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Method Article
Le protocole présenté décrit une méthode pour un test d’excroissance de neurite et l’évaluation de neurotoxicité des composés de petites molécules.
L’analyse d’excroissance de neurite et l’évaluation de neurotoxicité sont deux études principales qui peuvent être exécutées utilisant la méthode présentée ci-dessus. Ce protocole fournit une analyse fiable de la morphologie neuronale ainsi que des mesures quantitatives des modifications sur la longueur de la neurite et la localisation des protéines synaptiques et l’abondance lors du traitement avec de petits composés de molécules. En plus de l’application de la méthode présentée dans les études sur l’excroissance de la neurite, l’évaluation de la neurotoxicité peut être effectuée pour évaluer, distinguer et classer les composés chimiques commerciaux en fonction de leur effet potentiel de neurotoxicité développementale.
Même si les lignées cellulaires sont aujourd’hui largement utilisées dans les tests de dépistage composés en neurosciences, elles diffèrent souvent génétiquement et phénotypiquement de leur origine tissulaire. Les cellules primaires, d’autre part, maintiennent des marqueurs et des fonctions importants observés in vivo. Par conséquent, en raison du potentiel de traduction et de la pertinence physiologique que ces cellules pourraient offrir l’essai de néoration et l’évaluation de neurotoxicité peuvent considérablement bénéficier de l’utilisation des cellules progénitrices neuronales humaines (hNPC) comme modèle cellulaire humain primaire.
La méthode présentée ici peut être utilisée pour dépister la capacité des composés à induire l’excroissance de la neurite et la neurotoxicité en profitant des neurones humains dérivés des cellules progéniteurs, un modèle cellulaire représentant étroitement la biologie humaine.
La croissance de la neurite est un processus fondamental pour la formation du réseau neuronal et la régénération nerveuse1,2. À la suite d’une blessure, l’excroissance de la neurite joue un rôle clé dans la régénération du système nerveux. L’excroissance de neurite est également un élément important de la signalisation extracellulaire en induisant des activités régénératrices neuronales pour améliorer les résultats pour les désordres neurodégénératifs et les dommages neuronaux3,4,5,6.
En maintenant leur potentiel de différenciation dans la production de diverses lignées neuronales, les cellules progénitrices neuronales humaines (hNPC) pourraient fournir un système modèle pour l’étude de la fonction et du développement du système nerveux central (SNC)7,8,9. Le potentiel translationnel élevé et la pertinence physiologique des HNPC en tant que modèle primaire de cellules humaines offrent un avantage considérable dans les dépistages de découverte de drogue liés à l’excroissance de neurite. Toutefois, l’entretien et l’échelle des modèles de cellules primaires pour les tests à haut débit pourraient prendre beaucoup de temps et10,11,12,13.
En plus de l’application de la méthode présentée dans les études sur l’excroissance de la neurite, l’évaluation de la neurotoxicité est une autre application utilisant les neurones dérivés du HNPC. Il y a des milliers de composés chimiques commerciaux qui ne sont pas examinés ou avec un potentiel de neurotoxicité mal compris. Par conséquent, des expériences de dépistage plus fiables et plus efficaces pour évaluer, distinguer et classer les composés en fonction de leur potentiel pour susciter une neurotoxicité développementale sont très demandées14. L’augmentation de la prévalence et de l’incidence des troubles neurologiques ainsi que l’abondance de composés non testés dans l’environnement nécessite le développement d’expériences plus fiables et efficaces pour identifier les composés environnementaux dangereux qui peuvent poser la neurotoxicité15.
La méthode présentée ici peut être utilisée pour dépister la capacité des composés à induire l’excroissance de la neurite et la neurotoxicité en profitant des neurones humains dérivés des cellules progéniteurs, un modèle cellulaire représentant étroitement la biologie humaine.
Énoncé d’éthique : Des échantillons fœtaux ont été reçus du Laboratoire de recherche sur les malformations congénitales de l’Université de Washington à Seattle dans le cadre d’un programme de distribution de tissus soutenu par le National Institute of Health (NIH). Le Laboratoire de recherche sur les malformations congénitales a obtenu le consentement écrit approprié des parents et l’achat de tissus a été surveillé par le Conseil d’examen institutionnel de l’Université de Washington. Tous les travaux ont été effectués avec l’approbation du Bureau de recherche sur les sujets humains de l’Université de Miami8.
