Bu protokol, öncelikle hücre göçü çalışmaları için fare modellerinden kranial nöral krest hücrelerinin diseksiyon ve kültürünü açıklar. Kullanılan canlı görüntüleme tekniklerini ve hız ve hücre şekli değişikliklerinin analizini anlatıyoruz.
Son birkaç on yıl içinde insan patolojileri taklit etmek için kullanılan genetiği değiştirilmiş fare modellerinin artan bir kullanılabilirlik olmuştur. Ancak, hücre hareketleri ve in vivo farklılaşma çalışma yeteneği hala çok zordur. Nörocristopatiler, ya da nöral krest soyundan bozukluklar, özellikle önemli embriyonik aşamaları erişilebilirlik eksikliği ve bitişik mezodermal mezenkim den nöral krest mezenkim ayıran zorluklar nedeniyle çalışmak zordur. Burada, primer kranial nöral krest hücrelerinin kültürü için iyi tanımlanmış, rutin bir protokol oluşturmak için yola çıktık. Yaklaşımımızda ilk nöral abik indüksiyon aşamasında fare sinir plakası sınırını inceleriz. Nöral plaka sınır bölgesi ekselmiş ve kültürlüdür. Nöral krest hücreleri nöral plaka sınırını çevreleyen bir epitel levha içinde form, ve tarafından 24 saat ekstrandan sonra, delaminat başlar, bir epitel-mezenkimal geçiş geçiren (EMT) tam hareketli nöral krest hücreleri olmak. İki boyutlu kültürlenme yaklaşımımız sayesinde, farklı doku popülasyonları (nöral plaka premigratory ve migratory nöral ibik karşı) kolayca ayırt edilebilir. Canlı görüntüleme yaklaşımlarını kullanarak, nöral abi indüksiyonu, EMT ve göçmen davranışlarındaki değişiklikleri belirleyebiliriz. Genetik mutantlar ile bu tekniğin kombinasyonu normal ve patolojik nöral krest hücre biyolojisi anlamak için çok güçlü bir yaklaşım olacaktır.
Nöral ibik (NC) soyu, erken embriyonik gelişim sırasında sadece omurgalılarda görünen geçici, çok güçlü ve göçmen bir hücre popülasyonudur1,2. Nöral krest türevleri son derece çeşitlidir, ve glia dahil, düz kas, melanositler, nöronlar ve kraniyofasiyal kemik ve kıkırdak3,4. Nöral tepe birçok organ sisteminin işlevine katkıda olduğu için, bu soy insan embriyogeneziçin gereklidir. Anormal NC gelişimi en yaygın insan doğum kusurları geniş bir yelpazede karıştığı (yani, yarık dudak ve damak)5, ve hirschsprung hastalığı gibi bozukluklar (HSCR), Wardensburg sendromu (WS), CHARGE sendromu ve Williams Sendromu6 ,7,8,9.
NC gelişimi Xenopus,civciv ve zebra balığı modelleri de dahil olmak üzere olmayan memeli model sistemleri bir dizi araştırılmıştır. Memelilerde, fare modellerinde yapılan çalışmalar, nöral krest gelişiminin altında yatan bazı önemli genetik olayları belirlemiştir; ancak, fare embriyosu erişilemezliği nedeniyle nöral krest göç hücre biyolojisi takip etmek daha zor olmuştur (başka bir yerde gözden10,11). Ayrıca, civciv, Xenopus ve zebra balıkları çalışmaları NC için bir gen düzenleyici ağ kurmuş olsa da, bu hayvan modellerinde fonksiyon çalışmaları kaybı bazen fare karşılaştırılabilir bir fenotip sergilemez. Örneğin, Xenopus, zebra balığı ve civciv, non-kanonik Wnt sinyalnc göç kapasitesi12,13,14,15 elde etmek için izin veren hücresel mekanizmalardan biridir . Ancak, fare, non-canonical Wnt sinyal kaybı geçiş16etkilemez. In vivo NC göç fare uzun süre izlemek zor olduğu gibi, bu tür farklılıkları göç farklı modları, ya da moleküler düzenleme farklılıkları yansıtacak olup olmadığı belirsizdir.
