During postnatal cerebellum development, immature granule cells originating from the germinal zone exhibit distinct modalities of migration to reach their final destination and to establish neuronal networks. This protocol describes the preparation of cerebellar slices and the confocal macroscopic approach used to investigate the factors that regulate neuronal migration.
Au cours du développement postnatal, les cellules granulaires immatures (interneurones excitateurs) présentent une migration tangentielle dans la couche granulaire externe, et ensuite la migration radiale dans la couche moléculaire et la couche de cellules de Purkinje pour atteindre la couche granulaire interne du cortex cérébelleux. Par défaut dans les processus migratoires induit soit la mort cellulaire ou à la mauvaise des neurones, conduisant à des déficits dans diverses fonctions du cervelet. La migration de cellules granulaires centripète implique plusieurs mécanismes, tels que la chimiotaxie et la dégradation de la matrice extracellulaire, pour guider les cellules vers leur position finale, mais les facteurs qui régulent la migration cellulaire dans chaque couche corticale ne sont que partiellement connu. Dans notre procédé, des tranches cérébelleuses aigus sont préparés à partir P10 rats, les cellules granulaires sont marqués avec un marqueur cytoplasmique fluorescent et les tissus sont mis en culture sur des inserts à membranes de 4 à 10 heures avant de commencer la surveillance en temps réel de la migration cellulaire par macroscopie confocale à 37 ° C dans leprésence de CO 2. Au cours de leur migration dans les différentes couches corticales du cervelet, les cellules granulaires peuvent être exposés à des agonistes de neuropeptides ou antagonistes, inhibiteurs de la protéase, inhibiteurs d'effecteurs intracellulaires ou même des substances toxiques comme l'alcool ou le méthylmercure pour enquêter sur leur rôle possible dans la régulation de la migration neuronale .
Dans le cervelet développement, huit différents types de neurones sont produits de façon séquentielle entre la deuxième semaine embryonnaire et la deuxième semaine post-natale chez les rongeurs 1. Originaire initialement à partir, une zone germinative primaire, cellules granulaires immatures (GC) sont les derniers à être neurones produits à partir de la couche externe granulaire (EGL), une zone germinative secondaire 2. Pendant les trois premières semaines après la naissance, le cortex cérébelleux est une structure feuilletée organisée en quatre couches comprenant la EGL, la couche moléculaire (ML), la couche de Purkinje de cellule (PCL) et la couche granulaire interne (IGL) (figure 1). Grâce à la migration centripète, immature GC, interneurones glutamatergiques, atteindre l'IGL un délai d'environ deux jours. À la troisième semaine postnatale, l'EGL disparaît et l'IGL constitue ce qu'on appelle la couche granulaire (GL) dans le cervelet adulte. Dans le GL, GC recevoir entrées synaptiques excitateurs de fibres moussues et les cellules de la brosse unipolaires, etentrées synaptiques inhibitrices de axones des cellules de Golgi. Dans le ML, les axones du GC font synapses excitatrices avec neurones GABAergiques, y compris les cellules de Purkinje, les cellules, les cellules étoilées du panier, et des cellules de Golgi 2.
L'observation en temps réel du mouvement de cellule dans tranches de cervelet aiguës obtenues à partir de rongeurs postnatales démontre que GC modifient leur forme de façon concomitante avec des changements dans les modalités et la vitesse de migration au cours de leur parcours dans le cortex cérébelleux 3. Au cours des deux premières semaines après la naissance, précurseurs GC prolifèrent activement au sommet de l'EGL. Dans la partie médiane de l'EGL, postmitotique GC migrer tangentiellement dans le sens de leur processus plus large. A la frontière EGL-ML, GC ralentir leur mouvement, les cellules commencent à entrer dans un processus verticale courte descendante dans le ML. Dans le ML, GC ont un corps cellulaire allongé verticalement, un processus de fuite mince et un processus conduisant plus volumineux, et de migrer radialement le long des fibres gliales Bergmann. Dans lePCL, GC arrêter leur mouvement mais après une phase stationnaire prolongée (2 heures), ils traversent la frontière PCL-IGL. Dans l'IGL, GC migrent vers le fond de la couche en l'absence de support de fibres gliales. Une fois les conseils du processus menant approcher la frontière affaire IGL-blanc (WM), GC lente et cesser leur mouvement. Les sections transversales du cervelet sont préférés pour l'étude des migrations tangentielles dans le EGL tout coupes sagittales sont dédiés à la migration radiale dans le ML, PCL et IGL. Certains facteurs de régulation des mouvements de GC, y compris neuropeptides (par exemple, la somatostatine, PACAP) ont été identifiés à ce jour, mais les mécanismes complets impliqués dans le contrôle spatio-temporel de la migration de GC dans chaque couche corticale sont encore largement inconnus 1,4,5,6.
