Transplantation de Homochronic des interneurones précurseurs dans cerveau de souris postnatale précoce
Summary
Défi jeunes neurones dans de nouvelles régions de cerveau peut révéler des renseignements importants sur comment l’environnement sculpte la maturation et le sort neuronale. Ce protocole décrit un procédé pour récolter les précurseurs des interneurones de certaines régions du cerveau et les transplanter soit homotopically ou isotransplantation dans le cerveau des petits après la naissance.
Abstract
Maturation et détermination neuronale sort nécessite une interaction complexe entre des programmes génétiques et signaux environnementaux. Cependant, démêler les rôles d’intrinsèque contre les mécanismes extrinsèques qui régulent ce processus de différenciation est une énigme pour tous les neurobiologistes du développement. Ce problème est amplifié pour les interneurones GABAergiques, une population de cellules incroyablement hétérogène qui naît de structures embryonnaires transitoires et subir une phase prolongée migrateur de se disperser dans le télencéphale. Pour découvrir comment différents cerveau environnements affect interneurone sort et la maturation, nous avons développé un protocole pour la récolte des interneurones immatures fluorescent étiquetés précurseurs de certaines régions du cerveau chez des souris nouveau-nées (P0-P2). À cet âge, migration interneurone est presque terminée et ces cellules sont résidant dans leurs environnements de repos finales avec relativement peu d’intégration synaptique. Après la collecte des solutions unicellulaire par cytométrie en flux, ces précurseurs d’interneurones sont transplantées P0-P2 type sauvage postnatals chiots. En effectuant les deux homotopes (p. ex., cortex-à-cortex) ou hétérotopique (p. ex., cortex-à-hippocampus) transplantations d’organes, on peut évaluer comment contester des interneurones immatures dans de nouveaux environnements de cerveau influe sur leur sort, la maturation et intégration circuit. Cerveau peut être récolté chez les souris adultes et testés avec une grande variété d’analyse posthoc sur les cellules greffées, y compris immunohistochimiques, profilage électrophysiologiques et transcriptionnelle. Cette approche générale fournit des enquêteurs avec une stratégie d’analyser comment différents environnements de cerveau peuvent influer sur nombreux aspects du développement de neurone et identifier les spécificités neuronales sont principalement déterminées par les programmes génétiques câblé ou signaux environnementaux.
Introduction
Bon fonctionnement cortical nécessite un équilibre entre les neurones de projection excitatrices et des interneurones GABAergiques inhibiteurs, une population extrêmement hétérogène avec des morphologies distinctes, les propriétés électrophysiologiques, connectivité et neurochimiques marqueurs. Un développement anormal et la fonction des interneurones (et sous-groupes spécifiques interneurone) a été liée à la pathologie des troubles psychiatriques comme la schizophrénie, l’autisme et d’épilepsie1,2,3. En outre, de nombreux gènes impliqués dans ces troubles cérébraux sont fortement enrichis en interneurones jeune4. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent la maturation et la détermination du sort interneurone est nécessaire pour comprendre le développement normal et les étiologies possibles de nombreuses maladies cérébrales.
Interneurones du prosencéphale sont issus principalement de deux structures embryonnaires transitoires, les éminences ganglionnaires médiales et caudales (MGE et GCE, respectivement). Ces cellules postmitotiques (précurseurs des interneurones) subissent alors une phase de migration tangentielle prolongées de se disperser dans le télencéphale où ils s’intègrent dans une grande variété de circuits. Dérivé de MGE interneurones consistent en trois sous-groupes en grande partie non chevauchantes, neurochemically définies : rapide de fortification interneurones de la parvalbumine (PV+), non EXPRES interneurones de la somatostatine (SST+), de dopage et fin de fortification neuronale nitrique interneurones de synthase (nNOS+) oxyde qui constituent les cellules hippocampiques de neurogliaform et de lierre. Plusieurs laboratoires ont identifié plusieurs mécanismes au sein de la MGE qui régissent les décisions initiales sort en PV+ / SST + interneurones, y compris les gradients spatiaux de morphogènes, date de naissance des précurseurs des interneurones et le mode de division neurogène 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. il a été suggéré que les interneurones initialement se différencient en « classes de cardinales » et ensuite progressivement mûrissent « classes définitifs » pendant qu’ils interagissent avec leur environnement11. Des données récentes indiquent que certains sous-types interneurone matures peuvent être génétiquement câblé fur ces cellules postmitotiques dans les éminences ganglionnaires, indiquant que les premiers programmes de génétiques intrinsèques définies peuvent jouer un rôle plus important qu’auparavant apprécié12,13. Toutefois, la question clé de la façon dont les programmes génétiques intrinsèques interagissent avec signaux environnementaux à la différenciation de la voiture en sous-types distincts interneurone demeure largement inexplorée.
