Isolare e coltivare i somata gangliari vestibolari e spirali da roditori neonatali per registrazioni con patch-clamp
Summary
Di seguito sono presentati metodi che forniscono istruzioni dettagliate per la dissezione, la dissociazione, la coltura e la registrazione di patch-clamp dai neuroni gangliari vestibolari e gangliari a spirale dell’orecchio interno.
Abstract
La morfologia compatta dei neuroni gangliari dell’orecchio interno isolati e in coltura consente una caratterizzazione dettagliata dei canali ionici e dei recettori dei neurotrasmettitori che contribuiscono alla diversità cellulare in questa popolazione. Questo protocollo delinea i passaggi necessari per il successo della dissezione, della dissociazione e della coltura a breve termine dei somata dei neuroni bipolari dell’orecchio interno ai fini delle registrazioni patch-clamp. Vengono fornite istruzioni dettagliate per la preparazione dei neuroni gangliari vestibolari con le modifiche necessarie per la placcatura dei neuroni gangliari a spirale. Il protocollo include le istruzioni per l’esecuzione di registrazioni patch-clamp a cellula intera nella configurazione a patch perforato. I risultati di esempio che caratterizzano le registrazioni voltage-clamp di correnti mediate da HCN (Cyclic Nucleotide-Gated) attivate dall’iperpolarizzazione evidenziano la stabilità della configurazione di registrazione a patch perforata rispetto alla configurazione a patch di rottura più standard. La combinazione di questi metodi, somata isolati più registrazioni perforate-patch-clamp, può essere utilizzata per studiare i processi cellulari che richiedono registrazioni lunghe e stabili e la conservazione dell’ambiente intracellulare, come la segnalazione attraverso i recettori accoppiati alla proteina G.
Introduction
I neuroni bipolari del nervo vestibolococleare collegano le cellule ciliate sensoriali dell’orecchio interno al tronco encefalico. Sono i principali vettori di informazioni sul suono e sui movimenti della testa; Il danno a queste importanti cellule porta a sordità e disturbi dell’equilibrio. Le porzioni vestibolari e uditive del nervo sono costituite ciascuna da tipi di cellule distinte che sono morfologicamente e funzionalmente diverse 1,2. Nel sistema vestibolare, due sottopopolazioni afferenti si attivano spontaneamente a intervalli regolari o irregolari2. Si ritiene che la temporizzazione dello spike afferente rifletta una diversità sottostante nella composizione dei canali ionici 3,4. Nel sistema uditivo, ci sono due sottopopolazioni principali di neuroni gangliari spirali (SGN); mentre gli SGN di tipo I contattano le singole cellule ciliate interne5, gli SGN di tipo II contattano più cellule ciliate esterne5. Registrazioni in vitro da colture semi-intatte e organotipiche suggeriscono differenze nelle proprietà di membrana degli SGN di tipo I e di tipo II 6,7.
Molti canali ionici e recettori dei neurotrasmettitori che si trovano ai terminali di questi neuroni si trovano anche nei loro corpi cellulari. Pertanto, le colture del vestibolare isolato e del ganglio a spirale somata possono essere studiate in vitro per capire come i canali ionici e i recettori dei neurotrasmettitori contribuiscono alla risposta di questi neuroni. La morfologia compatta dei corpi cellulari isolati consente registrazioni elettriche di alta qualità, adatte per la caratterizzazione dettagliata di canali ionici voltaggio-dipendenti e recettori dei neurotrasmettitori. Il facile accesso a una varietà rappresentativa di sottotipi di neuroni consente un’analisi ad alto rendimento della diversità cellulare.
Questo articolo presenta un metodo per isolare e coltivare corpi cellulari gangliari dissociati dalla porzione superiore del ganglio vestibolare nei ratti al giorno postnatale da (P)9 a P20. Vengono inoltre forniti suggerimenti per estendere questi metodi al ganglio a spirale, oltre ai passaggi necessari per estrarre, dissociare e placcare con successo le cellule ganglionari. Questi metodi sono un’evoluzione di quelli ideati nelle pubblicazioni di vari laboratori 8,9,10. In questo documento è inclusa anche una guida per la selezione di cellule sane per le registrazioni patch-clamp.
