Coculture של נוירונים רשתית עכברוש אקסוטומי עם חוש הריח Ensheathing גליה, כמודל במבחנה של התחדשות אקסון למבוגרים
Summary
אנו מציגים מודל במבחנה כדי להעריך חוש הריח ensheathing גליה (OEG) יכולת נוירו-רגנרטיבית, לאחר פגיעה עצבית. הוא מבוסס על קוקולטורה של נוירונים גנגליון רשתית למבוגרים אקסוטומיים (RGN) על מונוליירים OEG ומחקר עוקב של התחדשות אקסון, על ידי ניתוח סמנים אקסונליים וסמטודנדריטיים RGN.
Abstract
תאי גליה מעוגנים חוש הריח (OEG) מותאמים כל הדרך מן רירית הריח אל ולתוך שכבת עצב הריח (ONL) של נורת הריח. לאורך כל החיים הבוגרים, הם המפתח לגידול אקסונלי של נוירונים חוש הריח החדש שנוצר, מן הפרופריה למינה ל ONL. בשל תכונותיהם הפרו-רגנרטיביות, תאים אלה שימשו לטיפוח התחדשות אקסונית בחוט השדרה או במודלים של פגיעה בעצב הראייה.
אנו מציגים מודל במבחנה כדי לבצע בדיקה ולמדוד את היכולת הנוירו-רה-רגנרטיבית של OEG לאחר פגיעה עצבית. במודל זה, OEG אנושי מונצח באופן הפיך (ihOEG) הוא מתורבת כמונולאייר, רשתית מופקים חולדות מבוגרים נוירונים גנגליון רשתית (RGN) הם cocultured על מונולאיר OEG. לאחר 96 שעות, סמנים אקסונליים וסמוטונדריטיים ב- RGNs מנותחים על ידי כשל חיסוני ומספר ה- RGNs עם אקסון והאורך/נוירון האקסונלי הממוצע מכומתים.
לפרוטוקול זה יש יתרון על פני מבחני הפריה חוץ גופיים אחרים המסתמכים על נוירונים עובריים או לאחר לידה, כי הוא מעריך תכונות נוירו-רגנרטיביות OEG ברקמה הבוגרת. כמו כן, זה לא רק שימושי להערכת הפוטנציאל neuroregenerative של ihOEG אבל ניתן להרחיב למקורות שונים של OEG או תאים גליה אחרים.
Introduction
נוירונים במערכת העצבים המרכזית למבוגרים (CNS) יש יכולת רגנרטיבית מוגבלת לאחר פציעה או מחלה. אסטרטגיה נפוצה לקידום התחדשות מערכת העצבים המרכזית היא השתלה, באתר הפציעה, של סוגי תאים שגורמים לצמיחה אקסונאלית כגון תאי גזע, תאי שוואן, אסטרוציטים או חוש הריח ensheathing גליה (OEG) תאים1,2,3,4,5.
OEG נובעת מהציצה העצבית6 ומאתרת ברירית הריח ובנורת הריח. אצל המבוגרים, נוירונים חושיים חושיים חושיים מתים באופן קבוע כתוצאה מחשיפה סביבתית והם מוחלפים על ידי נוירונים שהובחנו לאחרונה. OEG מקיפה ומנחה את האקסונים חוש הריח החדשים האלה להיכנס לנורת הריח ולהקים סינפסות חדשות עם המטרות שלהם במערכת העצבים המרכזית7. בשל תכונות פיזיולוגיות אלה, OEG שימש במודלים של פגיעה במערכת העצבים המרכזית כגון פגיעה בחוט השדרה או בעצב הראייה ותכונותיו הנוירו-רגנרטיביות והנוירו-פרוטקטיביות מוכחות8,9,10,11. מספר גורמים זוהו כאחראים למאפיינים הפרו-רגנרטיביים של תאים אלה, כולל ייצור פרוטאזות מטריצה חוץ-תאית או הפרשת גורמי גדילה נוירוטרופיים וקסוניים12,13,14.
בהתחשב במגבלות הטכניות להרחבת תאי OEG ראשוניים, הקמנו בעבר ואפיינו קווי שיבוט אנושיים מונצחים הפיכים (ihOEG), המספקים אספקה בלתי מוגבלת של OEG הומוגני. תאים אלה ihOEG נובעים תרבויות ראשוניות, מוכן נורות חוש הריח שהושגו נתיחה שלאחר המוות. הם הונצחו על ידי התמרה של subunit קטליטית טלומראז (TERT) ואת oncogene Bmi-1 ושונו עם וירוס SV40 גדול T אנטיגן15,16,17,18. שניים מקווי תא ihOEG אלה הם Ts14, אשר שומר על יכולת ההתחדשות של התרבויות המקוריות ו Ts12, קו רגנרטיבי נמוך המשמש בקרת התחדשות נמוכה בניסויים אלה18.
