בידוד והתרבות של ניתק עצב סנסורי מאפרוח עוברים
Summary
מודלים תרבית תאים מספקים שליטה מפורטת על תנאים סביבתיים ובכך מספקים פלטפורמה רבת עוצמה על מנת להבהיר היבטים רבים של ביולוגיה של תא עצבי. אנו מתארים שיטה מהירה, זולה, ואמינה לבודד, לנתק, ותרבות תאי עצב תחושתי מעובר חומוס. פרטים של הכנת המצע וimmunocytochemistry גם מסופקים.
Abstract
הנוירונים הם תאים רב פנים שנושאים מידע חיוני עבור מגוון רחב של פונקציות, כולל תחושה, תנועה מוטורית, למידה, וזיכרון. חקר תאי עצב in vivo יכול להיות מאתגר בשל המורכבות שלהם, הסביבות המגוונות ודינמיות שלהם, ומגבלות טכניות. מסיבות אלה, חקרו תאי עצב במבחנה יכול להוכיח מועיל לפענח את המסתורין המורכב של תאי עצב. הטבע המוגדר היטב של דגמי תרבית תאים מספק שליטה מפורטת על תנאים ומשתנים סביבתיים. כאן אנו מתארים כיצד לבודד, לנתק, ונוירונים עיקרי תרבות מעוברת חומוס. טכניקה זו היא מהירה, זולה, ומייצרת וחסונה גדלה עצב סנסורי. ההליך מייצר באופן עקבי תרבויות שהעשירו מאוד עבור תאי עצב ויש לו מעט מאוד תאים שאינם עצביים (פחות מ -5%). נוירונים עיקרי אינו דבק גם לזכוכית שלא טופלה או מפלסטיק בתרבית רקמה, ולכן נהלים מפורטים ליצירת שתי distinct, מצע המכיל laminin מוגדר היטב לציפוי עצבי מתוארים. נוירונים בתרבית הם נוחים מאוד לטכניקות תאיות ומולקולריות מרובות, כוללים שיתוף immunoprecipitation, דמיון תא חי, RNAi, וimmunocytochemistry. נהלים לimmunocytochemistry כפול על נוירונים בתרבית אלה כבר מותאמים ושתוארו כאן.
Introduction
הנוירונים הם תאים מורכבים שנושאים מידע חיוני עבור מגוון רחב של פונקציות, כולל תחושה, ראייה, תנועה מוטורית, למידה, וזיכרון. ייחודי מסוגי תאים אחרים, תאי עצב להרחיב את התהליכים כמו זרוע, האקסונים נקראים, כדי ליצור כבישים עצביים חיוניים לתקשורת. במהלך תאי פיתוח מתמחה ממוקמים בקצוות של אקסונים הגובר, נקרא קונוסים צמיחה, לנווט קונצרט של רמזים תאיים להוביל את האקסון ליעד המתאים. המנגנונים המולקולריים המורכבים העומדים בבסיס ניווט חרוט צמיחה אינם מובנים במלואם. כדי להבין טוב יותר את המנגנונים האלה, חוקרים השתמשו במודלי תרבית תאים ללמוד הנוירונים בסביבה חוץ גופית מוגדרת ופשוטה ב. הנוירונים לומדים בתרבות 1 הוביל להתקדמות משמעותית בהבנה שלנו של ביולוגיה של תא העצבי ובם: הבחנה עצבית 2, דינמיקת cytoskeletal, אנדוציטוזה וסחר, דנדריטתקנה 3,4, התחדשות axonal 5, ומצבים קליניים כגון מחלות עצבים 6. בנוסף, נוירונים בתרבית הם נוחים מאוד למגוון רחב של טכניקות מחקר כוללים immunocytochemistry, שיתוף immunoprecipitation פני תא, כתם מערבי, transfection, RNAi, והדמיה לחיות כגון ניתוח timelapse של תנועתיות החרוט צמיחה. לפיכך, culturing נוירונים עיקרי הוא גישה רבת עוצמה כדי להבהיר היבטים רבים של הביולוגיה של התא של תאי עצב.
