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我々は、傷害の発症前に脳を保護するための治療薬の開発のための新たなターゲットを特定する手段として、コールドプレコンディショニングを担当し神経免疫シグナルを定義しようとしています。我々は生物学的システム、実験操作に加え、再現性の高いと小文字が区別される技術的能力を必要とするような作業のための戦略を提示する。
神経損傷は、全身麻酔と、効果的な管理が容易で安全なプレコンディショニング治療法の開発により軽減することができる関連する外科的処置の罹患率と死亡率の原因となることが多い。我々は、傷害の発症前に脳を保護するための治療薬の開発のための新たなターゲットを特定する手段として、コールドプレコンディショニングを担当し神経免疫シグナルを定義しようとしています。時間の経過に伴う変化をシグナリング低レベルのプロ炎症性メディエーターは、冷間プレコンディショニング神経保護のために不可欠です。このシグナリングは、刺激性の刺激が明らかになることを保護するための刺激に適応するための十分な時間と閾値の大きさに達することを必要と生理的なコンディショニングのホルミシスの基本的な教義と一致しています。
従って、冷間プレコンディショニング神経保護に関与する免疫シグナルの線引きは、生物学的システムと実験操作に加え、技術的能力が高い再現性と小文字を区別することが必要です。我々のアプローチは密接に成熟しており、静止大膠細胞/ミクログリアの影響を受けた多シナプスニューラルネットワークによる生体のカウンターでを反映するin vitroモデルとしての海馬のスライス培養を使用することです。彼らはフェムトモル範囲の手術であるサイトカイン、の主要な供給源であるため、このグリア状態では、ミクログリアのために特に重要です。また、スライス培養、活性化刺激を呼び起こすと適応応答を評価するために十分な時間である、数週間のためにin vitroで維持することができます。最後に、環境条件を正確にそのサイトカインがコールドプレコンディショニングのシグナリングようにスライス培養を用いて制御することができるが、測定模倣、および重要なノードの側面を分析するように変調することができます。サイトカインシグナル伝達系の解析では、高感度で再現性の多重化技術を使用する必要があります。我々は、組織全体のサイトカインの変化を評価する定量的リアルタイム定量PCRアレイのスクリーニングに続いてミクログリアの活性化のために画面にTNF -αのために定量PCRを使用してください。後者は、同時に変更を通知する複数のサイトカインのシステムを測定する最も高感度で再現性の手段です。重要な変更は、対象となる定量PCRしてから、蛋白質の検出により確認されています。我々はLuminexの技術を使用して多重化ミクロスフェアのフローサイトメトリーアッセイを用いて組織ベースのサイトカインタンパク質の変化を探る。細胞特異的サイトカイン産生は、二重ラベルの免疫組織化学で決定されます。一緒になって、提案された調査の戦略に結合この脳組織の調製および使用のスタイルは、、コールドプレコンディショニングの利点を模倣することができる新たな治療法の開発のための潜在的なターゲットを特定するための最適なアプローチかもしれない。
滅菌と無菌テクニックは準備、メンテナンス、および長時間のスライス培養を利用する上で重要です。さらに、唯一のin vitroで 18日後のスライス培養の私達の使用のための論理的根拠は、興奮性および抑制性シナプス伝達は、最も成熟になることを示す、とグリア(アストロサイトとミクログリア)が静止し、そのin vivoでの対応で (図1と一貫性が証拠に基づいています。 )。
1。海馬スライス培養の準備&メンテナンス
2。スライス培養のプレ画面バイタリティ
3。冷間前処理
4。興奮毒性損傷
5。コールド - 前処理と応用の共同治療
スライス培養の重要な利点は、環境条件です。sは正確に制御することができる。これは、コールドプレコンディショニングからシグナリングそのサイトカインが、測定された模倣する、との重要なノードの側面を分析するように変調することができます。意味
6。冷間前処理後の即時および遅延興奮毒性損傷
7。 RNA分離
