Kemirgen Yenidoğan itibaren Korunan immunfenotipine ve İşlevselliği ile Kortikal mikrogliya İzolasyonu
Summary
Mikrogliyal biyoloji başarılı bir soruşturma için bir anahtar CNS dokudan izolasyonu sırasında ex vivo mikroglialardan immunofunction korunmasıdır. Flüoresan görüntüleme, bağışıklık kimyası ve proenflamatuar stimuli lipopolisakarit (LPS) ile Pam 3 CSK 4 (PAM) ile ELISA aşağıda mikroglia aktivasyonu ile değerlendirilen gibi son derece saf ve immunofunctional hücre kültürlerinde döner çalkalama sonuçları ile mikroglia izole edilmesi.
Abstract
CNS dokusundan mikrogliya İzolasyonu ex vivo mikrogliyal biyolojisi okumak için kullanılan güçlü bir araştırma aracıdır. Mevcut yöntem, döner bir karıştırıcı, mekanik çalkalama ile neonatal murin kortekslerinden mikroglia izolasyonu için bir prosedürü göstermektedir. Bu yöntem, mikroglia izolasyon verimi canlı içinde normal ve patolojik olmayan koşullarda sakin mikroglia göstergesidir morfolojik ve fonksiyonel özelliklerini gösteren yüksek ölçüde saf bir kortikal mikroglia. Morfolojik değişiklikler, NF-KB (p65) bir p65 alt birimi nükleer translokasyonu ve ayırt edici özelliği pro-enflamatuar sitokin salgılanması, tümör nekroz faktörü-α (TNF-α endüksiyonu ile gösterildiği gibi, bu prosedür, aynı zamanda mikroglial immünfenotip ve biyokimyasal özelliğe korur ), lipopolisakarid'e (LPS) ve Pam 3 CSK 4 (Pam) zorluklar üzerine. Bu yüzden, bu izolasyon prosedürü ve hareketsiz acti hem de immünfenotip korurex vivo koşullarda mikrogliya biyolojiyi araştıran deneysel bir yöntem sağlayan çıkartılır mikrogliya.
Introduction
Mikroglial hücreleri, CNS parankima gözetim makrofajlar, erişkin memeli beyin, toplam hücre popülasyonunun yaklaşık olarak% 12 ihtiva eder. Mikroglia yolk kesesi miyeloid öncü hücrelerinden türetilen ve yetişkin CNS 1-5 içinde farklı bölgelerde cytoarchitectural hücre yoğunluğu ve morfolojik olarak değişmektedir. Sağlıklı bir yetişkin beyninde, mikrogliya ince, dinamik süreçleri ile, küçük dallanmış veya polar hücrelerdir. Bununla birlikte, in vivo görüntüleme çalışmaları mikroglial işlemleri dinamik "andıran bir şekilde uzanır ve mikro izlemek için geri göstermektedir; çevresel makrofaj morfolojisi aksine, mikroglia hücresel işlem olarak görünebilir sağlıklı beyinlerinde bir hareketsiz, düşük profilli bir fenotip göstermektedir örnekleme ve "6,7 ölçme.
