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Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del tubo neural, pero migran a alcanzar los objetivos adecuados. Branchiomotor facial (FBM), las neuronas son un modelo útil para estudiar la migración neuronal. Este protocolo describe la cultura wholemount ex vivo de hindbrains embrión de ratón para investigar los mecanismos que regulan la migración FBM.
Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del cerebro, pero posteriormente migran a nuevos destinos para alcanzar los objetivos adecuados. Por lo tanto, Descifrar las señales moleculares que guían la migración de manera cooperativa neuronal en el cerebro embrionario es importante entender cómo las complejas redes neuronales se forman que luego sostener la vida postnatal. Branchiomotor facial (FBM), las neuronas en el cerebro posterior embrión de ratón migran desde rombómero (R) 4 caudalmente para formar los núcleos faciales apareados en la región derivada-R6 de la parte posterior del cerebro. Aquí le ofrecemos un protocolo detallado para wholemount cultivo ex vivo de hindbrains embrión de ratón adecuados para investigar las vías de señalización que regulan la migración FBM. En este método, hindbrains de embriones E11.5 ratón se disecan y se cultivaron en una preparación de libro abierto en insertos de cultivo celular de 24 horas. Durante este tiempo, las neuronas FBM migran caudalmente hacia R6 y pueden estar expuestos a anticuerpos función de bloqueo y los pequeños moleculES en los medios de cultivo o perlas de heparina cargadas con proteínas recombinantes para examinar las funciones para las vías de señalización implicadas en la orientación de la migración neuronal.
Neuronas embrionarias nacen en la zona ventricular del cerebro, pero posteriormente migran a nuevos destinos para llegar a las regiones de destino apropiados que se encuentran a una gran distancia. El correcto posicionamiento de los cuerpos celulares neuronales en lugares apropiados a lo largo de los ejes dorso-ventral y anterior-posterior del cerebro en desarrollo es esencial para el cableado correcto, la supervivencia, y la función de estas neuronas después de la etapa migratoria 1-4. De manera similar a los mecanismos moleculares que controlan axón orientación 5-7, se cree conjuntos combinatorios de las señales de atracción y repulsión para guiar las neuronas que migran 1,8. Sin embargo, debido a las interacciones de múltiples tipos de células, las señales que controlan la migración neuronal han sido estudiados con menos intensidad que los involucrados en el direccionamiento del axón, que se puede estudiar la célula autónoma. El cerebro posterior desarrollo de los vertebrados se ha utilizado en varios estudios recientes para entender los mecanismos moleculares y celularesde la migración neuronal, por ejemplo en la chica, el ratón y el pez cebra 1-4,9. Este órgano contiene varios tipos diferentes de neuronas, incluyendo varios subtipos de precerebellar y neuronas motoras 5,7,10,11.
Motorneuron Rombencéfalo nacen en la zona ventricular cerca de la placa del piso, y se diferencian en subconjuntos específicos de acuerdo a su rhombomere de origen 1,12. El branchiomotor facial (FBM), las neuronas se generan en rombómero (R) 4 en el cerebro posterior y se extienden sus axones dorsalmente a través de un punto de salida R4 en el segundo arco branquial para inervar los músculos faciales 2,9,13. Neuronas FBM de pez cebra y ratones proporcionan excelentes modelos para estudiar los mecanismos moleculares y celulares de la migración neuronal en un proceso que se visualiza fácilmente, debido a que estas neuronas reproducible translocan su cuerpos celulares en un proceso espaciotemporalmente bien definida. En ratones, las neuronas migran FBM primera cauDally través de R5 y entonces tanto en sentido caudal y ventral para alcanzar su posición final en el lado pial del cerebro posterior en el territorio de r6, donde forman los núcleos apareados del nervio craneal VII (Viin) 10,11,14. En el pez cebra, las neuronas migran ventralmente FBM inicialmente y luego cambian de dirección en el límite de la R4-R5 continuar migrando hacia la superficie pial de una manera dependiente de la laminina 4,12,15,16. Esta migración procede durante un período de varios días en el desarrollo y se puede dividir en fases de la migración tangencial y radial, lo que permite la identificación de moléculas que median estos dos procesos distintos. En contraste, las neuronas FBM de la parte posterior del cerebro de embriones de pollo permanecen en R4 3,13,17-19.