以下の遺伝子発現の手順は、単一のスライス培養のためにスケーリングされます。
8。 RNAの定量
9。 SYBRグリーン定量PCR
10。マイクロアレイのための定量PCR
定量的リアルタイム定量PCRアレイのスクリーニングは、低レベルの炎症性メディエーターの発現の変化を探るために高感度で再現性の手段です。
11。多重化された微小球のフローサイトメトリープロテオミクスアッセイ
12。免疫組織化学
13。代表的な結果
図1。海馬スライス培養とミクログリアの外観は。左手の画像は、典型的な成熟した(すなわち、in vitroで 21日間)海馬スライス培養は主ニューロンの細胞構築を示すために、NeuN(緑)で染色を示しています。錐体ニューロンは、地域CA1とCA3と凹みで示されています状回(DG)ニューロンは、左に食べた。スケールバーは250μmである。右側の画像は、CA1領域から導出され、成熟したスライス培養内で静止ミクログリアの分枝の品質を説明するために、より高い電力で示されています。細胞は、ミクログリアの表面マーカー、cd11bでマークされた。スケールバーは50μmである。
図2。コールド-プレコンディショニング海馬スライス培養における神経保護。文化はSYTOXグリーン、蛍光マーク死んだ細胞のマーカーとインキュベートされています。一番上の行は、偽の対照培養物を示し、下段は℃で90分間28に公開されたスライスを示しています。左手、事前に画面のイメージはCA1傷害を示していない。相対的な傷害のカラーキャリブレーションの規模は、左上の画像に表示されます。中段の画像は、24時間、20μMNMDAに暴露した後の相対的なスライス培養の損傷を示しています。偽のコントロールの傷害がコールドプレコンディショニング(CP)にさらされた文化のそれより大きいことに注意してください。伝統的に、培養物を、CA1神経細胞の損傷レベルとCP対偽の相対的な傷害を最大化するために一晩NMDA 20μMに曝露事故/最大負傷の比として注目されています。しかし、最大の傷害の刺激への曝露は、前処理から神経保護作用を克服するために十分ではない可能性があります。従って、傷害/最大傷害の比率を使用するには、正確に前処理から神経保護作用を反映していない場合があります。これは、CP最大レベルは、偽の対照群よりも小さい示し、右側の画像で明らかである。
図3。コールドプレコンディショニングの実験における傷害のレベルを定量するために初期の、最初の日の測定値を用いることの有用性を示す概略が。上述のように、我々は比率(傷害/最大負傷)の使用は、コールドプレコンディショニングから神経保護を覆い隠すことができるが見つかりました。これは、回路図から偽の損傷が赤で表示されている左にしていることがわかる後に青でコールドプレコンディショニング。ある日、NMDA曝露後に冷間プレコンディショニングは、40%の神経保護と整合性傷害V.偽("5")のコントロールの相対的な"3"レベルを示しています。しかし、比(すなわち、傷害/最大負傷)を使用して伝統的な形式が使用されている場合、保護は明らかではない[すなわち、(5 / 10)偽vの= 50%(3 / 6)冷前処理のための= 50% ]。
図4。 Typial定量PCRの結果が表示されます。コントロール(青)と実験試料(赤)を示すPCR増幅のための上側の曲線のRNAコピー数V.閾値サイクルを。下の画像は4つのサンプル(黒、緑、黄、紫)のために典型的な増幅プロファイルを示しています。後者のCt閾値サイクルに注目してください(オレンジ色のラインでマークする)26.0、29.5、31.0、32.5で発生する。
図5。二重ラベルの免疫染色は、定量PCRおよび定量PCRアレイの結果を確認するために用いるスライス培養をIL - 11(赤)とNeuN(緑、神経細胞をマークする)のために処理した。IL - 11の細胞の発現遺伝子座を探るために。星状膠細胞と推定されるいくつかの小さな細胞(矢印)、、表示しながら、いくつかの錐体ニューロンが(矢印)IL - 11およびNeuN染色を(黄色)を示すことに注意して唯一のIL - 11染色(赤)増加した。
