間接ニューロン、星状細胞共培養アッセイ：<em>インビトロ</em>ニューロングリアの相互作用の詳細な調査のためのセットアップ
Summary
このプロトコルは、ニューロン – グリア相互作用の区画化分析のための間接的なニューロン、星状細胞共培養を説明します。
Abstract
適切な神経細胞の発達と機能の開発と成人の脳の前提条件です。しかし、複雑な神経回路網の高度に制御形成と維持のメカニズムは完全にこれまで理解されていません。健康と病気のニューロンに関する未解決の問題は、人間の関連する病状、 例えば、アルツハイマー病や統合失調症を調査する基本的な開発を理解することから、多様で到達しています。ニューロンのほとんどの詳細な分析は、 インビトロで行うことができます。しかし、神経細胞は、細胞を要求し、その長期生存のためのアストロサイトの追加支援を必要としています。この細胞異質は、ニューロンとアストロサイトの分析を分析することを目的と矛盾しています。物理的でありながら、私たちは、ここで同じ化学的に規定された培地を共有する純粋な一次ニューロンとアストロサイトの長期的な共存培養を可能にする細胞培養アッセイを提示します分離しました。この設定では、培養物は、4週間まで生存し、アッセイは、ニューロン – グリア相互作用に関する研究の多様性に適しています。
Introduction
過去数十年間を通して、神経膠細胞機能の一般的な解釈は、神経機能1についての積極的な規制の役割に向かって単に支持するの帰属から進化してきました。そのため、健康と病気2における脳の恒常性に対するその顕著な影響のため、アストロサイトは、科学界のために特別な関心があります。過去数年間において、研究の多様性は、in vivoおよびdi vitro 3ニューロン-グリア相互作用に焦点を当てています。しかし、培養系のほとんどは、両方の細胞型のとそれぞれのsecretomesの独立した分析を可能にするものではありません。
いくつかのアプローチは、長期的な生存および生理学的に関連する神経回路網の開発4-6を達成するために、ニューロンとグリアの直接共存培養を利用します。物理的に分離された7両方の細胞型を維持しながら、本プロトコルは、同じ目標に到達します。 conditioneに比べてD媒体は、我々のシステムは、ニューロンとアストロサイト間の双方向通信を勉強することができ、8,9近づきます。細胞は、共有媒体に成熟さながら分泌シグナル伝達分子の発現をモニターすることができます。アストロサイトは、それによってニューロンの成長を調節する、例えば、サイトカイン、成長因子および細胞外マトリックス分子10,11として可溶性因子を放出し、7,12機能として、この機会は、特に関連性があります。したがって、 インビトロでの網膜神経節細胞のトロンボスポンジンの添加は、シナプス13の形成を誘導することが実証されています。しかし、他の未知の要因が13、機能的シナプスをレンダリングするために必要です。また、星状細胞により放出された分子は、ニューロン – グリア相互作用の基礎を理解するために識別されなければなりません。
マウスおよびラットからの一次ニューロンとアストロサイトの栽培は、以前に14から16に記載されています。ここで間接共培養法で両方の細胞型を結合するエレガントで汎用性の高いツールを提示します。二つの文化は、物理的に同じ媒体を共有まだ分離されているため、ニューロン、星状細胞および可溶性分子の影響は、別々に、したがって神経グリア相互作用研究のための強力なツールを作成し、分析することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
共有媒体でそれらを維持しながら、現在のプロトコルの主な目標は、完全に独立した神経細胞とアストロサイトの培養物です。このため、得られた培養物の純度は、手順の開始時に確認されるべきです。私たちは、オリゴデンドロサイト前駆マーカーおよびミクログリアを識別するためにIBA1タンパク質としてO4抗原、アストロサイトのマーカーとしてGFAP、神経細胞のマーカーとして、ニュー…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The present work was supported by the German research foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG: GRK 736, Fa 159/22-1; the research school of the Ruhr University Bochum (GSC98/1) and the priority program SSP 1172 “Glia and Synapse”, Fa 159/11-1,2,3).
Materials
| Reagents | |||
| B27 | Gibco (Life Technologies) | 17504-044 | |
| Cell culture grade water | MilliQ | ||
| Cell culture grade water | MilliQ | ||
| Cytosine-ß-D arabinofuranoside (AraC) | Sigma-Aldrich | C1768 | CAUTION: H317, H361 |
| DMEM | Gibco (Life Technologies) | 41966-029 | |
| DNAse | Worthington | LS002007 | |
| Gentamycin | Sigma-Aldrich | G1397 | CAUTION: H317-334 |
| Glucose | Serva | 22700 | |
| HBSS | Gibco (Life Technologies) | 14170-088 | |
| HEPES | Gibco (Life Technologies) | 15630-056 | |
| Horse serum | Biochrom AG | S9135 | |
| L-Cysteine | Sigma-Aldrich | C-2529 | |
| MEM | Gibco (Life Technologies) | 31095-029 | |
| Ovalbumin | Sigma-Aldrich | A7641 | CAUTION: H334 |
| Papain | Worthington | 3126 | |
| PBS | self-made | ||
| Poly-D-lysine | Sigma-Aldrich | P0899 | |
| Poly-L-ornithine | Sigma-Aldrich | P3655 | |
| Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | S8636 | |
| Trypsin-EDTA | Gibco (Life Technologies) | 25300054 | |
| Equipment | |||
| 24 well plates | Thermoscientific/Nunc | 142475 | |
| 24-wells plate (for the indirect co-culture) | BD Falcon | 353504 | |
| Binocular | Leica | MZ6 | |
| Cell-culture inserts | BD Falcon | 353095 | |
| Centrifuge | Heraeus | Multifuge 3S-R | |
| Counting Chamber | Marienfeld | 650010 | |
| Forceps | FST Dumont (#5) | 11254-20 | |
| glass cover slips (12 mm) | Carl Roth (Menzel- Gläser) | P231.1 | |
| Incubator | Thermo Scientific | Heracell 240i | |
| Micro tube (2 ml) | Sarstedt | 72,691 | |
| Microscope | Leica | DMIL | |
| Millex Syringe-driven filter unit | Millipore | SLGV013SL | |
| Orbital shaker | New Brunswick Scientific | Innova 4000 | |
| Parafilm | Bemis | PM-996 | |
| Petri dishes (10 cm) | Sarstedt | 833,902 | |
| pipette (1 ml) | Gilson | Pipetman 1000 | |
| Sterile work bench | The Baker Company | Laminar Flow SterilGARD III | |
| Surgical scissors | FST Dumont | 14094-11 | |
| Syringe | Henry Schein | 9003016 | |
| T75 flask | Sarstedt | 833,911,002 | |
| tube (15 ml) | Sarstedt | 64,554,502 | |
| Water bath | GFL | Water bath type 1004 |
Riferimenti
- Volterra, A., Meldolesi, J. Astrocytes, from brain glue to communication elements: the revolution continues. Nat Rev Neurosci. 6, 626-640 (2005).
