Method Article
Nous cherchons à définir les neurones de signalisation immunitaires responsables de froid préconditionnement comme moyen d'identifier de nouvelles cibles pour le développement de thérapies pour protéger le cerveau avant l'apparition des blessures. Nous présentons des stratégies pour de tels travaux qui exigent des systèmes biologiques, des manipulations expérimentales ainsi que des capacités techniques qui sont hautement reproductible et sensible.
Lésion neurologique est une cause fréquente de morbidité et de mortalité liés à l'anesthésie générale et les procédures chirurgicales qui pourraient être atténués par le développement d'efficace, facile à administrer et traitements sécuritaires préconditionnement. Nous cherchons à définir les neurones de signalisation immunitaires responsables de froid préconditionnement comme moyen d'identifier de nouvelles cibles pour le développement de thérapies pour protéger le cerveau avant l'apparition des blessures. Faible niveau de médiateur pro-inflammatoire de signalisation des changements au fil du temps sont essentielles à froid préconditionnement neuroprotection. Cette signalisation est compatible avec les principes fondamentaux de l'hormèse conditionnement physiologique, qui exigent que les stimuli irritatifs atteindre une amplitude seuil suffisamment de temps pour s'adapter aux stimuli de protection à devenir évidents.
En conséquence, la délimitation de la signalisation immunitaire impliquée dans le froid-préconditionnement neuroprotection exige que les systèmes biologiques et les manipulations expérimentales plNous capacités techniques sont hautement reproductibles et sensibles. Notre approche consiste à utiliser des cultures de tranches d'hippocampe comme un modèle in vitro qui reflète le mieux leur homologues en vivo avec multi-synaptiques des réseaux neuronaux matures et influencés par de repos macroglia / microglie. Cet état gliale est particulièrement important pour les microglies, car ils sont la principale source de cytokines, qui sont actifs dans le domaine femtomolaire. En outre, les cultures tranche peuvent être maintenues in vitro pendant plusieurs semaines, ce qui est un délai suffisant pour évoquer des stimuli d'activation et d'évaluer les réponses adaptatives. Enfin, les conditions d'environnement peut être contrôlée avec précision en utilisant des cultures de tranches de sorte que la signalisation des cytokines de préconditionnement à froid peut être mesurée, imité, et modulé à disséquer les aspects noeud critique. Analyses des cytokines du système de signalisation nécessitent l'utilisation de techniques sensibles et reproductibles multiplexés. Nous utilisons PCR quantitative pour le TNF-α à l'écran pour acte microglialeIvation suivie en temps réel quantitative PCR quantitative dépistage tableau pour évaluer les changements de cytokines tissu entier. Ce dernier est un moyen très sensibles et reproductibles pour mesurer de multiples changements de cytokines système de signalisation simultanément. Des changements importants sont confirmés par PCR quantitative ciblée et la détection de protéines. Nous sonder pour les tissus à base de modifications des protéines cytokine en utilisant des dosages multiplexés flux de microsphères de cytométrie en utilisant la technologie Luminex. La production de cytokine spécifique des cellules est déterminée à double étiquette immunohistochimie. Dans l'ensemble, cette préparation du tissu cérébral et le style de l'utilisation, couplée aux stratégies proposées enquête, peut être une approche optimale pour identifier des cibles potentielles pour le développement de nouveaux traitements qui pourraient imiter les avantages du froid préconditionnement.
Techniques stériles et aseptiques sont essentiels à la préparation, l'entretien et l'utilisation de cultures tranche pendant des périodes prolongées. Par ailleurs, la raison d'être de notre utilisation de cultures tranche seulement après 18 jours in vitro est basé sur des preuves qui indique excitateurs et inhibiteurs de la transmission synaptique devient plus mature, et les cellules gliales (astrocytes et la microglie) deviennent quiescentes et conforme à leur homologues dans vivo (figure 1 ).
1. Préparation et entretien des cultures Slice hippocampe
2. Présélection vitalité des cultures Slice
3. Froid Préconditionnement
4. Blessure excitotoxique
5. Co-traitements appliqués à froid préconditionnement
Un avantage important des cultures tranche est que la condition de l'environnements peut être contrôlée avec précision. Cela signifie que la signalisation des cytokines de préconditionnement à froid peut être mesurée, imité, et modulé à disséquer les aspects noeud critique.