Infine, il protocollo delinea la procedura per la registrazione patch-clamp utilizzando la configurazione perforated-patch11. Sebbene la configurazione del cerotto perforato sia più dispendiosa in termini di tempo e tecnicamente più impegnativa rispetto alla più comune configurazione del cerotto rotto, è migliore per mantenere l’ambiente citoplasmatico che consente sessioni di registrazione lunghe e stabili. I vantaggi di questa configurazione di registrazione sono illustrati qui attraverso la migliore stabilità delle correnti cationiche attivate dall’iperpolarizzazione nelle registrazioni di patch perforate rispetto alle registrazioni di patch rotte.
Questo protocollo è organizzato in cinque sezioni. Le sezioni 1-3 descrivono le soluzioni e gli strumenti che possono essere preparati e conservati in anticipo. La sezione 4 descrive le fasi per la dissezione e la placcatura delle vestibolari e degli SGN. La sezione 5 descrive le fasi per la registrazione dai neuroni dopo un periodo di coltura. Nelle nostre mani, la sezione 4 e la sezione 5 vengono eseguite per un periodo di 2 giorni consecutivi.
Protocol
Representative Results
Discussion
I metodi qui presentati sono specifici per le registrazioni da neuroni isolati; Studi precedenti si sono concentrati sulle registrazioni dei terminali assonali in una preparazione semi-intatta. Rispetto alle tecniche di registrazione terminale esistenti, le registrazioni isolate offrono un comportamento superiore di space-clamp e isopotenziale. Inoltre, questo protocollo fornisce l’accesso a un campione più ampio di neuroni, poiché solo le sottopopolazioni portatrici di calici sono accessibili nelle registrazioni semi-…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo le dottoresse Jing Bing Xue e Ruth Anne Eatock per i loro primi contributi a questi metodi. Questo lavoro è stato supportato da NIH NIDCD R03 DC012652 e NIH NIDCD DC012653S, e R01 DC0155512 a RK e T32 DC009975 a DB, NN e KR.
Materials
| Amphotericin | Sigma-Aldrich | A4888-100MG | For perforated patch recordings. |
| ATP di-sodium | Sigma-Aldrich | A7699 | Additive to internal solution |
| B27 Supplement (50x), serum free | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | additive to culture medium, for SGN |
| Beakers (1000, 100, 10) milliliter | |||
| bench-top centrifuge | USA Scientific | 2641-0016 | |
| Bunsen burner | |||
| CaCl2 | J.T. Baker | 1311-01 | Additive to internal solution |
| Collagenase | Sigma-Aldrich | C5318 | one out of three enzyme to digest tissue |
| Coverglass, rectangular, #1 thickness, 22×40 | Warner Instruments | 64-0707 | |
| DMSO | Biotium | 90082 | |
| Dnase I,from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | 11284932001 | one out of three enzyme to digest tissue |
| Dumont #3 Forceps (Blunt) | Fine Science Tools | 11231-30 | |
| Dumont #5 Forceps (Fine) | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Dumont #55 Forceps (Fine) | Fine Science Tools | 11255-20 | |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E0396 | Additive to internal solution |
| Electrode Puller | Narashige | PC-10 | |
| Epi-illumination light source | Zeiss | CL 1500 ECO | |
| Ethanol | Decon Labs | 2716 | for cleaning head and around dissection bench |
| Filamented Borosilicate Capillaries for electrodes | Sutter Instruments | BF140-117-10 | |
| Fine-edged dissection blade | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Glass Pasteur Pipettes | VWR | 14673-010 | to pull trituration pipettes |
| Heat-inactivated Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 16140063 | additive to culture medium |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-100G | for pH buffering all solutions in protocol |
| Hot plate / magnetic stirrers | VWR | 76549-914 | |
