Summary

Selektiv Udtømning af Mikroglia fra cerebellare Granule cellekulturer anvendelse af L-leucin-methylester

Published: July 07, 2015
doi:

Summary

Microglia can influence neurons and other glia in culture by various non-cell autonomous mechanisms. Here, we present a protocol to selectively deplete microglia from primary neuronal cultures. This method has the potential to elucidate the role of microglial-neuronal interactions, with implications for neurodegenerative conditions where neuroinflammation is a hallmark feature.

Abstract

Microglia, the resident immunocompetent cells of the CNS, play multifaceted roles in modulating and controlling neuronal function, as well as mediating innate immunity. Primary rodent cell culture models have greatly advanced our understanding of neuronal-glial interactions, but only recently have methods to specifically eliminate microglia from mixed cultures been utilized. One such technique – described here – is the use of L-leucine methyl ester, a lysomotropic agent that is internalized by macrophages and microglia, wherein it causes lysosomal disruption and subsequent apoptosis13,14. Experiments using L-leucine methyl ester have the power to identify the contribution of microglia to the surrounding cellular environment under diverse culture conditions. Using a protocol optimized in our laboratory, we describe how to eliminate microglia from P5 rodent cerebellar granule cell culture. This approach allows one to assess the relative impact of microglia on experimental data, as well as determine whether microglia are playing a neuroprotective or neurotoxic role in culture models of neurological conditions, such as stroke, Alzheimer’s or Parkinson’s disease.

Introduction

Den menneskelige hjerne består af en anslået 85 milliarder neuroner og en yderligere 85 milliarder ikke-neuronale celler, herunder glia 1. For størstedelen af ​​de seneste 100 år neuroforskere har fokuseret overvejende på neuronal celle befolkning, at tro gliaceller være lidt mere end passive støtte celler, der er fastsat strukturstøtte til neuronerne – dermed den græske etymologi af 'glia "oversat til engelsk som "lim". Imidlertid for nylig er det blevet mere klart, at neuronale-glia interaktioner kan være langt mere grundlæggende til grundlæggende aspekter af neurobiologi, neurofysiologi og tilblivelsen og progression af mange neurodegenerative sygdomme. Cerebellumgranulaceller (CGC), den mest rigelige homogen neuronal population i den menneskelige hjerne, dominerer cerebellum og udgør mere end 90% af dets cellulære bestanddele. Derfor er disse celler blevet anvendt i udstrakt grad in vitro som et modelsystem til tHan studerer af neuronal udvikling, funktion og patologi 2-6.

Imidlertid CGC kulturer indeholder stadig mikroglia og andre glia i velsagtens signifikante proportioner. Som et resultat heraf kan CGC data putativt udviser direkte neuronale reaktioner på forskellige celletyper behandlinger faktisk opstår – delvis eller i alt – fra den indirekte sekundær reaktion af tilstødende glia i kulturen. For at vurdere dette, vi selektivt elimineret mikroglial fra CGC neuronale kulturer ved hjælp af L-leucinmethylester (LME). LME er en lysomotropic agent oprindeligt brugt til selektivt at ødelægge makrofager 7, og er siden blevet brugt til også selektivt nedbryder microglia fra neural, astrocyt, og blandede glial kulturer 8,9,10. LME internaliseres af makrofager og mikroglia, hvor det forårsager lysosomal forstyrrelser og efterfølgende apoptose 13,14. Makrofager og mikroglia er karakteristisk rig i lysosomer, får dem til at være particularly sårbar ved eksponering for LME-behandling. Denne protokol giver en kraftig, men alligevel enkel og nem måde at fastslå bidrag mikroglia i forsøg udnytte CGC og andre neuronale / gliale dyrkningssystemer.

Protocol

Alle forsøgene beskrevet heri, blev udført i overensstemmelse med De Forenede Kongerige Dyr (Videnskabelige procedurer) Act of 1986. 1. Fremstilling af instrumenter, Kultur Medier og fade Forbered to rustfrit stål laboratorium dissekere saks og to rustfrit stål laboratorium pincet. Autoklaver alle instrumenter og sted i en kultur hætte O / N under ultraviolet lys (UV) lys til sterilisering. Gøre 500 ml minimum essentielt medium (MEM) dyrkningsmedium (10% føtalt bo…

Representative Results

Evne denne teknik til selektivt fjerne mikroglia fra CGC og / eller blandede kulturer afhængig den efterfølgende evne investigator til præcist at identificere og differentiere mikroglia fra de omkringliggende celler. Som vist i figur 2 Dette kan opnås ved anvendelse af en mikroglial-specifik celle maker, såsom isolectin-B4, som illustreret i figur 1. Blev der ikke observerbare ændringer astrocyt og neuronal tæthed og morfologi registreres for hvert vigtigste behandlingsgruppe. Vi…

Discussion

De vigtigste skridt til at sikre en vellykket selektiv fjernelse af mikroglia fra CGC og / eller blandede kulturer er: 1) at opretholde en steril og sund CGC kultur; 2) filtersterilisering LME-holdige medium og returnere opløsningen til pH 7,4; 3) at holde de tilbageholdte CGC medier og LME-holdige medier ved 37 ° C for at undgå varme chok; og 4) at arbejde hurtigt for at reducere den tid, cellerne holdes uden for inkubatoren.