Durante su migración, las neuronas FBM se pueden identificar, al igual que otros tipos o neuronas motoras, a través de su expresión del factor de transcripción de los islotes homoeodomain 1 (ISL1) 14. Por lo tanto, Mayoristasla tinción de inmunofluorescencia emount o hibridación in situ para este marcador en diferentes etapas de desarrollo revela la corriente migratoria distinta de FBM somas se extiende desde R4 a R6 en el pez cebra o el ratón 4,15,16. Por otra parte, los reporteros transgénicos fluorescentes tales como ISL1-GFP se han utilizado como herramientas adecuadas para visualizar la migración de neuronas en el pez cebra FBM 3,17-19. Además de su idoneidad para la formación de imágenes, muchos investigadores han estudiado la migración de las neuronas FBM en el desarrollo de pez cebra, porque sus embriones de vida libre se pueden manipular fácilmente con técnicas de trasplante de células y compuestos farmacológicos aplicados directamente al agua del acuario. En contraste, el embrión de ratón desarrolla encerrado en el útero, lo que impide la implantación de perlas que transportan las señales de orientación o la administración de anticuerpos de la función de bloqueo que no cruzan la barrera placentaria. Además, los compuestos farmacológicos administrados a la madre embarazada puede tener sinefectos secundarios deseados que pueden afectar indirectamente la embriogénesis. Eludir esta limitación, hemos desarrollado un método ex vivo para la cultura posterior del cerebro del ratón todo que es compatible con la migración de las neuronas FBM y la supervivencia durante 24 horas después de la explantación 7,16. Este método permite la manipulación farmacológica fácil, la implantación de los granos que llevan las señales de orientación o la administración de anticuerpos de la función de bloqueo y también podría ser adaptado para estudiar la migración de otros subtipos neuronales en el cerebro posterior en diferentes etapas de desarrollo.
1. Opcional: Preparar Beads Heparina Affi-gel (perlas de gel) para FBM Ensayo de atracción
NOTA: preparar perlas de gel de al menos 1 día antes de comenzar el procedimiento de explante.
2. Revestimiento de la Cultura Insertars
Explantes cerebro posterior se cultivan en la cultura Corning inserta con un tamaño de poro de 8 micras o inserciones equivalentes. Insertos de cultivo se pueden reutilizar después de la finalización del protocolo, siempre que se lavan con agua destilada, esterilizados con etanol, y se almacenan en etanol al 70% hasta que se necesite.
NOTA: Los siguientes pasos deben llevarse a cabo en una campana de flujo en condiciones estériles.
