Vi beskriver rutiner för märkning och genotypning nyfödda möss och generera primära neuronala kulturer från dem. Den genotypning är snabb, effektiv och tillförlitlig, och möjliggör automatiserad nukleinsyra-sur extraktion. Detta är särskilt användbart för neonatalt dödliga möss och deras kulturer som kräver förhands avslutad genotypning.
Högupplöst analys av morfologi och funktion av däggdjurs neuroner kräver ofta genotypning av enskilda djur följt av analys av primärkulturer av nervceller. Vi beskriver en rad förfaranden för: märkning nyfödda möss som ska genotypats, snabb genotypning, och etablera låg densitet kulturer av hjärnans nervceller från dessa möss. Individuella möss är märkta med tatuering, vilket möjliggör långsiktig identifiering varar i vuxen ålder. Genotypning av den beskrivna protokollet är snabb och effektiv, och möjliggör automatisk extraktion av nukleinsyra med god tillförlitlighet. Detta är användbart under omständigheter där tillräcklig tid för konventionell genotypning är inte tillgänglig, t.ex., i möss som lider av neonatal dödlighet. Primära neuronala kulturer genereras vid låg densitet, vilket möjliggör avbildning experiment vid hög rumslig upplösning. Denna kultur metoden kräver beredning av gliaceller feeder lager före neuronal plätering. Den protocol tillämpas i sin helhet till en musmodell av rörelsestörning DYT1 dystoni (AE-Torsina knock-in möss) och neuronala kulturer framställs av hippocampus, hjärnbarken och striatum av dessa möss. Detta protokoll kan tillämpas på möss med andra genetiska mutationer, samt andra djurarter. Dessutom kan enskilda komponenterna i det protokoll användas för isolerade delprojekt. Detta protokoll kommer således att ha breda program, inte bara i neurovetenskap men även inom andra områden för biologiska och medicinska vetenskaper.
Gnagarmodeller av genetiska sjukdomar har visat sig användbara i att fastställa de fysiologiska funktionerna av normala proteiner och nukleinsyror, liksom de patofysiologiska följderna av defekter i dessa. Exempel inkluderar mus med brist på proteiner involverade i viktiga cellulära funktioner, samt musmodeller av sjukdomar som Alzheimers sjukdom. Dock kan vissa genetiska manipulationer leda till neonatal dödlighet inom kort eller ett par dagar efter födseln. I dessa fall, primära cellkulturer är ett viktigt verktyg eftersom levande celler kan erhållas från de embryonala eller neonatala valpar före döden, kan de hållas i minst ett par veckor in vitro, och under denna tid tidiga neuronala utvecklingen kan följas av biokemiska, funktionella och morfologiska experiment. För de primära kulturer, kan det vara fördelaktigt att plätera nervceller vid låg densitet; Detta gör det möjligt att visualisera den enskilde somata, dendriter, axonal axlar och nerv terminaler vid hög spatial upplösning. Emellertid kräver överlevnad och differentiering av neuroner vid låg densitet typiskt att de stryks ut på en glial matarskikt, samodlades med gliaceller i frånvaro av fysisk kontakt med dem, eller odlades i medium betingad av Glia 1.
Inrättandet av låg densitet neuronala kulturer på gliaceller feeder lager kan vara beroende av snabb och tillförlitlig genotypning förhand – inom några timmar i motsats till ett par dagar. Snabbhet är särskilt viktigt när det neuronala genotyp måste matchas till det av en gliaceller feeder lager förberett i förväg. Som ett mer praktiskt exempel, kan det vara nödvändigt att bestämma vilket ungar av vilka genotyp till användning vid generering kulturer, för att optimera effektiviteten i ett experiment.
Här kan vi visa arbetsprotokoll som har använts för snabb, förenklad och tillförlitlig mus genotypning i tidigare publikationer 2-6. Mus svansar ochett kommersiellt tillgängligt kit används. Detta protokoll innehåller ett steg extraktion av nukleinsyror från vävnaden, och kräver varken en nukleinsyra-syrareningssteg eller användning av en uppsägning buffert ("stop lösning"). Tillförlitligheten denna genotypning metod illustreras genom att presentera resultatet av en serie tester när skillnaderna införs med avseende på utgångsbeloppet för prover, ålder djuren och längden av PCR amplikoner. Detta kit erbjuder fördelarna med automatiserad extraktion och tillförlitlighet.
