Isolement des cellules de ganglion rétiniennes murines primaires (RGC) par cytométrie de flux
Summary
Des millions de personnes souffrent de maladies dégénératives de la rétine qui entraînent une cécité irréversible. Un élément commun de nombreuses de ces maladies est la perte de cellules ganglionnaires de la rétine (RGC). Ce protocole détaillé décrit l'isolement des RGC murins primaires par sélection positive et négative avec cytométrie de flux.
Abstract
Les maladies neurodégénératives ont souvent un impact dévastateur sur les personnes touchées. La perte de cellules ganglionnaires rétiniennes (RGC) est impliquée dans une série de maladies, y compris la rétinopathie diabétique et le glaucome, en plus du vieillissement normal. Malgré leur importance, les RGC ont été extrêmement difficiles à étudier jusqu'à maintenant en raison en partie du fait qu'ils ne comprennent qu'un faible pourcentage de la grande variété de cellules de la rétine. En outre, les méthodes d'isolement actuelles utilisent des marqueurs intracellulaires pour identifier les RGC, qui produisent des cellules non viables. Ces techniques impliquent également de longs protocoles d'isolement, de sorte qu'il existe un manque de méthodes pratiques, normalisées et fiables pour obtenir et isoler les RGC. Ce travail décrit une méthode efficace, complète et fiable pour isoler les RGC primaires des rétines de souris en utilisant un protocole basé sur des critères de sélection positifs et négatifs. Les méthodes présentées permettent l'étude future des RGC, dans le but de mieux comprendre les grandsDéclin de l'acuité visuelle résultant de la perte de RGC fonctionnels dans les maladies neurodégénératives.
Introduction
Les RGC sont des neurones à différenciation terminale et, par conséquent, les cellules primaires sont nécessaires à l'expérimentation. Le développement d'un protocole pour l'isolement et l'enrichissement des cellules ganglionnaires rétiniennes murines primaires (RGC) est fondamental pour révéler les mécanismes de la santé et de la dégénérescence du RGC in vitro . Ceci est particulièrement important pour les études qui cherchent à générer des thérapies potentielles pour promouvoir la fonction RGC et pour minimiser leur décès. La dégénérescence des RGC est associée à des maladies dégénératives de la rétine, telles que le glaucome, la rétinopathie diabétique et le vieillissement normal. Bien que les mécanismes cellulaires spécifiques sous-jacents à la perte de RGC ne soient pas clairs, une série de facteurs de risque ont été identifiés. Le manque d'oxygénation à la tête du nerf optique 1 , 2 , 3 provoque la mort de RGC 4 et agit comme la perturbation de l'homéostasie entre l'activation de l'excitation et iRécepteurs nhibiteurs dans les RGC individuels 5 , 6 . Une série de défis empêchent les progrès vers l'utilisation de ces cellules pour des études approfondies. Tout d'abord, le nombre de RGC présents dans une rétine murine est faible. Les RGC représentent moins de 1% des cellules rétiniennes totales 7 , 8 , 9 . Deuxièmement, la plupart des marqueurs spécifiques de RGC sont des protéines intracellulaires 10 , 11 , 12 . La sélection basée sur ces marqueurs laisse les cellules non viables, ce qui empêche les analyses fonctionnelles en aval. Enfin, les protocoles actuellement disponibles sont longs et manquent de standardisation 13 , 14 . Les premiers protocoles d'isolement RGC étaient basés sur les méthodes d'immunopanning. Barres et al. 15 Adapté l'immunop classiqueEt a ajouté une deuxième étape, qui exclut les monocytes et les cellules endothéliales de l'essentiel des cellules rétiniennes avant une sélection positive basée sur l'immunopostivité à l'antigène anti-thymocyte (aka Thy1), un marqueur de surface cellulaire. Des années plus tard, Hong et al. Techniques combinées d'isolation des perles magnétiques avec des stratégies de tri cellulaire pour isoler les RGC avec une pureté supérieure 16 . L'utilisation de perles magnétiques est toujours utilisée dans de nombreuses applications scientifiques. Ensemble, les perles magnétiques et les protocoles de cytométrie de flux ont amélioré la pureté des cellules isolées. Cependant, ces systèmes de purification n'ont pas encore été normalisés pour l'isolement des RGC murins à partir de la rétine dissociée.