3. Disección de Hindbrains de E11.5 embriones de ratón
4. RombencéfaloExplante Cultura
5. Wholemount Inmunofluorescencia tinción de Rombencéfalo explantes
Resumen de los pasos y el calendario
~ 14 días: el apareamiento para obtener embarazos E11.25 temporizado
Opcional: Bead preparación (PROTOCOLO DEl 1): ~ 2 horas, el día antes del aislamiento del embrión
Preparar insertos de cultivo y medios de comunicación (Protocolo 2): ~ 30 min, antes del aislamiento del embrión
Aislamiento de embriones y la disección posterior del cerebro (pasos 3.1 a 3.4): ~ 10 min / embriones
Disección Rombencéfalo (pasos 3.5 a 3.7): ~ 5-10 min / rombencéfalo
Procedimiento de explante (pasos 3.8 a 3.9): ~ 5-10 min / rombencéfalo
Opcional: la implantación de bolas (pasos 3.10-3.11): ~ 5-10 min / rombencéfalo
Cultura explante (paso 4.7): 24 horas
Fijación para la tinción de anticuerpos (paso 5.1): 2 hr
Procedimiento de tinción y de imagen (Protocolo 5): 5 días
En esta sección se ilustra ejemplos de los resultados que se pueden obtener mediante el estudio de FBM migración de neuronas en el cerebro posterior del ratón a través de la cultura ex vivo. Se demuestra que las neuronas FBM en hindbrains explantadas de día 11 embriones de ratón primera experimentan una migración tangencial (Figura 3 A) y luego comienzan a montar el núcleo facial del motor (Figura 3B), similar a su comportamiento en el útero (ver Figura 1). Además, demuestran que la implantación de un cordón VEGF165-empapado atrae neuronas FBM (Figuras 3C y 3D), como se muestra anteriormente 16. Es importante destacar que, este protocolo permite estudiar la migración FBM en la ausencia de vasos sanguíneos o los vasos factores derivados que pueden influir en la migración FBM en el útero, porque la vasculatura nonperfused degenera en la cultura 16. De este modo, en el etiquetado de glóbulos inespecífico observado cuando se utiliza el anticuerpo ISL1 ratón en reciénhindbrains aislados de ratón (Figura 1) ya no está presente en el tejido posterior del cerebro después de 24 horas en cultivo (Figuras 3A-F). Finalmente, se muestran dos ejemplos de hindbrains que no fueron explantados correctamente y por lo tanto contienen neuronas FBM en una distribución anormal, ya sea porque el cerebro posterior no fue explantó muy pronto después del aislamiento del embrión (Figura 3E) o porque el tejido de cerebro posterior plegado en el transwell ( Figura 3F).
Figura 1. FBM migración neuronal confocal z-stack de hindbrains wildtype ratón después ISL1 immunolabeling wholemount y flatmounting;.. La línea media posterior del cerebro está indicado con un asterisco en todos los paneles (A) superficie ventricular de un cerebro posterior E11.5 en el área que contiene neuronas FBM ISL1-positiva (flecha), lo que demuestra su migración tangencial de R4 a R6;. la posición de R4, R5 y R6 se indica (A ') superficie pial de la mitad de la misma cerebro posterior en el área que contiene el Anlage . de uno de los núcleos FBM emparejados (indicados con Viin), así como otras poblaciones de neuronas ISL1-positivo (B) la superficie ventricular de un cerebro posterior E12.5 neuronas que contienen FBM que están migrando tangencialmente (flecha); la punta de flecha indica un ejemplo de un vaso sanguíneo que contiene las células circulantes que se inespecíficamente etiquetados por la reacción cruzada del anticuerpo secundario anti-ratón utilizado para detectar el anticuerpo IgG de ratón ISL1. (B ') superficie pial de la mitad de la misma rombencéfalo E12.5, que contiene uno de los núcleos FBM emparejados. La línea media se indica con un asterisco en cada panel. La barra de escala (todas las hojas): 200 m. V, ventral, P, de la pía madre./ 51397fig1highres.jpg "target =" _blank "> Haga clic aquí para ver la imagen más grande.
Figura 2. E11.5 ratón disección posterior del cerebro y vivo la cultura ex. (AE) Los pasos claves en el protocolo de disección de cerebro posterior E11.5; barra de escala:. 1 mm (A) Jefe del embrión después de que se corta, junto con el resto del embrión en el nivel de la extremidad anterior (B) La parte rostral del. la cabeza se eliminó y el resto de la tejido de la cabeza de modo que el 4 º ventrículo (flecha) estaba orientado hacia arriba. (C) El techo de la 4 ª ventrículo se desprendió, y el cerebro posterior fue expuesto por pelado tejido debajo de la parte posterior del cerebro de distancia rostral y caudal. (D) Se eliminó la membrana pial (nótese que en este examplio, algunos médula espinal cervical (SC) de tejido ha permanecido unido a la parte posterior del cerebro). (E) El exceso de cerebro medio (MB) y la médula espinal (SC) de tejido se ha eliminado para retener sólo el cerebro posterior. (insertos F) Cultura se recubrieron con laminina y se colocan en una placa de cultivo de tejidos de 12 pocillos. (G) Cada cerebro posterior se colocó sobre un inserto y se cubre con los medios de comunicación. (H) Representación esquemática de la trayectoria seguida por la migración de las neuronas FBM (azul) durante 24 horas de cultivo. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.
