Embrionárias neurônios nascem na zona ventricular do tubo neural, mas migrar para atingir metas adequadas. Branchiomotor Facial (FBM) neurônios são um modelo útil para estudar a migração neuronal. Este protocolo descreve o ex vivo cultura wholemount de hindbrains embrião de rato para investigar os mecanismos que regulam a migração FBM.
Embrionárias neurônios nascem na zona ventricular do cérebro, mas, posteriormente, migrar para novos destinos para alcançar metas adequadas. Decifrando os sinais moleculares que cooperativamente guia de migração neuronal no cérebro embrionário, é importante entender como as redes neurais complexas formar que mais tarde suportar a vida pós-natal. Branchiomotor Facial (FBM) neurônios no cérebro posterior rato embrião migrar de rhombomere (r) 4 caudalmente para formar os núcleos faciais emparelhados na região R6-derivado do cérebro posterior. Aqui nós fornecemos um protocolo detalhado para wholemount ex vivo cultura de hindbrains embrião de rato adequados para investigar as vias de sinalização que regulam a migração FBM. Neste método, hindbrains de embriões de rato E11.5 são dissecados e cultivados em uma preparação de livro aberto em inserções de cultura de células durante 24 horas. Durante este tempo, os neurónios FBM migrar em direcção caudal r6 e podem ser expostas a anticorpos bloqueadores de função e pequena molecules nos meios de cultura ou grânulos carregados de heparina com as proteínas recombinantes para examinar funções para as vias de sinalização envolvidos em guiar a migração neuronal.
Embrionárias neurônios nascem na zona ventricular do cérebro, mas, posteriormente, migrar para novos destinos para alcançar regiões-alvo apropriadas que estão localizados em uma grande distância. O posicionamento correto de corpos celulares neuronais em lugares apropriados ao longo dos eixos dorso-ventral e ântero-posterior do cérebro em desenvolvimento é essencial para a fiação correta, sobrevivência e função desses neurônios após a fase migratória 1-4. Similar aos mecanismos moleculares que controlam a orientação do axônio 5-7, conjuntos combinatória de sugestões atrativas e repulsivas são pensados para orientar os neurônios migram 1,8. No entanto, devido às interações de vários tipos de células, os sinais que controlam a migração neuronal têm sido menos estudada do que aqueles que estão envolvidos na orientação do axônio, que pode ser estudado célula autônoma. A parte posterior do cérebro em desenvolvimento de vertebrados tem sido utilizado em vários estudos recentes para compreender os mecanismos moleculares e celularesda migração neuronal, por exemplo, na garota, mouse e zebrafish 1-4,9. Este órgão contém vários tipos diferentes de neurônios, incluindo vários subtipos de precerebellar e neurônios motores 5,7,10,11.
Motorneuron hindbrain nascem na zona ventricular perto do floorplate, e se diferenciam em subconjuntos específicos de acordo com sua rhombomere de origem 1,12. O branchiomotor facial (FBM) neurônios são gerados no rhombomere (r) 4, na parte posterior do cérebro e estender seus axônios dorsal através de um ponto de saída r4 para o segundo arco branquial que inervam os músculos faciais 2,9,13. Neurónios MRF de peixe-zebra e ratinhos proporcionam excelentes modelos para o estudo dos mecanismos moleculares e celulares de migração neuronal num processo que é facilmente visualizada, porque estes neurónios reprodutivelmente translocam o seu somata num processo espaçotemporalmente bem definida. Em camundongos, os neurônios FBM primeiro migrar caudally através de R5 e, em seguida, tanto caudal e ventralmente para chegar a sua posição final sobre o lado pial do cérebro posterior, no território de r6, onde formam os núcleos emparelhados do nervo craniano VII (VIIn) 10,11,14. No peixe-zebra, os neurónios FBM inicialmente migrar ventral e depois mudar de direcção no limite r4-r5 para continuar a migrar para a superfície pial em uma maneira dependente da laminina 4,12,15,16. Esta migração continua ao longo de um período de vários dias em desenvolvimento e pode ser dividido em fases de migração tangencial e radial, permitindo a identificação de moléculas que medeiam estes dois processos distintos. Em contraste, os neurônios FBM da garota hindbrain embrionárias permanecem em r4 3,13,17-19.
