Bu protokol, embriyonik fare beyninden birincil hipokampal nöronları kültleme için bir yöntem açıklanmaktadır. Kültürlü nöronların hücre dışı yüzeyinde majör histocompatibility complex class I’in ekspresyolü daha sonra akış sitometrik analizi ile değerlendirilir.
Artan kanıtlar, nöro-immün etkileşimlerin hem homeostatik hem de patolojik koşullarda sinir sistemi işlevini etkilediği hipotezini desteklemektedir. Majör histocompatibility complex class I’in (MHCI) iyi çalışılmış bir işlevi, hücre türevi peptitlerin adaptif bağışıklık sistemine, özellikle enfeksiyona yanıt olarak sunulmasıdır. Daha yakın zamanda, MHCI moleküllerinin nöronlar üzerindeki ekspresyonunun, normal gelişim ve nörolojik bozukluklar sırasında sinaptik bağlantıdaki aktiviteye bağlı değişiklikleri modüle edebileceği gösterilmiştir. Bu fonksiyonların beyin sağlığı için önemi, nöronlar üzerinde MHCI ekspresyonunu kolayca tespit eden hassas bir test ihtiyacını desteklemektedir. Burada murine hipokampal nöronların birincil kültürü için bir yöntem ve daha sonra akış sitometrik analizi ile MHCI ekspresyonunun değerlendirilmesi için bir yöntem açıklıyoruz. Murine hipokampus embriyonik gün 18 prenatal fare yavru mikrodissected. Doku, enzymatic ve mekanik teknikler kullanılarak tek bir hücre süspansiyonuna ayrışır, daha sonra nöronal olmayan hücrelerin büyümesini sınırlayan serumsuz bir ortamda kültüre edilir. 7 gün in vitrodan sonra kültürlü hücreler farmakolojik olarak beta interferon ile tedavi ederek MHCI ekspresyonu uyarılır. MHCI molekülleri floresan etiketli bir antikor ile yerinde etiketlenir, daha sonra hücreler enzmatik olmayan bir şekilde tek bir hücre süspansiyonuna ayrışır. Nöronal kimliği doğrulamak için hücreler paraformaldehit ile sabitlenir, permeabilize edilir ve nöronal nükleer antijen NeuN’u tanıyan floresan etiketli bir antikorla etiketlenir. MHCI ekspresyotiği daha sonra akış sitometrik analizi ile nöronlar üzerinde ölçülür. Nöronal kültürler, belirli hipotezleri test etmek için genetik değişiklikler veya farmakolojik müdahalelerle kolayca manipüle edilebilir. Hafif değişikliklerle, bu yöntemler diğer nöronal popülasyonları kültüre etmek veya diğer ilgi çekici proteinlerin ekspresyonlarını değerlendirmek için kullanılabilir.
Merkezi sinir sisteminin (CNS) bir zamanlar “bağışıklık ayrıcalıklı1″olarak adlandırılan bağışıklık gözetiminden yoksun olduğu düşünülüyordu. Bu ayrıcalığın bağışıklık bileşenlerinin mutlak yokluğuna eşit olmadığı, aksine, immünopatoloji ile ilişkili hasarı sınırlamak için işlev gören özel bir düzenleme olduğu açıktır1. Aslında, CNS ve bağışıklık sistemi arasındaki iletişim, sağlıklı beyin gelişimi ve enfeksiyonlara yanıt için gerekli olan devam eden bir konuşmadır2,3.
Majör histocompatibility complex sınıf I (MHCI) molekülleri, enfeksiyon sırasında CD8+ T hücrelerine antijenik peptitlerin sunulmasındaki işlevleriyle bilinen polijenik ve polimorfik transmembran proteinleridir4. Klasik MHCI kompleksleri transmembran α zinciri ve β2-mikroglobulin adı verilen hücre dışı bir ışık zincirinden oluşur. α zinciri, sunum için antijenik bir peptit bağlayan polimorfik bir oluk içerir5. MHCI’nın hücre dışı membran üzerinde doğru ifadesi, yüksek benzeşimli peptit ligand5’inyüklenmesiyle birlikte α zinciri ve β2 mikroglobulinin düzgün bir şekilde katlanmasını sağlamak için endoplazmik retikülumdaki moleküler refakatçilerin koordineli bir şekilde hareket etmesini gerektirir. Mhci kompleksleri bir araya getirildikten sonra, endoplazmik retikülükten plazma membran6’yaihraç edilir. Kognate T hücre reseptörünün peptit yüklü MHCI kompleksi ile angajmanı üzerine, CD8+ T hücreleri, perforin ve granzim içeren litik granülleri serbest bırakarak veya hedef hücre zarı üzerindeki Fas reseptörü bağlama yoluyla kesme ilamsını indükleyerek hücre öldürmeye aracılık eder7. Ek olarak, CD8+ T hücreleri, sitopatik etkileri olmadan enfekte hücrelerde antiviral mekanizmaları aktive ürkütebilen gama interferonu (IFNφ) ve tümör nekroz faktörü alfa (TNFα) gibi sitokinler üretir8,9. Birçok nörotropik virüs için, CD8+ T hücreleri enfeksiyonu CNS10 , 11,12‘den temizlemek için gereklidir.
