Serebellar Granül Nöronlar Genetik Manipülasyon<em> In Vitro</em> Ve<em> In Vivo</em> Nöronal morfoloji ve Göç Eğitim için
Summary
Nöronal morfogenezine ve göç doğru beyin gelişimi altında yatan çok önemli olaylardır. Burada, genetik olarak kültürlenmiş nöronlar ve serebellar granül morfolojisi ve nöronların göç özelliklerinin değerlendirilmesi için gelişmekte olan beyincik işlemek için yöntemleri tarif eder.
Abstract
Nöronal morfolojilerinden ve göç de dahil olmak üzere beyinde gelişimsel olaylar son derece In vitro. Süreçlerini yönetti ve in vivo bu olaylara karışan yolları belirlemek için derinlemesine bir nitelemeye imkan analiz edilmektedir. Gelişen beyincikte türetilen serebellar nöronlar granül (CGNs) morfolojik analiz için ideal bir model sağlayan bir sistemi vardır. Burada, bir genetik CGNs işlemek için bir yöntem ve ne kadar bireysel nöronların axono ve dendritogenesis çalışma açıklar. Bu yöntemle RNA girişim, aşırı ifadesi ya da küçük moleküllerin etkileri nöronlar kontrol ile karşılaştırılabilir. Buna ek olarak, kemirgen serebellar korteks baskın sonrası gelişim sayesinde vivo sistemde kolay erişilebilir. Ayrıca, genetik olarak gelişen cerebella işlemek ve daha sonra serebellar tanımlamak için bir in vivo elektroporasyon tekniği mevcut nöronal morfoloji değerlendirmek için analiznd göç.
Introduction
Beyincik akson büyüme ve göç mekanizmaları incelemek için mükemmel bir sistemdir. Beyincik nörobilim 1 çağlarından itibaren anatomik çalışmaların konusu olmuştur. Modern mikroskobu ve immunohistokimyasal teknikler önemli ölçüde genişletilmiş ve Santiago, Ramon ve üreter, 2-4 ile ilk keşifler rafine var. Fare genetik ve moleküler çalışmalar serebellar granül nöronların (CGNs) 5-7 gibi nöronlar farklı düzgün kablolama için gerekli önemli olayların daha iyi anlaşılmasına yol açan, serebellar gelişme kontrolünde temel büyüme ve transkripsiyon faktörlerini ortaya çıkardı.
Beyincik gelişmekte olan arka beyin 8 rhombomere 1 bir türevidir. 4. ventrikül çatı parçası olan eşkenar paralel dudak, en çok nöron popülasyonu oluşturacak serebellar granül nöron progenitörlerinin, yol açaryetişkin beyincik 9. Rostral göç, onlar serebellar anlage yerleşmek. Burada, granül nöron öncülerin mitoz kemirgenlerde doğumdan yer alan granüler tabaka, dış (EGL), dramatik genişlemesine yol açar. EGL itibaren, nöronlar Purkinje hücre tabakası sonuçta iç granüler tabaka (IGL 2) ikamet almak için geçmiş, moleküler tabakası (ML) ile içe göç başlar. Bu göç işlemi sırasında iki aksonlar ML içine uzanan iki kutuplu bir şekil kazanır. Ayrıca geçiş üzerine, hücre gövdesi uzakta aksonlardan göç ve iki işlem, bir çatallı, T-şekilli bir akson 10 oluşturmak için sigorta. Daha sonra, bu bölümler halinde ve akson olarak paralel lifler adlandırılır. IGL yerleşince, CGNs yosunlu lifleri ile sinaps kurmak dendritik pençeleri oluşturur dendrit, büyür. , Gelişen beyincikte temel süreçleri incelemek için, bir in vitro ve in vivo yaklaşımların bir arayah güvenilir sonuçlar ve sonuçlar sağlar.