Mikroglia geçiş, yüksek ve diferansiyel olarak beyinde çevresel ve patofizyolojik değişikliklere duyarlısırasıyla bir efektör devlet-genellikle kendi dinlenme olarak kabul ve aktif devletler, bir surveillant dan. Aktivasyonuna Bu anahtar, bu patojenle ilişkili moleküler kalıpları yanıt toll benzeri reseptörler (TLR), (PAMPs), yani bakteri ve viral türevli lipoproteinler olarak membrana bağlı görüntü tanıma reseptörleri (PRR) arasında takılma ile aracılık edilebilir , nükleik asitler, karbonhidratlar ve 8-11. PAMPs ek olarak, PRR'ler, aynı zamanda, hücre hasarı 12-16 gibi CNS homeostatisinde sarsımına temsil tehlike / hasar ile bağlantılı moleküler kalıpları (DAMPS) olarak bilinen steril, patojenik olmayan moleküllere karşı, mikroglial aktivasyonunu teşvik ettiği gösterilmiştir. Bir kez yerleştikten sonra PRR mikroglial hücre morfolojisi ve gen ekspresyonunda değişiklikler ile sonuçlanır bir hücre içi sinyalleme kaskadını başlatabilir, özel olarak ise, aktive edilmiş mikroglia bir amoeboid benzeri fenotip adapte hücre çekirdeğine NF-KB p65 alt ünitesi (p65) yerini değiştirmek ve upregüle süredenşeklinde gösterilmektedir ve bu reaktif oksijen türleri (ROS) 16-24 ile birlikte, tümör nekroz faktörü-α (TNF-α), interlökin-1 β (IL-1β) gibi proenflamatuar sitokinlerin salgılanması. CNS'nin doğuştan gelen immün yanıt olarak tamamlayıcı olsa da, bu salgılanan moleküller de bu şekilde, Parkinson ve Alzheimer hastalığı gibi hastalık durumlarının 25-29 nörodejenerasyonu neden olan ve arttıran, nöronal oksidatif stres geliştirmek için bulunmuştur.
Bununla birlikte, patolojik durumların mikrogliyal aktivasyonun mekanizması tam olarak anlaşılmış değildir. Mikroglial aktivasyonun vivo özellikleri birçok kültür değinmeyecek olabilir Bu nedenle, mikroglia izolasyonu, bu biyolojik süreçlere güçlü bir araştırma aracıdır. Çeşitli yöntemler CNS doku 30,31 enzimatik sindirimi takip eden bir Percoll gradyanı ile izolasyon dahil olmak üzere, mikroglia, izole edilmesi için kullanılabilir. Bununla birlikte, enzimatik sindirim değiştirebilirAntijen ekspresyonu 32 hücre yüzeyi azaltılması ve burada tarif edilen yönteme göre, hayvan başına daha düşük hücre verimle sonuçlar ile hücrelerin immünofenotipi. Daha önce bir Percoll verim 3-5 x 10 5 hücre 30,33,34 yoluyla tüm CNS izolasyon yöntemleri rapor ederken Özellikle, biz, 7,5 x 10 5 hücre yavru korteksinde başına ortalama mikrogliya verim rapor. Bu prosedür, bu şekilde mikroglial immünfenotip ve işlevselliğini korumak, düşük-yapışma özelliklerine göre mikroglia izole edilmesi ile sindirim enzimlerinin aşılmaktadır.
Döner bir karıştırıcı, daha önce bir uzantısına mekanik ajitasyon ile, ve C57BL / 6 faregiller korteks – Bu çalışmada, neonatal heterozigot CX3CR1-GFP (CX3CR1-GFP + /) türetilmiş karışık glial kültürlerinden mikroglial hücreleri izole edilmesini tarif 24,35 yayınlanan yöntem. Biz mikrogliya kolay görsellik için eski fare zorlanma kullanmak gibibir monosit spesifik promoter 36-38 – Bu farenin endojen CX3CR1 mahalinin kontrolü altında GFP ifade eder. Bu yöntem, bir korunmuş immünofenotipi ex vivo bakteriyel lipopolisakkarid (LPS) veya Pam 3 CSK 4 ile meydan morfolojik değişiklikler, p65 nükleer translokasyonu ve TNF-α salgılanması ile gösterildiği gibi, TLR4 ve TLR1 / 2 agonistleri ile son derece saf bir kültür Mikroglial üretir sırasıyla.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu prosedür, neonatal farelerde kortikal mikroglia izolasyonu için etkili bir yöntem sunmaktadır. Bu prosedür, flüoresan görüntüleme, bağışıklık kimyası ve ELISA ile tespit edildiği üzere, 1) koruyucu mikroglia immunfenotipik ve işlevsellik iki kat yararı vardır, ve 2) mikroglia önce diğer glial hücreleri (astrositler ve oligodentrocytes) varlığında, olgun izin glial kültür olgunlaşma döneminde önemli hücre-hücre etkileşimleri kolaylaştırabilir izolasyon. Önemlisi, izole hücreler ko…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NIEHS R01ES014470 (KMZ) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Glucose | Sigma | G8270 | Make 20% Stock Solution with MilliQ water; filter sterilize; store at 4 °C; shelf life: 3-6 months. Used to make MCM and MGM. |