För tydlighetens vara heltäckande, är användningen av tatuering för långsiktig identifiering av genotypade mössen också visat. Tatuering uppnås genom applicering av tatuering bläck till dermis i huden (under epidermis) 7. Ett förfarande beskrivs för att tatuering paw kuddar av nyfödda eller en dag gamla möss, fastän tatueringar kan tillämpas på andra delar av kroppen, såsom svansar och tår, och att Animals i alla åldrar. Dessutom kommer förfaranden att demonstreras för plätering och odling mus nervceller vid en låg densitet, baserat på optimerad framställning av olika typer av gliala matarskikt 2,8.
Vi använder en genetisk musmodell av ärftlig neurologisk sjukdom DYT1 dystoni – en autosomalt dominant rörelse sjukdom som orsakas av en mutation i genen TOR1A (c.904_906delGAG / c.907_909delGAG, p.Glu302del / p.Glu303del) 9. Den kodade proteinet, Torsina, tillhör de "ATPaser förknippade med olika cellulära aktiviteter" (AAA +) familj av proteiner, vars medlemmar vanligtvis utför eskortering liknande funktioner, hjälpa till: protein utspelas, protein-komplex demontering, membran trafficking och vesikelfusion 10-13. De mutation resulterar i en in-frame radering av ett kodon för glutaminsyra, och kan leda till manifestation av "tidig debut gener isolerade dystoni" 14,15. Men vägenophysiological mekanismer som ansvarar för denna sjukdom är fortfarande dåligt kända. I en knock-in musmodell är den mutanta allelen Tor1a tm2Wtd, nämns nedan som Tor1a AE. Heterozygot AE-Torsina knock-in möss är livskraftiga och genetiskt härma mänskliga patienter med DYT1 dystoni, medan homozygota knock-i möss dör efter födseln 16,17, med latensen till postnatal död påverkas av genetisk bakgrund 18. Den tidiga död homozygot knock-i möss kräver att både genotypning av djur och inrättandet av neuronala kulturer snabbt klar. Som ett annat exempel på genotypning, Tfap2a (transkriptionsfaktor AP-2α, aktiverande förstärkare bindande protein 2α) kommer att användas. Proteinet kodat av denna gen är viktig vid reglering av flera cellulära processer, såsom proliferation, differentiering, överlevnad och apoptos 19.
Protokollet presenteras här ingår förfaranden för tatuering att märka / identifiera möss, för genotypning möss från svans tips och för odling mus hjärnans nervceller vid låg densitet. I en omgång av experiment med 6-8 valpar, dessa förfaranden kräver normalt ~ 0,5 h, ~ 4 timmar och ~ 2 tim respektive till totalt 6-7 tim. Detta gör det praktiskt för en enda försöks att slutföra alla nödvändiga förfaranden från tiden för valparna "födelse till plätering av neuronala kulturer – på mindre ä…
The authors have nothing to disclose.
The authors thank researchers at the University of Iowa, Drs. Luis Tecedor, Ines Martins and Beverly Davidson for instructions and helpful comments regarding striatal cultures, and Drs. Kara Gordon, Nicole Bode and Pedro Gonzalez-Alegre for genotyping assistance and discussions. We also thank Dr. Eric Weyand (Animal Identification and Marking Systems) for helpful comments regarding tattooing, and Dr. Shutaro Katsurabayashi (Fukuoka University) for helpful comments regarding the mouse culture. This work was supported by grants from the American Heart Association, the Department of Defense (Peer Reviewed Medical Research Program award W81XWH-14-1-0301), the Dystonia Medical Research Foundation, the Edward Mallinckrodt, Jr. Foundation, the National Science Foundation, and the Whitehall Foundation (N.C.H.).