- Barreto, G. E., Gonzalez, J., Torres, Y., Morales, L. Astrocytic-neuronal crosstalk: implications for neuroprotection from brain injury. Neurosci Res. 71, 107-113 (2011).
- Araque, A., Carmignoto, G., Haydon, P. G. Dynamic signaling between astrocytes and neurons. Annu Rev Physiol. 63, 795-813 (2001).
- Dityatev, A., et al. Activity-dependent formation and functions of chondroitin sulfate-rich extracellular matrix of perineuronal nets. Dev Neurobiol. 67, 570-588 (2007).
- Robinette, B. L., Harrill, J. A., Mundy, W. R., Shafer, T. J. In vitro assessment of developmental neurotoxicity: use of microelectrode arrays to measure functional changes in neuronal network ontogeny. Front Neuroeng. 4, 1 (2011).
- Voigt, T., Opitz, T., de Lima, A. D. Synchronous Oscillatory Activity in Immature Cortical Network Is Driven by GABAergic Preplate Neurons. J Neurosci. 21 (22), 8895-8905 (2001).
- Geissler, M., Faissner, A. A new indirect co-culture set up of mouse hippocampal neurons and cortical astrocytes on microelectrode arrays. J Neurosci Methods. 204, 262-272 (2012).
- Yu, C. Y., et al. Neuronal and astroglial TGFbeta-Smad3 signaling pathways differentially regulate dendrite growth and synaptogenesis. Neuromolecular Med. 16, 457-472 (2014).
- Yu, P., Wang, H., Katagiri, Y., Geller, H. M. An in vitro model of reactive astrogliosis and its effect on neuronal growth. Methods Mol Biol. 814, 327-340 (2012).
- Kucukdereli, H., et al. Control of excitatory CNS synaptogenesis by astrocyte-secreted proteins Hevin and SPARC. PNAS. 108, E440-E449 (2011).
- Pyka, M., Busse, C., Seidenbecher, C., Gundelfinger, E. D., Faissner, A. Astrocytes are crucial for survival and maturation of embryonic hippocampal neurons in a neuron-glia cell-insert coculture assay. Synapse. 65, 41-53 (2011).
- Navarrete, M., Araque, A. Basal synaptic transmission: astrocytes rule!. Cell. 146, 675-677 (2011).
- Christopherson, K. S., et al. Thrombospondins are astrocyte-secreted proteins that promote CNS synaptogenesis. Cell. 120, 421-433 (2005).
- Kaech, S., Banker, G. Culturing hippocampal neurons. Nat Protoc. 1, 2406-2415 (2006).
- Geissler, M., et al. Primary hippocampal neurons, which lack four crucial extracellular matrix molecules, display abnormalities of synaptic structure and function and severe deficits in perineuronal net formation. J Neurosci. 33, 7742-7755 (2013).
- Dzyubenko, E., Gottschling, C., Faissner, A. Neuron-Glia Interactions in Neural Plasticity: Contributions of Neural Extracellular Matrix and Perineuronal Nets. Neural Plast. 2016, 5214961 (2016).
- McCarthy, K. D., de Vellis, J. Preparation of separate astroglial and oligodendroglial cell cultures from rat cerebral tissue. J Cell Biol. 85, 890-902 (1980).
- Pyka, M., et al. Chondroitin sulfate proteoglycans regulate astrocyte-dependent synaptogenesis and modulate synaptic activity in primary embryonic hippocampal neurons. Eur J Neurosci. 33, 2187-2202 (2011).
- Eroglu, C. The role of astrocyte-secreted matricellular proteins in central nervous system development and function. J Cell Commun Signal. 3, 167-176 (2009).
- Ethell, I. M., Ethell, D. W. Matrix metalloproteinases in brain development and remodeling: synaptic functions and targets. J Neurosci Res. 85, 2813-2823 (2007).
- Theocharidis, U., Long, K., ffrench-Constant, C., Faissner, A., Dityatev, A. l. e. x. a. n. d. e. r., Wehrle-Haller, B. e. r. n. h. a. r. d., Asla, P. i. t. k. &. #. 2. 2. 8. ;. n. e. n. . Prog Brain Res. 214, 3-28 (2014).
- Dityatev, A., Rusakov, D. A. Molecular signals of plasticity at the tetrapartite synapse. Curr Opin Neurobiol. 21, 353-359 (2011).
- Ippolito, D. M., Eroglu, C. Quantifying synapses: an immunocytochemistry-based assay to quantify synapse. JoVe. , (2010).