Belirtildiği gibi, embriyoların eski rahim kültürü zahmetli olduğu için fare NC çalışmaları çok zor olmuştur. Ayrıca, NC mezoderm ve nötrektoderm gibi komşu dokular ile samimi temas halinde sürekli. Nöral krest spesifik Cre sürücülerin veya eksojen boyaların son kullanımı bize floresan göçmen NC etiket izin verdi; ancak, bu yaklaşımlar hala sınırlıdır. NC göç 17 ,18görselleştirmek için farklı teknikler açıklayan birden fazla rapor rağmen, basit ve rutin bir prosedür haline bu teknikleri çözmek için zor olmuştur.
Memeli NC’nin işlenmesine ve karakterizasyonuna olanak sağlayan teknikler için bir ihtiyaç olduğu açıktır. Biz insan kraniyofasiyal gelişim ve nörokoniopatiler çalışma için birincil model olarak fare kranial NC üzerinde çabalarımızı odaklanmıştır. Biz NC hücrelerinin birincil kültürünü açıklayan birkaç ilginç raporlara dayalı yaklaşımımızı rafine19,20,21. Burada, birincil NC hücrelerini ekstreleme için en uygun kültür tekniklerini ayrıntılı olarak açıklıyoruz. Biz canlı hücre görüntüleme yöntemi ve kültür plakaları kaplamak için farklı matrislerin optimal kullanımı göstermek. Protokolümüz, diğer mikroskoplarla kullanım kılavuzu olarak tasarlanan ters bir mikroskop kullanarak canlı NC hücrelerinin göçünün nasıl yakalandığını ve hücresel analizlerimizin ayrıntılı bir özetini açıklar.
Ekstrandan beklenen sonuç, mikroskop altında açıkça ayırt edilen hücrelerin güzel bir şekilde ortaya konması gerekir, burada (i) nöral plakayı, (ii) premigratory’yi temsil eden üç farklı hücre popülasyonu görülebilir ve (iii) göçmen nöral krest hücreleri. Epitel-mezenkimal geçiş sırasında hücre öncesi popülasyonunun sınırındaki hücre davranışlarının nasıl analiz edilebildiğini gösteriyoruz. Ayrıca hücre hızı, mesafe ve hücre morfolojisi için tam göçmen hücreleri üzerinde çalışma odaklı.
Memeli nöral krest hücrelerinin incelenmesi, memeli gelişiminin rahim yapısı nedeniyle bilim adamları için bir meydan okuma olmuştur. In vivo çalışmalar kurmak zordur, embriyo rahim yaşam taklit koşullar altında manipüle edilmelidir gibi. Pratikte, bu (E8+) embriyoların 24 saatten daha uzun süre tekrarlanması neredeyse imkansızdır, özellikle canlı görüntüleme için. Ayrıca, nöral ibik indüksiyon ve göç fare nöral tüp kapanması ve embriyonik tornalama ile eş zamanlı olarak meydana; Bu çok önemli ve stresli morfogenetik bir olaydır, embriyolar kültürlü eski rahimolduğunda sık sık başarısız olur. Bu nedenle, ex utero yaklaşımlarının başarı oranı genellikle düşüktür. Ölümsüzleştirilmiş NC hücrelerinin kullanımı21 hayvan kullanımını azaltmak için yararlı bir araçtır ve uzun vadeli analiz, transfeksiyon ve zenginleştirme çalışmaları için nöral krest hücrelerinin daha iyi bir kaynak sağlayabilir. Ancak, açıkça güvenilir kültür birincil nöral krest hücreleri için bir ihtiyaç vardır. Yöntemimiz fare nakavt veya koşullu genetik modeller için geçerlidir. Bizimkiyle karşılaştırılabilir bir yöntem diğer nöral krest popülasyonları için tanımlanmıştır20; ancak, yöntemimiz iyice murine kranial NC hücrelerinin adım adım izolasyon açıklar. Ayrıca farklı matrislerin yanı sıra göç analizi prosedürünü de ayrıntılı olarak tanımlıyoruz.
Tutarlı sonuçlar elde etmek için, embriyo seçimi sırasında evreleme doğru özel dikkat bulundu. Beklendiği gibi, somitlerin sayısı kranial NC gelişiminde farklı aşamaları ile ilişkilidir. Bu nedenle, herhangi bir deneysel veri elde etmeden önce embriyo anatomisi bilgisi çok önemlidir. Bu yaklaşım daha sonra biyolojik soru ve hedef hücrelere bağlı olarak, nöral krest hücrelerinin ayrık popülasyonları izole doğru adapte edilebilir.
