We presenteren een protocol om te isoleren van neuronen, macrofagen en microglia van larvale zebrafish hersenen onder fysiologische en pathologische omstandigheden. Op isolatie, wordt RNA gewonnen uit deze cellen te analyseren hun genexpressie profiel. Dit protocol voorziet voor de verzameling van kwalitatief hoogwaardige RNA downstream analyse zoals qPCR en transcriptomics uitvoeren.
Om te krijgen een gedetailleerd inzicht in de rol van verschillende CNS cellen tijdens de ontwikkeling of de totstandbrenging en de progressie van aandoeningen van de hersenen, is het belangrijk om te isoleren van deze cellen zonder hun genexpressie profiel. De zebravis model biedt een groot aantal transgene vis lijnen waarin specifieke celtypes worden geëtiketteerd; bijvoorbeeld neuronen in de lijn van de NBT:DsRed of de macrofagen/microglia in de mpeg1:eGFP-lijn. Bovendien antilichamen zijn ontwikkeld om vlekken van specifieke cellen, zoals microglia met de 4C 4 antilichaam.
Hier beschrijven we de isolatie van neuronen, macrofagen en microglia van larvale zebrafish hersenen. Centraal bij dit protocol is het vermijden van een enzymatische weefsel spijsvertering bij 37 ° C, die cellulaire profielen kunnen wijzigen. In plaats daarvan wordt een mechanisch systeem van weefsel homogenisering bij 4 ° C gebruikt. Dit protocol betekent homogenisering van de hersenen in celsuspensie, hun immuno-kleuring en het isolement van neuronen, macrofagen en microglia door FACS. Daarna, we RNA onttrokken die cellen en hun kwaliteit/kwantiteit geëvalueerd. We kunnen verkrijgen van RNA van hoge kwaliteit (RNA Integrity nummer (RIN) > 7) voor het uitvoeren van qPCR op de analyse van de macrofagen/microglia en neuronen and transcriptomic op microglia. Deze aanpak maakt het mogelijk een betere karakterisering van deze cellen, evenals een duidelijker begrip over hun rol in de ontwikkeling en pathologieën.
Kennis over de ontwikkeling van de hersenen en hersenziekten is aanzienlijk verbeterd in de afgelopen tien jaar sinds de eerste kwantificering van transcriptomes1van de hersenen van de muis. Inderdaad, genoomanalyse breed gen expressie geeft ons toegang tot gedetailleerde genetische informatie over hersenweefsel en cellen die kunnen aanvullen en verbeteren van de opmerkingen die zijn gemaakt met andere technieken en hulpmiddelen.
De zebravis is een krachtige biologische model, gemakkelijk te kweken en te wijzigen genetisch; de optische transparantie larvale stadia kunt levende imaging opmerkingen2. Helaas, in vergelijking tot menselijke en muis, het aantal beschikbare antilichamen voor het uitvoeren van immuno-kleuring is vrij laag. Om dit te verhelpen, zijn transgene zebrafish vis lijnen gemakkelijk gemaakt door genetisch wijzigen vis uitspreken fluorescente proteïnen onder cel type specifieke initiatiefnemers. Transgene zebrafish lijnen zijn gebruikt in het verleden te bestuderen van de rol van macrofagen en microglia tijdens de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel (CNS) en ziekte3,,4,,5,6. We moeten echter om een gedetailleerde inzicht van deze processen te begrijpen wijzigingen in genexpressie in de respectieve celtypes. Voor dit doel, ontwikkelden we een experimentele methode om specifiek isoleren cellen zoals neuronen, macrofagen en microglia van 3 tot 8 dagen na bevruchting (dpf) larval zebrafish hersenen. Voor de vaststelling van het protocol werkten we met transgene vis lijnen die uitdrukking geven aan groen fluorescente proteïne (GFP) in macrofagen/microglia onder de macrofaag-uitgedrukt gene promotor (mpeg1:eGFP) en DsRed in de neuronen onder de neurale ß-tubuline