CGNs sadece beyincik ancak tüm beynin en çok nöronlardır ve yüksek saflıkta 11-13 için kültürlenebilir. Kültürde, bu son derece homojen nöronal nüfusu hızla postmitotic olur ve kolayca tanımlanabilir akson ve dendritler ile bir polar morfoloji kazanır. Kültürlü CGNs progenitör çoğalma, farklılaşma, akson ve dendrit gelişim, nöronal göç, apoptoz ve elektrofizyolojik özellikleri (14-19 ve diğerleri) içeren sinirsel gelişimin çeşitli yönlerini incelemek için son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Genetik manipülasyon kullanımı kültürlü CGNs çok yönlülüğünü genişletilmiş ve yukarıda belirtilen olayların içine daha fazla mekanik içgörü için izin verdi. Verimliliği düşük kalsiyum fosfat veya kutup işaretleri veya yazılım destekli analiz olanakları ile immünsitokimya ardından lipofilik yöntemleri kullanarak kültürlü nöronların transfeksivonuyoğun bir nöronal kültüründe bireysel nöronların örneğin morfolojisinin değerlendirilmesi tates. Bu yaklaşımla, akson ve dentrit büyümesi ilgi konusu olan proteinlerin rolü 20-25,26-28 incelenebilir. Bu kültür sistemi, bununla birlikte göç çok yüksek yoğunluklu kültürde sınırlı olduğu nöronal göç analiz etmek için daha az yararlıdır ve alt kültürleri olarak gerektirir. Akson ve dentrit büyümesi in vitro analiz, RNA girişim (i) kombinasyonlarını kullanarak bir sinyal yolunun bağlantılı proteinlerin inceleme sağlar, fazla sentezlenme ya da küçük moleküller.
Akson ve dentrit büyümesi düzenleme ya da nöronal göç ilgilenilen proteinin ilişkisini kurmak için, in vivo elektroporasyon (İVE) tekniği gelişmekte serebellar korteks analizi sağlar. Kemirgenlerde serebellar gelişme ilk iki doğum sonrası haftalara şekilde uzanan gerçeği nedeniyle, beyincik bir accessib temsil ederakson ve dendrit, nöronal göç, sinaptogenez ve apoptoz 20-24,29,30,26,27,31-34 gelişmekte incelemek için genetik manipülasyonlar le beyin yapısı. Buna ek olarak, bu model sistemi, aynı zamanda, akson yol bulma, kablo ve Birlikte alındığında nöronlar ve nöron-glia etkileşimlerinin bağlantısı gibi sağlam serebellar korteks gerektiren nöronal gelişimin diğer yönleri için faydalıdır, bu protokol, in vitro ve in vivo teknikler mücadele sağladığı nöronal morfolojilerinden ve göç konusunda tamamlayıcı bir yaklaşım.
Protocol
Representative Results
Discussion
Avantajları ve in vitro ve in vivo metotları tarif sınırlamaları:
Fare ve sıçan Kültür CGNs eşit derecede iyi morfolojik analizler için uygundur. Bir sıçan beyincik büyük boyutu sayesinde, sıçan yavrularından CNGs verim fare yavrularının 3-4x o aşıyor. Kenara CGNs gelen, kortikal ve hipokampal nöronların yanı sıra kültür sistemi olarak kullanılabilir. Kalsiyum fosfat yöntemi bireysel nöronların morfolojisini analiz etmek için arzu edilen bir…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz istatistiksel analizler ile yardım için, mükemmel teknik yardım C. Hammer ve S. Papiol N. Schwedhelm-Domeyer teşekkür ederim. Çalışmalarımız Max Planck Derneği, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Nanoseviye Mikroskopi Merkezi ve Beyin Moleküler Fizyoloji (CNMPB), Göttingen, Almanya ve Göttingen Üniversitesi GGNB Gençler Grubu Stipend tarafından finanse edilmektedir.