| Sodium pyruvate 100 mM (100x) | Hyclone | SH30239.01 | Store at 4 °C. Used to make MCM and MGM. |
| Penicillin/Streptomycin 10,000 units/ml (100x) | Gibco | 15140-122 | Store at -20 °C. Used to make MCM, MGM, MM, and DM. |
| L-glutamine 200 mM (100x) | Gibco | 25030-081 | Store at -20 °C. Used to make MCM and MGM. |
| Fetal Bovine Serum (Defined) | Hyclone | SH30070.03 | Filter sterilize; store at -20 °C. Used to make MCM and MGM. |
| Minimum Essential Medium Earle's (MEM) | Cellgro | 15-010-CV | Without L-glutamine. Contains Earle's salts. Used to make MCM, MGM, and DM. |
| Horse Serum | Gibco | 16050 | Filter sterilize; store at -20 °C. Used to make MCM and MGM. |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Cellgro | 21-021-CV | Without calcium and magnesium. Store at 4 °C. Used to make MM. |
| HEPES 1 M | Gibco | 15630-031 | Store at 4 °C. Used to make MM. |
| T-75 Flask | Corning | 430641 | |
| 4',6-Diamidino-2-Phenylindole, dilactate (DAPI) | Invitrogen | D3571 | Used to stain cell nucleus. |
| Rabbit anti-Iba1 | Wako | 019-19741 | Used at 1/750 dilution for ICC staining of Iba1. |
| Rabbit anti-NFκB (p65) | Abcam | 7970 | Used at 1/1250 dilution for ICC staining for p65. |
| Alexafluor 594 Goat anti-Rabbit IgG (H+L) | Invitrogen | A11012 | Used at 1/1000 dilution for visualization of antigen:antibody complex in ICC. |
| 10 ml Disposable Serological Pipet | Fisher Scientific | 13-678-11E | |
| 50 ml Disposable Centrifuge Tube | Fisher Scientific | 05-539-8 | |
| 15 ml Disposible Centrifuge Tube | Fisher Scientific | 05-539-12 | |
| Sterile Polystyrene Petri Dish | Fisher Scientific | 875713 | 100 mm x 15 mm |
| Scissor: Straight Metzembaum (scissor #1) | Roboz Surgical | RS-6010 | 1; 5 inch; used for removing head |
| Scissor: Vannas (scissor #2) |
Fine Science Tools | 15000-08 | 1; non-angled; 2.5mm cutting edge; used to open scalp |
| Scissor: Student Vannas (scissor #3) | Fine Science Tools | 91501-09 | 1; curved; used to mince brain tissue |
| Forcep: Dumont #7 (forcep #1) |
Fine Science Tools | 91197-00 | 2; used to secure nose and remove cortices |
| Forcep: Dumont #2 (forcep #2) |
Fine Science Tools | 11223-20 | 1; used to remove scalp |
| Forcep: Dumont #3 (forcep #3) |
Fine Science Tools | 11231-30 | 1; used to remove skull |
| Forcep: Dumont #5a (forcep #4) |
Fine Science Tools | 11253-21 | 1; used to remove meninges |
| Table of specific equipment | |||
| Name of Equipment | Name of Company | Catalogue Number | Comments |
| Zoom Stereo Dissection Microscope | Olympus | SZ4060 | Microscope is placed inside Laminar-Horizontal Flow Cabinet |
| Laminar-Horizontal Flow Cabinet | Nuaire | NU-201-330 | |
| Biological Safety Cabinet | Labconco | 3440001 | Class II |
| Water-Jacketed CO2 Incubator | VWR | 97025-836 | Set to 37 °C, 5% CO2 |
| Swing-out buckets | Fisher Scientific | 75006441 | To be used with Swing-out rotor |
| Swing-out Rotor | Fisher Scientific | 75006445 | Max Radius: 19.2 (cm) |
| Sorvall Legend RT+ Centrifuge (clinical centrifuge) |
Fisher Scientific | 75-004-377 | With swing-out rotor |
| AccuSpin Micro 17 microcentrifuge (tabletop microcentrifuge) |
Fisher Scientific | S98645 | With microliter rotor (24 x 1.5/2.0 ml; Cat #: 75003524) |
Riferimenti
- Ranshoff, R. M. P. V. H. Microglia Physiology: Unique Stimuli, Specialized Responses. Annu. Rev. Immunol. 27, 119-145 (2009).
