オルガ鼻記小脳スライス培養におけるプルキンジェ細胞生存
Summary
オルガノイトスライス培養は、神経発達または変性/再生プロセスを研究するための強力なツールです。ここでは、マウス小脳スライス培養におけるプルキンエ細胞の神経発達死をモデル化するプロトコルについて説明する。この方法は、神経保護創薬の研究に役立つ可能性があります。.
Abstract
オルガノチピックスライス培養は、解肉された一次細胞培養よりも近い生体内条件で模倣する強力なインビトロモデルである。出生後の初期の発達では、小脳プルキンジェ細胞は脆弱な期間を経て、その間にプログラムされた細胞死を受けることが知られている。ここでは、この重要な時期にマウスのオルガトイピック小脳スライス培養を実行するための詳細なプロトコルを提供します。スライスはさらにプルキンエ細胞の生存および神経保護処置の有効性を評価するために標識される。この方法は、新しい神経活性分子をスクリーニングするために非常に貴重なことができます。
Introduction
インビトロモデリングは、生物医学研究に不可欠なツールです。これにより、研究者は、制限された細胞型、または隔離されたシステム/器官内の特定のメカニズムを研究し、厳密に制御することができます。オルガノイトスライス培養は、特に神経科学1の分野で、インビトロ技術で広く使用されている。この方法は、ローラーチューブ技術2を用いて脳スライスを培養したゲーウィラーによって最初に確立され、後に山本らによって改変され、皮質スライス培養を行うために微多孔膜の使用を導入した3。一次細胞培養と比較して、組織皮症スライス培養物は、組織の細胞建築、ならびに組織セクションの平面における天然細胞間接続を維持するという利点を提示する。
組織図スライスは、海馬4、皮質5、線条体6、小脳4、7、および脊髄8、9などの中枢神経系の多くの部分から培養されている。彼らは創薬研究10の強力なツールであることが証明されています。神経活性分子の効果は、免疫染色および生化学アッセイを用いた生存および神経変性、神経回路形成、または電気生理学とライブイメージングを用いた破壊など、多くの方法で評価することができる。
この研究の目的は、小脳の発達をインビトロで模倣する関連モデルであることが知られている組織性小脳スライス培養を行う簡単な方法を記述することです。特に、プルキンエ細胞発達死の研究に着目した。生体内では、プルキンエ細胞は、出生後の最初の週にアポトーシスを受け、出生後3日目(P3)11でピークに達する。小脳スライス培養においても同じパターンが観察され、P1とP8の間の動物からセレベラを採取するとプルキンエニューロンがアポトーシスによって死亡し、ピークはP34、12である。組織性小脳スライス培養物の使用は、いくつかの神経保護分子7、13を同定することを可能にし、ならびにこのプログラムされた細胞死14、15、16に関与するメカニズムの一部を理解することを可能にした。ここでは、海馬におけるStoppiniらの研究に基づくプロトコルを記述し、Dusartら4による小脳に適応した出生後セレベラの急速な解剖および切り刻みが含まれる。神経保護治療の有無にかかわらず、微多孔膜を含む細胞培養インサートに培養をスライスする。および免疫蛍光染色は、神経細胞の生存を評価する。
Protocol
動物を含むすべての実験は、ノースウェスタン大学動物研究委員会に従って行われた。 1. 組織性小脳スライス培養前の準備 70%エタノールを事前に噴霧した細胞培養フードで、滅菌ボトルレシーバーに取り付けられた250mLボトルトップ真空フィルターで200mLの培養培地を調製します。基底ミディアムイーグル(BME)、ハンクスのバランス塩溶液(HBSS)の50 mL、熱不活性化?…
Representative Results
図4に示すように、このプロトコルは、プルキンエ細胞生存を免疫蛍光および画像取得ステップに従って評価することができる組織図小脳スライス培養物を生成する。プルキンジェ細胞を抗カルビンジンD-28K(希釈1/200)およびAlexa594抗マウス(希釈1/300)抗体の組み合わせで標識した。画像ステッチは、顕微鏡取得ソフトウェア(NIS-Elements)によって自動的に行われ、小脳スライ?…
Discussion
小脳スライス培養は、出生後の発達中にプログラムされたプルキンエ細胞死を研究するための強力なツールです。この技術は、その神経保護電位の候補分子を迅速にスクリーニングするために使用することができる。主な利点は、セットアップがシンプルで非常に費用対効果が高く、機器への適度な投資を必要とすること(ビブラートームはティッシュチョッパーの3倍以上のコストがかかる)?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
イメージング作業は、ロバートHルーリー総合がんセンターに授与されたNCI CCSG P30 CA060553によって寛大にサポートされているノースウェスタン大学先端顕微鏡センターで行われました。ショーン・マクダーモットの技術支援とサポートに感謝し、図1に示す手描きのイラストに対するマヤ・エプスタインに感謝します。
Materials
| Alexa Fluor 594 Donkey anti-Mouse IgG secondary antibody | ThermoFisher scientific | A21203 | |
| Basal Medium Eagle (BME) | ThermoFisher scientific | 21010046 | |
| Biosafety cabinet Class II, Type A2 | NuAire | NU-540-400 | |
| Bovine serum albumin | Millipore Sigma | A2153 | |
| Brush | |||
| anti-Calbindin D-28K antibody (CB-955) | Abcam | ab82812 | |
| CO2 Incubator | NuAire | NU-5700 | |
| Corning Costar Flat Bottom 6-well Cell Culture Plates | Fisher Scientific | 07-200-83 | |