6. Immédiate et retardée après lésion excitotoxique froid préconditionnement
7. RNA Isolation
Les procédures suivantes sont l'expression des gènes mis à l'échelle pour une culture seule tranche.
8. Quantification ARN
9. SYBR Green PCR quantitative
10. PCR quantitative pour puces à ADN
Quantitative en temps réel de dépistage gamme qPCR est une très sensible et reproducible moyen de sonder à faible niveau d'expression de médiateurs inflammatoires changements.
11. Multiplex de flux de microsphères de dosage par cytométrie en protéomique
12. Immunohistochimie
13. Les résultats représentatifs
Figure 1. Apparence des cultures tranche d'hippocampe et la microglie. L'image de gauche montre une mature type (c.-à 21 jours in vitro) la culture tranche hippocampique tache avec NeuN (vert) pour illustrer la cytoarchitecture des neurones principaux. Les neurones pyramidaux sont indiqués dans les zones CA1 et CA3 et de la Dentmangé gyrus (DG) des neurones vers la gauche. La barre d'échelle est de 250 um. L'image de droite est extraite de la zone CA1 et représenté à une puissance plus élevée pour illustrer la qualité de la microglie ramifiée dans les cultures de tranches de repos matures. Les cellules ont été marquées avec le marqueur de surface des microglies, CD11b. La barre d'échelle est de 50 um.
Figure 2. Froid préconditionnement neuroprotection dans les cultures tranche d'hippocampe. Les cultures sont incubées avec Sytox Green, un marqueur fluorescent marqué cellules mortes. La rangée du haut montre cultures témoins fictifs et la rangée du bas montre les tranches exposées à 28 ° C pendant 90 min. La main gauche, la présélection des images ne montrent pas de blessures CA1. Relative échelle de calibrage blessures couleur est montré dans l'image en haut à gauche. Images rangée du milieu montrent relativement blessures culture tranche de 24 heures après l'exposition à 20 uM NMDA. Notez que le contrôle des blessures trompe-l'oeil est supérieure à celle des cultures exposées à froid PRECONDitioning (CP). Traditionnellement, les cultures sont ensuite exposés à 20 uM NMDA nuit pour maximiser CA1 niveaux de blessures neuronales et les blessures relative de CP c imposture, a noté que le rapport de blessure / accident maximal. Toutefois, l'exposition à des stimuli blessures maximal peut ne pas être suffisante pour surmonter la neuroprotection de préconditionnement. En conséquence, l'utilisation de ratios de blessures / lésions maximale peut ne pas refléter la neuroprotection de préconditionnement. Cela est évident dans les images de droite montrent que les niveaux maximaux CP sont inférieurs à ceux des témoins fictifs.
Figure 3. Schéma illustrant l'utilité d'utiliser des mesures initiales, la première journée de quantifier les niveaux de blessures au froid préconditionnement expériences. Comme indiqué ci-dessus, nous avons constaté que l'utilisation de ratios (blessure / accident maximal) pourrait occulter la neuroprotection à froid, pré-conditionnement. Ceci peut être vu à partir du schéma vers la gauche où shh blessure est affiché en rouge et que, après froid préconditionnement en bleu. Un jour, après exposition au NMDA froid préconditionnement montre une relative "3" niveau de la lésion v feinte ("5") de contrôle, conformément à la neuroprotection 40%. Toutefois, si un format traditionnel en utilisant des ratios (par exemple, accident / blessure maximale) est utilisé, aucune protection est évident [à savoir, (5/10) = 50% pour imposture v (3/6) = 50% à froid préconditionnement ].
Figure 4. Typial résultat qPCR sont affichés. Numéro Upper copie courbe ARN v cycle seuil pour l'amplification PCR montrant les commandes (en bleu) et des échantillons expérimentaux (rouge). Image du bas montre les profils d'amplification typiques pour quatre échantillons (noir, vert, jaune et violet). Remarquez les derniers cycles de seuil Ct (marquée par la ligne orange) se produisent à 26,0, 29,5, 31,0, et 32,5.