- Lawson, L. J., Perry, V. H., Dri, P., Gordon, S. Heterogeneity in the distribution and morphology of microglia in the normal adult mouse brain. Neuroscienze. 39, 151-170 (1990).
- Gomez Perdiguero, E., Schulz, C., Geissmann, F. Development and homeostasis of "resident" myeloid cells: The case of the microglia. Glia. 61, 112-120 (2013).
- Kierdorf, K., et al. Microglia emerge from erythromyeloid precursors via Pu.1- and Irf8-dependent pathways. Nat. Neurosci. 16, 273-280 (2013).
- Saijo, K., Glass, C. K. Microglial cell origin and phenotypes in health and disease. Nature reviews. Immunology. , 11-775 (2011).
- Davalos, D., et al. ATP mediates rapid microglial response to local brain injury in vivo. Nat. Neurosci. 8, 752-758 (2005).
- Nimmerjahn, A., Kirchhoff, F., Helmchen, F. Resting microglial cells are highly dynamic surveillants of brain parenchyma in vivo. Science. 308, 1314-1318 (2005).
- Hu, S., et al. Cytokine and free radical production by porcine microglia. Clin. Immunol. Immunopathol. 78, 93-96 (1996).
- Muzio, M., Polentarutti, N., Bosisio, D., Prahladan, M. K., Mantovani, A. Toll-like receptors: a growing family of immune receptors that are differentially expressed and regulated by different leukocytes. J. Leukocyte Biol. 67, 450-456 (2000).
- Lee, S. J., Lee, S. Toll-like receptors and inflammation in the CNS. Curr. Drug Targets. Inflamm. Allergy. 1, 181-191 (2002).
- Block, M. L., Zecca, L., Hong, J. S. Microglia-mediated neurotoxicity: uncovering the molecular mechanisms. Nat. Rev. Neurosci. 8, 57-69 (2007).
- Halle, A., et al. The NALP3 inflammasome is involved in the innate immune response to amyloid-beta. Nat. Immunol. 9, 857-865 (2008).
- Chen, G. Y., Nunez, G. Sterile inflammation: sensing and reacting to damage. Nat. Rev. Immunol. 10, 826-837 (2010).
- Duewell, P., et al. NLRP3 inflammasomes are required for atherogenesis and activated by cholesterol crystals. Nature. 464, 1357-1361 (2010).
- Stewart, C. R., et al. CD36 ligands promote sterile inflammation through assembly of a Toll-like receptor 4. 11, 155-161 (2010).
- Beraud, D., et al. alpha-Synuclein Alters Toll-Like Receptor Expression. Front. Neurosci. 5, 80 (2011).
- Banati, R. B., Gehrmann, J., Schubert, P., Kreutzberg, G. W. Cytotoxicity of microglia.. Glia. 7, 111-118 (1993).
- Combs, C. K., Karlo, J. C., Kao, S. C., Landreth, G. E. beta-Amyloid stimulation of microglia and monocytes results in TNF alpha-dependent expression of induciblenitric oxide synthase and neuronal apoptosis. J. Neurosci. 21, 1179-1188 (2001).
- Kim, Y. S., Joh, T. H. Microglia, major player in the brain inflammation: their roles in the pathogenesis of Parkinson’s disease. Exp. Mol. Med. 38, 333-347 (2006).
- Colton, C., Wilcock, D. M. Assessing activation states in microglia. CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 9, 174-191 (2010).
- Nakajima, K., Tohyama, Y., Kohsaka, S., Kurihara, T. Ceramide activates microglia to enhance the production/secretion of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) without induction of deleterious factors in vitro. J. Neurochem. 80, 697-705 (2002).
