Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del tubo neural, pero migran a alcanzar los objetivos adecuados. Branchiomotor facial (FBM), las neuronas son un modelo útil para estudiar la migración neuronal. Este protocolo describe la cultura wholemount ex vivo de hindbrains embrión de ratón para investigar los mecanismos que regulan la migración FBM.
Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del cerebro, pero posteriormente migran a nuevos destinos para alcanzar los objetivos adecuados. Por lo tanto, Descifrar las señales moleculares que guían la migración de manera cooperativa neuronal en el cerebro embrionario es importante entender cómo las complejas redes neuronales se forman que luego sostener la vida postnatal. Branchiomotor facial (FBM), las neuronas en el cerebro posterior embrión de ratón migran desde rombómero (R) 4 caudalmente para formar los núcleos faciales apareados en la región derivada-R6 de la parte posterior del cerebro. Aquí le ofrecemos un protocolo detallado para wholemount cultivo ex vivo de hindbrains embrión de ratón adecuados para investigar las vías de señalización que regulan la migración FBM. En este método, hindbrains de embriones E11.5 ratón se disecan y se cultivaron en una preparación de libro abierto en insertos de cultivo celular de 24 horas. Durante este tiempo, las neuronas FBM migran caudalmente hacia R6 y pueden estar expuestos a anticuerpos función de bloqueo y los pequeños moleculES en los medios de cultivo o perlas de heparina cargadas con proteínas recombinantes para examinar las funciones para las vías de señalización implicadas en la orientación de la migración neuronal.
Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del cerebro, pero posteriormente migran a nuevos destinos para llegar a las regiones de destino apropiados que se encuentran a una gran distancia. El correcto posicionamiento de los cuerpos celulares neuronales en lugares apropiados a lo largo de los ejes dorso-ventral y anterior-posterior del cerebro en desarrollo es esencial para el cableado correcto, la supervivencia, y la función de estas neuronas después de la etapa migratoria 1-4. De manera similar a los mecanismos moleculares que controlan axón orientación 5-7, se cree conjuntos combinatorios de las señales de atracción y repulsión para guiar las neuronas que migran 1,8. Sin embargo, debido a las interacciones de múltiples tipos de células, las señales que controlan la migración neuronal han sido estudiados con menos intensidad que los involucrados en el direccionamiento del axón, que se puede estudiar la célula autónoma. El cerebro posterior desarrollo de los vertebrados se ha utilizado en varios estudios recientes para entender los mecanismos moleculares y celularesde la migración neuronal, por ejemplo en la chica, el ratón y el pez cebra 1-4,9. Este órgano contiene varios tipos diferentes de neuronas, incluyendo varios subtipos de precerebellar y neuronas motoras 5,7,10,11.
Motorneuron Rombencéfalo nacen en la zona ventricular cerca de la placa del piso, y se diferencian en subconjuntos específicos de acuerdo a su rhombomere de origen 1,12. El branchiomotor facial (FBM), las neuronas se generan en rombómero (R) 4 en el cerebro posterior y se extienden sus axones dorsalmente a través de un punto de salida R4 en el segundo arco branquial para inervar los músculos faciales 2,9,13. Neuronas FBM de pez cebra y ratones proporcionan excelentes modelos para estudiar los mecanismos moleculares y celulares de la migración neuronal en un proceso que se visualiza fácilmente, debido a que estas neuronas reproducible translocan su cuerpos celulares en un proceso espaciotemporalmente bien definida. En ratones, las neuronas migran FBM primera cauDally través de R5 y entonces tanto en sentido caudal y ventral para alcanzar su posición final en el lado pial del cerebro posterior en el territorio de r6, donde forman los núcleos apareados del nervio craneal VII (Viin) 10,11,14. En el pez cebra, las neuronas migran ventralmente FBM inicialmente y luego cambian de dirección en el límite de la R4-R5 continuar migrando hacia la superficie pial de una manera dependiente de la laminina 4,12,15,16. Esta migración procede durante un período de varios días en el desarrollo y se puede dividir en fases de la migración tangencial y radial, lo que permite la identificación de moléculas que median estos dos procesos distintos. En contraste, las neuronas FBM de la parte posterior del cerebro de embriones de pollo permanecen en R4 3,13,17-19.