migration de GC a été étudié au cours des 20 dernières années par le biais de vidéos et de microscopie confocale en utilisant un éclairage la lumière soit transmis pour cellules cultivées isolées ou détection de fluorescence pour acutranches cérébelleuses Te. Dil Initialement lipophiles, et plus récemment "cellule Tracker" colorants et des protéines fluorescentes exprimé cellules ont été utilisées pour confocale ou microscopie à deux photons 7,8. Des expériences réussies dépendent d'un certain nombre de procédures spécifiques qui rendent le protocole simple mais pas facile. En particulier, des tranches aiguës doivent être stabilisés au cours des observations généralement avec un nylon réseau maillé fait maison 9. L'intensité de l'éclairage la lumière doit être aussi faible que possible pour éviter la phototoxicité et photoblanchiment tel que proposé par balayage multipoint approche microscope confocal. En outre, la température et le CO 2 sont des paramètres environnementaux clés depuis l'instabilité peuvent affecter la migration neuronale. Pour faciliter et affiner les procédures expérimentales, nous avons développé un protocole macroscopie confocale qui limite les mouvements de tranche, assure paramètres environnementaux constants, réduit photoblanchiment, augmente le champ de vision (de l'ordre de millimètres) et consequremment le nombre de cellules (des dizaines) qui peuvent être suivis grâce à l'analyse d'image. Ainsi, 180 um tranches épaisses sont mises en culture sur des inserts à membranes, et des plaques à 6 puits sont directement transférés sous un objectif motorisé 2X d'un macroscope confocal commercial équipé d'un grand incubation chambre, la température et le CO 2 contrôleurs et un système de commande de vibration. Temps-déchéances et z-piles sont ensuite effectuées sur plusieurs heures et des outils pharmacologiques ou des molécules bioactives peuvent être ajoutés ou livrés dans le milieu d'incubation. Cette méthode peut également être adapté pour étudier la migration des autres types de neurones dans le cerveau cervelet ou à différents stades de développement.
Ce protocole décrit la culture des aigus P10 rat tranches de cervelet dans le système Transwell et le marquage fluorescent de GC avec un colorant fluorescent vert pour étudier la migration cellulaire au cours du développement postnatale par macroscopie confocale. Ce protocole permet des observations de la migration des cellules pour une période allant jusqu'à 12 heures et les essais des rôles possibles des facteurs de la migration y compris les agonistes ou antagonistes des neuropeptides, des inhibiteurs d'enzymes, des modulateurs de signalisation cellulaire ou de substances toxiques lors de l'expérience de régulation. Un petit trou dans l'insert de membrane avec une pointe de pipette est nécessaire pour faciliter l'administration de composés dans le milieu d'incubation. Une pointe recourbée pipette fait maison peut être utilisé pour faciliter la livraison de la solution.
Une question d'études sur la migration cellulaire sur la vie des tranches de tissu est que les mouvements du tissu lui-même peuvent faire le suivi difficile cellule. Alors que les approches précédentes ont proposé de stabiliser doucement sliCES avec un filet de nylon ou d'une mince couche de queue de rat collagène 7,17, un avantage majeur de cette technologie est le transfert simple et directe d'une plaque de culture de 6 puits contenant tranches de cervelet sur des pièces de membrane de l'incubateur à CO2 sous l'objectif d'un macroscope confocal. Température intégrée et CO 2 contrôleurs fournissent également des paramètres environnementaux appropriés et constants essentielles pour la migration des cellules 9. Par conséquent, les conditions de culture sont conservés pendant les observations et les mouvements de tissus sont minimisées puisque les tranches sont bien fixées à l'insert de membrane. La stabilisation du tissu est contrôlée par suite de la position du ou des bords de tranche des cellules de Purkinje qui doivent être résolus références lors de l'acquisition. En outre, tranches de cervelet (entre 12 et 18) répartis dans les 6 puits de la plaque peuvent être rapidement observées en détail avec une platine motorisée et un zoom optique. En raison de la grande distance de travail (X2, 39 mm) de l'objectif à sec, épi-observation est exempt d'immersion et de l'administration de composés dans le milieu de culture est beaucoup plus facile. Par conséquent, les paramètres environnementaux et les similitudes de soutien de la culture en CO 2 incubateur et confocale macroscopie conduisent à la conservation maximale de l'échantillon biologique.
Un autre avantage du protocole est le grand champ de vision et par conséquent le grand nombre de cellules qui peuvent être observées simultanément. Par exemple, nous avons déterminé précédemment que la densité de GC fluorescentes avec migration radiale dans le ML est 1124 ± 138 cellules / mm 2 18. Macroscopie confocale (X2, NA = 0,234) a une résolution latérale inférieure par rapport à la microscopie confocale (40X, NA = 1,25), mais les corps cellulaires de GC peuvent être facilement suivis et la vitesse moyenne de la migration est comparable entre les deux approches technologique 7,18 .