מודל תרבית תאים מספק לחוקרים עם שליטה מפורטת על תנאים ומשתנים סביבתיים. לדוגמא, ניתן להשפיע המצע שעליו נוירונים הם מצופים (ולגדול על) בקלות. כאן, אנו מספקים הוראות מפורטות ליצירת שני מצע ברור, אחד עם ריכוז laminin-1 נמוך והשני עם להרוות ריכוזים של laminin-1. באופן מפתיע, ריכוזים שונים של אותה המולקולה יכולים להיות השפעה דרמטיתעל המצב הפנימי של תאי עצב, כמו גם את רכב פני השטח של תאים שלהם. לדוגמא, רמות תאיות של רמות cAMP ופני השטח של integrins שונות באופן משמעותי בתאי עצב מצופים על שני 7,8 substrata אלה. מחקרים נוספים הראו כי מולקולות אחרות, ובכלל זה proteoglycans פיברונקטין וכונדרואיטין סולפט, השפעת הביטוי של מולקולות פני השטח של תא ותנועתיות עצביות 7-11. בנוסף, מולקולות מסיסה כגון neurotrophins וneurotropins גם להשפיע הרכב קרום תא ותנועתיות עצביות 12-16 והוא יכול להיות בקלות ובאופן מדויק מניפולציות במודל תרבית תאים.
כאן, אנו מתארים שיטות לבודד ותרבות מנותקת עצב סנסורי מעובר חומוס. הליך זה נעשה שימוש כדי להפוך את פריצות דרך משמעותיות בנוירוביולוגיה, ובכלל זה תולדת האקסון 5,7,8,10,11,16-21 והיה שונה מהליך שנועד לבודד את תאי הגנגליון 22. ישמספר יתרונות לגישה זו. ראשית, תכונות רבות של גנגליון שורש הגבי חומוס פיתוח (DRG) הם גם מתאפיינים כוללים מסגרת הזמן ללידה, הארכת האקסון, וביטוי חלבון פרופילי 2,23-28, ובכך לספק בסיס מאלף שעליו לבנות אינפורמטיבי בניסויי מבחנה. שנית, ניתק תרבויות עצביות מאפשרות לחוקר ללמוד באופן ישיר יותר נוירונים בהשוואה לגישות חלופיות באמצעות explants שלם DRG (המכיל תאי עצב ותאים שאינם עצביים) ו / או תרבויות מעורבות המכיל גם תאי עצב ניתק ותאים שאינם עצביים. שלישית, ההליך המתואר כאן הוא פשוט, זול ונוח לסטודנטים לתואר ראשון. לכן, טכניקה זו יכולה לשמש למחקר, כמו גם למטרות הוראה. יתר על כן, שינויים קלים של פרוטוקול זה צריכים לאפשר טיהור תשואה גבוהה במהירות, של נוירונים ממקורות אחרים מאשר DRGs. לדוגמא, בהליך זה יכול להיות שונה כדי לספק neuronally enrתרבויות iched מרקמות אחרות כגון מוח קדמי עוברי או בחוט השדרה.
פרוטוקולי Immunocytochemistry כבר מותאמים לתרבויות עצביות ניתק אלה ומתוארים בפירוט כאן. הליך immunocytochemistry הכפול נגד מולקולה עצבית הידבקות תא (NCAM) וintegrins β1 מסופק. הנתונים המופקים משיטות immunocytochemical אלה היו בשימוש כדי לבחון את הדפוסים מרחביים ועוצמתם של מספר מולקולות בנוירונים בתרבית 8,16.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנו מציגים פרוטוקולים מפורטים לבידוד וניתק culturing עצב סנסורי מעובר אפרוח. הליך זה יוצר אוכלוסייה מועשרת של הנוירונים גדלו וחסונה במבחנה 7,8,10,16. ניתן ליישם טכניקות תאיות ומולקולריות רבות לנוירונים בתרבית אלה, כוללים immunocytochemistry, אשר מתואר כאן. פרוטוקול זה …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות לאליסון Philbrook, בלינדה Barbagallo ומייקל פרנסיס להערות תובנה על נייר זה. המחקר המדווח בפרסום זה נתמכה על ידי הפרס R15 AREA 1R15NS070172-01A1 הוענק לMLL.