La cytométrie de flux est une méthode analytique puissante qui mesure les caractéristiques optiques et de fluorescence des suspensions cellulaires. Les cellules sont analysées quantitativement et qualitativement avec un niveau élevé de sensibilité, fournissant une analyse multidimensionnelle de la population cellulaireAtion. La discrimination cellulaire repose sur deux propriétés physiques principales: la taille de la cellule ou la surface et la granularité ou la complexité interne 17 . Une analyse multidimensionnelle peut être réalisée en combinant des anticorps marqués avec des fluorochromes ayant des longueurs d'onde d'excitation similaires et des émissions différentes. La cytométrie de flux est rapide, reproductible et sensible. Les lasers Multitpe permettent des analyses multidimensionnelles encore plus importantes de cellules simples par cytométrie de flux. Ainsi, c'est une méthodologie attrayante pour l'étude de spécimens cytologiques. Le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) utilise les différences phénotypiques multidimensionnelles identifiées par la cytométrie de flux pour trier les cellules individuelles en sous-populations distinctes.
Au cours de la dernière décennie, de multiples protéines superficielles et intracellulaires ont été identifiées comme biomarqueurs potentiels pour la sélection des cellules, y compris les neurones. Les études initiales visant à isoler les RGC des rats ont utilisé Thy1 comme un ganglion celL marqueur. Malheureusement, Thy1, aka CD90, a plusieurs isoformes dans d'autres espèces de rongeurs 18 , 19 , 20 et est exprimé par plusieurs types de cellules rétiniennes 19 , 20 , ce qui en fait un marqueur non spécifique pour les RGC. Un autre marqueur de surface, CD48, se trouve sur des populations monocytaires dans la rétine, y compris les macrophages et la microglie. En utilisant ces deux marqueurs de surface, une signature RGC modifiée – Thy1 + et CD48 cellules négatives – a été développée 15 , 16 , 21 , 22 . Malheureusement, ces deux critères de sélection ne suffisent pas à choisir pour une population RGC très enrichie. Pour répondre à ces besoins non satisfaits, un protocole de cytométrie de flux a été développé 23 en fonction de critères de sélection positifs et négatifs multicouches usiNg marqueurs de surface cellulaire connus pour enrichir et purifier les RGC murins primaires.
Protocol
Representative Results
Discussion
FACS est la technique de choix pour purifier les populations cellulaires. D'autres méthodes d'isolement comprennent l'immunopanning, les perles magnétiques et l'appauvrissement de la fixation du complément. L'avantage de FACS par rapport à ces autres méthodes est basé sur l'identification simultanée des marqueurs de surface cellulaire avec des degrés d'intensité variables. L'intensité fluorescente de la molécule est proportionnelle à la quantité d'expression protéique. J…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier M. Tim Higgins, Illustrateur principal du Département de microbiologie, d'immunologie et de biochimie, pour l'assistance vidéo technique; Dr. Matthew W. Wilson pour les discussions et les membres des laboratoires Jablonski et Morales-Tirado pour leurs commentaires utiles. Ce travail a été soutenu par le Prix du jeune chercheur de l'Institut de recherche d'Alcon (VMM-T), la Fondation de recherche de l'Université de Tennessee (VMM-T), l'Institut national des yeux EY021200 (MMJ), Gerwin Fellowship (VMM-T); La bourse pré-doctorale Gerwin (ZKG), la recherche médicale et le commandement du matériel du ministère de la Défense (VMM-T) et la subvention sans restriction de la recherche pour prévenir la cécité.
Materials
| Anti-mouse CD15 PE | BioLegend | 125606 | Clone MC-480 |
| Anti-mouse CD48 PE-Cy7 | BioLegend | 103424 | Clone HM48-1 |
| Anti-mouse CD57 | Sigma Aldrich | C6680-100TST | Clone VC1.1 |
| Anti-mouse CD90.2 AF700 | BioLegend | 105320 | Clone 30-H12 |
