Erken Postnatal fare beyin içine Interneuron öncüleri Homochronic nakli
Summary
Yeni beyin bölgelerindeki genç nöronlar zorlu nasıl çevre nöronal kader ve olgunlaşma sculpts içine önemli anlayışlar ortaya çıkarabilir. Bu iletişim kuralı interneuron öncüleri belirli beyin bölgelerinden hasat ve onları her iki homotopically nakli için bir yordam açıklanır veya beyin ve postnatal yavrularını içine heterotopically.
Abstract
Nöronal kader tayini ve olgunlaşma genetik programlarla çevre sinyalleri arasında karmaşık bir etkileşim gerektirir. Ancak, bu Farklılaşma süreci düzenleyen dışsal mekanizmaları vs içsel rolleri disentangling tüm gelişimsel neurobiologists için bir bilmece olduğunu. Bu sorun GABAergic interneurons, geçici embriyonik yapılardan tarihi ve telencephalon dağıtmak için uzun süren bir göçmen faz tabi bir inanılmaz türdeş olmayan hücre nüfus için büyütülür. Ne kadar farklı beyin ortamları etkiler interneuron kader ve olgunlaşma keşfetmek için geliştirdiğimiz fluorescently etiketli olgunlaşmamış interneuron öncüleri (P0-P2) yeni doğan farelerde belirli beyin bölgelerinden hasat için bir iletişim kuralı. Bu yaşta interneuron geçiş neredeyse tamamlanmış ve bu hücreler nispeten küçük sinaptik entegrasyonu ile son istirahat ortamlarında bulunan. Toplama tek hücre çözümler akış sitometresi ile bu interneuron öncüleri P0-P2 wildtype Doğum sonrası pups nakledilen. Her iki Homotopik yaparak (örneğin, korteks korteks) veya heterotopik (örneğin, korteks hipokampus) nakillerine, bir can değerlendirmek yeni beyin ortamlarda olgunlaşmamış interneurons zor onların kaderi, olgunlaşma ve devre entegrasyon nasıl etkiler. Beyin yetişkin fareler hasat ve posthoc analiz aşılı hücrelerde immunohistokimyasal, dahil olmak üzere, çok çeşitli ile denetlesinler elektrofizyolojik ve transkripsiyon profil oluşturma. Müfettişler nasıl ayrı beyin ortam tahlil için bir strateji ile çok sayıda nöron gelişim yönlerini etkilemeye ve belirli nöronal özellikleri öncelikle kablolu genetik programlar tarafından tahrik edilmektedir tanımlamak bu genel yaklaşım sağlar veya çevre ipuçları.
Introduction
Düzgün kortikal uyarıcı projeksiyon nöronlar ve inhibitör GABAergic interneurons, farklı türleri morfoloji, elektrofizyolojik özellikleri, connectivity ile son derece heterojen bir nüfus arasında bir denge gerektirir ve nörokimyasal işaretleri. Anormal gelişimi ve interneurons (ve belirli interneuron alt gruplar) fonksiyonu bağlı psikiyatrik bozukluklar şizofreni, otizm ve epilepsi1,2,3gibi pathobiology. Ayrıca, birçok genler bu beyin bozukluklarında karıştığı güçlü genç interneurons4‘ te zenginleştirilmiş. Böylece, interneuron kader tayini ve olgunlaşma düzenleyen mekanizmalar daha büyük bir anlayış normal gelişim ve potansiyel etiologies çok sayıda beyin hastalıkları anlamak için gereklidir.
