Summary

Stripe Assay til at studere den attraktiv eller Repulsive aktivitet af et protein underlaget med Dissocierede hippocampusneuroner

Published: June 19, 2016
doi:

Summary

Axon guidance molecules regulate neuronal migration and targeted growth-cone navigation. We present a powerful method, the stripe assay, to assess the ability of guidance molecules to attract or repulse neurons. In this protocol, we demonstrate the stripe assay by showing FLRT2’s ability to repel cultured hippocampal neurons.

Abstract

Growing axons develop a highly motile structure at their tip, termed the growth cone. The growth cone contacts extracellular environmental cues to navigate axonal growth. Netrin, slit, semaphorin, and ephrins are known guidance molecules that can attract or repel axons upon binding to receptors and co-receptors on the axon. The activated receptors initiate various signaling molecules in the growth cone that alter the structure and movement of the neuron. Here, we describe the detailed protocol for a stripe assay to assess the ability of a guidance molecule to attract or repel neurons. In this method, dissociated hippocampal neurons from E15.5 mice are cultured on laminin-coated dishes processed with alternating stripes of ectodomain of fibronectin and leucine-rich transmembrane protein-2 (FLRT2) and control immunoglobulin G (IgG) fragment crystallizable region (Fc) protein. Both axons and cell bodies were strongly repelled from the FLRT2-coated stripe regions after 24 h of culture. Immunostaining with tau1 showed that ~90% of the neurons were distributed on the Fc-coated stripes compared to the FLRT2-Fc-coated stripes (~10%). This result indicates that FLRT2 has a strong repulsive effect on these neurons. This powerful method is applicable not only for primary cultured neurons but also for a variety of other cells, such as neuroblasts.

Introduction

Axon vejledning er den proces, hvorved nydannede neuroner sender axoner til deres target under udviklingen af nervesystemet 1,2. Udviklingslande axoner bære en meget motile struktur på deres spids kaldes kegle vækst. Keglen vækst registrerer ekstracellulære stikord til at navigere Axon vej. Guidance molekyler, såsom slids, semaphorin og ephriner, kan tiltrække eller frastøde axoner afhængigt af deres interaktion med egnede receptorer og co-receptorer på Axon 1,3,4. De aktiverede receptorer overfører signaler til væksten kegle, der påvirker dets cytoskeletorganisation for Axon og vækst-kegle bevægelser.

Der er udviklet forskellige metoder til at vurdere virkningen af ​​tiltrækkende og frastødende molekyler. Kemo-tiltrækkende og afskrækningsmidler kan administreres i vækst / dyrkningsmediet med en gradient koncentration (f.eks., Dunns kammer eller u–slides) 5,6, i en meget koncentreret stedet ved mikro-pipette (f.eks., drejning assay) 7 eller ved en homogen koncentration af bad program (f.eks., vækst kegle sammenbrud assay) 8,9.

Andre metoder omfatter en stribe assay eller mikrokontakt-printing (μCP), hvori en kemo-tiltrækningsstof eller frastødende coates på overfladen af en plade som substrat 10-12. Thestripe assay blev oprindeligt udviklet af Bonhoeffer og kolleger i 1987 for at analysere topografisk kortlægning i chick retino-tectal systemet 13. Den oprindelige metode krævede et vakuumsystem til kappeproteiner på polycarbonat Nucleopore membraner ved anvendelse stribede og i indgreb matricer. I senere versioner, blev de rekombinante proteiner er direkte trykt på overfladen af en agarplade i et stribet mønster under anvendelse smal spalte silicium matricer 14,15. For nylig har forskellige forskergrupper succes anvendt denne stribe assay til analysen af axon vejledning molekyle aktiviteter 16-21.

<p class = "jove_content"> Her præsenterer vi den detaljerede protokol for en stribe forsøg, der måler den tiltrækning eller frastødning af axon vejledning molekyler til dissocierede hippocampus neuroner. Især kan denne metode anvendes i minimalt udstyrede indstillinger laboratorium. Til dette assay alternerende striber af en fluorescens-mærket substrat og et kontrolprotein genereres på en plastskål anvendelse af en silicium matrix med 90 um slidser og belagt med laminin. I vores demonstration, dissocieret hippocampale neuroner fra E15.5 mus blev dyrket på alternerende striber af rekombinant ektodomæne af fibronectin og leucin-rige transmembrane protein-2 (FLRT2) og styre Fc-protein 21. Efter 24 timers dyrkning blev både axoner og celle organer neuronerne stærkt frastødt fra FLRT2 striber. Farvning med et anti-Tau1 antistof viste, at ~ 90% af neuronerne blev fordelt på de Fc-belagte områder, sammenlignet med ~ 10% på FLRT2-Fc, hvilket viser, at FLRT2 har en stærk frastødendefunktion for hippocampale neuroner 21.