Outre l'amélioration technique pour les acquisitions d'image, la qualité des tranches de tissu et ela qualité de l'étiquetage des e sont des points clés pour les expériences réussies. Toujours garder les médias et les tissus sur la glace au cours des processus de dissection, d'éliminer l'huile sur vibratome lames et ne pas utiliser des tranches de tissu en contact avec de la colle. Les coupes sagittales et transversales sont adaptées radiales et la migration tangentielle respectivement. Utiliser différentes longueurs d'incubation approprié pour la détection dans les différentes couches du cortex du cervelet. Temps d'incubation longs (jusqu'à 8 heures) sont nécessaires pour détecter la migration de nombreux GC dans le PCL et l'IGL. Depuis la migration de GC est un processus physiologique pendant des fenêtres spatio-temporels spécifiques, le contrôle positif est que les cellules doivent migrer correctement. En particulier, de nombreux GC broche dans le ML est l'un des principaux indicateurs de santé pour les tranches sagittales du cervelet. Pour le démarrage des expériences, l'observation des mouvements de GC dans le ML est suggéré. En effet, la forme de GC avec le corps cellulaire allongé verticalement doit être considérée comme un point de commencer ac de référencequisition avec commande successive (2 heures) et de traitement (2 h) les périodes qui peuvent être facilement effectuées dans le ML.
Les colorants fluorescents comme la famille Cell Tracker ou des protéines fluorescentes exprimées à travers des constructions génétiques peuvent être utilisés comme traceurs pour les études de migration cellulaire. En raison de la cinétique lente de la migration de GC (1 pile toutes les 30 min), des expériences multicolores peuvent également être effectuées en mode séquentiel depuis 4 lasers faisceaux (405, 488, 532 et 633 nm) sont disponibles sur le système. Considérant la migration radiale centripète et centrifuge, suivi d'autres interneurones peut également être réalisée 18. En particulier, de nombreux types de cellules et moins peuvent être plus facilement localisées avec un grand champ de vision. Enfin, ce protocole peut être utilisé pour étudier la migration cellulaire à d'autres stades du développement cérébelleux mais aussi d'autres zones du cerveau.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par l'Institut de recherche et d'innovation en biomédecine (IRIB), la plate-forme de la Normandie d'imagerie cellulaire (PRIMACEN), l'Inserm, IBiSA, l'Université de Rouen, le Fonds européen de développement régional (FEDER – PERENE, Interreg 4A), LARC-Neurosciences réseau et de la Région Haute-Normandie.
Dulbecco’s modified eagle medium (DMEM) nutrient mixture F-12 | Sigma-Aldrich | D8437 | |
Hank's balanced salt solution 10X | Sigma-Aldrich | H1641 | |
PACAP38 | INRS, Canada | Bourgault et al., 200919 | |
PAI-1 | Calbiochem | 528208 | |
N-2 supplement | Fisher Scientific / Gibco/ invitrogen | O973 | |
cyanoacrylate glue | Loctite | ||
Cell Tracker Green CMFDA | Invitrogen | C2925 | |
Polyester Transwell-Clear inserts | Corning | 3452 | |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | |
6-well cell culture cluster | Corning | 3516 | |
DMSO | Fisher Scientific | BP231-100 | |
Tissue culture dish 35 mm diameter | BD Falcon | 353004 | |
Tissue culture dish 100 mm diameter | Thermo SCIENTIFIC | 130182 | |
Polypropylen tube (15 ml) | BD Falcon | 352096 | |
Ethanol 70% | Fisher Chemical | E/0800DF/21 | |
biological safety cabinet fume hood | Thermo Scientific | MSC9 Class II A2 | |
adjustable-volume pipette (0,5-10 µL) | Eppendorf | 4910 000.018 | |
gyro-rocker, SSL3 | Stuart | ||
CO2 incubator, Hera Cell 150 | Thermo Scientific | ||
vibrating blade microtome, VT1000S | Leica Microsystems | ||
confocal macroscope, TCS LSI | Leica Microsystems | ||
temperature controller | PeCon | ||
CO2-controller | PeCon | ||
Stereomicroscope, M205 C | Leica Microsystems | ||
Operating scissors, curved, blunt/blunt | Medicon | 03.03.17 | |
Hardened fine iris scissors, straight, sharp/sharp | FST | 149090-11 | |
Dumont #3 and #5 forceps | FST | 11293-00 and 11252-20 | |
Vibratome injector blades/single edge | Leica Microsystems | 39053250 | |
standard scalpel handle #3 solid | FST | 10003-12 | |
surgical blade #15 | Swann-Morton | 205 |