Ön interneurons öncelikle iki geçici embriyonik yapılardan, medial ve kaudal ganglionic efendiler tarihi (MGE ve CGE, sırasıyla). Bu postmitotic hücreler (interneuron öncüleri) nerede onlar çok çeşitli devreleri entegre telencephalon dağıtmak için uzun süren teğet geçiş aşaması geçmesi. MGE kaynaklı interneurons oluşur üç büyük ölçüde örtüşen, neurochemically tanımlı alt gruplar: hızlı parvalbumin (PV+) interneurons, hızlı-somatostatin (SST+) interneurons, spiking yükseliyor ve geç yükseldi nöronal nitrik hipokampal neurogliaform ve Ivy hücreleri teşkil oksit sentaz (nNOS+) interneurons. Çok sayıda labs düzenleyen ilk kader kararlar PV+ veya SST + interneurons, morfojenlerdeki, interneuron öncüleri, Doğum tarihi ve nörojenik bölümü modu kayma degradeleri de dahil olmak üzere çeşitli mekanizmalar içinde MGE belirledik 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. interneurons başlangıçta ‘Kardinal sınıfa’ ayırt etmek ve onların çevre11ile etkileşimde bulunan ‘kesin sınıfa’ aşamalı olarak olgun önerilmiştir. Son kanıtlar bu hücreler ganglionic efendiler, postmitotic olmak gibi bazı olgun interneuron alt türlerinden genetik olarak kablolu erken tanımlanmış içsel genetik programlar daha önce daha büyük bir rol oynayabilir gösteren olabileceğini gösterir takdir12,13. Ancak, içsel genetik programlar için sürücü farklılaşma ayrı interneuron alt türlerini içine çevre ipuçları ile etkileşimini anahtar soru büyük ölçüde keşfedilmemiş kalır.
Çok sayıda çalışma embriyonik MGE hücreleri doğrudan beyin bölgeleri, hücreler olgun aşılı ve genellikle yerel endojen devresi14,15inhibe GABA bırakın uzlaşma sonuçları ile çeşitli içine nakledilen, 16,17,18,19. İnsan indüklenmiş pluripotent kök hücre (hIPSC) kullanarak önemli ilgi oluşturulan bu gözlemler umut verici-beyin hastalıkları çeşitli tedavi interneurons türetilmiş. Ancak, bu aşılı hücreler olgun interneurons beklenen türlerini olgun olmadığını çok az bu çalışmaların değerlendirmek, ne zaman bir kritik bir bileşeni translasyonel yaklaşımlar hakkında düşünüyor.
Nasıl interneuron farklılaşma ve olgunlaşma çevre etkileri gidermek amacıyla bir strateji aşılı interneurons şekil-in belgili tanımlık ev sahibi kabul olup olmadığını incelemek için yeni beyin ortamlara olgunlaşmamış interneuron öncüleri nakli için geliştirildi çevre veya özelliklerini donör çevre20korumak. MGE nakli MGE nüfus interneuron ve çok sayıda beyin bölgeleri21dağıtmak GABAergic projeksiyon hücreler içerdiğinden bu soruyu çözmek uygun değildir. Nerede bu MGE hücreler göç var bilmeden, bir tam olarak nasıl bu nakillerine beyin ortamı tarafından etkilenen değerlendirmek değil. İnterneuron öncüleri erken postnatal timepoints, hasat tarafından bu sorunu kendi geçiş tamamlayan ve hedeflerine ulaştı olgunlaşmamış hücreleri elde ederek hile beyin bölgesi ama çevre en az etkileşim yok. Differentially farklı beyin bölgeleri arasında ifade edilir interneurons özellikleri üzerinde odaklanarak, kimse o zaman nasıl interneuron özellikleri ana ortamı değiştirir belirleyebilirsiniz. Bu protokol için özetlenen genel yaklaşım herhangi bir araştırmacı için uygulanabilir olmalıdır meydan yeni bir ortamda ne kadar genç nöronlar incelemek istiyor ne zaman davranırlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Önemli bir özelliği, bu iletişim kuralı hücrelerin Beka maksimize. Doku ve hücreler her zaman buz gibi carboxygenated sACSF sağlama hücre survival tanıtmak gereklidir. Bu bir verimli diseksiyon ve çeşitli çözüm ve beyin ortamı dışında hücreleri harcamak süreyi en aza indirmek için ayrılma strateji gerektirir. Disseke ve nakledilen beyin bölgeleri sayısına bağlı olarak, diseksiyon ve/veya nakli adımda deneme uzunluğu azaltmak için yardımcı bir arkadaşın olduğu yararlı olabilir. Sağl?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri (K99MH104595) ve T.J.P. NICHD intramural araştırma programı tarafından desteklenen Gord Fishell, kimin Laboratuarı’nda bu yaklaşım başlangıçta kurulmuş teşekkür ediyoruz.
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
- Bozzi, Y., Casarosa, S., Caleo, M. Epilepsy as a neurodevelopmental disorder. Front Psychiatry. 3 (19), (2012).