Daha önce nöronların MHCI’yı sadece hasar, viral enfeksiyon veya in vitro sitokin stimülasyonu ile ifade ettiği düşünülüyordu. Son zamanlarda, araştırmalar mhci nöronal ekspresyotiği için sinaptik remodeling ve plastisitede bir rol belirlemiştir13,14. Sinaps düzenlemesinin altında kalan kesin mekanizmalar iyi anlaşılmasa da, veriler MHCI ifade düzeyinin sinaptik aktivite15,16ile düzenlendiğini göstermektedir. Bir hipotez, nöronların, MHCI’yi transiplaptik olarakbağlayanimmünoglobulin benzeri reseptör B ‘yi (PirB) presynaptik olarak ifade ettiğini önesürmektedir. Bu etkileşim, PirB tarafından sinaptik yeniden şekillendirmede yer alan yollara karşı çıkan bir sinyal basamaklama başlatır, böylece sinaptik bağlantıyı güçlendirir ve stabilize eder17,18,19. Nöronal aktivitenin yokluğunda, MHCI ekspresyasyonu14azalır ve MHCI kaybı kusurlu sinaps eliminasyonu ve yanlış düzenlenmiş sinaptik devreler20,21ile sonuçlanır.
Burada açıklanan ve Chevalier ve ark.9’danuyarlanan test, MHCI’nın murine hipokampal nöronların birincil kültürleri üzerindeki hücre dışı protein ekspresyonını nicel olarak değerlendirmek için akış sitometrik analizini kullanır. Bu protokol, embriyonik fare yavrularından hipokampal dokuyu mikrosekse etmek için ilk teknikleri göstermektedir. Daha sonra dokunun tek bir hücre süspansiyonuna enzipmatik ve mekanik ayrışması için süreçleri ve kültürleri in vitro olarak koruma yöntemlerinidetaylandırıyor. Bölünmedikleri için, kültüre girdikten sonra, nöronlar deneysel uç noktalarına uygun bir tabakta ve yoğunlukta kaplanmalıdır. Daha sonra, beta interferon (IFNβ) ile MHCI ekspresyonını indükleme, MHCI ve nöronal çekirdek belirteci NeuN için immünoplabeling ve akış sitometrisi ile hücreleri analiz etme adımlarını özetler. Son olarak, MHCI pozitif nöronları tanımlamak ve MHCI ekspresyonunun seviyesini ölçmek için akış sitometri verilerini değerlendirme prosedürlerini açıklar. Ayrıca bu protokolde, hipokampal nöronlara ek olarak veya bunun yerine kortikal nöronları kültüre etmek için yapılabilecek küçük ayarlamalar da belirtilmektedir. Bu protokol, genetik varyasyonlar veya farmakolojik tedaviler kullanılarak belirli hipotezleri test etmek için kolayca değiştirilebilir.
Bu protokol embriyonik 18. günde doğum öncesi fare yavrularından primer hipokampal nöronların diseksiyon ve kültürünü açıklar. Kemirgenlerden kültürlenmiş birincil nöronların kullanımı, modern nörobiyolojide geliştirilen en temel metodolojilerden biridir22. Ölümsüzleştirilmiş hücre hatları nöronların belirli yönlerini modelleyebilse de, tümör türevi hücreler olarak doğaları, tanımlanmış aksonların geliştirilememesi ve hücre bölünmesinin devam etmesi, mitotik nöronların özelliklerini in vivo23’tesadık bir şekilde yeniden toplayıp toplamadıkları konusunda şüphe uyandırır. Primer nöronlara bir diğer alternatif de insan indüklenmiş pluripotent kök hücrelerin (HiPSC) kullanılmasıdır. HiPSC’leri kullanma teknolojisi, özellikle hasta kaynaklı olanlar, son yıllarda hızla ilerlemiştir24. Bununla birlikte, hücre hatları arasındaki değişkenlik, fonksiyonel olgunluk eksikliği ve epigenetik profillerdeki farklılıklar da dahil olmak üzere HiPSC’lerle çalışmanın hala sınırlamaları vardır25. Birincil kemirgen nöronlarının indirgemeci modeliyle çalışmanın sınırlamaları da olsa, kültürlü nöronlar in vivo nöronların mitotik sonrası doğasını korur. Ayrıca, fareler için mevcut olan geniş moleküler biyoloji araçları ve genetik değişiklikler, birçok uygulama için HiPSC’lere göre birincil nöronların kullanılmasını tercih eder ve fare çalışmaları deneysel genetik sistemi kaybetmeden daha karmaşık in vivo organizmaya kolayca çevrilebilir. Bu nedenlerden dolayı, birçok araştırmacı, araştırmalarının toplu olmasa da temel yönlerini doğrulamak için birincil kemirgen nöronlarını kullanır.