Materials
| sterile small culture dishes (35mm) | Corning | 430165 | |
| sterile large culture dishes (100mm) | Falcon | 353003 | |
| sterile large petri dishes (100mm) | VWR | 89000-302 | |
| glass petri dish (100mm) | VWR | D108962 | |
| fine forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| standard forceps | Fine Science Tools | 1100-12 | |
| coverslips (22×22) | Fisher | 12 518 105K | 0.13-0.17 mm thickness is optimal for microscopy |
| porcelin coverslip holder | Thomas scientific | 8542E40 | |
| Fetal Bovine serum | Gibco | 17502-048 | use 50ml aliquots per 500 mls of Ham's F12 media |
| HCL | VWR | VW3204-1 | use at 2M, can be used twice before discarding |
| NaCl | Sigma | S9888 | use 5M NaCl solution for laminin-1 stock solution |
| laminin-1 | Invitrogen | 23017-015 | Add 72ul of sterile 5M NaCl and aliquot into 50ul |
| 15 ml conical tube | cell treat | 229411 | |
| PBS CMF 10X | Gibco | 14200 | used at 1X, dilute with sterile millipore filtered water |
| PBS 10X | Gibco | 14080 | used at 1X, dilute with sterile milliporee filtered water |
| Ham's F12 | Lonza | 12-615F | |
| Fetal Bovine Serum Albumin (BSA) | Gibco | 10438 | use in F12HS20 at 10% |
| HEPES | Sigma | H3375 | make sterile 1M solution in distilled water, dilute in F12 media to obtain final concentration of 10mM |
| Penicillin streptomyocin | Sigma | P0781 | use 5mls in 500mls of F12 media |
| NT3 | Millipore | GF031 | Add 1ml of sterile millipore water, aliquot under sterile conditions, store at -20 0C, use at final concentration of 10ng/ml in F12H media, keep in -20 C non-defrosting freezer |
| N2 | Invitrogen | 17502048 | aliquot under sterile conditions,stored at -20 0C, use 100ul per 10ml of F12H media |
| NGF | RnD systems | 256-GF | Add 1ml of sterile 1X PBS with 0.1% BSA, aliquot under sterile conditions, store at -20 0C, usd at final concentration of 10 ng/ml in F12H media |
| l-glutamine | Sigma | G7513 | aliquot under sterile conditions, store at -20 0C, use at final concentration of 200mM in F12H media |
| Trypsin | Sigma | T4049 | aliquot under sterile conditions, store at -20 0C |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Gibco | 15260 | |
| Other items needed: general dissection instruments, including glass pasteur pipettes, fertile white leghorn chicken eggs, check egg incubator (humidified, 37 degrees C), cell incubation chamber (humidified, 37 degrees C), laminar flow hood, binocular stereovision dissecting scope | |||
| Immunocytochemistry Reagents Table | |||
| Sucrose | Sigma | S9378 | used in fixative solution (4% paraformaldehye, 30% sucrose, 2X PBS) |
| Triton-X 100 | Sigma | T-8787 | |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | used in fixative solution (4% paraformaldehye, 30% sucrose, 2X PBS) |
| Fluoromount G | Southern Biotech | 0100-01 | |
| normal goat serum | Life technologies | PCN500 | |
| microscope slides | VWR | 16004-430 | |
| Primary Antibody Table | |||
| Antibody against NCAM | Millipore | AB5032 | polyclonal |
| Antibody against activated beta 1 ingegrin | Millipore | MAB19294 | monoclonal |
| Seconday Antibody Table | |||
| Goat anti-mouse IgG Alexa 488 | Life technologies | A11001 | |
| Goat anti-rabbit IgG Alexa 548 | Life technologies | A11036 |
References
- Millet, L. J., Gillette, M. U. Over a century of neuron culture: from the hanging drop to microfluidic devices. The Yale journal of biology and medicine. 85, 501-521 (2012).
- Guan, W., Puthenveedu, M. A., Condic, M. L. Sensory neuron subtypes have unique substratum preference and receptor expression before target innervation. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 23, 1781-1791 (2003).
- Kapitein, L. C., Hoogenraad, C. C. Which way to go? Cytoskeletal organization and polarized transport in neurons. Molecular and cellular neurosciences. 46, 9-20 (2011).
- Kapitein, L. C., Yau, K. W., Hoogenraad, C. C. Microtubule dynamics in dendritic spines. Methods in cell biology. 97, 111-132 (2010).
- Snow, D. M. Pioneering studies on the mechanisms of axonal regeneration. Developmental neurobiology. 71, 785-789 (2011).
- Melli, G., Hoke, A. Dorsal Root Ganglia Sensory Neuronal Cultures: a tool for drug discovery for peripheral neuropathies. Expert opinion on drug discovery. 4, 1035-1045 (2009).
- Condic, M. L., Letourneau, P. C. Ligand-induced changes in integrin expression regulate neuronal adhesion and neurite outgrowth. Nature. 389, 852-856 (1997).
- Lemons, M. L., Condic, M. L. Combined integrin activation and intracellular cAMP cause Rho GTPase dependent growth cone collapse on laminin-1. Experimental neurology. 202, 324-335 (2006).
- Beller, J. A., et al. Comparison of sensory neuron growth cone and filopodial responses to structurally diverse aggrecan variants, in vitro. Experimental neurology. 247, 143-157 (2013).
- Condic, M. L., Snow, D. M., Letourneau, P. C. Embryonic neurons adapt to the inhibitory proteoglycan aggrecan by increasing integrin expression. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 19, 10036-10043 (1999).
- Lemons, M. L., Barua, S., Abanto, M. L., Halfter, W., Condic, M. L. Adaptation of sensory neurons to hyalectin and decorin proteoglycans. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 4964-4973 (2005).