De nombreuses études ont transplanté des cellules embryonnaires de MGE directement dans diverses régions du cerveau, avec les résultats d’un consensus qui greffé des cellules matures et libèrent GABA qui empêche généralement les circuits endogène local14,,15, 16,17,18,19. Ces promettant observations ont suscité un intérêt considérable en utilisant les cellules souches humaines pluripotentes induites (hIPSC)-dérivé des interneurones pour traiter une variété de maladies du cerveau. Cependant, très peu de ces études évaluer si ces cellules greffées mûrissent les types attendus des interneurones matures, un élément essentiel quand on pense approches translationnelles.
Pour répondre à comment l’environnement influence interneurones de différenciation et de maturation, une stratégie a été conçue pour transplanter des précurseurs immatures interneurones dans de nouveaux environnements de cerveau pour examiner si des interneurones greffées adoptent des caractéristiques de l’hôte environnement ou conserver les caractéristiques de l’ environnement de donateurs20. MGE transplantations ne conviennent pas à répondre à cette question car la MGE contient une population mixte d’interneurones GABAergiques projection les cellules et qui se dispersent tout au long de nombreuses cerveau régions21. Sans savoir où ces cellules MGE auraient migré, on ne peut pas complètement évaluer comment ces transplantations d’organes sont affectées par l’environnement de cerveau. En récoltant les précurseurs des interneurones à intervalles postnatale précoce, ce problème est contourné par l’obtention de cellules immatures qui ont terminé leur migration et ont atteint leur cible région du cerveau, mais ont une interaction minimale avec l’environnement. En mettant l’accent sur des caractéristiques spécifiques des interneurones qui sont exprimés de façon différentielle entre les régions cérébrales distinctes, on peut alors déterminer comment l’environnement hôte modifie les propriétés d’interneurones. L’approche générale proposée dans le présent Protocole s’appliquera à tout enquêteur que veut examiner comment les jeunes neurones comporte quand a contesté dans un nouvel environnement.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un aspect essentiel de ce protocole de maximiser les chances de survie des cellules. Veiller à ce que les tissus et les cellules sont toujours en sACSF de carboxygenated de glace froide est nécessaire pour promouvoir la survie des cellules. Cela nécessite une dissection efficace et une stratégie de dissociation pour minimiser la durée pendant laquelle les cellules passent dans divers solution et à l’extérieur de l’environnement du cerveau. Selon le nombre de régions du cerveau sont disséqués et transplanté…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par les National Institutes of Health (K99MH104595) et le programme de recherche intra-muros de NICHD pour T.J.P. Nous remercions Gord Fishell, dans le laboratoire de dont cette approche a été initialement établie.
Materials
| Sodium chloride | Sigma | S7653 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma | S6297 | |
| Potassium chloride | Sigma | P9541 | |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma | S0751 | |
| Calcium chloride | Sigma | C5080 | |
| Magnesium chloride | Sigma | M2670 | |
| Glucose | Sigma | G7528 | |
| Sucrose | Sigma | S7903 | |
| Brain Matrices | Roboz | SA-2165 | Only needed if harvesting striatum |
| Fine point Dumont Forceps | Roboz | RS-4978 | |
| Microdissecting scissors | Roboz | RS-5940 | |
| Razor blades | ThermoFisher | 12-640 | |
| Pasteur pipettes | ThermoFisher | 1367820C | |
| Nanoject III | Drummond | 3-000-207 | |
| Manual Manipulator w/ stand | World Precision Instruments | M3301R/M10 | |
| 5 ml round bottom plastic tubes | ThermoFisher | 149591A | |
| 60 mm Petri dishes | ThermoFisher | 12556001 | |
| 100 mm Petri dishes | ThermoFisher | 12565100 | |
| Pronase | Sigma | 10165921001 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher | 16140063 | |
| DNase I | Sigma | 4716728001 | |
| Celltrics 50um filters | Sysmex | 04-0042327 | |
| Trypan blue | ThermoFisher | 15-250-061 | |
| Hemocytometer | ThermoFisher | 02-671-6 |
References
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