Protocol

Procedurer, der involverer dyr fag er blevet godkendt af Institutional Animal Care og brug Udvalg på Hamamatsu University School of Medicine. 1. Fremstilling af matricer Kog 4-8 silikone matricer i en mikrobølgeovn eller på en varmeplade i 5 min, og lad dem tørre helt i 1 time under laminar strømning (stribet opad). Bemærk: bør udføres De følgende procedurer under laminar strømning. Blæs trykluft eller bruge transparent tape til at fjerne støv fra den stribede side af matr…

Representative Results

Dissocierede hippocampale neuroner fra E15.5 mus blev udpladet og dyrket i 24 timer på striber af fluorescensmærkede kontrol Fc (figur 3A-C) eller FLRT2-Fc (figur 3D-F) skiftevis med ikke-mærket kontrol Fc. I begge tilfælde, neuronerne var aggregeret og udvidet deres axoner som bundter. På kontrol Fc / Fc striber blev neuroner fordelt ligeligt på fluorescens-mærkede og ikke-mærkede striber, og de ​​udvidede deres axoner i tilfældige retninge…

Discussion

Denne protokol beskriver en stribe assay, der anvender rekombinant protein og dissocierede neuroner fra E15.5 musehippocampus. Dette assay muliggør effektiv observation af frastødende, attraktive, eller neutrale reaktioner af neuroner til et rekombinant protein af interesse anbringes i et stribet mønster. En stor fordel ved denne protokol er den enkle metode til generering striberne, hvor proteinet er direkte trykt på overfladen af en plastik skål, sammenlignet med den traditionelle metode, som kræver særlige mat…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by Grants-in-Aid for Scientific Research from the Japan Society for the Promotion of Science (23700412, 25122707 and 26670090 to S.Y.).

Materials

15 mL centrifuge tube Violamo  1-3500-01
4% Paraformaldehyde (PFA) Nacalai 01954-85
Alexa Fluor 488 Goat anti-human IgG antibody Thermo Scientific A11013
Alexa Fluor 594 Donkey anti-mouse IgG antibody Thermo Scientific A-21203 Dilution 1/500
Anti-Tau1 antibody Chemicon MAB3420 Dilution 1/200
Antifade Thermo Scientific P7481 Alternative mounting media may be used
B27 supplement Thermo Scientific 17504-044 Dilution 1/50
Bovine serum albumin Sigma 01-2030-2
Cell strainer 100 um BD Falcon 352360
Centrifugation machine Kubota 2410
Cover glass 18mmx18mm Matsunami 18×18 mm No. 1
DAKO pen DAKO S2002 Alternative water-repellent pen may be used
Disposable scalpel Feather 2975#11
FBS Thermo Scientific 10437-028
Fluorecent microscope Nikon E600
Forceps No. 5 Fine Science Tools 11254-20
GlutaMAX Thermo Scientific 35050-061 Dilution 1/200
Hamilton Syringe Hamilton 805N 22 gauge, 50 uL
HBSS Thermo Scientific 14170-112
Human IgG, Fc Fragment Jackson 009-000-008
Laminin Thermo Scientific 23017-015
Neurobasal Thermo Scientific 21103-049
Normal Donkey Serum Jackson 017-000-121
PBS Nacalai 14249-24
Penicillin-Streptomycin Thermo Scientific 15070-063 Dilution 1/100
Plastic culture dish, 60 mm Thermo Scientific 150288
Silicone Matrices Available and purchasable from Prof. Martin Bastmeyer (bastmeyer@kit.edu)
Stereo Microscope Olympus SZ61
Tip, 1000 uL Watson 125-1000S
Transparent sticky tape Tesa 57315 Alternative sticky tape may be used
Triton X-100 Sigma T8787
Trypan blue, 0.4% Bio-Rad 145-0013
Trypsin/EDTA Thermo Scientific 25300-054
Culture medium Neurobasal supplemented with B27, GlutaMAX and Penicillin-Streptomycin.