| Insulated bucket filled with ice | to keep all samples and solutions cool | ||
| K2SO4, Potassium Sulfate | Sigma Aldrich | P9458-250G | Additive to internal solution |
| KCl | Sigma-Aldrich | P93333 | Additive to internal solution |
| KOH (1 M) | Honeywell | 319376-500ML | To bring internal solution to desired pH. |
| Large Spring Scissors | Fine Science Tools | 14133-13 | |
| Leibovitz medium | Sigma Aldrich | L4386 | dissection and bath solutions |
| Low-profile-bath recording chamber for culture dishes | Warner Instruments | 64-0236 | |
| luer-lok syringes, 30 ml | BD | 302832 | for drawing L-15/HEPES/HEPES solution. |
| MEM + Glutamax Supplement | Fisher Scientific | 41-090-101 | base of the culture medium |
| MgCl2-Hexahydrate | Sigma-Aldrich | M1028 | Additive to internal solution |
| microFil needle for filling micropipettes – 34 gauge | World Precision Instruments | MF34G | |
| Microforge | Narashige | MF-90 | For electrode polishing. |
| N2 Supplement (100x) | Thermo Fisher Scientific | 17502-048 | additiive to culture medium, for SGN |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | Additive to internal solution |
| NaOH (1 M) | Thomas Scientific | 319511-500ML | for titration pH |
| Osmometer | Advanced Instruments Inc. | 3320 | |
| Oxygen, Medical grade, with adequate regulator and tubing | USC Material Management | MEDOX200 (Identifier: 00015) | for dissolving into dissection and bath solutions |
| Parafilm | Bemis | PM992 | |
| Pasteur pipette bulb (3 ml) | Fisher Scientific | 03-448-25 | bulb for trituration pipettes |
| Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | additive to prevent contamination of culture medium |
| Pentobarbital based euthanasia solution (e.g., Fatal Plus. 50 – 60 mg/kg dosing) | MWI Animal Health | 15199 | for euthanasia |
| PES membrane filters , 0.2 micrometer | Nalgene | 566-0020 | for filtering solutions |
| PES membrane sterile syringe filters, 0.22 um, 30 mm | CELLTREAT | 229747 | for filtering solutions drawn into syringes |
| Petri dishes, 35 x 10 mm | Genessee Scientific | 32-103 | for micro dissection and to hold Tip dip solution in perforated-patch configuration |
| Petri Dishes, 60 x 15 mm | Midland Scientific | P7455 | for gross dissection |
| pH Meter | Mettler Toledo | Model S20 | |
| Pipettors (1000, 200, 10) microliter | USA Scientific | ||
| Poly-d-lysine coated glass bottomed culture dish | Mattek | P35GC-0-10-C | to plate neurons for culture |
| Quick change platform, heated base, for 35 mm culture dishes | Warner Instruments | 64-0375 | |
| Reference Cell | World Precision Instruments | RC1T | |
| Scalpel blade | Miltex | 4-315 | |
| Scalpel Handle | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| Scientific Scale | Mettler Toledo | XS64 | |
| Serological Pipettes (10, 25) milliliter | Fisher Scientific | ||
| Silicone Grease Kit (for sealing coverglass and chamber) | Warner Instruments | 64-0378 | |
| Small Animal Guillotine | Kent Scientific | DCAP | |
| Small animal guillotine | Kent Scientific | DCAP | for decapitation if dissecting rats older than P15. |
| Stereo Dissection Microscope | Zeiss | Stemi 2000 | |
| Straight surgical scissors | Fine Science Tools | 14060-09 | |
| Syringe (3, 10, 30) milliliter | |||
| Trypsin | Sigma Aldrich | T1426 | one out of three enzyme to digest tissue |
| Tuberculin syringe | Covidien | 8881500105 | for delivering euthanasia solution by intraperitoneal injection |
| Vannas Spring Scissor, 2.5 mm Cutting Edge | Fine Science Tools | 15000-08 | |
| Volumetric flask, 1000 milliliter | |||
| Vortex | VWR | 945300 | |
| Water, sterile u ltrapure, R>18.18 megaOhms cm (e.g., filtered by a Millipore-Sigma water purification system) | Millipore-Sigma | CDUFBI001 |
References
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