כדי להעריך את יכולת OEG לטפח התחדשות אקסונלית לאחר פגיעה עצבית, מספר מודלים במבחנה יושמו. במודלים אלה, OEG מוחל על תרבויות ממוצא עצבי שונה היווצרות neurite והתארכות – בתגובה coculture גליה – הם assayed. דוגמאות של מקורות עצביים כאלה הם נוירונים קליפת המוח חולדה יילודים19, פצעי שריטה שבוצעו על נוירונים עובריים חולדה מרקמת קליפת המוח20, חולדה רשתית explants21, חולדה היפותלמית או היפוקמפוס לאחר הלידה נוירונים22,23, נוירונים גנגליון שורש עכברוש לאחר הלידה24, נוירונים קורטיקוספינל עכבר לאחר הלידה25, נוירונים אנושיים NT226, או נוירונים קליפת המוח לאחר הלידה על תרבויות אסטרוציטים תגובתי דמוי צלקת27.
במודלים אלה, לעומת זאת, מבחני ההתחדשות מסתמכים על נוירונים עובריים או לאחר לידה, שיש להם פלסטיות מהותית הנעדרת בנוירונים בוגרים פצועים. כדי להתגבר על החיסרון הזה, אנו מציגים מודל של התחדשות אקסונלית למבוגרים ב cocultures של קווי OEG עם נוירונים גנגליון רשתית למבוגרים (RGNs), המבוסס על אחד שפותח במקור על ידי Wigley et al.28,29,30,31 ושונה בשימוש על ידי הקבוצה שלנו12,13,14,15,16,17,18,32,33. בקצרה, רקמת הרשתית מופקת מעכברושים בוגרים ומתעכלת עם פפאין. השעיית תאי רשתית מצופה לאחר מכן על כיסויים שטופלו בפוליסין או על Ts14 ו Ts12 monolayers. תרבויות נשמרות במשך 96 שעות לפני שהם קבועים ולאחר מכן immunofluorescence עבור אקסונל (MAP1B ו NF-H חלבונים)34 ו somatodendritic (MAP2A ו- B)35 סמנים מבוצע. התחדשות אקסונלית מכומתת כאחוז של נוירונים עם אקסון, ביחס לאוכלוסייה הכוללת של RGNs ומדד התחדשות אקסונלי מחושב כאורך אקסונלי ממוצע לכל נוירון. פרוטוקול זה אינו שימושי רק להערכת הפוטנציאל הנוירו-רגנרטיבי של ihOEG, אלא ניתן להרחיבו למקורות שונים של OEG או תאי גליה אחרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
השתלת OEG באתרי פגיעה במערכת העצבים המרכזית נחשבת לטיפול מבטיח לפציעה במערכת העצבים המרכזית בשל תכונותיה הפרו-נוירו-נוירו-רגנרטיביות המכוננות7,8,9. עם זאת, בהתאם למקור הרקמה – רירית חוש הריח (OM-OEG) לעומת נורת חוש הריח (OB-OEG) – או גיל התורם, קיימת …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה כספית על ידי פרויקט SAF2017-82736-C2-1-R משריו דה סינסיה e Innovación ל MTM-F ועל ידי Fundación אוניברסיטת פרנסיסקו דה ויטוריה ל JS.