References

  1. Dickson, B. J. Molecular mechanisms of axon guidance. Science. 298 (5600), 1959-1964 (2002).
  2. Bashaw, G. J., Klein, R. Signaling from axon guidance receptors. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2 (5), 001941 (2010).
  3. Hong, K., Nishiyama, M., Henley, J., Tessier-Lavigne, M., Poo, M. Calcium signalling in the guidance of nerve growth by netrin-1. Nature. 403 (6765), 93-98 (2000).
  4. Ming, G. -. l., Henley, J., Tessier-Lavigne, M., Song, H. -. j., Poo, M. -. m. Electrical Activity Modulates Growth Cone Guidance by Diffusible Factors. Neuron. 29 (2), 441-452 (2001).
  5. Dudanova, I., et al. Genetic evidence for a contribution of EphA:ephrinA reverse signaling to motor axon guidance. J Neurosci. 32 (15), 5209-5215 (2012).
  6. Ye, B. Q., Geng, Z. H., Ma, L., Geng, J. G. Slit2 regulates attractive eosinophil and repulsive neutrophil chemotaxis through differential srGAP1 expression during lung inflammation. J Immunol. 185 (10), 6294-6305 (2010).
  7. Ly, A., et al. DSCAM is a netrin receptor that collaborates with DCC in mediating turning responses to netrin-1. Cell. 133 (7), 1241-1254 (2008).
  8. Hata, K., Kaibuchi, K., Inagaki, S., Yamashita, T. Unc5B associates with LARG to mediate the action of repulsive guidance molecule. J Cell Biol. 184 (5), 737-750 (2009).
  9. Egea, J., et al. Regulation of EphA 4 kinase activity is required for a subset of axon guidance decisions suggesting a key role for receptor clustering in Eph function. Neuron. 47 (4), 515-528 (2005).
  10. von Philipsborn, A. C., Lang, S., Jiang, Z., Bonhoeffer, F., Bastmeyer, M. Substrate-Bound Protein Gradients for Cell Culture Fabricated by Microfluidic Networks and Microcontact Printing. Sci Signal. , (2007).
  11. Jackman, R., Wilbur, J., Whitesides, G. Fabrication of submicrometer features on curved substrates by microcontact printing. Science. 269 (5224), 664-666 (1995).
  12. Mrksich, M., Whitesides, G. M. Using self-assembled monolayers to understand the interactions of man-made surfaces with proteins and cells. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 25, 55-78 (1996).
  13. Walter, J., Kern-Veits, B., Huf, J., Stolze, B., Bonhoeffer, F. Recognition of position-specific properties of tectai cell membranes by retinal axons in vitro. Development. 101, 685-696 (1987).
  14. Knoll, B., Weinl, C., Nordheim, A., Bonhoeffer, F. Stripe assay to examine axonal guidance and cell migration. Nat Protoc. 2 (5), 1216-1224 (2007).
  15. Weschenfelder, M., Weth, F., Knoll, B., Bastmeyer, M. The stripe assay: studying growth preference and axon guidance on binary choice substrates in vitro. Methods Mol Biol. 1018, 229-246 (2013).
  16. Seiradake, E., et al. Structure and functional relevance of the Slit2 homodimerization domain. EMBO Rep. 10 (7), 736-741 (2009).
  17. Gebhardt, C., Bastmeyer, M., Weth, F. Balancing of ephrin/Eph forward and reverse signaling as the driving force of adaptive topographic mapping. Development. 139 (2), 335-345 (2012).
  18. Atapattu, L., et al. Antibodies binding the ADAM10 substrate recognition domain inhibit Eph function. J Cell Sci. 125, 6084-6093 (2012).
  19. Stark, D. A., Karvas, R. M., Siegel, A. L., Cornelison, D. D. Eph/ephrin interactions modulate muscle satellite cell motility and patterning. Development. 138 (24), 5279-5289 (2011).
  20. Seiradake, E., et al. FLRT Structure: Balancing Repulsion and Cell Adhesion in Cortical and Vascular Development. Neuron. 84 (2), 370-385 (2014).
  21. Yamagishi, S., et al. FLRT2 and FLRT3 act as repulsive guidance cues for Unc5-positive neurons. EMBO J. 30 (14), 2920-2933 (2011).
check_url/fr/54096?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Yamagishi, S., Kesavamoorthy, G., Bastmeyer, M., Sato, K. Stripe Assay to Study the Attractive or Repulsive Activity of a Protein Substrate Using Dissociated Hippocampal Neurons. J. Vis. Exp. (112), e54096, doi:10.3791/54096 (2016).

View Video