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 el desarrollo postnatal, las células granulares inmaduros (interneuronas excitatorias) exhiben la migración tangencial en la capa granular externa, y la migración luego radial en la capa molecular y la capa de células de Purkinje para llegar a la capa granular interna de la corteza cerebelosa. Por defecto en los procesos migratorios induce la muerte celular, ya sea o extravío de las neuronas, lo que lleva a los déficits en diversas funciones del cerebelo. La migración de células granulares centrípeta implica varios mecanismos, tales como la quimiotaxis y la degradación de la matriz extracelular, para guiar a las células hacia su posición final, pero los factores que regulan la migración de células en cada capa cortical son sólo parcialmente conocida. En nuestro método, rebanadas cerebelosa aguda, se preparan a partir P10 ratas, las células granulares están etiquetados con un marcador fluorescente citoplásmica y los tejidos se cultivan en insertos de membrana de 4 a 10 hr antes de iniciar la monitorización en tiempo real de la migración celular por macroscopía confocal a 37 ° C en elpresencia de CO 2. Durante su migración en las diferentes capas corticales del cerebelo, células granulares pueden estar expuestos a los agonistas o antagonistas de neuropéptido, inhibidores de proteasa, bloqueadores de los efectores intracelulares o sustancias incluso tóxicos tales como alcohol o metilmercurio para investigar su posible papel en la regulación de la migración neuronal .
En el cerebelo en desarrollo, ocho tipos diferentes de neuronas se producen secuencialmente entre la segunda semana embrionario y la segunda semana postnatal en los roedores 1. Originario inicialmente a partir de, una zona germinal primaria, las células granulares inmaduros (GC) son los últimos neuronas para ser producidos a partir de la capa externa granular (EGL), una zona germinal secundaria 2. Durante las tres primeras semanas después del parto, la corteza cerebelosa es una estructura foliada organizado en cuatro capas que incluyen la EGL, la capa molecular (ML), la capa de células de Purkinje (PCL) y la capa granular interna (IGL) (Figura 1). A través de la migración centrípeta, inmadura GC, interneuronas glutamatérgicas, alcanzar el IGL dentro de aproximadamente 2 días. Por la tercera semana después del parto, la EGL desaparece y el IGL constituye lo que se llama la capa granular (GL) en el cerebelo adulto. En el GL, GC recibir entradas sinápticas excitatorias de fibras musgosas y células cepillo unipolares, yentradas sinápticas inhibitorias de axones de las células de Golgi. En el ML, los axones GC hacen sinapsis excitatorias con las neuronas GABAérgicas incluyendo las células de Purkinje, células cesta, las células estrelladas y las células de Golgi 2.
Observación en tiempo real del movimiento de las células en rodajas cerebelosa aguda, obtenidos a partir de roedores postnatales tempranas demuestra que GCs modifican su forma concomitante con los cambios en la modalidad y la velocidad de migración durante su ruta en la corteza cerebelosa 3. Durante las dos primeras semanas después del parto, precursores GC proliferan activamente en la parte superior de la EGL. En la parte media de la EGL, postmitotic GCs migran tangencialmente en la dirección de su proceso más grande. En la frontera EGL-ML, GC ralentizar su movimiento, las células comienzan a entrar en un proceso descendente vertical corta en el ML. En el ML, GC tiene un cuerpo celular alargado verticalmente, un proceso posterior delgado y un proceso que lleve más voluminoso, y migran radialmente a lo largo de las fibras gliales Bergmann. En elPCL, GC detener su movimiento, pero después de una fase estacionaria prolongado (2 horas), que cruzan la frontera PCL-IGL. En la IGL, GCs migran hacia la parte inferior de la capa en la ausencia de soporte de fibra glial. Una vez que las puntas del proceso que conduce acercarse a la frontera importa IGL-blanca (WM), GC lenta y detener su movimiento. Se prefieren las secciones transversales del cerebelo para los estudios de migración tangencial en el EGL mientras rebanadas sagital se dedican a la migración radial en el ML, PCL y IGL. Algunos factores de regulación de los movimientos de GC incluidos los neuropéptidos (por ejemplo, la somatostatina, PACAP) han sido identificados hasta el momento, pero los mecanismos completos implicados en el control espacio-temporal de la migración GC en cada capa cortical siguen siendo 1,4,5,6 gran parte desconocido.