Embriyolar seçilip parçalandıktan sonra mezodermal hücreler kolayca ayırt edilebilir ve daha iyi görselleştirme ve kontaminasyonu azaltmak için çıkarılmalıdır. Uzun süreli kültürler için, nöral plaka dokusu nöral dokular tarafından kontaminasyonu önlemek için kaplama 24 saat kaldırılabilir. Bir başka arıtma floresan soy etiketleme kullanımı olabilir (örneğin, bir Wnt1 kullanarak::cre veya Sox10::creERT sürücüleri floresan muhabirleri ile birlikte24,25) nöral krest hücreleri ayırt etmek için şekil 2C’degösterildiği gibi diğer dokular .
Önceki raporlar, en sık ticari ECM hidrojelleri, fibronektin ve kollajen I, farklı matrisler üzerinde kaplama fare NC explant kültürlerin potansiyelini vurgulamıştır20,21,26. Elimizde, fare kranial NC eksplant kültürleri başarıyla orijinal raporlarda belirtilen konsantrasyonlarda, her üç matris üzerinde yetiştirilen (veriler gösterilmez). NC ekstrandal kültürlerimiz için uyarladığımız ilk rafine yaklaşım, öncelikle laminin ve kollajenlerden oluşan tercih matrisi olarak ticari bir hidrojel kullandı.21(Şekil 3A–B). Ancak, bu hidrojel bileşimi açıkça tanımlanmış değildir, bilinmeyen büyüme faktörü ve protein içeriği ile. Bu nedenle, o zamandan beri fibronectin üzerinde fare NC explant kültürleri kaplama yaklaşımımızı değiştirdik (Şekil 3C–D). Fibronektin iyi tanımlanmış ve yüksek NC hücreleri göç boyunca ECM ve bazal membranlarda ifadein vivo28,29,30. Hidrojel kullanılarak görüldüğü gibi nöral krest hücre göçünü ve morfolojisini en iyi şekilde kopyalayan bir fibronektin matrisini optimize etmek için hidrojelüzerinde sergilenen NC hücre davranışlarını 0,25-30 μg/mL fibronektin titrasyonuile karşılaştırdık ve 1 μg/mL fibronektin olarak tanımladık. ideal özellikler (veri gösterilmez) sağlama. Bu ön çalışmanın, daha önce tanımlanan lar, yani kollajen ve lamininler ile fibronektin gibi matrislerin sistematik olarak karşılaştırılması için bir çerçeve oluşturulmasına yardımcı olabileceğine inanıyoruz.32,33,34. Kollajen-IA1’in fare, kuş ve insan NC hücreleri tarafından endojen olarak salgılandığı göz önüne alındığında, fibronektin ile kollajen I’deki fare NC hücre göç kapasitesini karşılaştırmak özellikle ilginç olacaktır.28,30,31,32. Kollajen I bu nedenle matris seçimi dikkate fibronektin olarak ilgilidir. Ayrıca, medyadaki büyüme faktörlerinin biyoyararlanımının, özellikle medyamızın yüksek serum içeriği göz önüne alındığında, farklı matris bileşenleri tarafından değiştirilebileceği de kabul etmek gerekir. Bunun üstesinden gelmek için, şu anda serumiçermeyen tanımlanmış kültür koşulları üretmek için çalışıyoruz. Bu tanımlanmış ortamlar pluripotent kök hücre alanında nöral alelade indüksiyon protokollerinde başarıyla kullanılır, ancak NC ekstre kültür sistemimiz için daha fazla optimizasyon gerektirir33,34. Çalışmalarımız aynı zamanda kardiyak ve gövde NC gibi NC hücrelerinin diğer türleri için rafine koşulları için bir başlangıç noktası olarak hizmet verebilir, ve NC farklılaşma sonraki çalışmalar için. En önemlisi, bu protokol çeşitli uygulamalar için kranial NC hücrelerinin izolasyon sağlar. Yönlendirilmiş göç, 3 boyutlu göç ve istila üzerine çalışmalar öngörüyoruz. Bu şekilde izole edilen hücreler tedavi edilebilirin vitrobir dizi analiz için. Örneğin, hücreler belirli proteinleri hedeflemek için farklı küçük moleküller kullanılarak kolayca tedavi edilebilir, bunlar tanımlanmış zaman noktalarında tedavi edilebilir ve yıkama deneyleri hücre davranışlarının iyileşmesini belirlemek için tasarlanabilir (Şekil 4). Transfeksiyon ve farklılaşma tahlilleri için uzun vadeli kültür, hem de hücrelerin geçişi (veri gösterilmez) mümkündür. Ancak, canlılık, hücre yenilenmesi ve multipotency kapasitesi passaging sonra doğrulanmalıdır. Cam kapaklara kaplanmış hücreler, canlı görüntülemesonrasında immünoresan boyama protokollerinde de kullanılabilir. Son olarak, bu yaklaşım genetik fare modellerinden NC göç üincelemek için son derece güçlü bir sistemi temsil eder22,23,24,25.