Durante a migração, os neurônios FBM podem ser identificados, como outros tipos ou neurônios motores, através de sua expressão do fator de transcrição homoeodomain ilhota 1 (ISL1) 14. Assim, wholimunofluorescência emount ou hibridação in situ para este marcador, em diferentes estágios de desenvolvimento revela o fluxo migratório distinto de FBM somata que se estende desde a r4 r6 no peixe-zebra ou rato 4,15,16. Além disso, repórteres fluorescentes, tais como transgénicos ISL1-GFP foram usados como ferramentas adequadas para visualizar a migração neurónios de MRF no peixe-zebra 3,17-19. Além de sua adequação para a imagem latente, muitos pesquisadores têm estudado a migração dos neurônios FBM no desenvolvimento do peixe-zebra, porque seus embriões de vida livre pode ser manipulado facilmente com as técnicas de transplante de células e compostos farmacológicos aplicados diretamente na água do aquário. Em contraste, o embrião de rato desenvolve fechado no útero, impedindo a implantação de grânulos que transportam sinais de orientação ou a administração de anticorpos bloqueadores de função que não atravessam a barreira placentária. Além disso, compostos farmacológicos administrados à mãe grávida pode ter unefeitos colaterais desejados que podem indiretamente prejudicar a embriogênese. Contornar essa limitação, desenvolvemos um método de cultura ex vivo para mouse hindbrain todo que é compatível com a migração FBM neurônio e sobrevivência de 24 horas após o explante 7,16. Este método permite uma manipulação fácil farmacológico, o implante de grânulos que transportam sinais de orientação ou a administração de anticorpos bloqueadores de função e também pode ser adaptado para estudar a migração de outros subtipos neuronais no cérebro posterior, em diferentes estádios de desenvolvimento.
Este protocolo descreve a cultura de wholemount hindbrains E11.5 de rato em um transwell sistema para estudar a migração de neurónios FBM. Este protocolo permite neurónios motores rato rombencéfalo para ser mantido vivo e migrando para um período de 24 horas, permitindo a manipulação ex vivo. Este método tem inúmeras vantagens experimentais para os investigadores procuram identificar os mecanismos moleculares e celulares da migração neuronal. Considerando que os ensaios de migração tradicionais explante pequenos pedaços de tecido neural em matriz em placas de cultura e permite a observação de neurónios individuais, que respondem a estímulos exógenos, uma grande vantagem do ensaio transwell é a sua aptidão para manipular neurónios migram dentro do ambiente órgão hospedeiro e, portanto, uma maior contexto fisiológico. Importante, as substâncias podem ser facilmente aplicados aos ex vivo romboencéfalo explantes para testar o seu efeito na migração neuronal, evitando possíveis efeitos colaterais associados com administetocar essas substâncias a um rato grávida. Finalmente, o modelo ex vivo também permite que o ensaio de substâncias que não atravessam a barreira placentária, tais como anticorpos bloqueadores de função. Devido a estas vantagens, o rombencéfalo cultura ex vivo proporciona um método alternativo e complementar a utilização de embriões de peixes-zebra, os quais podem ser tratados com água pequenas moléculas solúveis na água do aquário, ou no útero electroporação de cérebros embrionários, que requer o uso de especializada equipamento e é mais difícil de dominar que a técnica de cultura aqui descrito. Uma outra vantagem do protocolo descrito aqui é a sua receptividade para implantar os grânulos embebidos em proteína recombinante ou de outros reagentes, por isso permitindo que a aplicação de um método padrão embrionário desenvolvidos para manipular embriões de galinha para um modelo de rato de migração neuronal. Em particular, o modelo ex vivo de cultura pode ser aplicada a hindbrains de ratos geneticamente modificados defectiva em moléculas específicas implicadas na migração neuronal, tais como receptores de crescimento ou factor de orientação, e combinado com os implantes do grânulo para testar se a capacidade de resposta a ligandos é perdida. Em adição à manipulação farmacológica, o protocolo ex vivo de cultura pode também ser adaptado para electroporar vectores de expressão que podem manipular a expressão de genes de interesse; métodos adequados para eletroporação foram previamente descrito 22,23. Este protocolo também pode ser adaptado para visualizar a migração neuronal por microscopia de lapso de tempo em explantes rombencéfalo de camundongos transgênicos contendo neurônios fluorescente etiquetado FBM, por exemplo ISL1-Cre; Rosa26Yfp 21. Finalmente, o protocolo pode também ser usado para estudar outros tipos de neurónios que migraram para a parte posterior do cérebro, tais como aqueles que constituem a oliva inferior, embora isso exigiria a utilização de hindbrains em estágios embrionários idosos e pode exigir a cultura durante até 48 horas, dependendo da viabilidade neuronal <em> Ex vivo.
