Nous présentons un protocole visant à isoler les neurones, les macrophages et les cellules microgliales du cerveau de larves de poisson zèbre dans des conditions physiologiques et pathologiques. Après isolement, l’ARN est extrait de ces cellules à analyser leur profil d’expression génique. Ce protocole permet à la collection de l’ARN haute qualité pour effectuer des analyses en aval comme qPCR et transcriptomique.
Pour obtenir une compréhension détaillée du rôle des différentes cellules de CNS pendant le développement ou la mise en place et l’évolution des pathologies cérébrales, il est important d’isoler ces cellules sans modifier leur profil d’expression génique. Le modèle de poisson-zèbre fournit un grand nombre de lignes de poissons transgéniques dans lesquelles les types spécifiques de cellules sont étiquetées ; par exemple les neurones dans le fil de la NBT:DsRed ou les macrophages/microglies dans la ligne de mpeg1:eGFP. En outre, les anticorps ont été développés pour colorer des cellules spécifiques, tels que les cellules microgliales avec 4 4 anticorps.
Nous décrivons ici l’isolement des neurones, les macrophages et les cellules microgliales du cerveau de larves de poisson zèbre. Central de ce protocole est l’évitement d’une digestion enzymatique de tissus à 37 ° C, ce qui pourrait modifier les profils cellulaires. Au lieu de cela, un système mécanique d’homogénéisation des tissus à 4 ° C est utilisé. Ce protocole comporte l’homogénéisation des cerveaux en suspension cellulaire, leur immunomarquage et l’isolement des neurones, les macrophages et les cellules microgliales par FACS. Par la suite, nous RNA extraites de ces cellules et évalué leur qualité/quantité. Nous avons réussi à obtenir l’ARN de haute qualité (nombre d’intégrité RNA (RIN) > 7) exercer qPCR, analyse des macrophages/la microglie et les neurones et transcriptomique microglie. Cette approche permet une meilleure caractérisation de ces cellules, mais aussi une meilleure compréhension de leur rôle dans le développement et les pathologies.
Connaissances sur le développement du cerveau et les maladies du cerveau a considérablement amélioré depuis la première quantification de cerveau de souris transcriptomes1ces dix dernières années. En effet, analyse du génome de l’expression génique large nous donne accès à l’information génétique détaillée sur les tissus du cerveau et des cellules qui peuvent compléter et améliorer les observations faites avec d’autres techniques et outils.
Le poisson-zèbre est un modèle biologique puissant, facile à reproduire et à modifier génétiquement ; sa transparence optique à l’état larvaire permet aux vivants d’observations d’imagerie2. Malheureusement, par rapport aux humains et de souris, le nombre d’anticorps disponibles pour effectuer l’immunomarquage est plutôt faible. Pour remédier à cela, lignes de poissons transgéniques zebrafish se font facilement en modifiant génétiquement des poissons pour exprimer les protéines fluorescentes sous promoteurs spécifiques de type cellulaire. Lignes de poissons zèbres transgéniques ont été utilisés dans le passé pour étudier le rôle des macrophages et des cellules microgliales pendant le développement du système nerveux central (SNC) et la maladie3,4,5,6. Cependant, pour acquérir une compréhension détaillée de ces processus, nous avons besoin de comprendre les changements dans l’expression des gènes dans les types cellulaires respectives. Dans ce but, nous avons développé une méthode expérimentale pour isoler spécifiquement des cellules, comme les neurones, les macrophages et les cellules microgliales de 3 à 8 jours cerveaux de larves de poisson zèbre après fécondation (dpf). Pour la mise en place du protocole, nous avons travaillé avec des lignées de poissons transgéniques qui expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans les macrophages/la microglie dans le promoteur du gène exprimés par les macrophages (mpeg1:eGFP) et la DsRed dans les neurones en vertu de la ß-tubuline neurale promoteur (NBT:DsRed)7,8,9. En outre, nous avons effectué immunomarquage des microglies utilisant 4 4, un anticorps monoclonal de souris qui taches spécifiquement zebrafish microglie10,11. Par la suite, l’acide ribonucléique (ARN) est extraite de ces cellules d’autres réaction en chaîne de polymérase quantitative (qPCR) ou analyse du transcriptome. Ce protocole a été conçu pour homogénéiser efficacement les tissus cérébraux des larves de poisson zèbre ; recueillir des neurones, des macrophages/microglie et des microglies sans altération de leur intégrité de la membrane plasmique et enfin extraire RNA de ces cellules en haute qualité (RIN > 7) et la quantité à effectuer des analyses génomiques. Contrairement aux études déjà publiées qui utilisent le traitement par la trypsine à 37 ° C à digérer le tissu de cerveau12,13, ce protocole favorise le travail à 4 ° C jusqu’à l’étape d’extraction RNA pour réduire les modifications du profil de l’expression génique. Cette étape est cruciale comme la microglie et les macrophages sont des cellules très sensibles qui réagissent aux changements de leur microenvironnement immédiatement en altérant leur gene expression profil et polarisation14,15, 16.