Figure 5. Matle-étiquette immunomarquage permet de confirmer les résultats de réseau et qPCR qPCR Une culture de section a été générée pour l'IL-11 (rouge) et NeuN (vert, pour marquer les neurones). pour sonder les loci d'expression cellulaire de l'IL-11. Notez que certains neurones pyramidaux (flèches) montrent l'IL-11 et de la coloration NeuN (jaune), tandis que quelques cellules plus petites (flèches), censés être les astrocytes, montrent que l'IL-11 a augmenté de coloration (rouge).
Deux concepts fondamentalement important important à la délimitation du système de signalisation des cytokines impliquées dans la neuroprotection froid préconditionnement sont illustrés dans les figures 6 et 7. Tout d'abord, les cytokines sont extrêmement faibles molécules de signalisation de concentration dans le cerveau normal. Néanmoins, physiologiques des changements de concentration de cytokines ont un énorme potentiel de modifier la structure du cerveau et la fonction (c.-à-phénotype) en raison de leur capacité à modifier l'expression des gènes (Figure 6). De plus, les cytokines sont très redondantes et pléiotrope en ce que plusieurs cytokines peuvent avoir des effets similaires et une seule cytokine peut avoir des effets variables (figure 7). Ainsi, pour établir avec précision les cytokines innées des bases pour la neuroprotection du froid préconditionnement (ou d'autres stimuli physiologiques de préconditionnement), analyse composite des variables de signalisation connexes doit être déterminée. Ceci est accompli grâce à des stratégies d'analyse multiplexés. Ceci permettra d'établir la cytokine «signature» de froidpréconditionnement neuroprotection.
Figure 6. Puissance de signalisation des cytokines cerveau. Les illustrations transmettre le pouvoir immense de signalisation de concentrations physiologiques de cytokines cérébrales par rapport aux concentrations d'autres bien connus homologues. Concentration est représentée comme étant l'inverse de la distance, en commençant par une tige souple à ressort unique comme point de référence. De sodium (10 -1 M illustrée par un grain de poivre) et de potassium (10 -3 M illustrée par la tomate) sont présents dans l'espace interstitiel du cerveau à des niveaux de l'ordre de 150 et 3 mm, respectivement, et ont bien reconnu rôles dans fonction électrophysiologique des cellules neuronales. De même, le pH (par exemple, ~ 10 -7 M niveaux d'ions hydrogène et illustrés comme 780 mètres le long au bord du lac de Chicago) et de calcium (par exemple, ~ 10 -8 M niveaux montré que 7,8 kilomètres vu partir d'une image satellite de Google ainsi que Chicago du lac de McCormick Place à Promontory Point, à Hyde Park, près de l'Université de Chicago). En outre, des neurotransmetteurs libérés de l'espace interstitiel au cours de ces concentrations affecter l'activité locale région du cerveau. En revanche, les cytokines (comme le montre la distance entre la Terre et Mars) peuvent altérer le fonctionnement du cerveau à des concentrations de plus de dix millions de fois moins.
Figure 7. Signalisation interactifs de voies de cytokines innées. Cytokines sont très redondants et pléiotrope en ce que plusieurs cytokines peuvent avoir des effets similaires et une seule cytokine peut avoir des effets variables. Cette diversité provient de signalisation interactif complexe qui se produit au niveau des ligands, des récepteurs et des phosphoprotéines. Complexité supplémentaire provient du fait que le cerveau se compose de différents types de cellules, chaque cellule capable de cytokine spécifique innée, récepteur, et liée phosphoprotéine changes. À titre d'exemple ici, seules les voies de signalisation des cytokines innées (dérivée des études de cellules immunitaires) sont affichés. Par souci de simplicité, le cerveau est dessinée comme une seule cellule (ligne blanche) montrant les interactions potentielles de cytokines innées (IL-1α et l'IL-1β (appelée ici l'IL-1α / β), le TNF-α, IL-6, IFN-γ et l'IL-10), les récepteurs (IL-1R1, TNFR1, IL-6/gp130, IFNyR, et IL-10R), et phosphoprotéines (c.-à-kinases ERK1 / 2, P38 (P38-MAPK) et JNK) facteurs de transcription et (ATF-2, NFkB, et STAT3). Par exemple, le TNF-α signaux via TNFR1 à JNK, p38-MAPK et ERK1 / 2, ce qui déclenche l'expression des gènes par l'intermédiaire ATF-2. TNF-α modifie également l'expression des gènes directement par l'activation NFkB. Ensemble, l'activation de ces facteurs de transcription evoke augmenté (flèche) et une diminution (bout franc) l'expression de cytokines et de leurs récepteurs comme indiqué. Fait important, ces voies de montrer que les changements dans une cytokine (par exemple, le TNF-α) influence prouction d'autres (par exemple, l'IL-1β) des cytokines. Ainsi, pour déterminer de manière précise les cytokines bases pour la neuroprotection du froid préconditionnement, analyse composite des variables de signalisation connexes doit être déterminée. Ceci permettra d'établir la cytokine innée "signature" du froid préconditionnement. (L'image a été compilé à partir des données de référence n ° 25.)