The authors have nothing to disclose.
Biz King’s College Londra Biyolojik Hizmetler Birimi, özellikle Tiffany Jarvis ve Lynsey Cashnella onların sürekli destek için müteşekkiriz. Derek Stemple, Mamoru Ishii ve Robert Maxson’a bu protokolün ilk kuruluşunda reaktiflere yardımcı olan tavsiyeleri ve yardımları için teşekkür ederiz. Dheraj Taheem’e STO hücrelerinin gama ışınlaması konusunda yardım ettiği için teşekkür ederiz. Biz Liu ve Krause laboratuvarları, özellikle Tommy Pallett, büyük destek için teşekkür ederiz. Bu çalışma BBSRC (BB/R015953/1′ den KJL/MK), MRC Doktora Eğitim Programı (LD), Newland Pedley Fonu (ALM) ve KRIPIS II, Araştırma ve Teknoloji Genel Sekreterliği (GSRT), Eğitim ve Din Bakanlığı’na verilen hibelerle finanse edilmiştir. İşleri, Yunanistan ve Fondation Santé (SGGM için).
bFGF | R&D systems | 233-FB | |
b-mercaptoethanol | Gibco | 31350-010 | |
Tissue culture flasks | Corning | 430639 | 25cm2 culture flasks |
DMEM (4500 mg/L glucose) | Sigma | D5671 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (dPBS) | Sigma | D8537 | |
Ethanol | Fisher Chemicals | E/0650DF/C17 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma | TFS AA 10-155 | |
Fetal Bovine Serum (ES Cell FBS) | Gibco | 26140079/16141-079 | |
Fibronectin bovine plasma | Sigma | F1141 | |
Gelatin from bovine skin | Sigma | G9382 | |
L-glutamine | Sigma | G7513 | |
Glass-bottomed, multi-well 24-well tissue culture plate | Ibidi | 82406 | Glass-bottomed, No 1.5, 24-well tissue culture dish with black sides |
Cell migration analysis tool | Ibidi | v2.0 | Manuals for this software can be found at: https://ibidi.com/manual-image-analysis/171-chemotaxis-and-migration-tool.html. |
Circularity Plug-in | ImageJ | v1.29 or later | The circularity plug-in is an extended version of ImageJ/Fiji’s Measure command, designed by Rasband, W., (2000) (wsr@nih.gov). |
LIF | ESGRO by Millipore | ESG1106 | |
Manual Cell Tracking Plug-in | ImageJ | v1.34k or later | ref Cordelieres F. Institut Curie, Orsay (France) 2005 |
Microscope Image Analysis Software | Universal Imaging Corporation | 6.3r7 | MetaMorph Software Series 6.3r7 |
MEM non-essential aminoacids 100X | Gibco | 11140-050 | |
Matrigel (ECM-based Hydrogel) | Corning | 356234 | |
Microscope | Olympus | 1X81 | Olympus 1X81 inverted microscope |
Microscope camera | Photometrics | 512B | Photometrics Cascadell 512B camera (4x UPlanFL N, 10x UPlanFL N, 20x UPlanFL N, 40x UPlanFL N objectives) |
Microscope controller | Olympus | 1X2-UCB | Olympus 1X2-UCB microscope controller |
Microscope temperature controller | Solent Scientific | RS232 | Maintained at 37°C |
Penicillin/streptomycin | Sigma | A5955 | |
Sodium Pyruvate | Sigma | S8636 | |
Statistics software | Graphpad Prism | v7.0 | |
STO feeder cells | ATCC | CRL-1503 | |
Stereomicroscope | Nikon | SMZ | |
XY microscope stage controller | Applied Scientific Instrumentation (ASI) | MS-4400 |