Durante su migración, las neuronas FBM se pueden identificar, al igual que otros tipos o neuronas motoras, a través de su expresión del factor de transcripción de los islotes homoeodomain 1 (ISL1) 14. Por lo tanto, Mayoristasla tinción de inmunofluorescencia emount o hibridación in situ para este marcador en diferentes etapas de desarrollo revela la corriente migratoria distinta de FBM somas se extiende desde R4 a R6 en el pez cebra o el ratón 4,15,16. Por otra parte, los reporteros transgénicos fluorescentes tales como ISL1-GFP se han utilizado como herramientas adecuadas para visualizar la migración de neuronas en el pez cebra FBM 3,17-19. Además de su idoneidad para la formación de imágenes, muchos investigadores han estudiado la migración de las neuronas FBM en el desarrollo de pez cebra, porque sus embriones de vida libre se pueden manipular fácilmente con técnicas de trasplante de células y compuestos farmacológicos aplicados directamente al agua del acuario. En contraste, el embrión de ratón desarrolla encerrado en el útero, lo que impide la implantación de perlas que transportan las señales de orientación o la administración de anticuerpos de la función de bloqueo que no cruzan la barrera placentaria. Además, los compuestos farmacológicos administrados a la madre embarazada puede tener sinefectos secundarios deseados que pueden afectar indirectamente la embriogénesis. Eludir esta limitación, hemos desarrollado un método ex vivo para la cultura posterior del cerebro del ratón todo que es compatible con la migración de las neuronas FBM y la supervivencia durante 24 horas después de la explantación 7,16. Este método permite la manipulación farmacológica fácil, la implantación de los granos que llevan las señales de orientación o la administración de anticuerpos de la función de bloqueo y también podría ser adaptado para estudiar la migración de otros subtipos neuronales en el cerebro posterior en diferentes etapas de desarrollo.
Este protocolo describe la cultura wholemount de hindbrains E11.5 ratón en un sistema transwell para estudiar la migración de las neuronas FBM. Este protocolo permite a neuronas motoras del cerebro posterior ratón para mantenerse con vida y la migración por un período de 24 horas, lo que permite la manipulación ex vivo. Este método tiene numerosas ventajas experimentales para los investigadores que tratan de identificar los mecanismos moleculares y celulares de la migración neuronal. Considerando que los ensayos de migración tradicionales explante pequeñas piezas de tejido neural en la matriz en placas de cultivo y permiten la observación de las neuronas individuales, ya que responden a estímulos exógenos, una gran ventaja del ensayo Transwell es su idoneidad para manipular las neuronas que migran dentro del entorno de órganos anfitrión y por lo tanto una más contexto fisiológico. Es importante destacar que las sustancias se pueden aplicar fácilmente a los explantes in vivo del cerebro posterior ex para probar su efecto sobre la migración neuronal, evitando los posibles efectos secundarios asociados con administesonar estas sustancias a un ratón embarazada. Por último, el modelo in vivo ex también permite el ensayo de sustancias que no cruzan la barrera placentaria, tales como anticuerpos función de bloqueo. Debido a estas ventajas, el cerebro posterior cultivo ex vivo proporciona un método alternativo y complementario a la utilización de embriones de pez cebra, que pueden ser tratados con moléculas pequeñas solubles en agua en el agua del acuario, o en el útero de la electroporación de cerebros de embriones, que requiere el uso de especializada equipo y es más difícil de dominar que la técnica de cultivo descrito aquí. Otra ventaja del protocolo descrito aquí es su susceptibilidad a la implantación de perlas empapadas en proteína recombinante u otros reactivos, por lo tanto, permite la aplicación de un método embriológico estándar desarrollado para manipular los embriones de pollo a un modelo de ratón de la migración neuronal. En particular, el modelo in vivo ex cultivo puede ser aplicado a hindbrains de ratones modificados genéticamente defectuosativa en moléculas específicas implicadas en la migración neuronal, tales como receptores de crecimiento o el factor de orientación, y en combinación con implantes de talón para probar si se pierde la capacidad de respuesta a los ligandos. Además de la manipulación farmacológica, el protocolo in vivo ex cultura también podría ser adaptado para electroporar vectores de expresión que podrían manipular la expresión de genes de interés; métodos apropiados para la electroporación se han descrito previamente 22,23. Este protocolo también puede estar adaptado para visualizar la migración de las neuronas por microscopía de lapso de tiempo en explantes de cerebro posterior de los ratones transgénicos que contienen las neuronas FBM marcados con fluorescencia, por ejemplo ISL1-Cre; Rosa26Yfp 21. Finalmente, este protocolo también se puede usar para estudiar otros tipos de neuronas que migran en el cerebro posterior, tales como los que forman la oliva inferior, aunque esto requeriría el uso de hindbrains en las etapas embrionarias de edad avanzada y puede requerir la cultura para un máximo de 48 h, dependiendo de la viabilidad neuronal <em> Ex vivo.