| Brilliant Violet 421 Goat Anti-mouse IgG | BioLegend | 405317 | Clone Poly4053 |
| Purified Anti-mouse CD16/32 | BioLegend | 101302 | FcgRII/III block, Clone 93 |
| Zombie Aqua | BioLegend | 423102 | Live cell/ Dead cell discrimination |
| Fetal Bovine Serum | Hyclone | SH30071.03 | U.S. origin |
| AbC Total Antibody Compensation Bead Kit | Thermo Fisher Scientific | A10497 | Multi-species Ig |
| Neurobasal Medium | Thermo Fisher Scientific | 21103049 | Add serum to media prior to culture. |
| Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010049 | Saline solution |
| Dissection Microscope | Olympus | SZ-PT Model | Stereo Microscope |
| Sorvall Centrifuge | Thermo Scientific | ST 16R | All centrifugation performed at RT |
| Base Plate – Dissection Pan | Fisher Scientific | SB15233FIM | A wax plate can also be used |
| Forceps | Aesculap | 5002-7 | 4 ½ inches |
| Iris Scissors, Straight | Aesculap | 1360 | 5 ½ inches |
| Falcon 15 mL conical tubes | Fisher Scientific | 352097 | Polypropylene tubes |
| Falcon 50 mL conical tubes | Fisher Scientific | 352098 | Polypropylene tubes |
| BD FACS Tubes | Fisher Scientific | 352003 | Polypropylene tubes |
| 40 mm dishes | MidSci | TP93040 | Tissue culture treated |
| 70 μm nylon strainer | MidSci | 70ICS | sterile |
| 40 μm nylon strainer | MidSci | 40ICS | sterile |
| BD 10 mL syringe | Fisher Scientific | 301604 | Disposable Syringe without needle |
| Pestles | MidSci | PEST | sterile |
| Wheaton Vials | Fisher Scientific | 986734 | No Liner |
| BD 30 G needle | Fisher Scientific | 305128 | 1 inch |
| Hausser Scientific Bright-Line Glass Counting Chamber | Fisher Scientific | 0267151B | Hemocytometer |
| Gibco Trypan blue 0.4% Solution | Fisher Scientific | 15250061 | Viability Dye |
| Eppendorf tubes | Fisher Scientific | 05-402-25 | 1.5mL |
| EVOS Floid Cell Imaging | Thermo Fisher Scientific | 447113 | Fluorescence Imaging with a 20x objective |
| 100% Ethanol | Fisher Scientific | 04-355-452 | Used to make 70% Ethanol |
| Pipet-Lite LTS Pipette L-1000XLS+ | Rainin | 17014282 | LTS Pipette |
| Pipet-Lite LTS Pipette L-200XLS+ | Rainin | 17014391 | LTS Pipette |
| Pipet-Lite LTS Pipette L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | LTS Pipette |
| Rack LTS 1000 mL – GPS-L1000S | Rainin | 17005088 | Blue Rack Sterile Tips |
| Rack LTS 250 mL – GPS-L250S | Rainin | 17005092 | Green Rack Sterile Tips |
| Rack LTS 20 mL – GPS-L10S | Rainin | 17005090 | Red Rack Sterile Tips |
| FACSAria II Cell Sorter | BD Biosciences | N/A | Custom order |
| LSR II Cytometer | BD Biosciences | N/A | Custom order |
| Abca8a | Thermo Fisher Scientific | Mm00462440_m1 | Müller cells |
| Aldh1al | Thermo Fisher Scientific | Mm00657317_m1 | Müller cells |
| Aqp4 | Thermo Fisher Scientific | Mm00802131_m1 | Astrocytes |
| Calb2 | Thermo Fisher Scientific | Mm00801461_m1 | Amacrine, Horizontal |
| Cd68 | Thermo Fisher Scientific | Mm03047340_m1 | Retinal Pigment Epithelial Cells |
| Gad2 | Thermo Fisher Scientific | Mm00484623_m1 | Amacrine |
| Hprt | Thermo Fisher Scientific | Mm01545399_m1 | House keeping gene |
| Lhx1 | Thermo Fisher Scientific | Mm01297482_m1 | Horizontal |
| Lim2 | Thermo Fisher Scientific | Mm00624623_m1 | Horizontal |
| Nrl | Thermo Fisher Scientific | Mm00476550_m1 | Photoreceptors |
| Ntrk1 | Thermo Fisher Scientific | Mm01219406_m1 | Horizontal |
| Pcp4 | Thermo Fisher Scientific | Mm00500973_m1 | Bipolar, Amacrine |
| Pou4f1 | Thermo Fisher Scientific | Mm02343791_m1 | Retinal Ganglion Cells |
| Prdx6 | Thermo Fisher Scientific | Mm00725435_s1 | Astrocytes |
| Prkca | Thermo Fisher Scientific | Mm00440858_m1 | Bipolar |
| Prox1 | Thermo Fisher Scientific | Mm00435969_m1 | Horizontal |
| Pvalb | Thermo Fisher Scientific | Mm00443100_m1 | Amacrine |
| Rbpms | Thermo Fisher Scientific | Mm02343791_m1 | Retinal Ganglion Cells |
| Rom1 | Thermo Fisher Scientific | Mm00436364_g1 | Photoreceptors |
