Isolation, Kultur und langfristige Wartung von Primär mesencephalen dopaminergen Neuronen aus embryonalen Nagetier Brains
Summary
The causes of degeneration of midbrain dopaminergic neurons during Parkinson’s disease are not fully understood. Cellular culture systems provide an essential tool for study of the neurophysiological properties of these neurons. Here we present an optimized protocol, which can be utilized for in vitro modeling of neurodegeneration.
Abstract
Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson’s diseae. Study of the biological processes involved in physiological functions and vulnerability and death of these neurons is imparative to understanding the underlying causes and unraveling the cure for this common neurodegenerative disorder. Primary cultures of mesDA neurons provide a tool for investigation of the molecular, biochemical and electrophysiological properties, in order to understand the development, long-term survival and degeneration of these neurons during the course of disease. Here we present a detailed method for the isolation, culturing and maintenance of midbrain dopaminergic neurons from E12.5 mouse (or E14.5 rat) embryos. Optimized cell culture conditions in this protocol result in presence of axonal and dendritic projections, synaptic connections and other neuronal morphological properties, which make the cultures suitable for study of the physiological, cell biological and molecular characteristics of this neuronal population.
Introduction
Verlust von dopaminergen Neuronen aus der Substantia nigra pars compacta führt zu den Kardinal motorischen Symptome der Parkinson-Krankheit (PD), die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Die zugrunde liegende Ursache für den Niedergang des Mittelhirn neuronalen Population ist nicht bekannt. Um die biochemischen Wege für die Entwicklung und Modulation neurophysiologischen Eigenschaften und das Überleben von Neuronen mesDA mehrere Zellkultur- und Tiermodellsystemen verantwortlich verwendet wurden studieren. Immortalisierte Zelllinien, einschließlich der Ratte dopaminergen Zelllinie 1RB 3 AN 27 (N27), der menschlichen dopaminergen Neuroblastom-Zelllinie SH-SY5Y, der Maus dopaminergen Hybridzellinie MN9D und Menschen mesencephalen LUHMES Zellen für biochemische und begrenzte mechanistische Studien 1 verwendet wurde -5. Für die Untersuchung des spezifischen Verlust mesDA Neuronen mehrere Neurobasis und genetische Modelle wurden entwickelt 6-8. Primäre ventralen Mittelhirn KulturenStellen ein unverzichtbares Werkzeug für die Untersuchung der neuronalen und synaptischen Eigenschaften der dopaminergen Neuronen und die Wege in der Pathogenese dieser häufige Erkrankung beteiligt.
Hier präsentieren wir Ihnen ein ausführliches Protokoll für die Isolierung von Mittelhirn dopaminergen Neuronen, die Änderungen zu höheren Überlebensfähigkeit und erhöhte Ausbeute an Deckgläsern pro Embryo enthält. Die Nutzung vorzeitige E12.5 Maushirn (E14.5 in rat) erhöht die Überlebensfähigkeit. In diesem Alter Neuronen nicht Axone entwickelt noch, die Zellen intakt beim Präparieren verlässt und den Stress dadurch deutlich erhöht Überlebensfähigkeit minimiert. Darüber hinaus sorgfältige Präparation der ventralen Mittelhirn, wie in Abschnitt 2 dieses Protokoll beschrieben, weiter verbessert Überlebensfähigkeit. Um die Anzahl der Deckgläser pro Embryo zu erhöhen, wird eine alternative Beschichtungsverfahren in Abschnitt 4 dieses Protokolls vorgestellt. Dies führt zu einer Ausbeute von bis zu 10 Deck pro Embryo im Vergleich zu 4 Deckgläser unterStandard Plattierungsbedingungen wodurch die Menge der Tiere pro Versuch.
