Ex Utero Elettroporazione e colture Organotypic fetta di cervelli embrionali del Mouse per vivere-Imaging di migrazione interneuroni GABAergici

Interneuroni GABAergici corticale (INs) sono diverse per quanto riguarda la loro proprietà biochimiche, connettività e proprietà fisiologiche e mediano funzioni diverse in reti maturo^{1,2,3 ,4,5}. La specifica dei diversi sottotipi di INs corticale è strettamente regolata attraverso cascate genetiche che sono stati estesamente studiati^1,2. La maggior parte (70%) di corticali GABAergici INs provengono da progenitori nell’eminenza gangliare mediale (MGE), una struttura embrionale situata ventralmente e necessario migrare attraverso le distanze relativamente lunghe per raggiungere la placca corticale^{1, 2 , 6}. mentre le cellule piramidali corticali migrano radialmente dalla zona ventricolare (VZ) alla piastra corticale lungo il patibolo glia radiale, la migrazione tangenziale di INs, che non sono collegati a tali un’impalcatura, richiede una varietà di intrinseca e estrinseche spunti per attirare la migrazione dei neuroni verso la piastra corticale, mentre guidarli lontano da strutture non-corticali^2,7,8. Dopo l’uscita del ciclo cellulare, INs sono respinti da MGE da chemio-ripugnante segnali espressi all’interno il VZ di MGE, che innesca la migrazione tangenziale verso il piatto corticale^9,10. Migrazione in evitare lo striato con l’ausilio di diversi spunti ripugnante¹¹ e, dopo aver raggiunto la placca corticale, passare da una tangenziale a una modalità di migrazione radiale e raggiungere la loro posizione finale laminare, parzialmente in risposta a stimoli da piramidale le cellule¹² e altre popolazioni cellulari¹³. La migrazione di INs, come per altre popolazioni neuronali, comporta vari cambiamenti morfologici dinamici per consentire l’effettivo movimento del neurone. Questa cosiddetta locomozione neuronale è caratterizzata da cicli ripetitivi di tre fasi successive: l’allungamento di un processo di leader, un movimento attivo anterograda del nucleo (nucleokinesis) e la retrazione del processo finale¹⁴. IN migrazione è regolata da numerosi segnali intrinseci ed estrinseci che guidano la ramificazione e rimodellamento attivo del processo di leader per guidare INs nella direzione corretta, determinare l’orientamento e la velocità di migrazione^{14,15 ,16}.

I fattori determinanti che regolano corticale IN migrazione sono stati ampiamente studiati negli ultimi anni^{1,2,7,17,18,19,20}, e la rottura in alcuni di questi attori molecolari è stata postulata per condurre ai disordini dello sviluppo neurologico, quali pediatrici refrattari epilessia o autismo spettro disturbi^{1,2,21, 22 , 23 , 24}. Pertanto, lo sviluppo di diversi approcci in vitro e in vivo è stato perseguito per avanzare in modo significativo la nostra capacità di studiare questo processo dinamico, come precedentemente esaminati²⁵. In vitro i metodi, tra cui l’analisi della camera di Boyden e analisi della scelta di striscia, forniscono il mezzo più veloce e più riproducibile per valutare il requisito e la cella-autonomo impatto di specifici geni o proteine durante la migrazione neuronale, senza l’influenza di altri fattori²⁵. Questi test sono particolarmente utili quando combinato con formazione immagine live^8,26,27. Con queste tecniche, INs sono facilmente Estratto da e13.5 MGE e isolato da dissociazione enzimatica e meccanica, dopo di che possono essere studiate diverse vie di segnalazione e spunti di orientamento, come illustrato in precedenza^8,28 . Tuttavia, queste analisi si svolgono in una tabella extracellulare artificiale in assenza di architettura tridimensionale del tessuto, che può alterare un neurone proprietà di comportamento e delle cellule, che interessano potenzialmente cella migrazione e/o sopravvivenza²⁵. Per ovviare a queste limitazioni, ex vivo MGE espianti sono stati sviluppati come uno strumento alternativo per quantificare i dinamici cambiamenti morfologici che si verificano durante la migrazione insieme a parametri quali la velocità e l’orientamento^{14, 29}. Generazione di espianti MGE è relativamente semplice ed è stato ampiamente descritto altrove³⁰. Essa comporta la placcatura di un piccolo estratto di MGE su un monostrato di cellule corticali miste o in una miscela di matrigel e collagene in presenza di segnali di attrazione o repulsione²⁵, anche se questi ultimi sono opzionali³¹. MGE espianti consentono per l’alta risoluzione di imaging delle cellule scarsamente etichettate, semplificando lo studio di processi intracellulari, come rimodellamento del citoscheletro durante processo leader di ramificazione, come illustrato in precedenza^{32,33 ,34} e nello studio presente. MGE espianti sono stati utilizzati con successo per valutare dinamici cambiamenti citoscheletrici durante la migrazione in un ambiente 2D, ad esempio dopo specifiche manipolazioni farmacologiche o chemiotattiche (Vedi, ad esempio, Tielens et al 2016³³) . Tuttavia, con questo approccio, INs la migrazione all’interno di una matrice artificiale, e questo potrebbe alterare nel comportamento e la riproducibilità e la significatività dei risultati sperimentali.