| Coverslips, 22 x 50 mm | Fisher Scientific | 12-545-E | |
| Dressing forceps, straight | Harvard Apparatus | 72-8949 | |
| Double edge blades | Fisher Scientific | 50949411 | |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs, Inc | 2701 | |
| Eye Scissors, straight | Harvard Apparatus | 72-8428 | |
| Fine forceps | Fisher Scientific | 16-100-127 | |
| L-Glutamine 100X | ThermoFisher scientific | 25030149 | |
| Glucose solution | ThermoFisher scientific | A2494001 | |
| Hanks’ Balanced Salt Solution | ThermoFisher scientific | 14025092 | |
| Hoechst 33342, Trihydrochloride, Trihydrate | Fisher Scientific | H21492 | |
| Horse Serum, heat inactivated, New Zealand origin | ThermoFisher scientific | 26050088 | |
| ImageJ | |||
| McIlwain Tissue Chopper | Fisher Scientific | NC9914528 | |
| Microprobes | Fisher Scientific | 08-850 | |
| Millicell Cell Culture Inserts | Millipore Sigma | PICM0RG50 | |
| Nalgene Rapid-Flow Sterile Disposable Filter Units with PES Membrane, 250 mL | ThermoFisher scientific | 168-0045 | |
| Nikon A1R confocal laser microscope system | Nikon | ||
| NIS-Elements Imaging Software | Nikon | ||
| Paraformaldehyde | Acros Organics | 41678-0010 | |
| Pasteur pipets | Fisher Scientific | 13-678-20D | |
| Potassium Chloride | Fisher Scientific | BP366-500 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant | ThermoFisher scientific | P10144 | |
| Operating Scissors, straight | Harvard Apparatus | 72-8403 | |
| Orbital shaker Belly Dancer | IBI Scientific | BDRLS0003 | |
| Prism 8 | GraphPad | ||
| Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Tissue Culture Dish, 60 mm w/ grip ring | Fisher Scientific | FB012921 | |
| Tissue culture plate, 24 well | Falcon/Corning | 353047 | |
| Transfer pipettes, sterile | ThermoFisher scientific | 13-711-21 | |
| Triton X-100 | ThermoFisher scientific | BP151-500 |
Referências
- Humpel, C. Organotypic brain slice cultures: A review. Neurociência. 305, 86-98 (2015).
- Gahwiler, B. H. Organotypic monolayer cultures of nervous tissue. Journal of Neuroscience Methods. 4 (4), 329-342 (1981).
- Yamamoto, N., Kurotani, T., Toyama, K. Neural connections between the lateral geniculate nucleus and visual cortex in vitro. Science. 245 (4914), 192-194 (1989).
- Dusart, I., Airaksinen, M. S., Sotelo, C. Purkinje cell survival and axonal regeneration are age dependent: an in vitro study. Journal of Neuroscience. 17 (10), 3710-3726 (1997).
- Wiegreffe, C., Feldmann, S., Gaessler, S., Britsch, S. Time-lapse Confocal Imaging of Migrating Neurons in Organotypic Slice Culture of Embryonic Mouse Brain Using In Utero Electroporation. Journal of Visualized Experiments. (125), e55886 (2017).
