Myélinisation in vitro d’axones périphériques dans une coculture d’explants de ganglions radiculaires dorsaux de rat et de cellules de Schwann

Summary

Dans le système de coculture des ganglions de la racine dorsale et des cellules de Schwann, la myélinisation du système nerveux périphérique peut être étudiée. Ce modèle offre des possibilités expérimentales d’observer et de quantifier la myélinisation périphérique et d’étudier les effets des composés d’intérêt sur la gaine de myéline.

Abstract

Le processus de myélinisation est essentiel pour permettre une transduction rapide et suffisante du signal dans le système nerveux. Dans le système nerveux périphérique, les neurones et les cellules de Schwann s’engagent dans une interaction complexe pour contrôler la myélinisation des axones. Les perturbations de cette interaction et la dégradation de la gaine de myéline sont caractéristiques des neuropathies inflammatoires et surviennent secondairement dans les troubles neurodégénératifs. Ici, nous présentons un modèle de coculture d’explants ganglionnaires de la racine dorsale et de cellules de Schwann, qui développe une myélinisation robuste des axones périphériques pour étudier le processus de myélinisation dans le système nerveux périphérique, étudier les interactions axones-cellules de Schwann et évaluer les effets potentiels des agents thérapeutiques sur chaque type de cellule séparément. Méthodologiquement, les ganglions radiculaires dorsaux de rats embryonnaires (E13.5) ont été récoltés, dissociés de leurs tissus environnants et cultivés comme explants entiers pendant 3 jours. Les cellules de Schwann ont été isolées chez des rats adultes âgés de 3 semaines et les nerfs sciatiques ont été digérés par voie enzymatique. Les cellules de Schwann résultantes ont été purifiées par tri cellulaire activé magnétiquement et cultivées dans des conditions enrichies en neuréguline et en forskoline. Après 3 jours de culture d’explantation de ganglions de la racine dorsale, 30 000 cellules de Schwann ont été ajoutées à un ganglion de la racine dorsale explant dans un milieu contenant de l’acide ascorbique. Les premiers signes de myélinisation ont été détectés au jour 10 de la coculture, par des signaux diffusés pour la protéine basique de la myéline dans la coloration immunocytochimique. À partir du jour 14, des gaines de myéline se sont formées et se sont propagées le long des axones. La myélinisation peut être quantifiée par coloration des protéines basiques de la myéline en tant que rapport de l’aire de myélinisation et de la zone axonale, pour tenir compte des différences de densité axonale. Ce modèle offre des possibilités expérimentales d’étudier divers aspects de la myélinisation périphérique in vitro, ce qui est crucial pour comprendre la pathologie et les possibilités de traitement de la démyélinisation et de la neurodégénérescence dans les maladies inflammatoires et neurodégénératives du système nerveux périphérique.

Introduction

Dans le système nerveux périphérique (SNP), la transduction rapide de l’information est médiée par des axones enveloppés de myéline. La myélinisation des axones est essentielle pour permettre la propagation rapide des impulsions électriques, puisque la vitesse de conduction des fibres nerveuses est corrélée au diamètre de l’axone et à l’épaisseur de la myéline¹. La signalisation sensorielle de la périphérie au système nerveux central (SNC) repose sur l’activation de neurones sensoriels de premier ordre qui résident dans des élargissements de la racine dorsale, appelés ganglions de la racine dorsale (DRG). Pour la formation et le maintien de la myéline, une communication continue entre les axones et les cellules de Schwann, qui sont les cellules gliales myélinisantes dans le SNP, est obligatoire².