Migración GC se ha estudiado durante los últimos 20 años a través de video y microscopía confocal utilizando iluminación de luz transmitida ya sea por células cultivadas aisladas o detección de fluorescencia para acurebanadas del cerebelo TE. DiI Inicialmente lipófilos, y más recientemente colorantes "Rastreo de la célula" y proteínas fluorescentes de células-expresado se utilizaron para la microscopía confocal o de dos fotones 7,8. Experimentos exitosos dependen de una serie de procedimientos específicos que hacen que el protocolo simple, pero no fácil. En particular, las rebanadas agudas tienen que ser estabilizado durante las observaciones en general, con una red de malla de nylon casera 9. La intensidad de iluminación de luz tiene que ser lo más bajo posible para evitar la fototoxicidad y photobleaching tal como se propone en los escaneos multipunto enfoque microscopio confocal. Además, la temperatura y CO 2 son parámetros ambientales clave desde la inestabilidad puedan afectar a la migración neuronal. Para facilitar y perfeccionar los procedimientos experimentales, hemos desarrollado un protocolo macroscopía confocal que limita los movimientos rebanada, asegura parámetros ambientales constantes, reduce fotoblanqueo, campo de visión aumenta (del orden de milímetros) y consequtemente el número de células (decenas) que pueden ser rastreados a través de análisis de imágenes. Por lo tanto, 180 micras rodajas gruesas se cultivan en insertos de membrana, y placas de 6 pocillos se transfieren directamente bajo un objetivo motorizado 2X de un macroscopio confocal comercial equipado con una gran cámara de incubación, la temperatura y el CO 2 controladores y un sistema de control de vibraciones. Time-lapsos y z-pilas se realizaron a continuación durante varias horas y herramientas farmacológicas o moléculas bioactivas se pueden añadir o entregados en el medio de incubación. Este método también podría ser adaptado para estudiar la migración de los otros tipos de neuronas en el cerebelo o cerebro en diferentes etapas de desarrollo.
Este protocolo describe la cultura de rata P10 rebanadas cerebelosa aguda en el sistema Transwell y el marcaje fluorescente de GC con un colorante fluorescente verde para estudiar la migración celular durante el desarrollo postnatal a través de macroscopía confocal. Este protocolo permite observaciones de la migración de células durante un periodo de hasta 12 horas y la prueba de las posibles funciones de los factores en la migración, incluyendo agonistas o antagonistas de los neuropéptidos, inhibidores de enzimas, moduladores de señalización celular o sustancias tóxicas durante el experimento regular. Un pequeño orificio en el inserto de membrana con una punta de pipeta es necesario para facilitar la administración de los compuestos en el medio de incubación. Una pipeta de punta curvada hecha en casa se puede utilizar para facilitar la entrega de la solución.