Materials
| DMEM | Gibco | 11960-044 | |
| BME | Gibco | 41010-026 | |
| Insulin | Sigma-Aldrich | Si-1-4011 | |
| Poly-L-Ornithine | Sigma-Aldrich | P-2533 | |
| CaCl2 | Appli-Chem | A3652 | |
| Isofluorane | Actavis Deutschland | ||
| Tissue-Tek OCT | Sakura | ||
| Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| ECM 830 and tweezertrodes | Harvard Apparatus | ||
| Epifluorescence microscope and camera | Nikon | ||
| SP2 confocal microscope | Leica | ||
| ImageJ | NIH | ||
| Imaris 7.4.2 | Bitplane, Inc. | ||
| GraphPad Prism | GraphPad Software, Inc. | ||
| MS Excel | Microsoft | ||
| Loading tip 1-200 µl | Costar | 4853 | |
| Pipette tip 200 µl | Sarstedt | 70.760.502 | |
| Microlance 3 needle, 30 gauge | BD | 302200 | |
| 50 µl gastight Syringe 1705 | Hamilton | ||
| Glass coverslips | Thermo Scientific Menzel Glaeser | CB00120RA1 |
References
- Cajal, S. R. . Histology of the nervous system of man and vertebrates. , (1995).
- Altman, J., Bayer, S. A. . Development of the cerebellar system : in relation to its evolution, structure, and functions. , (1997).
- White, J. J., Reeber, S. L., Hawkes, R., Sillitoe, R. V. Wholemount immunohistochemistry for revealing complex brain topography. J. Vis. Exp. , (2012).
- Palay, S. L., Chan-Palay, V. . Cerebellar cortex: cytology and organization. , (1974).
- Hatten, M. E., Alder, J., Zimmerman, K., Heintz, N. Genes involved in cerebellar cell specification and differentiation. Curr. Opin. Neurobiol. 7, 40-47 (1997).
- Hatten, M. E., Heintz, N. Mechanisms of neural patterning and specification in the developing cerebellum. Annu. Rev. Neurosci. 18, 385-408 (1995).
- Sillitoe, R. V., Joyner, A. L. Morphology molecular codes, and circuitry produce the three-dimensional complexity of the cerebellum. Ann. Rev. Dev. Biol. 23, 549-577 (2007).
- Zervas, M., Millet, S., Ahn, S., Joyner, A. L. Cell behaviors and genetic lineages of the mesencephalon and rhombomere 1. Neuron. 43, 345-357 (2004).
- Wingate, R. J. The rhombic lip and early cerebellar development. Curr. Opin. Neurobiol. 11, 82-88 (2001).
- Kawaji, K., Umeshima, H., Eiraku, M., Hirano, T., Kengaku, M. Dual phases of migration of cerebellar granule cells guided by axonal and dendritic leading processes. Mol. Cell Neurosci. 25, 228-240 (2004).
- Hatten, M. E., Gao, W. -. Q., Morrison, M. E., Mason, C. A. Cellular and molecular neuroscience. , 419-41 .
- Lee, H. Y., Greene, L. A., Mason, C. A., Manzini, M. C. Isolation and culture of post-natal mouse cerebellar granule neuron progenitor cells and neurons. J. Vis. Exp. , (2009).
- Bilimoria, P. M., Bonni, A. Cultures of cerebellar granule neurons. CSH Protoc. 2008, (2008).
- Rivas, R. J., Hatten, M. E. Motility and cytoskeletal organization of migrating cerebellar granule neurons. J. Neurosci. 15, 981-989 (1995).
- Kuhar, S. G., et al. Changing patterns of gene expression define four stages of cerebellar granule neuron differentiation. Development. 117, 97-104 (1993).
- Baird, D. H., Hatten, M. E., Mason, C. A. Cerebellar target neurons provide a stop signal for afferent neurite extension in vitro. J. Neurosci. 12, 619-634 (1992).
