子宮外エレクトロポレーションおよびマウスの海馬組織の器官型スライス培養
Summary
Here we present a protocol providing a tool to examine regulatory mechanisms of specific genes during hippocampal development. Employing ex utero electroporation and organotypic slice culture allows the up- and down-regulation of the expression of genes of interest in single cells and follow their fate during development.
Abstract
Mouse genetics offers a powerful tool determining the role of specific genes during development. Analyzing the resulting phenotypes by immunohistochemical and molecular methods provides information of potential target genes and signaling pathways. To further elucidate specific regulatory mechanisms requires a system allowing the manipulation of only a small number of cells of a specific tissue by either overexpression, ablation or re-introduction of specific genes and follow their fate during development. To achieve this ex utero electroporation of hippocampal structures, especially the dentate gyrus, followed by organotypic slice culture provides such a tool. Using this system to generate mosaic deletions allows determining whether the gene of interest regulates cell-autonomously developmental processes like progenitor cell proliferation or neuronal differentiation. Furthermore it facilitates the rescue of phenotypes by re-introducing the deleted gene or its target genes. In contrast to in utero electroporation the ex utero approach improves the rate of successfully targeting deeper layers of the brain like the dentate gyrus. Overall ex utero electroporation and organotypic slice culture provide a potent tool to study regulatory mechanisms in a semi-native environment mirroring endogenous conditions.
Introduction
海馬は記憶や学習に重要な役割だけでなく、感情的な行動を果たしている。一つの主な機能は、神経系の高い可塑性を必要とする長期記憶に短期記憶の統合、から構成されている。海馬の歯状回は、入力された情報のための主要なゲートウェイとして機能し、また成人期1,2を通じて継続的なニューロン新生と2脳領域の一つです。海馬の構造の開発が遅れて胚形成の間、特に最初の3〜4週間の生後3中に発生します。歯の早期開発中の幹細胞プールは、出生後だけでなく、大人の神経発生4に必要な確立されている回。現像ニューロンは、生後ならびに成体神経発生の間に、未成熟し、最終的に成熟したニューロンの前駆細胞のいくつかの段階を経て幹細胞から、様々なステージを通過する。神経発生の異なる段階での発現特定の遺伝子が海馬の回路5,6に新しい神経細胞の成熟と統合を可能にするために必要とされている。
免疫組織化学により、マウス遺伝学および表現型分析を用いて、ならびに分子的方法は、これらの遺伝子の多くの発現パターンおよび機能を定義することができた。さらにマイクロアレイ分析、ならびにクロマチン免疫沈降法（ChIP）の潜在的な直接的および間接的な標的遺伝子7,8についての情報を提供した。しかし、歯状回の特定の開発における海馬開発の調節機構に関する多くの未解決の問題は、まだあります。さらなる洞察を得るためにダウンや、興味のある遺伝子及び/又はその標的遺伝子のアップレギュレーションおよび開発中に、それらの運命を追跡する少数の細胞の操作を可能にする必要とされるどの特定の遺伝子系を規制されている。 子宮内エレクトロポレーションで shRNAは、目的の遺伝子のcDNAまたはCreリコンビナーゼのrecombinaSEはそのようなツールを提供しています。確実にするために、所望のDNAまたは低分子RNAの発現プラスミドの存在は、エレクトロポレーションのために使用されるべきである。このアプローチは非常に成功した皮質の開発9,10の勉強に実装されますが、より深い脳の層における海馬の構造の位置に起因する歯状回の開発を検討し、より挑戦的なアプローチです。
器官スライス培養に続いて子宮外エレクトロポレーションは、この問題11,12を回避する一つの方法です。 子宮内エレクトロポレーションではない全胚とは対照的にのみヘッドしたがって、海馬および歯状回に向けたshRNA / DNAを指示するためのより有利な方法で電極を配置することを可能に用いられる。私たちのグループは正常に歯状回の開発8時の転写因子Bcl11bの役割を研究するために子宮外エレクトロポレーションを採用。 Bcl11bは、rによる歯状回開発の二重の役割を持っている免疫組織化学によって実証されたように、前駆細胞の増殖ならびに分化をegulating。さらに、これらのプロセスにおけるBcl11bの関与のためのメカニズムを定義するには、Polleuxグループ11,12のプロトコルは、プロトコルセクションに下記のように歯状回を研究するために調整した。最初のアプローチでの質問はBcl11bが自律神経細胞分化細胞を規制されているかどうかに対処した。第二のアプローチは、デスモプラキン、Bcl11bの直接の標的遺伝子は、Bcl11b表現型を救出するのに十分であるかどうかを検討した。
Protocol
Representative Results
Discussion
海馬は、学習および記憶において重要な機能を有している。歯状回も神経発生は、開発中だけでなく、成人期を通じてだけでなく、発生した2脳領域の一つです。産後と多くの共通の要因が関与する類似の方法で、大人の海馬の神経新生が進行する。これらの要因の調節機構を定義すると、今度は新たな治療法や予防措置につながる神経変性疾患を理解する上で非常に参考になります。この情…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by grants from the Deutsche Forschungsgemeinschaft to SB (BR-2215; SFB 497/A9).
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/ Description |
| Flaming/ Brown Micropipette Puller | Sutter Instruments Company (USA) | P-97 | |
| Fine Glass Pipettes | Warner Instruments | G100F-4 | |
| Microgrinder | Narishige, Japan | EG-44 | |
| Anesthetic Bracket unit | Harvard Apparatus | PY2 34-0412 | |
| Halovet Vaporizer | Harvard Apparatus | PY2 34-0398 | |
| Fluovac System | Harvard Apparatus | PY2 34-0387 | |
| IMS Fluosorber | Harvard Apparatus | PY2 34-0415 | |
| Anesthetizing Chamber | Harvard Apparatus | PY2 34-0460 | |
| Electroporator | BEX Company | CUY21 EDIT | |
| Tweezers with disk electrodes | BEX Company | LF650P3 | 3 mm electrodes for E15.5 |
| Tweezers with disk electrodes | BEX Company | LF650P5 | 5 mm electrodes for E18.5 |
| Picospritzer III | Parker Hannifin Corporation | P/N 052-0500-900 | |
| HM 650V Vibrating Blade Microtome, 230V | Thermo Scientific | 920120 | |
| Dissection Microscope | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Stemi SV8 | |
| Inverted Microscope | Leica | Leica DM IL LED | |
| Confocal Microscope | Leica | Sp5II | |
| 6 well dish | BD Falcon | #353502 | |
| 6 well dish | CELLSTAR | #657160 | |
| Tissue culture inserts | BD Falcon | #353090 | |
| Fast Green | Sigma | F7252 | |
| Laminin | Sigma | #L2020 | |
| Poly-L-lysine | Sigma | #P5899 | |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Extra Fine Bonn Scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Forceps | Dumont #55 | 11255-20 Inox | |
| HBSS 10X | Life Technology | 14180-046 | |
| BME | Life Technology | 41010-26 |
Riferimenti
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