Ce travail a été financé par des subventions de l'Institut national des troubles neurologiques et des maladies (NS-19108), la Fondation pour la recherche Migraine, et la Fondation blanche à Richard P. Kraig. Mme Marcia P. Kraig aidé à la préparation des milieux de culture et d'entretien des cultures tranche. Nous tenons à remercier Yelena Grinberg pour ses commentaires et révisions sur une version finale de cet article.
Préparation des cultures Slice
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
Millicell-CM inserts de culture de tissus (30 mm) | Thermo Fisher | PICM0-3050 | |
Moyen de base de Eagle | Invitrogen | 21010 | |
Earle s Balanced Salt Solution | Sigma | E2888 | |
Sérum de cheval | Invitrogen | 26050-088 | |
Glutamax | Invitrogen | 35050 | |
Gentamicine | Invitrogen | 15710-064 | |
Fungizone | Invitrogen | 15295 | |
D-glucose | Sigma | G8769 | |
BSL-1 hotte | Boulanger | ||
Tissue chopper McIlwain | Brinkmann | ||
Disques de téflon | Brinkmann | 023-49-310-1 | |
Spatule | Thermo Fisher | 14 à 373-25A | |
Courbe ciseaux à iris | Outils Fine Science | 14091-09 | |
Longs ciseaux droits | Outils Fine Science | 14002-14 | |
Pince à bec long | Thermo Fisher | 13-812-40 | |
Pinces angulaires | Outils Fine Science | 11808-02 | |
Pince courte | Thermo Fisher | 13-812-38 | |
N ° 5 Inox forceps | Outils Fine Science | 11254-20 | |
2 Iris spatules | Outils Fine Science | 10094-13 | |
150 x 15 mm boîte de Pétri | Thermo Fisher | 08-757-148 | |
60 x 15 mm boîte de Pétri | Thermo Fisher | 08 à 757-100B | |
Sauvage M8 stéréomicroscope | Wild Heerbrugg | ||
La solution Gey équilibre salin | Sigma | G9779 | |
Blak-Ray mètre de mesure ultraviolet à ondes courtes | UVP | J-225 | |
6-et boîtes de culture Falcon | Thermo Fisher | 08-772-1B | |
Neurobasal | Invitrogen | 21103 | |
B27 supplément | Invitrogen | 17504 | |
Gem21 Neuroplex | Bioproduits Gémeaux | 400-160-010 | |
L'acide ascorbique | Sigma | A4544 | |
Analyseur de CO 2 | Bacharach | # 2820 |
Pré-sélection pour la vitalité des cultures Slice
Nom de réactif / Equipement | Société | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
Sytox vert | Invitrogen | S7020 | |
DMIBRE microscope inversé | Leica |
Froid Préconditionnement
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
BSL-2 Hotte | NuAire |
Blessure excitotoxique
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
CooISNAP fx caméra CCD | Photométrie | ||
Fluorescéine | Invitrogen | F36915 | |
MetaMorph logiciel | Molecular Devices | v 7.5.04 | |
100 hématimètre um de profondeur | Hausser scientifique | ||
N-méthyl-D-aspartate | Calbiochem | 454575 | |
SigmaStat logiciel | Systat Software Inc | version 3.5 |
Co-traitements appliqués à froid Préconditionnement
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
sTNFR1 | R & D Systems | 425-R1-050 | |
Sérum Albumine Bovine | Sigma | A-4503 |
RNA Isolation
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
Ater rne | Ambion | AM7021 | |
Micro RNeasy Kit | Qiagen | 74004 | |