promotor (NBT:DsRed)7,8,9. Bovendien hebben we uitgevoerd immuno-kleuring van microglia met behulp van 4C 4, een muis monoklonaal antilichaam dat specifiek zebrafish microglia10,11 vlekken. Daarna, RNA acid (RNA) wordt gewonnen uit deze cellen voor verdere kwantitatieve polymerase-kettingreactie (qPCR) of transcriptome analyses. Dit protocol is ontworpen om efficiënt Meng hersenweefsel van zebravis larven; verzamelen van neuronen, macrofagen/microglia en microglia zonder wijziging van hun integriteit plasmamembraan en ten slotte RNA te extraheren uit deze cellen in hoge kwaliteit (RIN > 7) en de hoeveelheid aan de genomic analyses uit te voeren. In tegenstelling tot de eerder gepubliceerde studies die gebruik van tripsine behandeling bij 37 ° C te verteren hersenen weefsel12,13, bevordert dit protocol werk bij 4 ° C tot de RNA extractie stap om wijzigingen van de genexpressie profiel. Deze stap is cruciaal als microglia en macrofagen zijn uiterst gevoelige cellen die op veranderingen in hun communicatie onmiddellijk reageren door een wijziging van hun gen expressie profiel en polarisatie14,15, 16.
Het protocol beschreven hier in detail toont die het isolement van neuronen, macrofagen en microglia uit zebrafish larvale hersenen, maar praktisch, het kan worden aangepast naar een andere cel presenteren binnen de hersenen – hetzij door het gebruik van transgene vis lijnen of geëtiketteerd met specifieke antilichamen. Deze methode zal toelaten een betere karakterisering van CNS cellen via hun genoom-brede gen expressie-analyses en zal helpen om te begrijpen hun rol tijdens het ontwikkelen en hersenziekten.
Het experimentele protocol beschreven hier vertegenwoordigt een robuuste en efficiënte methode om te isoleren van de hersencellen van zebravis larven van 3 tot 8 dpf. Nog belangrijker is, is dit het eerste protocol waarmee de specifieke Isolatievan microglia van larvale zebrafish hersenen. Het protocol is ontworpen voor het behoud van de integriteit van de celmembraan en om te minimaliseren van potentiële wijzigingen van genexpressie die zich voordoen tijdens de verwerking. Dit laatste punt is cruciaal voor de relevantie van de resultaten op basis van de analyse van hun geïsoleerde cellulaire genomic profielen. Inderdaad, microglia en macrofaag polarisatie zijn sterk beïnvloed door hun communicatie. Bij 37 ° C, zou deze cellen hebben veranderd hun genexpressie profiel in reactie op de experimentele omstandigheden (letsel (transect) reactie). Het was dus cruciaal voor het uitvoeren van dit experiment bij 4 ° C vóór RNA extractie, te vertragen cellulaire processen en metabolische activiteiten. Bovendien, de mechanische hersenen weefsel homogenisering bij 4 ° C was gekozen in plaats van enzymatische weefsel spijsvertering bij 37 ° C om te voorkomen dat eventuele effecten op gen expressieprofielen.
Het is belangrijk om te benadrukken dat deze methode zeer snel is; binnen een dag kunnen verschillende hersenen cel populaties geïsoleerd uit ten minste twee verschillende experimentele omstandigheden en hun RNA gehaald. De totale lengte van het protocol, is afhankelijk van het aantal larven gebruikt voor elke voorwaarde zoals het transect van larvale hoofden de beperkende stap (∼ 350 hoofden/h is). In het algemeen, om te werken met microglia van 3, 5 en 7 dpf is verstandig om het transect ∼ 600 hoofden per test te krijgen genoeg RNA uitpakken (tabel 1). Microglia vormen het celtype met het laagste rendement (ca. 112 cellen per hoofd op 7 dpf), het aantal koppen voor andere celtypes, met inbegrip van macrofagen (ca. 170 cellen per hoofd op 7 dpf) kan worden verminderd.