コールド - プレコンディショニング神経保護に関与サイトカインシグナル伝達系の描写に重要な二つの根本的に重要な概念は、図6と図7に示されています。最初に、サイトカインは通常の脳内シグナル伝達分子が非常に低濃度です。それにもかかわらず、生理的サイトカイン濃度の変化は、遺伝子の発現を変化させる能力(図6)の脳の構造と機能(すなわち、表現型)を変更するために計り知れない可能性を秘めている。さらに、サイトカインは、同様の効果と、単一のサイトカインが変数の効果(図7)を持つことができますを持つことが非常に冗長とその複数のサイトカインの多面的です。従って、正確に冷間前処理演算子(または他の生理的前処理の刺激)から神経保護作用のための生得的なサイトカイン拠点を確立するために、関連するシグナリング変数の複合解析を判定する必要があります。これは、多重化アッセイ戦略によって実現されます。これは、コールドプレコンディショニング神経保護のサイトカイン"署名"を設立します。
図6。脳内サイトカインのシグナル伝達のパワー。イラストは他のよく知ら対応の濃度に比べて脳のサイトカインの生理的濃度の巨大なシグナル伝達力を伝える。濃度は、基準点として、単一の猫のひげをはじめ、距離の逆数として表されます。ナトリウム(コショウの粒で示される10 -1 M)およびカリウム(トマトで示される10 -3 M)は、内の役割はそれぞれ約150及び3mMの、のレベルで間質脳空間に存在し、十分に認識している神経細胞の電気生理学的機能。同様に、pH(すなわち、〜10 -7 Mの水素イオンの濃度とシカゴの湖畔に沿って780メートルとして図示)とカルシウム(すなわち、7.8キロマコーミックからシカゴの湖畔に沿って衛星Googleの画像から見て示すように、〜10 -8 Mの濃度)シカゴ大学の近くにハイドパークでのプロモントリーポイントに置きます。さらに、これらの濃度以上の間隙に放出された神経伝達物質は、局所脳領域の活性に影響を与える。対照的に、サイトカインは、(地球から火星までの距離として示されている)十数万倍未満の濃度で脳の機能を変更することができます。
図7。生得的なサイトカイン経路のインタラクティブなシグナリング。サイトカインは、非常に冗長とその複数のサイトカインの多面的なものは、同様の効果を持つことができ、単一のサイトカインは、変数の効果を持つことができます。そのような多様性は、リガンド、受容体、およびリン酸化のレベルで発生する複雑な対話型のシグナリングに由来する。さらに複雑さは、セル固有の生得的なサイトカイン、受容体、および関連するリン酸化タンパク質の変化の各能力で、脳が別の細胞型から構成されているという事実から生じている。ここに例示を目的として、唯一の生得的なサイトカインシグナル伝達経路は、(免疫細胞の研究から派生)が表示されます。単純にするために、脳は生得的なサイトカインの潜在的な相互作用を示す単セル(白い線)((IL -1α/βとしてここに呼ばれる)、IL -1αおよびIL -1β、TNF -α、IL - 6、として描かれているIFN -γとIL - 10)、受容体(IL - 1R1、TNFR1、IL-6/gp130、IFNγR、およびIL - 10R)、およびリン酸化タンパク質(すなわち、キナーゼERK1 / 2、P38(P38 - MAPK)やJNK)と転写因子(ATF - 2、NFκB、およびSTAT3)。 TNFR1を介したATF - 2を介して遺伝子発現を誘発するJNK、p38の- MAPKおよびERK1 / 2、に例えば、TNF -αシグナル。 TNF -αはまた、NFκB活性化を介して直接遺伝子発現を変化させる。示されるように一緒に、これらの転写因子の活性化は、サイトカインとその受容体の増加(矢印)と減少した(平滑末端)式を呼び起こす。重要なことは、これらの経路は、他の(例えば、IL -1β)サイトカインの一つサイトカインの変化(例えば、TNF -α)の影響の生産を示している。従って、正確に確立するために関連するシグナリング変数の冷間前処理演算子、複合解析から神経保護のためのサイトカインの塩基は決定されなければならない。これは、コールドプレコンディショニングの生得的なサイトカイン"署名"を設立します。 (画像を参照#25のデータから、コンパイルされています。)