β-mercaptoéthanol | Pêcheur | 03446-100 | |
Diposable 1,5 RNAse free Pilon | Outil de précision du Sud Jersey et à la moisissure, Inc | 749521-1590 | |
RNasin | Promega | N261A | |
Tris [hydroxyméthyl] aminométhane | Sigma | T3069 | |
EDTA (acide éthylènediamine-hydrate de sel disodique | Sigma | # E7889 |
Quantification ARN
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
RiboGreen Assay | Invitrogen | R11491 | |
ARNt de levure | Invitrogen | 15401-011 | |
Tubes de 1,5 ml à centrifuger | USA Scientific | 16155500 | |
Plaque de 96 puits dosage par fluorescence | Nunc | DK-4000 | |
96-et lecteur de plaque fluorescente | Tecan | Safire II |
PCR quantitative
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
kit iScript transcription inverse | Bio-Rad | 170-8891 | |
SYBR Green | Invitrogen | S7563 | |
Platinum Taq polymérase | Invitrogen | ARN Ultrasense 11732-927 | |
iCycler thermocycleur | Bio-Rad | iCycler Module Optique | |
Système logiciel iCycler | Bio-Rad | version 3.1 |
PCR quantitative pour puces à ADN
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
RNase Away | Molecular BioProducts | # 7000 | |
RT 2 Kit First Strand | SABiosciences | C-03 | |
SYBR Green PCR basée mélange | SABiosciences | PA-011 | Spécifique pour iCycler |
RT 2 Profiler PCR array | SABiosciences | PARN-011A |
Essai protéomique
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue/ Numéro de modèle | Commentaires |
Kit de lyse cellulaire | Bio-Rad | 171-304011 | |
Microcentrifugeuse | Fisher Scientific | Micro 7 | |
Stocks protéine BSA | Bio-Rad | 500-0007 | |
Kit BCA protein assay | Thermo Scientific | 23225 | |
Immuno des plaques de 96 puits MicroWell | Nunc | 449824 | |
Bande d'étanchéité | Bio-Rad | 2239444 | |
Lecteur de plaque à 96 puits | Perkin Elmer | 1420-mulilabel contre | |
Bioplex Rat test cytokine TNF-α | Bio-Rad | X0000001T |
Immunocoloration
Nom de réactif / Equipement | Entreprise | Catalogue / Numéro de modèle | Commentaires |
Paraformaldéhyde 16% | Alfa Aesar | 43368 | |
Lysine | Sigma | L-6001 | |
Phosphate de sodium | Fisher Scientific | S374-1 | |
Periodate de sodium | Sigma | S-1878 | |
L'azoture de sodium | Sigma | S-2002 | |
Peroxyde d'hydrogène (30%) | Sigma | H1009 | |
Sérum de chèvre | Colorado Serum Company | CS 0920 | |
Triton X-100 | Sigma | T-8787 | |
Bacs de coloration | Ted Pella, Inc | 14511 | |
Plate Shaker | Lab-Line Instruments, Inc | 3520 | |
# 1 Papiers filtres (185 mm) | Whatman | 1001-185 | |
3,3-diaminobenzidine | Sigma | D8001 | |
Le diméthylsulfoxyde | Sigma | D8418 | |
L'éthanol | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
Xylène | Fisher Scientific | X3-4 | |
Permount milieu de montage | Fisher Scientific | SP15-100 | |
Cryostat | Leica | cm 3 050 S | |
Tissue-Tek | Ted Pella, Inc | 27050 | |
À pointe fine pinceau | Ted Pella | 11806 | |
Stylo PAP blocage | Ted Pella, Inc | 22309 | |
SFX signal de renforceur | Invitrogen | A31631 | |
ProLong Antifade | Invitrogen | P7481 |
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