Vi brugte 25 mM LME at nedbryder mikroglia fra vo…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was support by an Aims2Cure, UK and a UCL Impact Award Ph.D. studentship to JMP and an MRC Capacity Building Ph.D. studentship in Dementia to JMP.

Materials

Forceps  Sigma-Aldrich F4142 The curved end facilitates removal of the cerebellum 
Micro-dissecting scissors Sigma-Aldrich S3146 Straight, sharp point facilitates rodent P4-7 dissection 
L-leucine methyl ester hydrochloride Sigma-Aldrich 7517-19-3
EBSS solution  Sigma-Aldrich E7510-500 ml
Poly-D-lysine Sigma-Aldrich 27964-99-4 Coat coverslips 1 day before use 
Bovine serum albumin (BSA) Sigma-Aldrich A9418
Phosphate buffered saline (PBS) Sigma-Aldrich P4417
DNase Sigma-Aldrich D5025
Soybean trypsin inhibitor  Sigma-Aldrich T6414
Mouse anti-ED1 antibody  Abcam ab31630

References

  1. Herculano-Houzel, S. The remarkable, yet not extraordinary, human brain as a scaled-up primate brain and its associated cost. PNAS. 26 (109), 10661-10668 (2012).
  2. Evans, G. J., &Pocock, J. M. Modulation of neurotransmitter release by dihydropyridine-sensitive calcium channels involves tyrosine phosphorylation. Eur J Neuro. 11 (1), 279-292 (1999).
  3. Kingham, P. J., Cuzner, M. L., Pocock, J. M. Apoptotic pathways mobilized in microglia and neurones as a consequence of chromogranin A-induced microglial activation. J Neurochem. 73 (2), 538-547 (1999).
  4. Contestabile, A. Cerebellar granule cells as a model to study mechanisms of neuronal apoptosis or survival in vivo and in vitro. Cerebellum. 1 (1), 41-55 (2002).
  5. Kramer, D., Minichiello, L. Cell culture of primary cerebellar granule cells. Methods Mol Biol. 633, 233-239 (2010).
  6. Facci, L., Skaper, S. D. Culture of rat cerebellar granule neurons and application to identify neuroprotective agents. Methods Mol Biol. 846, 23-37 (2012).
  7. Thiele, D. L., Kurosaka, M., Lipsky, P. E. Phenotype of the accessory cell necessary for mitogen-stimulated T and B cell responses in human peripheral blood: delineation by its sensitivity to the lysosomotropic agent, L-leucine methyl ester. J Immunology. 131 (5), 2282-2290 (1983).
  8. Giulian, D., Vaca, K., Corpuz, M. Brain glia release factors with opposing actions upon neuronal survival. J Neurosci. 13 (1), 29-37 (1993).
  9. Guillemin, G., et al. Obtention and characterization of primary astrocyte and microglial cultures from adult monkey brains. J Neurosci Res. 49 (5), 576-591 (1997).
  10. Hewett, J. A., Hewett SJ, ., Winkler, S., Pfeiffer SE, . Inducible nitric oxide synthase expression in cultures enriched for mature oligodendrocytes is due to microglia. J Neurosci Res. 56 (2), 189-198 (1999).
  11. Jebelli, J., Hooper, C., &Pocock, J. M. Microglial p53 activation is detrimental to neuronal sysnapses during activaton-induced inflammation: implications for neurodegeneration. Neurosci Lett. 7 (583), 92-97 (2014).
  12. Frade, J., et al. Glutamate induces release of glutathione from cultured rats astrocytes – a possible neuroprotective mechanism. J Neurochem. 105 (4), 1144-1152 (2008).
  13. Hamby, M. E., Uliasz, T. F., Hewett, S. J., Hewett, J. A. Characterization of an improved procedure for the removal of microglia from confluent monolayers of primary astrocytes. J Neurosci Methods. 150 (1), 128-137 (2006).
  14. Morgan, S. C., Taylor, D. L., Pocock, J. M. Microglia release activators of neuronal proliferation mediated by activation of mitogen-activated protein kinase, phosphatidylinositol-3-kinase/Akt and delta-Notch signalling cascades. J Neurochem. 90 (1), 89-101 (2004).
  15. Crocker, S. J., Frausto, R. F., Whitton, J. L., Milner, R. A novel method to establish microglia-free astrocyte cultures: comparison of matrix metalloproteinase expression profiles in pure cultures of astrocytes and microglia. Glia. 56 (11), 1187-1198 (2008).
  16. Kumamaru, H., et al. Liposomal clodronate selectively eliminates microglia from primary astrocyte cultures. J Neuroinflamm. 9, 116 (2012).

Play Video

Citer Cet Article
Jebelli, J., Piers, T., Pocock, J. Selective Depletion of Microglia from Cerebellar Granule Cell Cultures Using L-leucine Methyl Ester. J. Vis. Exp. (101), e52983, doi:10.3791/52983 (2015).

View Video