- Segal, R. A., Pomeroy, S. L., Stiles, C. D. Axonal growth and fasciculation linked to differential expression of BDNF and NT3 receptors in developing cerebellar granule cells. J. Neurosci. 15, 4970-4981 (1995).
- Gallo, V., Ciotti, M. T., Coletti, A., Aloisi, F., Levi, G. Selective release of glutamate from cerebellar granule cells differentiating in culture. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 79, 7919-7923 (1982).
- Smith, T. C., Wang, L. Y., Howe, J. R. Distinct kainate receptor phenotypes in immature and mature mouse cerebellar granule cells. Physiol. 517 (1), 51-58 (1999).
- Konishi, Y., Stegmuller, J., Matsuda, T., Bonni, S., Bonni, A. Cdh1-APC controls axonal growth and patterning in the mammalian brain). Science. 303, 1026-1030 (2004).
- Stegmuller, J., Huynh, M. A., Yuan, Z., Konishi, Y., Bonni, A. TGFbeta-Smad2 signaling regulates the Cdh1-APC/SnoN pathway of axonal morphogenesis. J. Neurosci. 28, 1961-1969 (2008).
- Stegmuller, J., et al. Cell-intrinsic regulation of axonal morphogenesis by the Cdh1-APC target SnoN. Neuron. 50, 389-400 (2006).
- Kannan, M., Lee, S. J., Schwedhelm-Domeyer, N., Nakazawa, T., Stegmuller, J. p250GAP is a novel player in the Cdh1-APC/Smurf1 pathway of axon growth regulation. PLoS One. 7, (2012).
- Kannan, M., Lee, S. J., Schwedhelm-Domeyer, N., Stegmuller, J. The E3 ligase Cdh1-anaphase promoting complex operates upstream of the E3 ligase Smurf1 in the control of axon growth. Development. 139, 3600-3612 (2012).
- Gaudilliere, B., Konishi, Y., de la Iglesia, N., Yao, G., Bonni, A. A. CaMKII-NeuroD Signaling Pathway Specifies Dendritic Morphogenesis. Neuron. 41, 229-241 (2004).
- Yang, Y., et al. A Cdc20-APC ubiquitin signaling pathway regulates presynaptic differentiation. Science. 326, 575-578 (2009).
- Litterman, N., et al. An OBSL1-Cul7Fbxw8 ubiquitin ligase signaling mechanism regulates Golgi morphology and dendrite patterning. PLoS Biol. 9, (2011).
- Kim, A. H., et al. A centrosomal Cdc20-APC pathway controls dendrite morphogenesis in postmitotic neurons. Cell. 136, 322-336 (2009).
- Shalizi, A., et al. A calcium-regulated MEF2 sumoylation switch controls postsynaptic differentiation. Science. 311, 1012-1017 (2006).
- Vadhvani, M., Schwedhelm-Domeyer, N., Mukherjee, C., Stegmuller, J. The Centrosomal E3 Ubiquitin Ligase FBXO31-SCF Regulates Neuronal Morphogenesis and Migration. PLoS One. 8, (2013).
- Puram, S. V., et al. A CaMKIIbeta signaling pathway at the centrosome regulates dendrite patterning in the brain. Nat. Neurosci. , (2011).
- Jia, Y., Zhou, J., Tai, Y., Wang, Y. TRPC channels promote cerebellar granule neuron survival. Nat. Neurosci. 10, 559-567 (2007).
- Huynh, M. A., et al. An isoform-specific SnoN1-FOXO1 repressor complex controls neuronal morphogenesis and positioning in the mammalian brain. Neuron. 69, 930-944 (2011).
- de la Torre-Ubieta, L., Bonni, A. Transcriptional regulation of neuronal polarity and morphogenesis in the mammalian brain. Neuron. 72, 22-40 (2011).
- Calissano, P., et al. Recombinant human insulin-like growth factor I exerts a trophic action and confers glutamate sensitivity on glutamate-resistant cerebellar granule cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 8752-8756 (1993).