De nombreuses maladies du SNP perturbent la transduction de l’information par des lésions axonales primaires ou démyélinisantes, entraînant une hypesthésie ou une dysesthésie. Les neurones sensoriels de premier ordre ont la capacité de se régénérer dans une certaine mesure après une lésion neuronale, par une interaction complexe entre le neurone et les cellules de Schwann environnantes³. Dans ce cas, les cellules de Schwann peuvent subir une reprogrammation cellulaire pour éliminer les débris axonaux et de myéline et favoriser la régénération axonale, entraînant une remyélinisation⁴. Comprendre les mécanismes de myélinisation dans la santé et la maladie est important, afin de trouver des options de traitement possibles pour les troubles démyélinisants du SNP. La myéline peut également être endommagée par un neurotraumatisme aigu, et des approches visant à promouvoir la myélinisation pour faire progresser la récupération fonctionnelle après une lésion nerveuse périphérique sont à l’étude⁵.

Notre connaissance de la myélinisation périphérique a largement bénéficié des cocultures myélinisantes de cellules de Schwann et de neurones sensoriels. Depuis que les premières approches ont été appliquées ^6,7,8, la myélinisation a été étudiée intensément avec l’utilisation de différents systèmes de coculture 9,10,11. Ici, nous fournissons un protocole rapide et facile pour une myélinisation in vitro robuste des axones ganglionnaires de la racine dorsale. Le protocole pour la préparation des cellules de Schwann est basé sur le protocole d’Andersen et al.12, précédemment publié dans Pitarokoili et ^al.13. Nous utilisons des cellules de Schwann dérivées de rats juvéniles et des cultures embryonnaires d’explantation DRG pour la coculture, dans laquelle la myélinisation se produit vers le 14e jour. L’objectif de la méthode est de fournir un système pour étudier la formation de myéline à la suite de l’interaction directe axone-cellule de Schwann, et d’étudier les modulateurs de la myélinisation PNS. Par rapport aux cultures de cellules neuronales dissociées, les explants DRG sont plus anatomiquement préservés et forment de longs processus axonaux. La quantification de la zone de l’axone myélinisé fournit une lecture suffisante pour la myélinisation dans la coculture. La méthode est un outil précieux pour dépister les composés thérapeutiques pour leur effet potentiel sur la myélinisation PNS, et peut également être utilisée en plus des études in vivo dans des modèles animaux¹⁴.

Protocol

Toutes les procédures ont été effectuées conformément à la Directive du Conseil des Communautés européennes sur le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. 1. Culture cellulaire de Schwann Enrobage pour culture cellulaire SchwannEnduire les boîtes de culture cellulaire dans des conditions stériles. Appliquer 2 mL de poly-L-lysine (PLL) à 0,01 % sur deux boîtes de culture tissulaire (TC) de 60 mm chacune et incuber pendant une nuit à 4 …

Representative Results

La myélinisation dans la coculture a été évaluée aux jours 10, 12, 14, 16, 18 et 20. Les explants DRG et les cellules de Schwann ont été colorés pour le MBP, la βIII-tubuline et le DAPI. Le réseau axonal dans la coculture était dense et n’a pas changé visiblement au cours de l’observation. Les premiers signes de myéline, sous forme de petits fragments, étaient détectables au jour 10 et ont augmenté au jour 12 (figure 2). Les zones positives pour le MBP ont augmenté au fi…

Discussion

Ici, nous présentons un protocole rapide et facile pour la génération de myélinisation in vitro en fusionnant deux cultures de type cellulaire distinctes, les cellules de Schwann et les explants ganglionnaires de la racine dorsale.

Une étape critique du protocole est la culture d’explants DRG, en particulier dans les premiers jours de culture. Les DRG sont très fragiles avant la construction d’un réseau axonal fort et doivent être manipulés avec beaucoup de précaution, p…