Een ander voordeel van dit protocol is dat zodra instellingen op de sorter FACS zijn vastgesteld, dezelfde instellingen kunnen worden gebruikt voor verschillende experimenten. Men heeft opgemerkt dat cel populaties uit een experiment naar de andere met poorten eerder ontworpen perfect, tonen de reproduceerbaarheid van experimenten met behulp van deze methode.
Een lichte nadeel van deze methode is het relatief lage bedrag van RNA die wordt geoogst. Deze beperking is echter meer een biologische probleem dan een technische kwestie, zoals het aantal microglia zeer laag in vroege stadia van de ontwikkeling van de hersenen (tabel 1 is). Vanwege deze lage hoeveelheid van RNA verzameld, moeten versterking stappen worden beschouwd als genoom breed gen expressie analyses uit te voeren. Gelukkig produceren volgt amplificatie voldoende hoeveelheden van hoogwaardige cDNA. Dus, de mondiale veranderingen in de gene expressieprofielen van geïsoleerde cellen kunnen worden bestudeerd.
Ter afronding: dit protocol voorziet een robuuste methode om te isoleren en bestuderen van verschillende celtypes van de CNS uit larvale zebrafish hersenen. Dit kan worden toegepast om te krijgen een dieper begrip van deze cellen tijdens ontwikkeling alsmede over de studie van hun rol in de ziekte.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Dr. Claire Davis en Dr. Veronique Miron (The Queen’s Medical Research Institute, Edinburgh, Verenigd Kingdome) voor eerste hulp en discussies op de experimentele aanpak en de QMRI Stroom Cytometry cel Sorteren faciliteit. Dit werk werd gesteund door een Cancer Research UK carrière vestiging Award naar Dr Dirk Sieger.
1-phenyl 2-thiourea (PTU) | Sigma | P7629 | |
Hepes | Gibco | 15630-056 | |
D-Glucose | Sigma | G8644-100ML | |
HBSS 1X | Gibco | 14170-088 | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
HBSS 10X | Gibco | 14180-046 | |
DPBS 1X | Gibco | 14190-094 | |
Tricaine (MS222) | Sigma | A5040 | |
Sterilin standard 90mm petri dishes | ThermoFisher | 101VIRR | |
Surgical micro-scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | |
3 mL Pasteur plastic bulk pipette | SLS | PIP4206 | |
Glass homogenizer | Wheaton | 357538 | |
Sterilin standard 55mm petri dishes | ThermoFisher | P55V | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
40 µm cell strainer | Falcon | 352340 | |
50 ml polypropylen conical tube | Falcon | 352070 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5804 R | |
10 mL syringe | BD | 302188 | |
Needle 23G x 1'' | BD | 300800 | |
Normal goat serum (NGS) | Cell Signalling | 5425S | |
35 μm cell strainer cap | BD | 352235 | |
FACS tubes | BD | 352063 | |
Low Endotoxin, Azide-Free (LEAF) | Biolegend | 101321 | |
Alexa Fluor 647 Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Life Technologies | A11008 | |
Anti-4C4 | Courtesy of Catherina Becker (University of Edinburgh) | ||
FACS sorter FACSAria II | BD | QMRI, FACS facility | |
RNeasy Plus Micro Kit | QIAGEN | 74034 | |
β-mercaptoethanol | Gibco | 31350-010 | |
QIAshredder | QIAGEN | 79654 | |
SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 1725271 | |
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Invitrogen | 18080-051 | |
LightCycler 96 Real-Time PCR System | Roche | ||
Ovation RNA-Seq System V2 | NuGEN | 7102-32 | |
Agilent RNA 6000 Pico reagents | Agilent | 5067-1513 | |
2100 Bioanalyzer | Agilent | ||
RNaseZap | Ambion | AM9780 |