1. Isolement et culture des cellules progénitrices neuronales humaines (hNPC)
Montant | Composant |
100 μL | EGF (20 ng/mL) |
100 μL | FGF (10 ng/mL) |
2 mL | B-27, moins vitamine A (50X) |
1 mL | L-alanyl-L-glutamine (100X) (voir tableau des matériaux) |
4 μL | Héparine (2 μg/mL) |
96,8 mL | Milieu de culture cellulaire neuronale (voir tableau des matériaux) |
Tableau 1. Composants nécessaires à la fabrication de 100 mL de supports culturels
2. Passer les hNPC
3. Congélation des hNPC
4. Différenciation et traitement des PNH
REMARQUE : Pour induire la différenciation, les neurosphères sont désagrégées en cellules individuelles, comptées puis ensemencées sur des plaques enduites pendant 5 jours. Ensuite, les cellules différenciées sont traitées pendant 24 h avec des composés d’essai avant l’immunostaining et la quantification de fluorescence.
Montant | Composant |
49 mL | DMEM/F-12 |
0,5 mL | Supplément N2 (100X) |
0,5 mL | Mem acides aminés non essentiels (100X) |
2 μL | Héparine (2 μg/mL) (Stock Conc. est de 50 mg/mL) |
Tableau 2. Composants requis pour la fabrication de 50 mL de NIM
Montant | Composant |
1 mL | B-27 (50X) |
500 μL | Antibiotique-Antimycotique (100X) |
5 μL | Acide rétinoïque (0,1 μM) |
50 μL | GDNF (10 μg/mL) |
50 μL | BDNF (10 μg/mL) |
5 μL | Acide ascorbique (0,2 μg/mL) (Stock Conc. est de 2 mg/mL) NOTE : Recommandé pour être fait frais. |
48,5 mL | Nim |
Tableau 3. Composants nécessaires à la fabrication de 50 mL de supports de différenciation
5. Immunocytochimie (ICC)
REMARQUE : Les cellules sont fixées avec 4 % de formaldéhyde. La perméabilisation et le blocage sont ensuite effectués pour améliorer la pénétration et prévenir la liaison non spécifique des anticorps. Les cellules sont ensuite incubées avec des anticorps primaires pendant la nuit. Par la suite, les cellules sont incubées avec des anticorps secondaires fluorescents. Enfin, après avoir utilisé DAPI pour tacher le noyau, des lames de chambre sont montées.
Montant | Composant |
1,75 g | NaCl (150 mM) |
1,2 g | TrisBase (50 mM) |
2 g | BSA 1% |
3,6 g | L-lysine (100 mM) |
8 g | Azide de sodium (4%) |
200 mL | Eau distillée. REMARQUE : Dissoudre d’abord les composants requis dans 150 mL d’eau, puis ajuster à 200 mL. |
Tableau 4. Composants nécessaires à la fabrication de 200 mL de tampon d’anticorps
Montant | Composant |
600 μL | Sérum 20% chèvre |
6 μL | 0,2 % Triton-X100 |
2394 μL | Tampon d’anticorps. REMARQUE : Dissoudre d’abord les composants requis dans 2 mL de tampon Ab, puis ajuster au pH 7.4. Ajoutez ensuite plus de tampon Ab pour ajuster au volume final de 3 mL et filtrer la stérilisation. |
Tableau 5. Composants nécessaires à la fabrication de 3 mL de solution de perméabilisation et de blocage des cellules
6. Acquisition d’images, excroissance de neurite et quantification de l’intensité de fluorescence
REMARQUE : Après la coloration, utilisez un microscope confocal avec un objectif de 20x et une taille d’image de 1024 x 1024 pixels pour acquérir les images des cellules traitées. Prenez l’image au moins à partir de deux champs par réplique biologique par condition. Utilisez ensuite le logiciel d’analyse d’images Fidji (ImageJ 1.51u) pour la quantification de la longueur de la neurite. En bref, mesurer la longueur de la plus longue neurite pour chaque neurone et après la moyenne des valeurs par traitement, utilisez le test t de l’élève pour les groupes indépendants pour comparer les moyens entre les groupes expérimentaux et le groupe témoin.