- Uesugi, M., Nakajima, K., Tohyama, Y., Kohsaka, S., Kurihara, T. Nonparticipation of nuclear factor kappa B (NFkappaB) in the signaling cascade of c-JunN-terminal kinase (JNK)- and p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK)-dependent tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) induction in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated microglia. Brain Res. , 1073-1074 (2006).
- Beraud, D., et al. Microglial Activation and Antioxidant Responses Induced by the Parkinson’s Disease Protein alpha-Synuclein. J. Neuroimmun. Pharmacol. 8, 94-117 (2013).
- Su, X., et al. Synuclein activates microglia in a model of Parkinson’s disease. Neurobiol. Aging. 29, 1690-1701 (2008).
- Minghetti, L., Levi, G. Microglia as effector cells in brain damage and repair: focus on prostanoids and nitric oxide. Prog. Neurobiol. 54, 99-125 (1998).
- Hirsch, E. C. Glial cells and Parkinson’s disease. J. Neurol.. 247 (2), 58-62 (2000).
- Liu, B., et al. Role of nitric oxide in inflammation-mediated neurodegeneration. Ann. NY Acad. Sci. 962, 318-331 (2002).
- Shie, F. S., Nivison, M., Hsu, P. C., Montine, T. J. Modulation of microglialinnate immunity in Alzheimer’s disease by activation of peroxisome proliferator-activated receptor gamma. Curr. Med. Chem. 16, 643-651 (2009).
- Rogers, J., Mastroeni, D., Leonard, B., Joyce, J., Grover, A. Neuroinflammation in Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease: are microglia pathogenic in either disorder. Int. Rev. Neurobiol. 82, 235-246 (2007).
- Cardona, A. E., Huang, D., Sasse, M. E., Ransohoff, R. M. Isolation of murinemicroglial cells for RNA analysis or flow cytometry. Nat. Protoc. 1, 1947-1951 (2006).
- Ford, A. L., Goodsall, A. L., Hickey, W. F., Sedgwick, J. D. Normal adult ramified microglia separated from other central nervous system macrophages by flow cytometric sorting. Phenotypic differences defined and direct ex vivo antigenpresentation to myelin basic protein-reactive CD4+ T cells compared. J. Immunol. 154, 4309-4321 (1995).
- Ford, A. L., Foulcher, E., Goodsall, A. L., Sedgwick, J. D. Tissue digestion with dispase substantially reduces lymphocyte and macrophage cell-surface antigen expression. J. Immunol. Methods. 194, 71-75 (1996).
- Pino, P. A., Cardona, A. E. Isolation of brain and spinal cord mononuclear cells using percoll gradients. J. Vis. Exp. , (2011).
- Veremeyko, T., Starossom, S. C., Weiner, H. L., Ponomarev, E. D. Detection of microRNAs in microglia by real-time PCR in normal CNS and during neuroinflammation. J. Vis. Exp. , (2012).
- Su, X., Federoff, H. J., Maguire-Zeiss, K. A. Mutant alpha-synuclein overexpression mediates early proinflammatory activity. Neurotox. Res. 16, 238-254 (2009).
- Jung, S., et al. Analysis of fractalkine receptorCX(3)CR1 function by targeted deletion and green fluorescent protein reporter gene insertion. Mol. Cell. Biol. 20, 4106-4114 (2000).
- Imai, T., et al. Identification and molecular characterization of fractalkine receptor CX3CR1, which mediates both leukocyte migration and adhesion. Cell. 91, 521-530 (1997).
- Cardona, A. E., et al. Control of microglial neurotoxicity by the fractalkine receptor. Nat. Neurosci. 9, 917-924 (2006).
- Streit, W. J., Walter, S. A., Pennell, N. A. Reactive microgliosis. Prog. Neurobiol. 57, 563-581 (1999).
- Frank, M. G., Wieseler-Frank, J. L., Watkins, L. R., Maier, S. F. Rapid isolation of highly enriched and quiescent microglia from adult rat hippocampus:immunophenotypic and functional characteristics. J. Neurosci. Methods. 151, 121-130 (2006).