As etapas críticas e solução de problemas
Para o sucesso deste protocolo, é crucial que os embriões são coletados no início E11.5 dia, mais perto de E11.25, quando a migração neuronal FBM está apenas começando. No entanto, isso nem sempre é possível recuperar embriões neste estágio de desenvolvimento, devido a variabilidade de acasalamento natural de ratinhos, e, consequentemente, pode haver alguma variação na extensão da FBM migração entre diferentes experimentos. Variabilidade na migração FBM também pode ser observada se a experiência não for concluída dentro do prazo designado, cerca de 3 horas, como pode ser visto na Figura 3E. Hindbrain tecido a partir de embriões de rato E11.25 é delicada. Ao dissecar e durante todo o processo de explante, é importante para não rasgar o tecido rombencéfalo nas áreas de r4-R6, onde os neurónios de MRF estão localizados. Devido à natureza delicada da Dissprocesso exão, e por causa da velocidade com que hindbrains são colocados em cultura influencia resultado, o procedimento pode levar um par de prática funciona de dominar, em especial, antes de serem utilizadas amostras preciosas ou reagentes. Finalmente, é importante que o tecido rombencéfalo é colocada numa configuração livro aberto sobre a inserção de cultura, porque a dobragem do tecido do cérebro posterior durante a cultura vai impedir a migração normais FBM (ver Figura 3F).
The authors have nothing to disclose.
MT é apoiado por uma bolsa de estudo de doutorado [ref. 092839/Z/10/Z] e CR por um New Investigator Award [ref. 095623/Z/11/Z] a partir do Wellcome Trust.
Eppendorf round-bottomed reagent tube, 2.0 ml (Safe-Lock) | VWR | 211-2120 | |
Cell culture plates, 12 well | Thermo Scientific | 150628 | |
Plastic cell culture dish, 100 mm | Thermo Scientific | 150288 | |
15 mm Netwell insert with Mesh Polyester Membrane | Corning | 3477 | |
Watchmaker forceps, no. 5 | Dumont | 91150-20 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Laminin mouse protein | Life Technologies | 23017-015 | |
Primary antibody, Isl1 | Developmental Hybridoma Bank | 39.4D5 | Dilution 1/100 |
AlexaFluor 488-conjugated goat anti mouse secondary antibody | Life Technologies | A11029 | Dilution 1/200 |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103 | |
B27 supplement (50x) | Life Technologies | 17504-044 | |
Leibovitz’s L-15 | Life Technologies | 21083-027 | |
Penicillin/ streptomycin | Life Technologies | 15070 | |
Glucose | VWR | 101174Y | |
Heat-inactivated goat serum | Sigma | G9023 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Slowfade Antifade Kit | Life Technologies | S-2828 | Alternative mounting solutions may be used |
Microscope slides | VWR | 631-0912 | |
Cover glass | VWR | 631-0137 | |
Affi-Gel Heparin Beads | Biorad | 153-6173 | Glass, latex, or coloured beads may be used alternatively |
Recombinant human VEGF165 | R&D systems | 293-VE | Resuspend in PBS, store aliquots at -80oC |
Stereo Microscope, Leica MZ16 | Leica | ||
Confocal laser scanning microscope LSM710 | Zeiss |