- Guan, W., Condic, M. L. Characterization of Netrin-1, Neogenin and cUNC-5H3 expression during chick dorsal root ganglia development. Gene Expr Patterns. 3, 369-373 (2003).
- Guan, W., Wang, G., Scott, S. A., Condic, M. L. Shh influences cell number and the distribution of neuronal subtypes in dorsal root ganglia. Developmental biology. 314, 317-328 (2008).
- Kolpak, A., Zhang, J., Bao, Z. Z. Sonic hedgehog has a dual effect on the growth of retinal ganglion axons depending on its concentration. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 3432-3441 (2005).
- Kolpak, A. L., et al. Negative guidance factor-induced macropinocytosis in the growth cone plays a critical role in repulsive axon turning. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 29, 10488-10498 (2009).
- Lemons, M. L., et al. Integrins and cAMP mediate netrin-induced growth cone collapse. Brain research. 1537, 46-58 (2013).
- Snow, D. M., Atkinson, P. B., Hassinger, T. D., Letourneau, P. C., Kater, S. B. Chondroitin sulfate proteoglycan elevates cytoplasmic calcium in DRG neurons. Developmental biology. 166, 87-100 (1994).
- Snow, D. M., Brown, E. M., Letourneau, P. C. Growth cone behavior in the presence of soluble chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG), compared to behavior on CSPG bound to laminin or fibronectin. Int J Dev Neurosci. 14, 331-349 (1996).
- Snow, D. M., Lemmon, V., Carrino, D. A., Caplan, A. I., Silver, J. Sulfated proteoglycans in astroglial barriers inhibit neurite outgrowth in vitro. Experimental neurology. 109, 111-130 (1990).
- Snow, D. M., Letourneau, P. C. Neurite outgrowth on a step gradient of chondroitin sulfate proteoglycan (CS-PG). Journal of neurobiology. 23, 322-336 (1992).
- Snow, D. M., Mullins, N., Hynds, D. L. Nervous system-derived chondroitin sulfate proteoglycans regulate growth cone morphology and inhibit neurite outgrowth: A light, epifluorescence, and electron microscopy study. Microsc Res Tech. 54, 273-286 (2001).
- 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, 791-803 (1988).
- Firnhaber, C., Hammarlund, M. Neuron-specific feeding RNAi in C. elegans and its use in a screen for essential genes required for GABA neuron function. PLoS genetics. 9, e1003921 (2013).
- Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. 1951. Developmental dynamics : an official publication of the American Association of Anatomists. 195, 231-272 (1992).
- Hollyday, M. Chick wing innervation. I. Time course of innervation and early differentiation of the peripheral nerve pattern. The Journal of comparative neurology. 357, 242-253 (1995).
- Hollyday, M., Morgan-Carr, M. Chick wing innervation. II. Morphology of motor and sensory axons and their growth cones during early development. The Journal of comparative neurology. 357, 254-271 (1995).
- Honig, M. G., Kueter, J. The expression of cell adhesion molecules on the growth cones of chick cutaneous and muscle sensory neurons. Developmental biology. 167, 563-583 (1995).
- Tosney, K. W., Landmesser, L. T. Development of the major pathways for neurite outgrowth in the chick hindlimb. Developmental biology. 109, 193-214 (1985).
- Dontchev, V. D., Letourneau, P. C. Nerve growth factor and semaphorin 3A signaling pathways interact in regulating sensory neuronal growth cone motility. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, 6659-6669 (2002).
- Munoz, L. M., et al. Ephrin-A5 inhibits growth of embryonic sensory neurons. Developmental biology. 283, 397-408 (2005).
- Roche, F. K., Marsick, B. M., Letourneau, P. C. Protein synthesis in distal axons is not required for growth cone responses to guidance cues. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 29, 638-652 (2009).
- Condic, M. Adult neuronal regeneration induced by transgenic integrin expression. Journal of Neuroscience. 21, 4782-4788 (2001).
- Hory-Lee, F., Russell, M., Lindsay, R. M., Frank, E. Neurotrophin 3 supports the survival of developing muscle sensory neurons in culture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90, 2613-2617 (1993).
- Toyofuku, T., et al. FARP2 triggers signals for Sema3A-mediated axonal repulsion. Nature neuroscience. 8, 1712-1719 (2005).
- Steinmetz, M. P., et al. Chronic enhancement of the intrinsic growth capacity of sensory neurons combined with the degradation of inhibitory proteoglycans allows functional regeneration of sensory axons through the dorsal root entry zone in the mammalian spinal cord. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 25, 8066-8076 (2005).