Materials
| antibody 514 | Reference 34 | Rabbit polyclonal antiserum, which recognizes MAP2A and B. | |
| antibody SMI-31 | BioLegend | 801601 | Monoclonal antibody against MAP1B and NF-H proteins |
| anti-mouse Alexa Fluor 488 antibody | ThermoFisher | A-21202 | |
| anti-rabbit Alexa Fluor 594 antibody | ThermoFisher | A-21207 | |
| B-27 Supplement | Gibco | 17504044 | |
| D,L-2-amino-5-phosphonovaleric acid | Sigma | 283967 | NMDA receptor inhibitor |
| DAPI | Sigma | D9542 | Nuclei fluorescent stain |
| DMEM-F12 | Gibco | 11320033 | Cell culture medium |
| FBS | Gibco | 11573397 | Fetal bovine serum |
| FBS-Hyclone | Fisher Scientific | 16291082 | Fetal bovine serum |
| Fluoromount | Southern Biotech | 0100-01 | Mounting medium |
| ImageJ | National Institutes of Health (NIH-USA) | Image software | |
| L-Glutamine | Lonza | BE17-605F | |
| Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | Neuronal cells culture medium |
| Papain Dissociation System | Worthington Biochemical Corporation | LK003150 | For use in neural cell isolation |
| PBS | Home made | ||
| PBS-EDTA | Lonza | H3BE02-017F | |
| Penicillin/Streptomycin/Amphotericin B | Lonza | 17-745E | Bacteriostatic and bactericidal |
| Pituitary extract | Gibco | 13028014 | Bovine pituitary extract |
| Poly -L- lysine (PLL) | Sigma | A-003-M |
References
- Kanno, H., Pearse, D. D., Ozawa, H., Itoi, E., Bunge, M. B. Schwann cell transplantation for spinal cord injury repair: Its significant therapeutic potential and prospectus. Reviews in the Neurosciences. 26 (2), 121-128 (2015).
- Assinck, P., Duncan, G. J., Hilton, B. J., Plemel, J. R., Tetzlaff, W. Cell transplantation therapy for spinal cord injury. Nature Neuroscience. 20 (5), 637-647 (2017).
- Lindsay, S. L., Toft, A., Griffin, J., Emraja, A. M. M., Barnett, S. C., Riddell, J. S. Human olfactory mesenchymal stromal cell transplants promote remyelination and earlier improvement in gait coordination after spinal cord injury. Glia. 65 (4), 639-656 (2017).
- Moreno-Flores, M. T., et al. A clonal cell line from immortalized olfactory ensheathing glia promotes functional recovery in the injured spinal cord. Molecular Therapy. 13 (3), 598-608 (2006).
- Gilmour, A. D., Reshamwala, R., Wright, A. A., Ekberg, J. A. K., St. John, J. A. Optimizing olfactory ensheathing cell transplantation for spinal cord injury repair. Journal of Neurotrauma. 37 (5), 817-829 (2020).
- Barraud, P., et al. Neural crest origin of olfactory ensheathing glia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107, 21040-21045 (2010).
- Su, Z., He, C. Olfactory ensheathing cells: biology in neural development and regeneration. Progress in Neurobiology. 92 (4), 517-532 (2010).
- Yao, R., et al. Olfactory ensheathing cells for spinal cord injury: sniffing out the issues. Cell Transplant. 27 (6), 879-889 (2018).
- Gómez, R. M., et al. Cell therapy for spinal cord injury with olfactory ensheathing glia cells (OECs). Glia. 66 (7), 1267-1301 (2018).
- Plant, G. W., Harvey, A. R., Leaver, S. G., Lee, S. V. Olfactory ensheathing glia: repairing injury to the mammalian visual system. Experimental Neurology. 229 (1), 99-108 (2011).
- Xue, L., et al. Transplanted olfactory ensheathing cells restore retinal function in a rat model of light-induced retinal damage by inhibiting oxidative stress. Oncotarget. 8 (54), 93087-93102 (2017).
- Pastrana, E., et al. Genes associated with adult axon regeneration promoted by olfactory ensheathing cells: a new role for matrix metalloproteinase 2. The Journal of Neuroscience. 26, 5347-5359 (2006).
- Pastrana, E., et al. BDNF production by olfactory ensheathing cells contributes to axonal regeneration of cultured adult CNS neurons. Neurochemistry International. 50, 491-498 (2007).
- Simón, D., et al. Expression of plasminogen activator inhibitor-1 by olfactory ensheathing glia promotes axonal regeneration. Glia. 59, 1458-1471 (2011).
- Lim, F., et al. Reversibly immortalized human olfactory ensheathing glia from an elderly donor maintain neuroregenerative capacity. Glia. 58, 546-558 (2010).
- García-Escudero, V., et al. Prevention of senescence progression in reversibly immortalized human ensheathing glia permits their survival after deimmortalization. Molecular Therapy. 18, 394-403 (2010).
- García-Escudero, V., et al. A neuroregenerative human ensheathing glia cell line with conditional rapid growth. Cell Transplant. 20, 153-166 (2011).
- Plaza, N., Simón, D., Sierra, J., Moreno-Flores, M. T. Transduction of an immortalized olfactory ensheathing glia cell line with the green fluorescent protein (GFP) gene: Evaluation of its neuroregenerative capacity as a proof of concept. Neuroscience Letters. 612, 25-31 (2016).
