Neuroblast migratie is een cruciale stap in postnatale neurogenese. Het protocol hier beschreven kan worden gebruikt om de rol van de kandidaat regulatoren van neuroblast migratie door gebruik DNA / small hairpin RNA (shRNA) nucleofection en een 3D migratietestsysteem met neuroblasts geïsoleerd van het knaagdier postnatale rostrale migratiestroom onderzoeken.
Subventriculaire zone (SVZ) gelegen in de laterale wand van de laterale ventrikels speelt een fundamentele rol bij volwassen neurogenese. In dit beperkte gebied van de hersenen, neurale stamcellen vermenigvuldigen en voortdurend genereren neuroblasts die tangentieel migreren in ketens langs de rostrale migratie stroom (RMS) om de olfactorische bulb (OB) te bereiken. Eenmaal in de OB, neuroblasts overschakelen naar radiale migratie en vervolgens differentiëren tot rijpe neuronen in staat zijn om te integreren in de reeds bestaande neuronale netwerk. Juiste neuroblast migratie is een fundamentele stap in neurogenese, het waarborgen van de juiste functionele rijping van pasgeboren neuronen. Gezien het vermogen van SVZ-afgeleide neuroblasts om gewonde gebieden richten in de hersenen, het onderzoek naar de intracellulaire mechanismen die ten grondslag liggen aan hun beweeglijkheid zal niet alleen het inzicht in neurogenese, maar kan ook de ontwikkeling van neuroregeneratieve strategieën.
Dit manuscript beschrijft een gedetailleerdeprotocol voor de transfectie van primaire knaagdier RMS postnatale neuroblasts en de analyse van hun beweeglijkheid behulp van een 3D in vitro migratiebepaling indient de wijze van migratie waargenomen in vivo. Zowel de rat en de muis neuroblasts kan snel en efficiënt getransfecteerd zijn via nucleofectie met ofwel plasmide-DNA, kleine haarspeld (sh) RNA of korte storende (si) RNA-oligo's gericht genen van belang. Om migratie analyse worden nucleofected cellen opnieuw geaggregeerde in 'opknoping druppels en vervolgens ingebed in een driedimensionale matrix. Nucleofectie per se niet wezenlijk afbreuk doen aan de migratie van neuroblasts. Farmacologische behandeling van nucleofected en opnieuw geaggregeerde neuroblasts kan ook worden uitgevoerd om de rol van signalerende wegen betrokken bij neuroblast migratie bestuderen.
In de postnatale hersenen van zoogdieren, productie van nieuwe neuronen (neurogenese) optreedt gedurende levensduur en is beperkt tot twee neurogene niches subventriculaire zone (SVZ) van de laterale ventrikels en de subgranulaire zone van de dentate gyrus van de hippocampus 1. Verschillende recente studies hebben aangetoond dat de belangrijke rol van de volwassen neurogenese in het faciliteren van leer-en geheugentaken 2,3. Bovendien, het bewijs van proliferatie en rekrutering van neurale voorlopercellen na hersenletsel 4-7 noemt de mogelijkheid van farmacologische activatie van neurogenese in neurale reparatie.
Postnatale neurogenese is strikt gereguleerd in alle fasen, die neurale voorlopercellen proliferatie, migratie, differentiatie, overleving, en de uiteindelijke synaptische integratie van pasgeboren neuronen 8 omvatten. Neurale voorlopercellen (neuroblasts) afgeleid van stamcellen in de SVZ migreren over grote afstand door de rostrale trekkendestroom (RMS) naar de bulbus olfactorius (OB), waar ze volwassen worden in functionele neuronen 9. Trekkende neuroblasts zijn overwegend unipolaire, met een langwerpig cellichaam uitstrekt een leidende proces. Deze cellen verplaatsen in ketens op collectieve wijze, schuiven over elkaar 10. Migratie is een belangrijke stap voor de verdere rijping van SVZ-afgeleide voorlopercellen in functionele neuronen 11 en wordt beheerst door meerdere factoren en navigatie moleculen inclusief: polysialylated neurale celadhesie molecuul (PSA-NCAM) 12, Efrines 13 integrines 14, Slits 15, groeifactoren 16 en neurotransmitters 17, maar de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan dit proces worden niet volledig begrepen. Onderzoek de intracellulaire signaleringsroutes reguleren neuroblast migratie niet alleen een beter begrip van volwassen neurogenese, maar zal ook bijdragen tot de ontwikkeling van nieuwe therapeutischebenaderingen van de hersenen te repareren te promoten.