REAGENTS – tattooing | |||
Machine Cleanser | Animal Identification and Marking Systems, Inc. | NMCR3 | This is used to clean the needles and the holder after tattooing. |
Machine Drying Agent | Animal Identification and Marking Systems, Inc. | NDAR4 | This is used to dry the needles and holder after cleaning. |
Neonate Tattoo Black Pigment | Animal Identification and Marking Systems, Inc. | NBP01 | |
Skin Prep Applicator | Animal Identification and Marking Systems, Inc. | NSPA1 | Q-tip. |
Skin Prep solution | Animal Identification and Marking Systems, Inc. | NSP01 | This reagent delivers a thin layer of oil that enhances the efficiency of tattooing and prevents tattoo fading, by (information from vendor): 1) preventing non-tattooed skin from being stained temporarily, thereby allowing the quality of a paw pad tattoo to be easily evaluated before the pup is returned to its home cage – the stained skin surface can be confused with the tattooed skin, 2) reducing skin damage during tattooing – softening the skin and lubricating the needle will help the needle penetrate the skin without causing skin damage, and 3) preventing molecular oxygen from entering the skin, thereby reducing inflammatory responses to reactive oxygen species that can be generated. |
REAGENTS – genotyping | |||
EZ Fast Tissue/Tail PCR Genotyping Kit (Strip Tube Format) | EZ BioResearch LLC | G2001-100 | |
2X PCR Ready Mix II | EZ BioResearch LLC | G2001-100 | A red, loading dye for electrophoresis is included in the 2X PCR Ready Mix solution. |
Tissue Lysis Solution A | EZ BioResearch LLC | G2001-100 | Prepare DNA Extraction Solution by mixing 20 µl of Tissue Lysis Solution A and 180 µl of Tissue Lysis Solution B per specimen. |
Tissue Lysis Solution B | EZ BioResearch LLC | G2001-100 | Prepare DNA Extraction Solution by mixing 20 µl of Tissue Lysis Solution A and 180 µl of Tissue Lysis Solution B per specimen. |
Acetic acid, glacial | VWR | BDH 3092 | |
Agarose optimized grade, molecular biology grade | rpi | A20090-500 | We use 2% agarose gels in TAE buffer containing the SYBR Safe DNA gel stain (diluted 10,000-fold) or ethidium bromide (0.5 µg/ml gel volume). |
Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E7637-1G | |
Ethylenediamine tetraacetic acid, disodium salt dihydrate (EDTA) | Fisher | BP120-500 | |
Filtered Pipet Tips, Aerosol-Free, 0.1-10 µl | Dot Scientific Inc | UG104-96RS | Use pipette tips that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. For all steps involving DNA, use filtered pipette tips to avoid cross-contamination. |
Filtered Pipet Tips, Premium Fit Filter Tips, 0.5-20 µl | Dot Scientific Inc | UG2020-RS | Use pipette tips that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. For all steps involving DNA, use filtered pipette tips to avoid cross-contamination. |
Filtered Pipet Tips, Premium Fit Filter Tips, 1-200 µl | Dot Scientific Inc | UG2812-RS | Use pipette tips that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. For all steps involving DNA, use filtered pipette tips to avoid cross-contamination. |
Molecular weight marker, EZ DNA Even Ladders 100 bp | EZ BioResearch LLC | L1001 | We use either of these three molecular weight markers. |
Molecular weight marker, EZ DNA Even Ladders 1000 bp | EZ BioResearch LLC | L1010 | |
Molecular weight marker, TrackIt, 100 bp DNA Ladder | GIBCO-Invitrogen | 10488-058 | |