Figura 3. Ratón cerebro posterior ex vivo la cultura. (A, B) Un cerebro posterior E11.5 se cultivó durante 24 horas y immunofluoresc temente etiquetados para ISL1 para ilustrar FBM la migración de neuronas en un explante; tanto ventricular (A) y (B) de la pía madre lados de la parte posterior del cerebro se muestran (C, D) hindbrains littermate E11.5 se cultivaron en presencia de heparina implantado grano empapado. en PBS (C) o VEGF165 (D); en cuenta que las neuronas FBM migran hacia y en la perla VEGF165, y por lo tanto la corriente de migración ampliado aún más caudalmente en comparación con el lado no tratado de la misma rombencéfalo o el cerebro posterior que contiene la bola de control (E. , F) Ejemplos de explantes insatisfactorios cerebro posterior E11.5, en la que CESM no han emigrado de r4 (E), o en el que el tejido cerebro posterior doblado durante el cultivo (F). La línea media se indica con un asterisco en cada panel. La barra de escala (para todos los paneles): 200 m. V, ventral, P, de la pía madre."> Haga clic aquí para ver la imagen más grande.
Este protocolo describe la cultura wholemount de hindbrains E11.5 ratón en un sistema transwell para estudiar la migración de las neuronas FBM. Este protocolo permite a neuronas motoras del cerebro posterior ratón para mantenerse con vida y la migración por un período de 24 horas, lo que permite la manipulación ex vivo. Este método tiene numerosas ventajas experimentales para los investigadores que tratan de identificar los mecanismos moleculares y celulares de la migración neuronal. Considerando que los ensayos de migración tradicionales explante pequeñas piezas de tejido neural en la matriz en placas de cultivo y permiten la observación de las neuronas individuales, ya que responden a estímulos exógenos, una gran ventaja del ensayo Transwell es su idoneidad para manipular las neuronas que migran dentro del entorno de órganos anfitrión y por lo tanto una más contexto fisiológico. Es importante destacar que las sustancias se pueden aplicar fácilmente a los explantes in vivo del cerebro posterior ex para probar su efecto sobre la migración neuronal, evitando los posibles efectos secundarios asociados con administesonar estas sustancias a un ratón embarazada. Por último, el modelo in vivo ex también permite el ensayo de sustancias que no cruzan la barrera placentaria, tales como anticuerpos función de bloqueo. Debido a estas ventajas, el cerebro posterior cultivo ex vivo proporciona un método alternativo y complementario a la utilización de embriones de pez cebra, que pueden ser tratados con moléculas pequeñas solubles en agua en el agua del acuario, o en el útero de la electroporación de cerebros de embriones, que requiere el uso de especializada equipo y es más difícil de dominar que la técnica de cultivo descrito aquí. Otra ventaja del protocolo descrito aquí es su susceptibilidad a la implantación de perlas empapadas en proteína recombinante u otros reactivos, por lo tanto, permite la aplicación de un método embriológico estándar desarrollado para manipular los embriones de pollo a un modelo de ratón de la migración neuronal. En particular, el modelo in vivo ex cultivo puede ser aplicado a hindbrains de ratones modificados genéticamente defectuosativa en moléculas específicas implicadas en la migración neuronal, tales como receptores de crecimiento o el factor de orientación, y en combinación con implantes de talón para probar si se pierde la capacidad de respuesta a los ligandos. Además de la manipulación farmacológica, el protocolo in vivo ex cultura también podría ser adaptado para electroporar vectores de expresión que podrían manipular la expresión de genes de interés; métodos apropiados para la electroporación se han descrito previamente 22,23. Este protocolo también puede estar adaptado para visualizar la migración de las neuronas por microscopía de lapso de tiempo en explantes de cerebro posterior de los ratones transgénicos que contienen las neuronas FBM marcados con fluorescencia, por ejemplo ISL1-Cre; Rosa26Yfp 21. Finalmente, este protocolo también se puede usar para estudiar otros tipos de neuronas que migran en el cerebro posterior, tales como los que forman la oliva inferior, aunque esto requeriría el uso de hindbrains en las etapas embrionarias de edad avanzada y puede requerir la cultura para un máximo de 48 h, dependiendo de la viabilidad neuronal Ex vivo.