REMARQUE : Plusieurs programmes commerciaux (Imaris, Volocity, Amira) et open source (ImajeJ, CellProfiler, Vaa3D, BioImageXD, Icy, KNIME) sont disponibles. Parmi ces programmes, ImageJ est devenu l’outil de choix pour l’analyse d’image biologique20,21. Le portail ImageJ à https://imagej.net/Introduction est une source d’information utile fournissant une description détaillée des fonctions de base et intégrées d’ImageJ, y compris le traitement d’image, la colocalisation, la déconvolution, l’enregistrement, la segmentation, le suivi et la visualisation.
7. Évaluation de la neurotoxicité
REMARQUE : La cytotoxicité des composés d’essai est évaluée dans des plaques de 384 puits (voir tableau des matériaux)à l’aide d’un test de viabilité des cellules luminescentes (voir tableau des matériaux). Les PNSP sont préparés selon la même méthode, à l’exception de légères modifications, décrites dans la section « Différenciation et traitement des PNSP ». Par la suite, un signal luminescent généré par l’essai de viabilité des cellules luminescentes est mesuré à l’aide d’un lecteur de microplaques. Le signal luminescent est proportionnel à la concentration d’ATP cellulaire qui elle-même est directement proportionnelle au nombre de cellules viables présentes dans chaque puits.
Le protocole présenté dans le manuscrit a été utilisé avec succès dans deux articles récemment publiés22,23. La figure 3 démontre l’utilisation de neurones dérivés des HNPC pour examiner l’effet des inhibiteurs du HDAC comme composés épigénétiques sur l’extension des neurites comme marqueur de l’excroissance des neurites et de la capacité neurogénique subséquente des composés de petites molécules.
Ce protocole est l’un des rares articles publiés décrivant le test de longueur de neurite lors du traitement avec des composés d’essai. En outre, nous décrivons comment employer des hNPC pour un essai de neure de excroissance et évaluation de neurotoxicité. En utilisant cet essai d’excroissance de neure et l’évaluation de neurotoxicité sur les neurones dérivés des HNPC, le potentiel neurogénique d’une catégorie de composés épigénétiques à petites molécules, inhibiteurs du HDAC, dans l’induct...
Tous les auteurs n’indiquent aucun conflit d’intérêts potentiel.
Cette recherche a été financée par la subvention de recherche nimad (940714) accordée au CRG.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-well Glass Chamber Slides | Sigma | PEZGS0816 | |
Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | |
Alexa Fluor 594 | Invitrogen | R37117 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240062 | |
Anti-β-Tubulin III | Thermo | MA1-118X | |
B27 | Thermo | 17504001 | |
B27 - minus vitamin A | Thermo | 12587010 | |
BDNF | PeproTech | 450-02 | |
BSA | Sigma | A8531 | |
CellTiter-Glo | Promega | G7572 | |
CoolCell | Corning | 432000 | Cell freezing containers ensuring standardized controlled-rate -1°C/minute cell freezing in a -80°C freezer |
CryoStor CS10 | StemCell Technologies | 7930 | Cryopreservation medium containing 10% DMSO |
DAPI | Thermo | D1306 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
DMSO | Sigma | 34869-100ML | |
EGF | Gibco | PHG0311 | |
FGF | Gibco | PHG6015 | |
Formaldehyde | Thermo | FB002 | |
GDNF | PeproTech | 450-10 | |
Glutamax | Gibco | 35050061 | L-alanyl-L-glutamine supplement |
Goat Serum | Thermo | 50062Z | |
Heparin | Calbiochem | 375095 | |
Laminin | Sigma | L2020-1MG | |
L-Ascorbic Acid | Sigma | A92902-25G | |
L-lysine | Sigma | L5501 | |
MEM non-essential amino acids | Gibco | 11140050 | |
mFreSR | StemCell Technologies | 5854 | Serum-free cryopreservation medium designed for the cryopreservation of human embryonic and induced pluripotent stem cells |
N2 | Gibco | 17502048 | |
NaCl | Sigma | 71376 | |
Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | |
Nunc 384-Well Polystyrene White Microplates | Thermo | 164610 | |
PBS | Thermo | 10010-049 | |
Poly-L-lysine | Sigma | P5899-5MG | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo | P10144 | |
Retinoic Acid | Sigma | R2625 | |
Sodium Azide | Sigma | S2002 | |
StemPro Accutase | Gibco | A1110501 | Cell dissociation reagent containing proteolytic and collagenolytic enzymes |
Synaptophysin | Thermo | MA5-14532 | |
Tris Base | Sigma | 10708976001 | |
Triton X-100 | Sigma | X100-100ML |
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