Materials

Anti-MBP, rabbit	Novus Biologicals, Centannial, USA	ABIN446360
Anti-ßIII-tubulin, mouse	Biolegend, San Diego, USA	657402
Ascorbic acid	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	A4403-100MG
B27-supplement	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	17504-044
Biosphere Filter Tip, 100 µL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	70760212
Biosphere Filter Tip, 1250 µL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	701186210
Biosphere Filter Tip, 20 µL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	701114210
Biosphere Filter Tip, 300 µL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	70765210
Bovine serum albumin	Carl Roth, Karlsruhe, Germany	8076.4
Cell strainer, 100 µM	BD Bioscience, Heidelberg, Germany	352360
Centrifuge 5810-R	Eppendorf AG, Hamburg, Germany	5811000015
CO2 Incubator Heracell	Heraeus Instruments, Hanau, Germany	51017865
Coverslips 12 mm	Carl Roth, Karlsruhe, Germany	P231.1
Curved fine forceps	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	11370-42
DAPI fluoromount-G(R)	Biozol, Eching, Germany	SBA-0100-20
Dispase II	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	4942078001
Distilled water (Water Purification System)	Millipore, Molsheim, France	ZLXS5010Y
DMEM/F-12, GlutaMAX	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	31331093
DPBS (no Ca2+ and no Mg2+)	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	D8537-6X500ML
Ethanol	VWR, Radnor, USA	1009862500
FCS	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	F7524	FCS must be tested for Schwann cell culture
Fine forceps (Dumont #5)	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	11252-20
Forceps	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	11370-40
Forskolin	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	F6886-10MG
Gelatin	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	G1393-20ML
Gentamycin	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	5710064
Goat anti-mouse IgG Alexa Fluor 488	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	A11036
Goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor 568	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	A11001
HBSS (no Ca2+ and no Mg2+)	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	14170138
HERAcell Incubator	Heraeus Instruments, Hanau, Germany	51017865
Heraguard ECO 1.2	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	51029882
Horse serum	Pan-Biotech, Aidenbach, Germany	P30-0712
Image J Software	HIH, Bethesda, USA
Laminin	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	L2020-1MG
Leibovitz´s L-15 Medium	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	11415064
L-Glutamine 200 mM	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	25030024
MACS Multistand	Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany	130042303
Microscissors	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	15000-08
Microscope	Motic, Wetzlar, Germany	Motic BA 400
Microscope Axio observer 7	Zeiss, Oberkochen, Germany	491917-0001-000
Microscope slide	VWR, Radnor, USA	630-1985
MiniMACS separator	Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany	130091632
MS columns	Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany	130-042-201
Neubauer counting chamber	Assistant, Erlangen, Germany	40441
Neuregulin	Peprotech, Rocky Hill, USA	100-03
Neurobasal medium	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	21103049
NGF	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	N1408
Normal goat serum	Biozol, Eching, Germany	S-1000
Nunclon Δ multidishes, 4 well	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	D6789
Paraformaldehyde	Acros Organics, New Jersey, USA	10342243
Penicillin/Streptomycin	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	15140-122
Pipetboy	Eppendorf AG, Hamburg, Germany	4430000018
Pipettes	Eppendorf AG, Hamburg, Germany	2231300004
Poly-D-Lysin	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	P6407-5MG
Poly-L-Lysin	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	P4707-50ML
Reaction tubes, 15 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	62554502
Reaction tubes, 50 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	62547254
Reaction vessels, 1.5 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	72690001
Safety Cabinet S2020 1.8	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	51026640
Scissors	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	14083-08
Serological pipette, 10 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	861254025
Serological pipette, 25 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	861685001
Serological pipette, 5 mL	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	861253001
Spatula	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	10094-13
Stereomicroscope Discovery.V8	Zeiss, Oberkochen, Germany	495015-0012-000
Surgical scissors	Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany	14007-14
TC dish 100, cell +	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	833902300
TC dish 35, cell +	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	833900300
TC dish 60, cell +	Sarstedt, Nümbrecht, Germany	833901300
Thy-1 Microbeads (MACS Kit)	Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany	130-094-523
Triton X-100	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	X100-500ML
Trypan Blue Solution 0.4%	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	15250061
Trypsin (2.5%), no phenol red	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	15090-046
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red	Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany	25300-054
Type I Collagenase	Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany	C1639
Water bath type 1008	GFL, Burgwedel, Germany	4285