PCR tubes, 8-tube strips with individually attached dome top caps, natural, 0.2 ml | USA Scientific | 1402-2900 | Use tubes that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. An 8-tube strip is easy to handle and to group the specimens than individual tubes. |
PCR tubes, Ultraflux Individual | rpi | 145660 | Use tubes that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. |
Seal-Rite 0.5 ml microcentrifuge tube, natural | USA Scientific | 1605-0000 | Use tubes that are sterile and free of DNA, RNase and DNase. |
SYBR Safe DNA gel stain * 10,000x concentration in DMSO | GIBCO-Invitrogen | S33102 | |
Tris base | rpi | T60040-1000 | |
Primers for amplifying Tor1a gene in ΔE-torsinA knock-in mice | 5'-AGT CTG TGG CTG GCT CTC CC-3' (forward) and 5'-CCT CAG GCT GCT CAC AAC CAC-3' (reverse) (reference 18). These primers were used at a final concentration of 1.0 ng/µl (~0.16 µM) (reference 2). | ||
Primers for amplifying Tfap2a gene in wild-type mice | 5'-GAA AGG TGT AGG CAG AAG TTT GTC AGG GC-3' (forward), 5'-CGT GTG GCT GTT GGG GTT GTT GCT GAG GTA-3' (reverse) for the 498-bp amplicon, 5'-CAC CCT ATC AGG GGA GGA CAA CTT TCG-3' (forward), 5'-AGA CAC TCG GGC TTT GGA GAT CAT TC-3' (reverse) for the 983-bp amplicon, and 5'-CAC CCT ATC AGG GGA GGA CAA CTT TCG-3' (forward), 5'-ACA GTG TAG TAA GGC AAA GCA AGG AG-3' (reverse) for the 1990-bp amplicon. These primers are used at 0.5 µM. | ||
REAGENTS – cell culture | |||
5-Fluoro-2′-deoxyuridine | Sigma-Aldrich | F0503-100MG | See comments section of uridine for more information. |
B-27 supplement | GIBCO-Invitrogen | 17504-044 | |
Cell Culture Dishes 35 x 10 mm Dishes, Tissue Culture-treated | BD falcon | 353001 | |
Cell Culture Flasks, T25, Tissue Culture-treated, Canted-neck, plug-seal cap, 25 cm2 Growth Area, 70 ml | BD falcon | 353082 | |
Cell Culture Flasks, T75, Tissue Culture-treated, Canted-neck, vented cap, 75 cm2 Growth Area, 250 ml | BD falcon | 353136 | |
Conical Tube, polypropylene, 15 ml | BD falcon | 352095 | |
Countess (cell number counter) chamber slides | GIBCO-Invitrogen | C10312 | |
Cytosine β-D-Arabinofuranoside hydrochloride (Ara-C hydrochloride) | Sigma-Aldrich | C6645-100mg | |
D-(+)-Glucose (Dextrose) anhydrous, SigmaUltra, 99.5% (GC) | Sigma-Aldrich | G7528-250G | |
Dish, Petri glass 100 x 15 mm | Pyrex | 3160-101 | |
Distilled water | GIBCO-Invitrogen | 15230-147 | |
DNase Type II | Sigma-Aldrich | D4527-200KU | Stock solution is prepared at 1500 units/20 μl = 75000 units/ml in distilled water. |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), high glucose, GlutaMAX, pyruvate | GIBCO-Invitrogen | 10569-010, 500 ml | |
Fast PES Filter Unit, 250 ml, 50 mm diameter membrane, 0.2 µm Pore Size | Nalgene | 568-0020 | |
Fast PES Filter Unit, 500 ml, 90 mm diameter membrane, 0.2 µm Pore Size | Nalgene | 569-0020 | |
Fetal bovine serum (FBS) | GIBCO-Invitrogen | 26140-079 | |
Glass coverslip, 12 mm Round, thickness 0.09–0.12 mm, No. 0 | Carolina | 633017 | |
GlutaMAX-I | GIBCO-Invitrogen | 35050-061 | |
Hanks' Balanced Salts | Sigma-Aldrich | H2387-10X | |
HEPES, ≥99.5% (titration) | Sigma-Aldrich | H3375-250G | |
Hydrochloric acid, 37%, A.C.S reagent | Sigma-Aldrich | 258148-100 ML | |
Insulin | Sigma-Aldrich | I5500-250 mg | |
Magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4•(7H2O), BioUltra, ≥99.5% (Fluka) | Sigma-Aldrich | 63138-250G | |
