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.
Durante lo sviluppo postnatale, granuli immaturi (interneuroni eccitatori) mostrano migrazione tangenziale strato granulare esterno, e poi la migrazione radiale nello strato molecolare e lo strato di cellule di Purkinje per raggiungere lo strato granulare interna della corteccia cerebellare. Predefinito in processi migratori induce o morte cellulare o smarrimento dei neuroni, portando a deficit in diverse funzioni cerebellari. Migrazione cellulare granule centripeta coinvolge diversi meccanismi, come chemiotassi e degradazione della matrice extracellulare, per guidare le cellule verso la loro posizione finale, ma i fattori che regolano la migrazione delle cellule in ogni strato corticale sono solo parzialmente noti. Nel nostro metodo, fettine cerebellari acute sono preparati da P10 ratti, cellule granulari sono etichettati con un marcatore fluorescente e citoplasmatica tessuti sono coltivate su inserti membrana da 4 a 10 ore prima di iniziare il monitoraggio in tempo reale della migrazione cellulare da macroscopia confocale a 37 ° C nelpresenza di CO 2. Durante la loro migrazione nei diversi strati corticali del cervelletto, i granuli possono essere esposti agli agonisti o antagonisti neuropeptidi, gli inibitori della proteasi, antagonisti di effettori intracellulari o sostanze addirittura tossiche come alcol o metilmercurio per indagare il loro possibile ruolo nella regolazione della migrazione neuronale .
Nel cervelletto in via di sviluppo, otto diversi tipi di neuroni sono prodotti in sequenza tra la seconda settimana embrionale e la seconda settimana postnatale nei roditori 1. Provenienti inizialmente da una zona germinale primaria, granuli immaturi (GC) sono gli ultimi neuroni da produrre dallo strato esterno granulare (EGL), una zona germinale secondario 2. Durante le prime tre settimane postnatali, la corteccia cerebellare è una struttura lamellare organizzata in quattro strati tra cui la EGL, lo strato molecolare (ML), lo strato di Purkinje cella (PCL) e lo strato granulare interno (IGL) (Figura 1). Attraverso la migrazione centripeta, immaturo GC, interneuroni glutamatergiche, raggiungere la IGL entro circa 2 giorni. Con la terza settimana post-natale, la EGL scompare e l'IGL costituisce il cosiddetto strato granulare (GL) nel cervelletto adulto. Nella GL, GC ricevere ingressi sinaptici eccitatori da fibre muschio e le cellule pennello unipolari, eingressi sinaptici inibitori di assoni delle cellule Golgi. Nel ML, assoni GC fanno sinapsi eccitatorie con i neuroni GABAergici, comprese le cellule di Purkinje, cellule cestino, cellule stellate e cellule Golgi 2.
Osservazione in tempo reale di movimento delle cellule in fettine cerebellari acute ottenuti dai primi roditori postnatali dimostra che GCs modificano la loro forma in concomitanza con i cambiamenti nella modalità e la velocità di migrazione durante il loro percorso nella corteccia cerebellare 3. Nelle prime due settimane postnatali, precursori GC proliferano attivamente nella parte superiore della EGL. Nella parte centrale della EGL, postmitotici GC migrare tangenzialmente nella direzione del loro processo più ampio. Al confine EGL-ML, GC rallentare il loro movimento, le cellule iniziano a entrare in un processo breve discesa verticale nella ML. Nel ML, GC ha un corpo cellulare allungato in verticale, un processo finale sottile e un processo che porti più voluminoso, e migrano radialmente lungo le fibre gliali Bergmann. NelPCL, GC fermare il loro movimento, ma dopo una fase stazionaria prolungata (2 ore), che attraversano la frontiera PCL-IGL. Nel IGL, GC migrano verso il fondo dello strato in assenza di supporto in fibra gliale. Una volta che le punte del processo che conduce avvicinarsi al confine sostanza IGL-bianca (WM), GC lento e l'arresto del movimento. Sezioni trasversali del cervelletto sono preferiti per studi sulle migrazioni tangenziali nel EGL mentre fette sagittali sono dedicati alla migrazione radiale nel ML, PCL e IGL. Alcuni fattori di regolamentazione dei movimenti GC compreso neuropeptidi (ad esempio, la somatostatina, PACAP) sono stati individuati finora, ma i meccanismi completi coinvolti nel controllo spazio-temporale delle migrazioni GC in ogni strato corticale sono ancora in gran parte sconosciute 1,4,5,6.