- Takano, T. Interneuron Dysfunction in Syndromic Autism: Recent Advances. Dev Neurosci. , (2015).
- Inan, M., Petros, T. J., Anderson, S. A. Losing your inhibition: linking cortical GABAergic interneurons to schizophrenia. Neurobiol Dis. 53, 36-48 (2013).
- Batista-Brito, R., Machold, R., Klein, C., Fishell, G. Gene expression in cortical interneuron precursors is prescient of their mature function. Cereb Cortex. 18 (10), 2306-2317 (2008).
- Flames, N., et al. Delineation of multiple subpallial progenitor domains by the combinatorial expression of transcriptional codes. J Neurosci. 27 (36), 9682-9695 (2007).
- Wonders, C. P., et al. A spatial bias for the origins of interneuron subgroups within the medial ganglionic eminence. Dev Biol. 314 (1), 127-136 (2008).
- Inan, M., Welagen, J., Anderson, S. A. Spatial and temporal bias in the mitotic origins of somatostatin- and parvalbumin-expressing interneuron subgroups and the chandelier subtype in the medial ganglionic eminence. Cereb Cortex. 22 (4), 820-827 (2012).
- Petros, T. J., Bultje, R. S., Ross, M. E., Fishell, G., Anderson, S. A. Apical versus Basal Neurogenesis Directs Cortical Interneuron Subclass Fate. Cell Rep. 13 (6), 1090-1095 (2015).
- Taniguchi, H., Lu, J., Huang, Z. J. The spatial and temporal origin of chandelier cells in mouse neocortex. Science. 339 (6115), 70-74 (2013).
- Bandler, R. C., Mayer, C., Fishell, G. Cortical interneuron specification: the juncture of genes, time and geometry. Curr Opin Neurobiol. 42, 17-24 (2017).
- Kepecs, A., Fishell, G. Interneuron cell types are fit to function. Nature. 505 (7483), 318-326 (2014).
- Mayer, C., et al. Developmental diversification of cortical inhibitory interneurons. Nature. 555 (7697), 457-462 (2018).
- Mi, D., et al. Early emergence of cortical interneuron diversity in the mouse embryo. Science. 360 (6384), 81-85 (2018).
- Alvarez-Dolado, M., et al. Cortical inhibition modified by embryonic neural precursors grafted into the postnatal brain. J Neurosci. 26 (28), 7380-7389 (2006).
- Baraban, S. C., et al. Reduction of seizures by transplantation of cortical GABAergic interneuron precursors into Kv1.1 mutant mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (36), 15472-15477 (2009).
- De la Cruz, E., et al. Interneuron progenitors attenuate the power of acute focal ictal discharges. Neurotherapeutics. 8 (4), 763-773 (2011).
- Gilani, A. I., et al. Interneuron precursor transplants in adult hippocampus reverse psychosis-relevant features in a mouse model of hippocampal disinhibition. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (20), 7450-7455 (2014).
- Larimer, P., et al. Caudal Ganglionic Eminence Precursor Transplants Disperse and Integrate as Lineage-Specific Interneurons but Do Not Induce Cortical Plasticity. Cell Rep. 16 (5), 1391-1404 (2016).
- Martinez-Cerdeno, V., et al. Embryonic MGE precursor cells grafted into adult rat striatum integrate and ameliorate motor symptoms in 6-OHDA-lesioned rats. Cell Stem Cell. 6 (3), 238-250 (2010).
- Quattrocolo, G., Fishell, G., Petros, T. J. Heterotopic Transplantations Reveal Environmental Influences on Interneuron Diversity and Maturation. Cell Rep. 21 (3), 721-731 (2017).
- Xu, Q., Tam, M., Anderson, S. A. Fate mapping Nkx2.1-lineage cells in the mouse telencephalon. J Comp Neurol. 506 (1), 16-29 (2008).
- Thompson, L., Bjorklund, A. Survival, differentiation, and connectivity of ventral mesencephalic dopamine neurons following transplantation. Prog Brain Res. 200, 61-95 (2012).
- Liang, Y., Agren, L., Lyczek, A., Walczak, P., Bulte, J. W. Neural progenitor cell survival in mouse brain can be improved by co-transplantation of helper cells expressing bFGF under doxycycline control. Exp Neurol. 247, 73-79 (2013).