Dit manuscript beschrijft een gedetailleerd protocol om de rol van kandidaat regulatoren van neuroblast migratie in vitro bestuderen met nucleofection en een 3D migratietestsysteem. Nucleofection is een cel transfectie techniek waarbij een verbeterde werkwijze elektroporatie. Celtype specifieke elektrische stroom en nucleofection oplossing toestaan dat van polyanionische macromoleculen zoals DNA en shRNA vectoren en siRNA oligonucleotiden direct in de celkern en vergunningen transfectie van langzaam delende of mitotisch inactieve cellen zoals embryonale en zoogdieren neuronen 18. Deze methode is snel, relatief gemakkelijk uit te voeren en resulteert in zeer reproduceerbare transfectie van een groot aantal celtypen waaronder primaire neuroblasts en 19-21 neuronen.
Dissociatie van RMS weefsel maakt de isolatie van trekkende neuroblasts, die met succes kan worden nucleofected met DNA / SHRNA vectoren of siRNA oligo's gericht genen van belang. Na nucleofection worden neuroblasts opnieuw geaggregeerde in opknoping druppels en vervolgens ingebed in een driedimensionale Matrigel matrix. Deze voorwaarden kunt neuroblasts migreren uit de cel aggregaten indient migratie modus waargenomen in vivo, waardoor een uitstekend modelsysteem signalerende wegen betrokken bij neuroblast migratie te onderzoeken en de invloed van farmacologische behandelingen op de motiliteit van deze cellen bepalen.
De migratie van neuroblasts langs de RMS naar de uiteindelijke locatie in de OB is een fundamentele stap in postnatale neurogenese. De moleculaire mechanismen die dit complexe proces verre van volledig begrepen.
De hier beschreven experimentele procedure maakt de studie van neuroblast migratie in vitro. We hebben een eerder gepubliceerde protocol aangepast voor het isoleren van RMS neuroblasts van vroege postnatale muis of rat 25. Om een optimaal resultaat is het belangrijk om de dissectie stap beheersen, omdat het cruciaal om het tijdsinterval tussen dissectie en nucleofection te beperken. Na nucleofection kan neuroblasts worden opnieuw geaggregeerde, ingebed in een driedimensionale matrix en links te migreren gedurende een periode van 24 uur. Als alternatief voor andere doeleinden dan de migratie (bijv. immunofluorescentie of western blot analyse) doeleinden, cellen direct worden verzilverd na nucleofectie op polyornithine/laminin-beklede dekglaasjes, waar ze overleven tot 4-5 dagen. Muis en rat neuroblasts migreren Matrigel gelijke mate echter muiscellen blijken een sterkere neiging tot migreren ketens dan cellen rat hebben.
Afhankelijk van het doel van de studie kan worden neuroblasts nucleofected met verschillende plasmiden die fluorescerende eiwitten of wildtype / mutant eiwitten van belang. Voor een optimale eiwit expressie plasmiden met een CAG promotor (β-actine promoter met CMV enhancer en-β globine poly-A-staart) 26 zijn sterk aanbevolen. Bovendien kan siRNA oligo of shRNA plasmiden worden nucleofected om doelen van belang knockdown. Effectieve eiwit uitputting kan worden gevisualiseerd door immunofluorescentie of door western blot (meestal lyseren ingebed aggregaten van 1 rat pup met 50 ul van standaard lysisbuffer).
Nucleofection is een relatief eenvoudige methode om primaire neuroblasts transfecteren, biedt een eenvoudiger en sneller alternatief viral-vector gemedieerde transfectie, en kan hoge (~ 70-80%) transfectie efficiëntie te bereiken. Het is cruciaal om snel te werken tijdens de nucleofection procedure sinds het verlaten neuroblasts de nucleofection oplossing gedurende langere tijd drastisch vermindert cellevensvatbaarheid.