Migrazione GC è stato studiato nel corso degli ultimi 20 anni attraverso video e microscopia confocale in illuminazione luce sia trasmessa per colture cellulari isolate o rivelazione a fluorescenza per acufettine cerebellari te. DII Inizialmente lipofile e, più recentemente "Tracker cellulare" coloranti e proteine fluorescenti di cellule espresso sono stati utilizzati per confocale o microscopia a due fotoni 7,8. Esperimenti di successo dipendono da una serie di procedure specifiche che rendono il protocollo semplice ma non facile. In particolare, fette acuta devono essere stabilizzati durante le osservazioni generalmente con una fatta in casa di nylon della maglia della rete 9. L'intensità di illuminazione luce deve essere la più bassa possibile per evitare fototossicità e photobleaching come proposto dalla scansione multipoint approccio microscopio confocale. Inoltre, la temperatura e CO 2 sono parametri ambientali da instabilità possono influire migrazione neuronale. Per facilitare e perfezionare le procedure sperimentali, abbiamo sviluppato un protocollo macroscopia confocale che limita i movimenti fetta, assicura parametri ambientali costanti, riduce photobleaching, aumenta il campo visivo (dell'ordine di millimetri) e consequdipendentemente dal numero di cellule (decine) che possono essere monitorati mediante analisi dell'immagine. Così, 180 micron fette spesse sono coltivate su inserti di membrana, e 6 pozzetti vengono trasferiti direttamente sotto un obiettivo motorizzato 2X di un macroscope confocale commerciale dotata di una grande camera di incubazione, la temperatura e CO 2 controller e un sistema di controllo delle vibrazioni. Time-decade e z-stack vengono poi effettuate per diverse ore e strumenti farmacologici o molecole bioattive possono essere aggiunti o consegnati nel mezzo di incubazione. Questo metodo potrebbe anche essere adattato per studiare la migrazione degli altri tipi di neuroni nel cervelletto o cerebrum a diversi stadi di sviluppo.
Questo protocollo descrive la cultura del P10 ratto fettine di cervelletto acute nel sistema Transwell e la marcatura fluorescente di GC con un colorante verde fluorescente per studiare la migrazione delle cellule durante lo sviluppo postnatale attraverso macroscopia confocale. Questo protocollo permette osservazioni della migrazione delle cellule per un periodo fino a 12 ore e le prove di possibili ruoli di fattori, tra cui la migrazione agonisti o antagonisti di neuropeptidi, inibitori dell'enzima, segnalazione cellulare modulatori o sostanze tossiche durante l'esperimento di regolazione. Un piccolo foro nell'inserto membrana con un puntale è necessario per facilitare la somministrazione di composti nel mezzo di incubazione. Una curva puntale fatta in casa può essere utilizzato per facilitare la fornitura di soluzione.