- Daviaud, N., et al. Modeling nigrostriatal degeneration in organotypic cultures, a new ex vivo model of Parkinson’s disease. Neurociência. 256, 10-22 (2014).
- Ghoumari, A. M., et al. Mifepristone (RU486) protects Purkinje cells from cell death in organotypic slice cultures of postnatal rat and mouse cerebellum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (13), 7953-7958 (2003).
- Labombarda, F., et al. Neuroprotection by steroids after neurotrauma in organotypic spinal cord cultures: a key role for progesterone receptors and steroidal modulators of GABA(A) receptors. Neuropharmacology. 71, 46-55 (2013).
- Gao, P., et al. P2X7 receptor-sensitivity of astrocytes and neurons in the substantia gelatinosa of organotypic spinal cord slices of the mouse depends on the length of the culture period. Neurociência. , 195-207 (2017).
- Sundstrom, L., Morrison, B., Bradley, M., Pringle, A. Organotypic cultures as tools for functional screening in the CNS. Drug Discovery Today. 10 (14), 993-1000 (2005).
- Jankowski, J., Miething, A., Schilling, K., Baader, S. L. Physiological purkinje cell death is spatiotemporally organized in the developing mouse cerebellum. Cerebellum. 8 (3), 277-290 (2009).
- Ghoumari, A. M., Wehrle, R., Bernard, O., Sotelo, C., Dusart, I. Implication of Bcl-2 and Caspase-3 in age-related Purkinje cell death in murine organotypic culture: an in vitro model to study apoptosis. European Journal of Neuroscience. 12 (8), 2935-2949 (2000).
- Ghoumari, A. M., Wehrle, R., De Zeeuw, C. I., Sotelo, C., Dusart, I. Inhibition of protein kinase C prevents Purkinje cell death but does not affect axonal regeneration. Journal of Neuroscience. 22 (9), 3531-3542 (2002).
- Ghoumari, A. M., et al. Neuroprotective effect of mifepristone involves neuron depolarization. FASEB Journal. 20 (9), 1377-1386 (2006).
- Repici, M., Wehrle, R., Antoniou, X., Borsello, T., Dusart, I. c-Jun N-terminal kinase (JNK) and p38 play different roles in age-related Purkinje cell death in murine organotypic culture. Cerebellum. 10 (2), 281-290 (2011).
- Rakotomamonjy, J., Ghoumari, A. M. Brain-Derived Neurotrophic Factor Is Required for the Neuroprotective Effect of Mifepristone on Immature Purkinje Cells in Cerebellar Slice Culture. International Journal of Molecular Sciences. 20 (2), (2019).
- Stoppini, L., Buchs, P. A., Muller, D. A simple method for organotypic cultures of nervous tissue. Journal of Neuroscience Methods. 37 (2), 173-182 (1991).
- Linkert, M., et al. Metadata matters: access to image data in the real world. Journal of Cell Biology. 189 (5), 777-782 (2010).
- Uesaka, N., et al. Organotypic coculture preparation for the study of developmental synapse elimination in mammalian brain. Journal of Neuroscience. 32 (34), 11657-11670 (2012).
- Falsig, J., et al. Prion pathogenesis is faithfully reproduced in cerebellar organotypic slice cultures. PLoS Pathogens. 8 (11), 1002985 (2012).
- Bouslama-Oueghlani, L., Wehrle, R., Sotelo, C., Dusart, I. The developmental loss of the ability of Purkinje cells to regenerate their axons occurs in the absence of myelin: an in vitro model to prevent myelination. Journal of Neuroscience. 23 (23), 8318-8329 (2003).
- Apuschkin, M., Ougaard, M., Rekling, J. C. Spontaneous calcium waves in granule cells in cerebellar slice cultures. Neuroscience Letters. 553, 78-83 (2013).
- Audinat, E., Knopfel, T., Gahwiler, B. H. Responses to excitatory amino acids of Purkinje cells’ and neurones of the deep nuclei in cerebellar slice cultures. Journal of Physiology. 430, 297-313 (1990).
Citar este artigo
Rakotomamonjy, J., Guemez-Gamboa, A. Purkinje Cell Survival in Organotypic Cerebellar Slice Cultures. J. Vis. Exp. (154), e60353, doi:10.3791/60353 (2019).