De gemiddelde cel opbrengst van RMS dissectie relatief laag voor P7 muizen (~ 5 x 10 5 cellen / brein) ten opzichte P7 ratten (~ 1 x 10 6 cellen / brein) en ten minste 3 x 10 6 cellen per nucleofection vereist de transfectie bereiken met ~ 50% rendement. Bovendien neuroblasts rat blijken beter bestand te nucleofectie vergelijking met muis neuroblasts. Daarom zou pups vroege postnatale (P6-P7) rat een handige neuroblast bron vertegenwoordigen, ook gezien het feit dat de organisatie van de rat en de muis RMS zijn opmerkelijk similar 27 en dat de omvang van rat en muis neuroblast migratie in vitro is ook vergelijkbaar. Het is raadzaam het opnieuw geaggregeerde clusters van nucleofected neuroblasts in suspensie niet te houden voor langer dan 48 uur aan abnormale effecten op cel morfologie en migratie (onze gepubliceerde waarnemingen) te vermijden.
De 3D assay beschreven kunnen worden gebruikt om neuroblast migratie kwantificeren op een vast tijdstip na inbedding in matrixmateriaal (bijv.. 24 uur). Aggregaten van verschillende afmetingen kunnen worden gebruikt bij de analyse, aangezien er geen significante correlatie tussen de grootte van de aggregaten en migratie afstand (onze niet gepubliceerde waarnemingen). Visualiseren en verder de dynamiek van neuroblast migratie te onderzoeken, kan time-lapse imaging worden gebruikt. Het wordt aanbevolen om de migratie-analyse uit te voeren binnen een 24 uur interval na het inbedden, omdat de snelheid van neuroblasts lijkt drastisch te verlagen op meer tijdstippen (onze gepubliceerde waarnemingen). </ P>
Er zijn enkele beperkingen aan deze protocol. Ten eerste kan nucleofection dusver worden voor vroege postnatale knaagdier neuroblasts, terwijl infectie met virale vectoren blijft de meest efficiënte transfectie methode voor volwassen neuroblasts 28. Ten tweede, de in vitro migratie assay niet volledig de complexe architectuur van de waargenomen in vivo RMS reproduceren. Ofschoon neuroblasts behouden het vermogen om te migreren op een soortgelijke manier om hun in vivo tegenhangers in de experimentele opzet beschreven ze geen interacties met andere RMS componenten zoals astrocyten en bloedvaten, die ook bijdragen tot hun beweeglijkheid 9,29 reguleren, 30. Dit probleem kan in de toekomst worden aangepakt door optimalisatie van driedimensionale coculture modelsystemen.
Tot slot, een combinatie nucleofectie met een 3D migratie test is een waardevol instrument om beter inzicht in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggenneuroblast migratie. De experimentele procedure wordt een eerste, snelle en relatief eenvoudige methode om de rol van kandidaat regulatoren van neuroblast migratie, die verder kan worden gevalideerd door andere benaderingen zoals in vivo elektroporatie en postnatale time-lapse beeldvorming van de hersenen slice cultures evalueren 28,31,32 .
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gefinancierd door een Wellcome Trust Project Grant toegekend aan PD en GL (089236/Z/09/Z). SG werd ondersteund door een biotechnologie en biologische wetenschappen Research Council PhD studentship. Wij danken Matthieu Vermeren voor het soort geschenk van de shRNA vector en Jennifer Shieh voor waardevolle adviezen over neuroblast nucleofectie.
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen Life Technologies | 15140-122 | |
2.5% Trypsin-EDTA (10x) | Gibco | 15090-046 | store 200 µl aliquots at -20 °C |
DNAse I Vial (D2) | Worthington | LK003170 | ≥1,000 units per vial; store 50 µl aliquots at -20 °C |
Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 11960-044 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Hyclone | SH3007902 | |
Neurobasal medium | Gibco | 21103-049 | |
B27 supplement | Invitrogen Life Technologies | 17504044 | |
L-Glutamine (200 mM) | Invitrogen Life Technologies | 25030-081 | |
D-(+)-Glucose solution (45%) | Sigma-Aldrich | G8769 | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, Growth Factor Reduced (GFR), Phenol Red-free, 10 ml, LDEV-Free | BD Biosciences | 356231 | prepare 120 µl aliquots at 4 °C, then store at -80 °C |
PFA | Sigma-Aldrich | 441242 | |
Sucrose | BDH | 102745C | |
Goat serum | Sigma-Aldrich | 69023 | |
Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
BSA | Fisher Chemical | BPE9701-100 | |
Dako fluorescence mounting medium | Dako | S3023 | |
Rat neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1003 | |
Mouse neuron nucleofection kit | Lonza | VPG-1001 | |
Microsurgical knife | Angiotech | 7516 | |
McIlwain tissue chopper | The Mickle Laboratory Engineering Company | ||
Nucleofector II | Lonza |