Bazı tahliller için, nöronlar doğrudan beyin eks vivo izolasyonundan sonra analizedilebilir. Bu, belirli deneysel koşullara maruz kalabilen veya birden fazla hücre tipinin etkileşimlerine bağlı olabilecek yetişkin fareleri içeren deneyler için özellikle arzu edilir; ancak, yapılabilecek analizlerin türünü sınırlayan birkaç konu vardır. Nöronların yetişkin farelerin beyinlerinden tek bir hücre süspansiyonu hazırlamak teknik olarak zordur, çünkü nöronlar benzersiz bir şekilde birbirine bağlıdır ve miyelin26ile kaplanır. Doku tritürasyonunun enzymatik olmayan yöntemleri, dokuyu ayırmada ve hücre ölümüne neden olmakta verimsizdir, oysa enzymatik preparatlar genellikle hücre yüzeyi antijenlerini ayırır27. Ayrıca, miyelin embriyonik farelerde büyük ölçüde bulunmamakla birlikte, yetişkin beyninin yaklaşık% 20’sini oluşturur ve canlı hücre izolasyonuna engel olabilir ve akış sitometrisi analizini28. Geliştirilen tekniklerin çoğu nihayetinde sitozollerinin nöronlarını soyun ve öncelikle çekirdek29’danoluşan küçük, yuvarlatılmış hücre gövdeleri bırakın. Bu bazı analizler için kabul edilebilir olsa da, sitoplazmik veya hücre dışı protein ekspresyonlarını ölçmek için uygun değildir. Ayrıca, indirgemeci hücre kültürü sistemi, belirli mekanistik soruların in vivo sistemle sık karşılaşılandan daha kısa bir zaman ölçeğinde test edilir.
Ayrıca bu protokolde, MHCI ekspresyonunun IFNβ ile farmakolojik olarak uyarılması ve hücre dışı MHCI ekspresyonunun akış sitometrisi ile ölçülmesi yöntemleri açıklanmaktadır. IFNβ tarafından stimülasyon diğer deneysel durumları test etmek için yararlı bir pozitif kontroldür, ancak IFNφ ve kainic asidin nöronlarda MHCI ekspresyonunu da uyarabileceği belirtilebilir9,30, tetrodotoxin ise MHCI ekspresyonunu azaltır14. MHCI ekspresyonunu tespit etmek için önceki yöntemler in situ hibridizasyon ve immünohistokimyasal analiz14,15,20,31 ‘edayanıyordu. In situ hibridizasyon ve qRT-PCR gibi mRNA tabanlı tahliller mekansal lokalizasyonu, hücre tipi özgüllüğünü ve gen transkripsiyon seviyelerini belirleyebilirken, bu tahliller protein çevirisini veya plazma zarı için taşımayı değerlendiremez. İmmünistokimyasal ve batı leke analizi protein ekspresyasyonu ve potansiyel olarak hücresel lokalizasyondaki farklılıkları belirleyebilir, ancak doğru bir şekilde ölçmek zor olabilir. Ayrıca, birçok MHCI antikoru kompleksin üçüncül yapısını tanır ve konformasyonel değişikliklere karşı oldukça hassastır. Böylece permeabilizasyon veya denatüre etme koşulları MHCI immünoreaktivite kaybına neden32. Burada sunulan yöntem, proteinin doğal uyumundaki antikor tarafından tanınmasını sağlayan MHCI için yerinde immünostaining ve ardından fiksasyon ve permeabilizasyon yöntemlerini kullanır.