| Rpe65 | Thermo Fisher Scientific | Mm00504133_m1 | Retinal Pigment Epithelial cells |
| Slc1a3 | Thermo Fisher Scientific | Mm00600697_m1 | Astrocytes |
| Slc6a9 | Thermo Fisher Scientific | Mm00433662_m1 | Amacrine |
| Sncg | Thermo Fisher Scientific | Mm00488345_m1 | Retinal Ganglion Cells |
| Tubb3 | Thermo Fisher Scientific | Mm00727586_s1 | Retinal Ganglion Cells |
| Vim | Thermo Fisher Scientific | Mm01333430_m1 | Müller cells |
| Taqman Universal Master Mix | Thermo Fisher Scientific | 4440047 | qPCR Reagent |
| miRNeasy Mini Kit | Qiagen | 217004 | RNA Isolation |
| SuperScript VILO cDNA Synthesis Kit | Thermo Fisher Scientific | 11754250 | cDNA synthesis |
| Taqman PreAmp Master Mix | Thermo Fisher Scientific | 4391128 | Pre-Amplification step |
| BD Cytofix/ Cytoperm | BD Biosciences | 554714 | Fixation/ Permeabilization Buffer |
| BD Perm/ Wash | BD Biosciences | 554723 | Permeabilization Solution |
| RBPMS | Santa Cruz Biotechnology | sc-86815 | intracellular antibody |
| SNCG | Gene Tex | GTX110483 | intracellular antibody |
| BRN3A | Santa Cruz Biotechnology | sc-8429 | intracellular antibody |
| TUJ1 | BioLegend | 801202 | intracellular antibody |
References
- Flammer, J., Orgul, S. Optic nerve blood-flow abnormalities in glaucoma. Prog Retin Eye Res. 17 (2), 267-289 (1998).
- Bathija, R. Optic nerve blood flow in glaucoma. Clin Exp Optom. 83 (3), 180-184 (2000).
- Osborne, N. N., Melena, J., Chidlow, G., Wood, J. P. A hypothesis to explain ganglion cell death caused by vascular insults at the optic nerve head: possible implication for the treatment of glaucoma. Br J Ophthalmol. 85 (10), 1252-1259 (2001).
- Morgan, J. E. Circulation and axonal transport in the optic nerve. Eye (Lond). 18 (11), 1089-1095 (2004).
- Tian, N., Hwang, T. N., Copenhagen, D. R. Analysis of excitatory and inhibitory spontaneous synaptic activity in mouse retinal ganglion cells. J Neurophysiol. 80 (3), 1327-1340 (1998).
- Schmidt, K. G., Bergert, H., Funk, R. H. Neurodegenerative diseases of the retina and potential for protection and recovery. Curr Neuropharmacol. 6 (2), 164-178 (2008).
- Dreher, B., Sefton, A. J., Ni, S. Y., Nisbett, G. The morphology, number, distribution and central projections of Class I retinal ganglion cells in albino and hooded rats. Brain Behav Evol. 26 (1), 10-48 (1985).
- Williams, R. W., Strom, R. C., Rice, D. S., Goldowitz, D. Genetic and environmental control of variation in retinal ganglion cell number in mice. J Neurosci. 16 (22), 7193-7205 (1996).
- Jeon, C. J., Strettoi, E., Masland, R. H. The major cell populations of the mouse retina. J Neurosci. 18 (21), 8936-8946 (1998).
- Surgucheva, I., Weisman, A. D., Goldberg, J. L., Shnyra, A., Surguchov, A. Gamma-synuclein as a marker of retinal ganglion cells. Mol Vis. 14, 1540-1548 (2008).
- Nadal-Nicolas, F. M., et al. Brn3a as a marker of retinal ganglion cells: qualitative and quantitative time course studies in naive and optic nerve-injured retinas. Invest Ophthalmol Vis Sci. 50 (8), 3860-3868 (2009).
- Kwong, J. M., Caprioli, J., Piri, N. RNA binding protein with multiple splicing: a new marker for retinal ganglion cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51 (2), 1052-1058 (2010).
- Van Bergen, N. J., et al. Recharacterization of the RGC-5 retinal ganglion cell line. Invest Ophthalmol Vis Sci. 50 (9), 4267-4272 (2009).
- Wood, J. P., Chidlow, G., Tran, T., Crowston, J. G., Casson, R. J. A comparison of differentiation protocols for RGC-5 cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51 (7), 3774-3783 (2010).
- Barres, B. A., Silverstein, B. E., Corey, D. P., Chun, L. L. Immunological, morphological, and electrophysiological variation among retinal ganglion cells purified by panning. Neuron. 1 (9), 791-803 (1998).
- Hong, S., Iizuka, Y., Kim, C. Y., Seong, G. J. Isolation of primary mouse retinal ganglion cells using immunopanning-magnetic separation. Mol Vis. 18, 2922-2930 (2012).