Los pasos críticos y solución de problemas
Para el éxito de este protocolo, es crucial que los embriones se recogen temprano en E11.5 día, más cerca de E11.25, cuando FBM la migración de las neuronas recién ha comenzado. Sin embargo, no siempre es posible coger embriones en esta etapa del desarrollo debido a la variabilidad de apareamiento natural de los ratones, y, en consecuencia, puede haber algo de variabilidad en la extensión de FBM migración entre diferentes experimentos. La variabilidad en la migración FBM también se puede observar si el experimento no se completa dentro del marco de tiempo asignado, alrededor de 3 horas, como se puede ver en la figura 3E. Tejido Rombencéfalo de embriones de ratón E11.25 es delicado. Cuando la disección y durante todo el procedimiento de explante, es importante no romper el tejido cerebro posterior en las áreas de R4-R6 donde se encuentran las neuronas FBM. Debido a la naturaleza delicada de la Tesisproceso exión, y debido a la velocidad a la que hindbrains se colocan en la cultura influye en los resultados, el procedimiento puede tardar un par de la práctica funciona de dominar, en particular, antes de que se utilizaron muestras preciosas o reactivos. Por último, es importante que el tejido de cerebro posterior se coloca en una configuración libro abierto en la inserción del cultivo, porque el plegado de la parte posterior del cerebro durante el cultivo de tejido evitará la migración normal de FBM (véase la figura 3F).
The authors have nothing to disclose.
MT es apoyado por una beca de doctorado [ref. 092839/Z/10/Z] y CR por un nuevo Premio Investigador [ref. 095623/Z/11/Z] de la Wellcome Trust.
Eppendorf round-bottomed reagent tube, 2.0 ml (Safe-Lock) | VWR | 211-2120 | |
Cell culture plates, 12 well | Thermo Scientific | 150628 | |
Plastic cell culture dish, 100 mm | Thermo Scientific | 150288 | |
15 mm Netwell insert with Mesh Polyester Membrane | Corning | 3477 | |
Watchmaker forceps, no. 5 | Dumont | 91150-20 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Laminin mouse protein | Life Technologies | 23017-015 | |
Primary antibody, Isl1 | Developmental Hybridoma Bank | 39.4D5 | Dilution 1/100 |
AlexaFluor 488-conjugated goat anti mouse secondary antibody | Life Technologies | A11029 | Dilution 1/200 |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103 | |
B27 supplement (50x) | Life Technologies | 17504-044 | |
Leibovitz’s L-15 | Life Technologies | 21083-027 | |
Penicillin/ streptomycin | Life Technologies | 15070 | |
Glucose | VWR | 101174Y | |
Heat-inactivated goat serum | Sigma | G9023 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Slowfade Antifade Kit | Life Technologies | S-2828 | Alternative mounting solutions may be used |
Microscope slides | VWR | 631-0912 | |
Cover glass | VWR | 631-0137 | |
Affi-Gel Heparin Beads | Biorad | 153-6173 | Glass, latex, or coloured beads may be used alternatively |
Recombinant human VEGF165 | R&D systems | 293-VE | Resuspend in PBS, store aliquots at -80oC |
Stereo Microscope, Leica MZ16 | Leica | ||
Confocal laser scanning microscope LSM710 | Zeiss |