Al contrario, nell’utero elettroporazione consente la manipolazione genetica di INs nel loro ambiente nativo ed è un metodo ampiamente usato a rapidamente ed efficientemente valutare l’impatto di guadagno e la perdita di funzione del gene mentre eludere le limitazioni di lunghe e costose knockout e knock-in strategie^25,35. Elettroporazione in utero può essere sbilanciata verso nei progenitori utilizzando promotori specifici di tipo cellulare e posizionando gli elettrodi verso le strutture ventromedial, tra cui il MGE³⁶. Inoltre, nell’utero elettroporazione consente l’espressione tempestiva dei costrutti sperimentale entro 1-2 giorni, rispetto al 7-10 giorni necessari per costrutto espressione utilizzando virali vettori²⁵. Tuttavia, nell’utero elettroporazione nei progenitori tende ad essere basso rendimento. Infatti, anche se dei progenitori delle cellule piramidali che si trova nella zona ventricolare dorsale possono essere efficientemente transfected utilizzando nell’utero elettroporazione, targeting più ventralmente trova strutture, come il MGE, è tecnicamente più impegnativo, soprattutto in e13.5 piccoli embrioni e l’alto tasso di letalità embrionale ulteriormente riduce la resa sperimentale²⁵.

Per aggirare alcune delle limitazioni tecniche associate in vitro MGE explant esperimenti e in vivo nell’utero elettroporazione, ex vivo su colture organotipiche fetta sono stati sviluppati^{8,37, 38,39}. Cervello organotipiche fetta culture offerta il vantaggio di che imita in vivo le condizioni, pur essendo meno costoso e che richiede tempo di generazione animale i modelli²⁵. Infatti, queste preparazioni consentono un facile accesso a MGE, insieme con la visualizzazione specifica dell’INs e possono essere combinate con focale elettroporazione per indagare i meccanismi molecolari specifici nella INs la migrazione in un ambiente più fisiologico^{8 , 39 , 40 , 41}. Pertanto abbiamo ottimizzato un approccio per organotipiche culture³⁸, che abbiamo combinato con elettroporazione ex utero e time-lapse imaging confocale, per valutare appieno il processo morfologico e dinamico che si verificano durante la migrazione tangenziale di MGE-INs. Il presente protocollo è stato adattato e ottimizzato da altri che hanno usato le culture di fetta elettroporazione e organotipiche a cervello ex utero o nell’utero per studiare la migrazione delle cellule piramidali^42,43 e corticale INs^36,39,44. In particolare, gli embrioni del mouse vengono decapitati e MGE è individulamente ex vivo dopo l’iniezione intraventricolare dei plasmidi sperimentali, che permette più efficiente e preciso targeting dei progenitori MGE rispetto a ciò che può essere raggiunto con nell’utero elettroporazione. I cervelli sono quindi estratte e sezionato a fette coronali intero cervello che possono essere coltivate per pochi giorni, consentendo in tal modo continuo monitoraggio e imaging di INs trasfettate. Questo approccio etichette in genere 5-20 INs tangenzialmente la migrazione per fetta di cervello, riducendo al minimo il numero di iterazioni sperimentali necessari per raggiungere la significatività statistica, mentre etichettatura una sufficientemente scarsa densità di popolazione neuronale per garantire facile separazione delle singoli neuroni per la ricostruzione e la valutazione morfologica bene. Inoltre, rispetto al MGE espianti, colture organotipiche garantiscono che la migrazione aggiuntivi sono esposti a un ambiente più naturale, tra cui ingressi da afferenze thalamic e chemochine secrete localmente. Questo approccio è così adatto per quantificare la direzionalità e migratorio percorso adottato da trasfettate INs, offrendo dettagli anatomici sufficienti per consentire la caratterizzazione dei processi dinamici più fini come leader processo ramificazione, nucleokinesis e retrazione del processo finale.