Los pasos críticos y solución de problemas
Para el éxito de este protocolo, es crucial que los embriones se recogen temprano en E11.5 día, más cerca de E11.25, cuando FBM la migración de las neuronas recién ha comenzado. Sin embargo, no siempre es posible coger embriones en esta etapa del desarrollo debido a la variabilidad de apareamiento natural de los ratones, y, en consecuencia, puede haber algo de variabilidad en la extensión de FBM migración entre diferentes experimentos. La variabilidad en la migración FBM también se puede observar si el experimento no se completa dentro del marco de tiempo asignado, alrededor de 3 horas, como se puede ver en la figura 3E. Tejido Rombencéfalo de embriones de ratón E11.25 es delicado. Cuando la disección y durante todo el procedimiento de explante, es importante no romper el tejido cerebro posterior en las áreas de R4-R6 donde se encuentran las neuronas FBM. Debido a la naturaleza delicada de la Tesisproceso exión, y debido a la velocidad a la que hindbrains se colocan en la cultura influye en los resultados, el procedimiento puede tardar un par de la práctica funciona de dominar, en particular, antes de que se utilizaron muestras preciosas o reactivos. Por último, es importante que el tejido de cerebro posterior se coloca en una configuración libro abierto en la inserción del cultivo, porque el plegado de la parte posterior del cerebro durante el cultivo de tejido evitará la migración normal de FBM (véase la figura 3F).
Ninguno de los autores tiene intereses o conflictos de intereses en competencia.
MT es apoyado por una beca de doctorado [ref. 092839/Z/10/Z] y CR por un nuevo Premio Investigador [ref. 095623/Z/11/Z] de la Wellcome Trust.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Eppendorf round-bottomed reagent tube, 2.0 ml (Safe-Lock) | VWR | 211-2120 | |
Cell culture plates, 12-well | Thermo Scientific | 150628 | |
Plastic cell culture dish, 100 mm | Thermo Scientific | 150288 | |
15 mm Netwell insert with Mesh Polyester Membrane | Corning | 3477 | |
Watchmaker forceps, no. 5 | Dumont | 91150-20 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Laminin mouse protein | Life Technologies | 23017-015 | |
Primary antibody, Isl1 | Developmental Hybridoma Bank | 39.4D5 | Dilution 1/100 |
Alexa Fluor 488-conjugated goat anti mouse secondary antibody | Life Technologies | A11029 | Dilution 1/200 |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103 | |
B27 supplement (50x) | Life Technologies | 17504-044 | |
Leibovitz’s L-15 | Life Technologies | 21083-027 | |
Penicillin/ streptomycin | Life Technologies | 15070 | |
Glucose | VWR | 101174Y | |
Heat-inactivated goat serum | Sigma | G9023 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Slowfade Antifade Kit | Life Technologies | S-2828 | Alternative mounting solutions may be used |
Microscope slides | VWR | 631-0912 | |
Cover glass | VWR | 631-0137 | |
Affi-Gel Heparin Beads | Biorad | 153-6173 | Glass, latex, or coloured beads may be used alternatively |
Recombinant human VEGF165 | R&D Systems | 293-VE | Resuspend in PBS, store aliquots at -80 °C |
Stereo Microscope, Leica MZ16 | Leica | ||
Confocal laser scanning microscope LSM710 | Zeiss |
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