- Deumens, R., et al. Alignment of glial cells stimulates directional neurite growth of CNS neurons in vitro. Neuroscience. 125 (3), 591-604 (2004).
- Chung, R. S., et al. Olfactory ensheathing cells promote neurite sprouting of injured axons in vitro by direct cellular contact and secretion of soluble factors. Cell and Molecular Life Sciences. 61 (10), 1238-1245 (2004).
- Leaver, S. G., Harvey, A. R., Plant, G. W. Adult olfactory ensheathing glia promote the long-distance growth of adult retinal ganglion cell neurites in vitro. Glia. 53 (5), 467-476 (2006).
- Pellitteri, R., Spatuzza, M., Russo, A., Stanzani, S. Olfactory ensheathing cells exert a trophic effect on the hypothalamic neurons in vitro. Neuroscience Letters. 417 (1), 24-29 (2007).
- Pellitteri, R., Spatuzza, M., Russo, A., Zaccheo, D., Stanzani, S. Olfactory ensheathing cells represent an optimal substrate for hippocampal neurons: an in vitro study. International Journal of Developmental Neuroscience. 27 (5), 453-458 (2009).
- Runyan, S. A., Phelps, P. E. Mouse olfactory ensheathing glia enhance axon outgrowth on a myelin substrate in vitro. Experimental Neurology. 216 (1), 95-104 (2009).
- Witheford, M., Westendorf, K., Roskams, A. J. Olfactory ensheathing cells promote corticospinal axonal outgrowth by a L1 CAM-dependent mechanism. Glia. 61 (11), 1873-1889 (2013).
- Roloff, F., Ziege, S., Baumgärtner, W., Wewetzer, K., Bicker, G. Schwann cell-free adult canine olfactory ensheathing cell preparations from olfactory bulb and mucosa display differential migratory and neurite growth-promoting properties in vitro. BMC Neuroscience. 14, 141 (2013).
- Khankan, R. R., Wanner, I. B., Phelps, P. E. Olfactory ensheathing cell-neurite alignment enhances neurite outgrowth in scar-like cultures. Experimental Neurology. 269, 93-101 (2015).
- Wigley, C. B., Berry, M. Regeneration of adult rat retinal ganglion cell processes in monolayer culture: comparisons between cultures of adult and neonatal neurons. Brain Research. 470 (1), 85-98 (1988).
- Sonigra, R. J., Brighton, P. C., Jacoby, J., Hall, S., Wigley, C. B. Adult rat olfactory nerve ensheathing cells are effective promoters of adult central nervous system neurite outgrowth in coculture. Glia. 25 (3), 256-269 (1999).
- Hayat, S., Thomas, A., Afshar, F., Sonigra, R., Wigley, C. B. Manipulation of olfactory ensheathing cell signaling mechanisms: effects on their support for neurite regrowth from adult CNS neurons in coculture. Glia. 44 (3), 232-241 (2003).
- Kumar, R., Hayat, S., Felts, P., Bunting, S., Wigley, C. Functional differences and interactions between phenotypic subpopulations of olfactory ensheathing cells in promoting CNS axonal regeneration. Glia. 50 (1), 12-20 (2005).
- Moreno-Flores, M. T., Lim, F., Martín-Bermejo, M. J., Díaz-Nido, J., Avila, J., Wandosell, F. Immortalized olfactory ensheathing glia promote axonal regeneration of rat retinal ganglion neurons. Journal of Neurochemistry. 85 (4), 861-871 (2003).
- García-Escudero, V., et al. Patient-derived olfactory mucosa cells but not lung or skin fibroblasts mediate axonal regeneration of retinal ganglion neurons. Neuroscience Letters. 509 (1), 27-32 (2012).
- Sternberger, L. A., Sternberger, N. H. Monoclonal antibodies distinguish phosphorylated and nonphosphorylated forms of neurofilaments in situ. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 80 (19), 6126-6130 (1983).
- Sánchez Martin, C., Díaz-Nido, J., Avila, J. Regulation of a site-specific phosphorylation of the microtubule-associated protein 2 during the development of cultured neurons. Neuroscience. 87 (4), 861-870 (1998).
- Reshamwala, R., Shah, M., Belt, L., Ekberg, J. A. K., St. John, J. A. Reliable cell purification and determination of cell purity: crucial aspects of olfactory ensheathing cell transplantation for spinal cord repair. Neural Regeneration Research. 15 (11), 2016-2026 (2020).