Una cuestión de los estudios de migración celular en cortes de tejido vivo es que los movimientos del propio tejido pueden hacer difícil el seguimiento de la célula. Considerando lo han propuesto enfoques anteriores para estabilizar suavemente slices con un nylon de malla o una fina capa de colágeno de cola de rata 7,17, una de las principales ventajas de esta tecnología es la transferencia simple y directa de una placa de cultivo de 6 pocillos que contiene las rebanadas del cerebelo en insertos de membrana de la incubadora de CO 2 en el marco del objetivo de un macroscopio confocal. Controladores de temperatura integrado y CO 2 también proporcionan los parámetros ambientales adecuadas y constantes esenciales para la migración celular 9. Por lo tanto, las condiciones de cultivo se mantienen durante las observaciones y los movimientos de tejido se reducen al mínimo ya que las rebanadas están bien unidos a la pieza de inserción de membrana. Estabilización del tejido se verifica siguiendo la posición de los bordes rebanada o células de Purkinje que deben ser corregidos referencias durante la adquisición. Además, las rebanadas del cerebelo (entre 12 y 18) distribuidas en los 6 pocillos de la placa se pueden observar rápidamente en detalle con una platina motorizada y un zoom óptico. Debido a la gran distancia de trabajo (X2, 39 mm) del objetivo seco, epi-observación está libre de inmersión y la administración de compuestos en el medio de cultivo es mucho más fácil. Por lo tanto, los parámetros ambientales y similitudes de apoyo en la cultura de CO 2 incubadora y confocal macroscopía conducen a la máxima conservación de la muestra biológica.
Otra ventaja del protocolo es el gran campo de visión y por consiguiente el gran número de células que se pueden observar de forma simultánea. Por ejemplo, se ha determinado previamente que la densidad de los GC fluorescentes con la migración radial en la ML fue 1.124 ± 138 células / mm 2 18. Macroscopía confocal (X2, NA = 0,234) tiene una resolución lateral inferior en comparación con la microscopía confocal (40X, NA = 1,25), pero la célula cuerpos de los GC pueden ser rastreados con facilidad y la velocidad media de la migración es comparable entre los dos enfoques tecnológicos 7,18 .
Además de la mejora técnica de las adquisiciones de imágenes, la calidad de los cortes de tejido y XXe calidad de etiquetado son puntos clave para los experimentos exitosos. Siempre mantenga los medios de comunicación y los tejidos en hielo durante los procesos de disección, eliminar aceite en vibratome cuchillas y no utilizan rebanadas de tejido en contacto con pegamento. Secciones sagitales y transversales se adaptan a radial y la migración tangencial respectivamente. Utilizar diferentes longitudes de incubación para la detección apropiada en las diferentes capas corticales del cerebelo. Tiempos de incubación largos (hasta 8 horas) son necesarios para detectar la migración de numerosos GC en el PCL y el IGL. Dado que la migración GC es un proceso fisiológico durante las ventanas de espacio-temporales específicos, el control positivo es que las células tienen que migrar correctamente. En particular, numerosos GC cabezal en el ML es uno de los indicadores de salud principal de rebanadas sagital del cerebelo. Para comenzar los experimentos, se sugiere la observación de los movimientos de GC en el ML. De hecho, la forma de GC con cuerpo celular alargado verticalmente debe ser considerado como un punto de referencia para comenzar acquisition con control de sucesivos (2 horas) y tratamiento (2 hr) períodos que se pueden realizar fácilmente en el ML.
Los colorantes fluorescentes como la familia Cell Tracker o proteínas fluorescentes expresados a través de construcciones genéticas pueden ser utilizados como trazadores para los estudios de migración celular. Debido a la lenta cinética de la migración GC (1 pila cada 30 minutos), los experimentos multicolor también se pueden realizar en el modo secuencial desde 4 lasers vigas (405, 488, 532 y 633 nm) están disponibles en el sistema. Teniendo en cuenta la migración radial centrípeta y centrífuga, el seguimiento de otras interneuronas también se pueden realizar 18. En particular, menos numerosos tipos de células pueden ser más fácilmente localizadas con un gran campo de visión. Finalmente, este protocolo se puede utilizar para estudiar la migración de células en otras etapas del desarrollo del cerebelo, sino también a otras áreas del cerebro.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por el Instituto para la Investigación y la Innovación en Biomedicina (IRIB), la Plataforma de imágenes de células de Normandía (PRIMACEN), Inserm, IBISA, la Universidad de Rouen, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER – Perené, Interreg 4A), la-Neurociencias LARC Red y la región de 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 |