Neuronen in Kultur zeigen Auswuchs von Axonen und Dendriten bilden synaptische Verbindungen und zeigen das Vorhandensein von neuronalen und synaptischen Marker machen diese Kulturen für Live Cell Imaging, immunzytochemischen und elektrophysiologische Untersuchungen geeignet. Weiterhin ist die Verwendung von neuronalen Kulturen erleichtert und pharmakologische Manipulation. Auswuchs von Neuriten von Tag 2 in vitro ermöglicht die Entwicklungsstudien. Ferner ermöglicht die langfristige Überlebensrate von Kulturen (bis zu sechs Wochen) für ein Studium des langsame, progressive Degeneration dieser Neuronen geeignet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dopaminerge Neuronen im Mittelhirn sind die Hauptquelle von Dopamin im ZNS. Sie werden in drei Gruppen unterteilt, Substantia nigra pars compacta (SNpc), ventralen Tegmentum (VTA) und retrorubral Feld (RRF) 10, 11. Die Neuronen im VTA SNpc und führen zu großen dopaminergen Bahnen, mesocorticalen, mesolimbischen und nigrostriatalen, in Funktionen beteiligt wie die Kontrolle der Emotionen, Motivation und Verhalten des Motors. Untergang der Neuronen in SNpc und funktionellen Störung des nigrostriatalen System…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was performed using the Division of Brain Sciences, Department of Medicine, Imperial College London startup funds to K.N.A.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Dulbecco's modified Eagle medium nutrient mixture F-12 | Invitrogen | 11330 | |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) (1X), liquid | Invitrogen | 24020-117) | |
| Fetal bovine serum, heat-inactivated (FBS) | Invitrogen | 16140 | |
| N2 Supplement (100X), liquid | Invitrogen | 17502-048) | |
| D-(+)-Glucose solution (45% (wt/vol) in water | Sigma | G8769 | |
| Bovine serum albumin BSA | Sigma | A9430 | |
| Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane | Sigma | L2020 | |
| Penicillin/streptomycin | Invitrogen | 15070 | |
| Trypsin (0.05% (wt/vol) | Invitrogen | 25300 | |
| Bovine serum albumin (BSA) cell culture tested | Sigma | A9418 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | P3813 | |
| Anti-Tyrosine hydroxylase (Th) antibody | Pel-Freez Biologicals | P60101-0 | |
| Poly-L-ornithine, 0.01% solution | Sigma | P4957 | |
| Anti-Map2 (Microtubule associated protein-2A and -2B) antibody | Millipore | MAB3418 | |
| Anti-Synapsin-1 antibody | Millipore | AB1543P | |
| Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit IgG antibody | Molecular Probes | A-21206 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-rabbit IgG antibody | Molecular Probes | A-21207 | |
| Alexa Fluor 488 donkey anti-sheep IgG antibody | Molecular Probes | A-11015 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-sheep IgG antibody | Molecular Probes | A-11016 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-mouse IgG antibody | Molecular Probes | A-21203 | |
| Trypan blue solution (0.4% (wt/vol) | Biowhittaker | 17-942E | |
| Stereo Microscope | Carl Zeiss | Stemi 2000-C | |
| Inverted phase contrast microscope | Carl Zeiss | Axiovert 40 C | |
| Dumont Forceps | Fine Scientific Tools | May-45 | |
| Cover Slip Forceps – Dumoxel | Fine Scientific Tools | 11251-33 | |
| Two Dumont #45 Forceps – Dumoxel | Fine Scientific Tools | 11245-30 | |
| Blade Holder/Breaker Flat Grip – 11cm | Fine Scientific Tools | 10052-11 | |
| Student Iris Scissors – Straight 11.5cm | Fine Scientific Tools | 91460-11 | |
| Fiber optic halogen illuminator | Nikon | MKII | |
| Disposable Borosilicate Glass Pasteur Pipettes | Fisherbrand | 13-678-20C | |
| Hemocytometer | Proscitech | SVZ2NIOU | |
| 0.2 µm sterile filter units | Nalgene | NL-CE-156-4020 | |
| 100x20mm Petri dishes | BD Biosciences | 351005 | |
| Round Cover Slip #1 Thickness German Glass 12mm | Bellco Glass | 1943-10012 |
References
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