Una questione di studi di migrazione cellulare in viva fette di tessuto è che i movimenti del tessuto stesso può fare il monitoraggio difficili cellulare. Mentre gli approcci precedenti hanno proposto per stabilizzare dolcemente slices con una rete di nylon, o di un sottile strato di coda di ratto collagene 7,17, un importante vantaggio di questa tecnologia è la semplice e diretto trasferimento di una piastra di coltura a 6 pozzetti contenenti cerebellare fette su inserti membrana dal CO 2 incubatore all'obiettivo di un macroscope confocale. Temperatura integrato e di CO 2 controller forniscono anche parametri ambientali adeguate e costanti essenziali per la migrazione delle cellule 9. Pertanto, condizioni di coltura sono mantenuti durante le osservazioni ed i movimenti dei tessuti sono ridotte al minimo in quanto le fette sono ben attaccati alla membrana inserto. Stabilizzazione del tessuto viene verificata seguendo la posizione dei bordi fetta o cellule di Purkinje che devono essere corretti riferimenti durante l'acquisizione. Inoltre, fettine cerebellari (da 12 a 18) distribuiti nelle 6 pozzetti della piastra possono essere rapidamente osservati in dettaglio con un tavolino motorizzato ed uno zoom ottico. A causa della grande distanza di lavoro (X2, 39 mm) dell'obiettivo secca, epi-osservazione è libera di immersione e somministrazione di composti nel mezzo di coltura è molto più facile. Pertanto, i parametri ambientali e le similitudini di sostegno della cultura di CO 2 incubatore e confocale macroscopia portano ad un massimo di conservazione del campione biologico.
Un altro vantaggio del protocollo è il grande campo visivo e di conseguenza il numero di celle che possono essere osservati simultaneamente. Ad esempio, abbiamo precedentemente determinato che la densità di GC fluorescenti con migrazione radiale nella ML era 1124 ± 138 cellule / mm 2 18. Macroscopia confocale (X2, NA = 0,234) ha una risoluzione laterale inferiore rispetto alla microscopia confocale (40X, NA = 1.25), ma cellule corpi di GC possono essere facilmente monitorati e la velocità media delle migrazioni è comparabile tra i due approcci tecnologici 7,18 .
Oltre miglioramento tecnico per le acquisizioni di immagini, la qualità di fette di tessuto e the la qualità dell'etichettatura sono punti chiave per esperienze di successo. Tenere sempre i supporti e tessuti su ghiaccio durante i processi di dissezione, eliminare olio su vibratome lame e non utilizzare le fette di tessuto a contatto con la colla. Sezioni sagittali e trasversali sono adattati a radiali e tangenziali migrazione rispettivamente. Utilizzare diverse lunghezze di incubazione per il rilevamento appropriata nei diversi strati corticali del cervelletto. Tempi di incubazione lunghi (fino a 8 ore) sono necessari per rilevare la migrazione di numerosi GC nel PCL e il IGL. Dal momento che la migrazione GC è un processo fisiologico durante le finestre spazio-temporali specifici, il controllo positivo è che le cellule devono migrare correttamente. In particolare, numerosi GC mandrino nel ML è uno degli indici di salute principale per cerebellare fette sagittali. Per gli esperimenti di partenza, l'osservazione dei movimenti GC nella ML è suggerito. Infatti, la forma di GC con corpo cellulare allungato verticalmente dovrebbe essere considerato come un punto di riferimento per avviare acquisizione con successivo controllo (2 ore) e trattamento (2 ore) periodi che possono essere facilmente eseguite nella ML.
Coloranti fluorescenti, come la famiglia Tracker cellulare o proteine fluorescenti espresse attraverso costrutti genetici possono essere utilizzati come traccianti per gli studi di migrazione cellulare. A causa delle cinetiche lente delle migrazioni GC (1 pila ogni 30 min), esperimenti multicolore possono essere eseguite in modo sequenziale dal 4 laser travi (405, 488, 532 e 633 nm) sono disponibili sul sistema. Considerando la migrazione radiale centripeta e centrifuga, il monitoraggio di altri interneuroni possono anche essere realizzati 18. In particolare, meno numerosi tipi di cellule possono essere facilmente localizzati con un ampio campo di vista. Infine, questo protocollo può essere usato per studiare la migrazione delle cellule in altri stadi di sviluppo cerebellare ma anche altre aree del cervello.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato sostenuto dall'Istituto per la Ricerca e l'Innovazione in Biomedicina (IRIB), la piattaforma di imaging cellulare della Normandia (PRIMACEN), Inserm, IBiSA, l'Università di Rouen, il Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR – PERENE, Interreg 4A), il LARC-Neuroscienze di rete e la regione Alta Normandia.
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 |