- Julius, R. S. The sensitivity of exponentials and other curves to their parameters. Comput Biomed Res. 5 (5), 473-478 (1972).
- Reif, A. E., Allen, J. M. The Akr Thymic Antigen and Its Distribution in Leukemias and Nervous Tissues. J Exp Med. 120, 413-433 (1964).
- Watanabe, M., Noguchi, T., Tsukada, Y. Regional, cellular, and subcellular distribution of Thy-1 antigen in rat nervous tissues. Neurochem Res. 6 (5), 507-519 (1981).
- Haeryfar, S. M., Hoskin, D. W. Thy-1: more than a mouse pan-T cell marker. J Immunol. 173 (6), 3581-3588 (2004).
- Sahagun, G., Moore, S. A., Fabry, Z., Schelper, R. L., Hart, M. N. Purification of murine endothelial cell cultures by flow cytometry using fluorescein-labeled griffonia simplicifolia agglutinin. Am J Pathol. 134 (6), 1227-1232 (1989).
- Shoge, K., et al. Rat retinal ganglion cells culture enriched with the magnetic cell sorter. Neurosci Lett. 259 (2), 111-114 (1999).
- Chintalapudi, S. R., et al. Isolation and Molecular Profiling of Primary Mouse Retinal Ganglion Cells: Comparison of Phenotypes from Healthy and Glaucomatous Retinas. Front Aging Neurosci. 8, 93 (2016).
- Nagdeve, N. G., Yaddanapudi, S., Pandav, S. S. The effect of different doses of ketamine on intraocular pressure in anesthetized children. J Pediatr Ophthalmol Strabismus. 43 (4), 219-223 (2006).
- Ding, C., Wang, P., Tian, N. Effect of general anesthetics on IOP in elevated IOP mouse model. Exp Eye Res. 92 (6), 512-520 (2011).
- Schmittgen, T. D., Livak, K. J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nat Protoc. 3 (6), 1101-1108 (2008).
- Aerts, J., Nys, J., Arckens, L. A highly reproducible and straightforward method to perform in vivo ocular enucleation in the mouse after eye opening. J Vis Exp. (92), e51936 (2014).
- Li, X., et al. Loss of AP-2delta reduces retinal ganglion cell numbers and axonal projections to the superior colliculus. Mol Brain. 9 (1), 62 (2016).
- Moshiri, A., et al. Near complete loss of retinal ganglion cells in the math5/brn3b double knockout elicits severe reductions of other cell types during retinal development. Dev Biol. 316 (2), 214-227 (2008).
- Danias, J., et al. Quantitative analysis of retinal ganglion cell (RGC) loss in aging DBA/2NNia glaucomatous mice: comparison with RGC loss in aging C57/BL6 mice. Invest Ophthalmol Vis Sci. 44 (12), 5151-5162 (2003).
- Jakobs, T. C., Ben, Y., Masland, R. H. CD15 immunoreactive amacrine cells in the mouse retina. J Comp Neurol. 465 (3), 361-371 (2003).
- Uusitalo, M., Schlotzer-Schrehardt, U., Kivela, T. Ultrastructural localization of the HNK-1 carbohydrate epitope to glial and neuronal cells of the human retina. Invest Ophthalmol Vis Sci. 44 (3), 961-964 (2003).
- Jackson, C. J., Garbett, P. K., Nissen, B., Schrieber, L. Binding of human endothelium to Ulex europaeus I-coated Dynabeads: application to the isolation of microvascular endothelium. J Cell Sci. 96 ( Pt 2), 257-262 (1990).
- Pennartz, S., Perraut, M., Pfrieger, F. Purification of retinal ganglion cells from postnatal rats by magnetic cell sorting. MACSmore. 12 (2), 16-18 (2010).
- Nadal-Nicolas, F. M., et al. Displaced retinal ganglion cells in albino and pigmented rats. Front Neuroanat. 8, 99 (2014).
- Nadal-Nicolas, F. M., Salinas-Navarro, M., Vidal-Sanz, M., Agudo-Barriuso, M. Two methods to trace retinal ganglion cells with fluorogold: from the intact optic nerve or by stereotactic injection into the optic tract. Exp Eye Res. 131, 12-19 (2015).
- Barnstable, C. J., Drager, U. C. Thy-1 antigen: a ganglion cell specific marker in rodent retina. Neurosciences. 11 (4), 847-855 (1984).
- Chiu, K., Lau, W. M., Yeung, S. C., Chang, R. C., So, K. F. Retrograde labeling of retinal ganglion cells by application of fluoro-gold on the surface of superior colliculus. J Vis Exp. (16), (2008).
