos adaptado un protocolo previamente publicado para el aislamiento de los neuroblastos RMS de ratón o de rata postnatal temprano 25. Para lograr resultados óptimos es importante para dominar el paso de la disección, ya que es crucial para mantener el intervalo de tiempo entre la disección y nucleofection a un mínimo. Después de nucleofection, neuroblastos pueden reaggregated, incrustados en una matriz de tres dimensiones y se dejaron migrar durante un período de 24 horas. Alternativamente, para fines distintos de la migración (por ejemplo, inmunofluorescencia o análisis de transferencia Western), las células se pueden sembrar inmediatamente después de nucleofection en polyornithine/laminin-cubreobjetos recubiertos, donde sobreviven hasta 4-5 días. Ratón y rata neuroblastos migran en Matrigel en un grado similar, sin embargo las células de ratón parecen tener una tendencia más fuerte a migrar en las cadenas de que las células de rata.
Dependiendo del objetivo del estudio, los neuroblastos pueden nucleofected con diferentes plásmidos que codifican proteínas fluorescentes o proteínas de tipo / mutante silvestres de interés. Para los plásmidos de expresión de proteínas óptimos con un promotor CAG (promotor de β-actina con potenciador de CMV y β-globina cola poli-A) 26 son altamente recomendados. Por otra parte, oligos siRNA o plásmidos shRNA pueden nucleofected para derribar blancos de interés. Agotamiento de proteína eficaz puede ser visualizado por inmunofluorescencia o por Western blot (generalmente lisar agregados incrustados de 1 de rata crías con 50 l de tampón de lisis estándar).
Nucleofection es un método relativamente sencillo para transfectar neuroblastos primarios, ofrece una alternativa más fácil y más rápido a vitransfección mediada por vector RAL, y puede lograr alta (~ 70-80%) la eficacia de transfección. Es fundamental trabajar con rapidez durante el procedimiento nucleofection, desde que salió de neuroblastos en la solución nucleofection por un tiempo prolongado reduce drásticamente la viabilidad celular.
El rendimiento promedio de la celda de la disección RMS es relativamente baja para los ratones P7 (~ 5 x 10 5 células / cerebro) en comparación con las ratas P7 (~ 1 x 10 6 células / cerebro) y se requieren al menos 3 x 10 6 células por nucleofection para lograr la transfección con ~ 50% de eficiencia. Por otra parte, los neuroblastos de ratas parecen resistir mejor a nucleofection comparación con los neuroblastos de ratón. Por lo tanto, las crías postnatal temprano (P6-P7) de ratas podrían representar una fuente neuroblast conveniente, considerando también que la organización de rata y ratón RMS son notablemente simiLAR 27 y que el alcance de la rata y el ratón neuroblastos la migración in vitro también es comparable. Se recomienda no guardar los racimos reaggregated de neuroblastos nucleofected en suspensión durante más de 48 horas para evitar los efectos anormales en la morfología celular y la migración (nuestras observaciones no publicadas).
El ensayo 3D se describe aquí se puede utilizar para cuantificar la migración de neuroblastos en un punto de tiempo fijo después de la incrustación en la matriz (por ejemplo. 24 h). Los agregados de diferentes tamaños se pueden utilizar en el análisis, ya que no existe una correlación significativa entre el tamaño de los agregados y la distancia de migración (nuestras observaciones no publicadas). Para visualizar e investigar más a fondo la dinámica de la migración de los neuroblastos, time-lapse se puede utilizar. Se recomienda realizar el análisis de la migración dentro de un intervalo de 24 horas después de la incrustación, ya que la velocidad de neuroblastos parece disminuir drásticamente en los puntos de tiempo más largos (nuestras observaciones no publicadas). </ P>
Existen algunas limitaciones a este protocolo. En primer lugar, nucleofection hasta ahora se puede utilizar para principios de neuroblastos de roedores postnatales, mientras que la infección con vectores virales sigue siendo el método de transfección más eficaz para los neuroblastos adultos 28. En segundo lugar, el ensayo in vitro de la migración en no reproduce completamente la compleja arquitectura de los RMS observados in vivo. De hecho, aunque los neuroblastos mantienen la capacidad de migrar de una manera similar a sus contrapartes en vivo, en la configuración experimental descrito aquí que carecen de interacciones con otros componentes de RMS tales como astrocitos y los vasos sanguíneos, que también contribuyen a regular su motilidad 9,29, 30. Este problema puede ser abordado en el futuro mediante la optimización de los sistemas modelo de co-cultivo en tres dimensiones.
En conclusión, la combinación de nucleofection con un ensayo de migración 3D representa una herramienta valiosa para comprender mejor los mecanismos moleculares que subyacenla migración de los neuroblastos. Este procedimiento proporciona un método experimental inicial, rápido y relativamente sencillo para evaluar el papel de los reguladores de candidatos de la migración de los neuroblastos, que se pueden validar aún más por otros enfoques, como la electroporación in vivo postnatal y time-lapse de cultivos de cortes cerebrales 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por una subvención del Proyecto Fideicomiso Wellcome concedido a la EP y GL (089236/Z/09/Z). SG fue apoyado por una beca de doctorado de Biotecnología y Ciencias Biológicas de Investigación. Agradecemos a Matthieu Vermeren para el tipo de regalo del vector shRNA y Jennifer Shieh de valiosos consejos sobre nucleofection neuroblastos.
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 |