Le protocole, décrit ici en détail, montre que l’isolement des neurones, les macrophages et les cellules microgliales du cerveau larves de poisson zèbre, mais pratiquement, il peut être adapté à n’importe quelle autre cellule présente dans le cerveau – à l’aide de lignes de poissons transgéniques ou étiquetés au moyen anticorps spécifiques. Cette méthode permettra une meilleure caractérisation des cellules de la CNS à travers leurs analyses d’expression de gène large du génome et aidera à comprendre leur rôle lors du développement et de maladies du cerveau.
Le protocole expérimental décrit ici représente une méthode robuste et efficace d’isoler les cellules du cerveau des larves de poisson zèbre de 3 à 8 dpf. Ce qui est important, c’est le premier protocole qui permet l’isolement spécifique des cellules microgliales du cerveau de larves de poisson zèbre. Le protocole est conçu pour préserver l’intégrité de la membrane cellulaire et pour réduire au minimum les modifications possibles de l’expression des gènes qui se produisent pendant le traitement. Ce dernier point est crucial pour la pertinence des résultats basés sur l’analyse de ces profils génomiques cellulaires isolés. En effet, polarisation de la microglie et les macrophages sont fortement influencées par leur microenvironnement. À 37 ° C, ces cellules auraient changé leur profil d’expression génique en réponse à des conditions expérimentales (réponse de blessures (résection)). Par conséquent, il était essentiel réaliser cette expérience à 4 ° C avant l’extraction de l’ARN, à ralentir les processus cellulaires et activités métaboliques. En outre, l’homogénéisation de tissu de cerveau mécanique à 4 ° C a été choisie au lieu de la digestion enzymatique de tissus à 37 ° C pour éviter tout impact sur les profils d’expression génique.
Il est important de souligner que cette méthode est très rapide ; en une journée, plusieurs populations de cellules cérébrales peuvent être isolées dans au moins deux des conditions expérimentales différentes et leur ARN extrait. La longueur totale du protocole dépend du nombre de larves utilisé pour chaque condition car la transection de têtes larvaire est l’étape limitante (∼ 350 têtes/h). En général, pour travailler avec les cellules microgliales du 3, 5 et 7 dpf il est recommandé transect 600 têtes de ∼ par test d’obtenir assez ARN pour extraire (tableau 1). Comme la microglie représentent le type de cellule avec le plus faible rendement (env. 112 cellules par habitant à 7 dpf), le nombre de têtes peut être réduit pour les autres types de cellules, y compris les macrophages (env. 170 cellules par habitant à 7 dpf).
Un autre avantage de ce protocole est qu’une fois les paramètres sur la trieuse de FACS ont été établis, les mêmes paramètres peuvent être utilisés pour différentes expériences. Il a été observé que populations cellulaires parfaitement d’une expérience à l’autre avec portes déjà conçus, montrant la reproductibilité des expériences à l’aide de cette méthode.
Un léger désavantage de cette méthode est la quantité relativement basse de l’ARN qui est récoltée. Toutefois, cette limitation est plus un problème biologique à une question technique, comme le nombre de cellules microgliales est très faible aux premiers stades du développement du cerveau (tableau 1). En raison de cette faible quantité d’ARN recueillie, amplification il faut considérer pour effectuer l’analyse du génome de l’expression génique large. Heureusement, ces étapes d’amplification produisent des quantités suffisantes de cDNA de haute qualité. Ainsi, les changements globaux dans les profils d’expression génique de cellules isolées peuvent être étudiées.
En conclusion, ce protocole fournit une méthode robuste pour isoler et étudier les différents types de cellules du CNS de cerveaux de larves de poisson zèbre. Ceci peut être appliqué pour acquérir une meilleure compréhension de ces cellules au cours du développement ainsi qu’à étudier leur rôle dans la maladie.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions le Dr Claire Davis et Dr Véronique Miron (la Reine Medical Research Institute, Edimbourg, Royaume Uni) pour aide initiale et discussions sur l’approche expérimentale et le QMRI Flow Cytometry et centre de tri de cellule. Ce travail a été soutenu par une bourse de mise en place carrière de Cancer Research UK à 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 |