Matrigel Basement Membrane Matrix solution, Phenol Red-Free | BD Biosciences | 356237 | This is the coating material for coverslips and flasks. 1) To prepare it, thaw the Matrigel Basement Membrane Matrix solution on ice, which usually takes ~1 day. Using a pre-cooled pipette, aliquot the thawed solution into pre-cooled T25 flasks on ice, and store the flasks at -20°C. To prepare the working Matrigel solution, thaw the aliquotted Matrigel in a flask on ice, dilute 50-fold by adding pre-cooled MEM solution and keep the diluted solution at 4°C. It is important to pre-cool all cultureware and media that come into contact with Matrigel, except during and after the coating of coverslips, to prevent it from prematurely forming a gel. 2) To coat the glass coverslips or culture flasks with Matrigel, apply the Matrigel solution to the surface. Before plating cells, it is important to completely dry up the surface. For this purpose, it might be helpful to aspirate Matrigel during the cellular centrifugation immediately before plating the cells and to allow enough time for drying. |
Minimum Essential Medium (MEM) | GIBCO-Invitrogen | 51200-038 | |
MITO+ Serum Extender, 5 ml | BD Biosciences | 355006 | |
Multiwell Plates, Tissue Culture-treated 24-well plate | BD falcon | 353047 | |
Multiwell Plates, Tissue Culture-treated 6-well plate | BD falcon | 353046 | |
Neurobasal-A Medium (1X), liquid | GIBCO-Invitrogen | 10888-022 | |
Nitric Acid | VWR | bdh 3044 | |
NS (Neuronal Supplement) 21 | prepared in the lab | Source: reference 69 | |
Pasteur pipets, 5 ¾” | Fisher | 13-678-6A | Use this cotton-plugged 5 ¾” Pasteur pipette for cellular trituration. Fire-polish the tip beforehand to smooth the cut surface and to reduce the internal diameter to 50-80% of the original. Too small a tip will disrupt the cells and reduce cell viability, but too large a tip will decrease the efficiency of trituration. |
Pasteur pipets, 9” | Fisher | 13-678-6B | |
Potassium chloride (KCl), SigmaUltra, ≥99.0% | Sigma-Aldrich | P9333-500G | |
Serological pipet, 2 ml | BD falcon | 357507 | |
Serological pipet, 5 ml | BD falcon | 357543 | |
Serological pipet, 10 ml | BD falcon | 357551 | |
Serological pipet, 25 ml | BD falcon | 357525 | |
Serological pipet, 50 ml | BD falcon | 357550 | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3, Sodium hydrogen carbonate), SigmaUltra, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | S6297-250G | |
Sodium chloride (NaCl), SigmaUltra, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | S7653-250G | |
Sodium hydroxide (NaOH), pellets, 99.998% trace metals basis | Sigma-Aldrich | 480878-250G | |
Sodium phosphate dibasic heptahydrate (Na2HPO4•(7H2O)), ≥99.99%, Aldrich | Sigma-Aldrich | 431478-250G | |
Sucrose, SigmaUltra, ≥99.5% (GC) | Sigma-Aldrich | S7903-250G | |
Syringe filter, sterile, 0.2 µm | Corning | 431219 | |
Syringe, 3 ml | BD falcon | 309585 | |
Transferrin, Holo, bovine plasma | Calbiochem | 616420 | |
Trypan Blue stain, 0.4% | GIBCO-Invitrogen | T10282 | This is used for counting live/dead cells. Renew an old trypan blue solution if it is re-used many times (e.g. several times a week for several weeks), because it will form precipitates and result in erroneous readouts of cellular density. |
Trypsin, type XI | Sigma-Aldrich | T1005-5G | |
Trypsin-EDTA solution, 0.25% | GIBCO-Invitrogen | 25200-056 | |
Uridine | Sigma-Aldrich | U3003-5G | Stock solution is prepared at 50-mg 5-fluoro-2'-deoxyuridine and 125-mg uridine in 25 ml DMEM (8.12 and 20.48 mM, respectively). |
REAGENTS – immunocytochemistry | |||
Antibody, rabbit polyclonal anti-MAP2 | Merck Millipore | AB5622 | |
Antibody, mouse monoclonal anti-GFAP cocktail | Merck Millipore | NE1015 |