Hafif değişikliklerle, burada açıklanan yöntemler diğer nöronal popülasyonları kültüre etmek veya diğer hücre dışı ilgi proteinlerinin ekspresyonlarını değerlendirmek için kullanılabilir. Bu protokolde kortikal nöronları kültüre etmek için yapılabilecek kolay değişiklikler olduğu belirtilmektedir, ancak burada açıklanan yöntemler striatal nöronlar33gibi diğer nöronal popülasyonları kültüre etmek için de kullanılabilir. Ayrıca, bu protokol MHCI ve NeuN’un immün yetisini belirtse de, diğer hücresel belirteçler benzer şekilde tanımlanabilir. Genel olarak, hücre dışı belirteçler MHCI gibi, hücre içi belirteçler ise NeuN gibi tedavi edilebilir. Bununla birlikte, hücresel ayrışma adımı sırasında aksonal projeksiyonların somadan koptuğu belirtilmelidir. Burada tanımlanan gating stratejisi hücresel kalıntıları elediği ve nöronal çekirdek belirteci NeuN’a odaklandığı için, sadece aksonal projeksiyonlarda ifade edilen proteinler tespit edilemeyebilir.
Yakın zamana kadar, nöronların MHCI’yı sadece sitotoksik CD8+ T hücrelerini meşgul etmek için hasara, enfeksiyona veya in vitro sitokin stimülasyonuna yanıt olarak ifade etmesi düşünülüyordu9. Yeni araştırmalar, geliştirme sırasında sinaptik bağlantıların düzenlenmesinde MHCI’nın başka bir işlevini ortaya çıkarmıştır13. Burada açıklanan protokol, wildtype kültürlü nöronlarda MHCI ekspresyonını uyarmak için IFNβ kullanır, ancak benzer yöntemler belirli hipotezleri test etmek için çeşitli hücresel uyaranlar veya genetik değişikliklerle kullanılabilir. Bu yöntem, araştırmacıların MHCI ekspresyonunu düzenleyen moleküler mekanizmaları araştırmalarını sağlayacak ve bu da MHCI’nın bu iki farklı hücresel işlev üzerindeki iki yönlü rolünün anlaşılmasını artıracaktır.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma NIA R00 AG053412 (KEF) tarafından desteklendi.
1.5 ml Microcentrifuge Tubes | Fisher | 05-408-129 | Laboratory Supplies |
100 mm sterile culture dish | Fisher | FB012924 | Tissue Culture Supplies |
15 ml Centrifuge Tubes | Genesee | 21-103 | Laboratory Supplies |
50 ml centrifuge tube | Genesee | 21-108 | Laboratory Supplies |
500 mM EDTA | Invitrogen | AM9260G | FACS Buffer Reagent |
70% Ethanol | Fisher | BP82031Gal | Tissue Culture Supplies |
96 well U-bottom plate | Genesee | 25-221 | Flow Cytometry Supplies |
B27 | Gibco | 17504044 | Neuron Culture Reagent |
Borate Buffer | Thermo Scientific | 28341 | Tissue Culture Supplies |
Borosilicate Glass Pasteur Pipette | Fisher | 13 678 20C | Laboratory Supplies |
Cell Dissociation Buffer | Gibco | 13 151 014 | Flow Cytometry Supplies |
DNase I | Thermo | 90083 | Dissociation Solution Reagent |
dPBS | Gibco | 14190-235 | Tissue Culture Supplies |
Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | Dissection Tool |
Dumont #7 Forceps | Fine Science Tools | 91197-00 | Dissection Tool |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140079 | Tissue Culture Supplies |
Fine Forceps | Fine Science Tools | 91113-10 | Dissection Tool |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 91460-11 | Dissection Tool |
Fix and Perm Cell Permeabilization Kit | Invitrogen | GAS003 | Flow Cytometry Supplies |
Glutamax | Gibco | 35050061 | Neuron Culture Reagent |
Hibernate-E Medium | Gibco | A1247601 | Neuron Culture Reagent |
Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher | 181254 | Tissue Culture Supplies |
Interferon Beta | PBL Assay Science | 12405-1 | Flow Cytometry Supplies |
Milli-Mark Anti-NeuN-PE Antibody, clone A60 | MilliporeSigma | FCMAB317PE | Flow Cytometry Antibody |
Neurobasal Media | Gibco | 21103049 | Neuron Culture Reagent |
Pacific Blue anti-mouse H-2Kb Antibody | BioLegend | 116513 | Flow Cytometry Antibody |
Papain Solution | Worthington | LS003126 | Dissociation Solution Reagent |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15714 | Fixative |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Neuron Culture Reagent |
Poly-D-Lysine | Sigma | P7280 | Neuron Culture Reagent |
Standard Pattern Forceps | Fine Science Tools | 91100-12 | Dissection Tool |
Stereo dissection microscope | Swift | M29TZ-SM99CL-BTW1 | Dissection Tool |
Surgical Scissors | Fine Science Tools | 91401-10 | Dissection Tool |
Transfer Pipets | Corning | 357575 | Laboratory Supplies |
TruStain FcX (anti-mouse CD16/32) Antibody | BioLegend | 101319 | Flow Cytometry Antibody |
Trypan Blue | Sigma | T8154-100ML | Tissue Culture Supplies |