この作品は、国立神経疾患研究所およびストローク(NS - 19108)、片頭痛研究財団、そしてリチャードP.クレイグへホワイト財団からの補助金によって賄われていた。さんマーシャP.クレイグは、培地およびスライス培養のメンテナンスの準備に協力した。我々は、この記事の最終版の彼女のコメントやリビジョンのためエレーナグリンベルクに感謝。
スライス培養の準備
Name | Company | Catalog Number | Comments |
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
Millicell - CM組織培養インサート(30 mm)の | サーモフィッシャー | PICM0 - 3050 | |
基礎培地イーグル | インビトロジェン | 21010 | |
アールの平衡塩類溶液 | シグマ | E2888 | |
馬血清 | インビトロジェン | 26050-088 | |
グルタミン | インビトロジェン | 35050 | |
ゲンタマイシン | インビトロジェン | 15710-064 | |
Fungizone | インビトロジェン | 15295 | |
D -グルコース | シグマ | G8769 | |
BSL - 1ヒュームフード | ベイカー | ||
マッキルウェーン組織チョッパー | ブリンクマン | ||
テフロンディスク | ブリンクマン | 023-49-310-1 | |
へら | サーモフィッシャー | 14から373 - 25A | |
湾曲した虹彩鋏 | ファイン科学ツール | 14091〜09 | |
ロングストレートはさみ | ファイン科学ツール | 14002〜14 | |
長い鉗子 | サーモフィッシャー | 13-812-40 | |
角度付き鉗子 | ファイン科学ツール | 11808〜02 | |
ショート鉗子 | サーモフィッシャー | 13-812-38 | |
#5イノックス鉗子 | ファイン科学ツール | 11254〜20 | |
2アイリスspatulae | ファイン科学ツール | 10094〜13 | |
150 × 15ミリメートルのペトリ皿 | サーモフィッシャー | 08-757-148 | |
60 × 15ミリメートルのペトリ皿 | サーモフィッシャー | 08から757 - 100B | |
ワイルドM8実体顕微鏡 | ワイルドHeerbrugg | ||
Geyのバランス塩溶液 | シグマ | G9779 | |
Blak - Rayの短波長紫外線測定メーター | UVP | J - 225 | |
6ウェルファルコン培養ディッシュ | サーモフィッシャー | 08から772 - 1B | |
Neurobasal | インビトロジェン | 21103 | |
B27サプリメント | インビトロジェン | 17504 | |
Gem21 Neuroplex | ジェミニのバイオ製品 | 400-160-010 | |
アスコルビン酸 | シグマ | A4544 | |
CO 2アナライザー | バカラック | #2820 |
スライス培養のバイタリティでの事前スクリーニング
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
SYTOXグリーン | インビトロジェン | S7020 | |
DMIBRE倒立顕微鏡 | ライカ |
冷間前処理
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
BSL - 2の換気フード | NuAire |
興奮毒性損傷
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
CoolSnap FX CCDカメラ | Photometrics | ||
フルオレセイン | インビトロジェン | F36915 | |
MetaMorphソフトウェア | 分子デバイス | V. 7.5.04 | |
100μmの深さ血球計 | Hausserサイエンティフィック | ||
N -メチル- D -アスパラギン酸 | カルビオケム | 454575 | |
SigmaStatソフトウェア | SYSTATソフトウェア株式会社 | V. 3.5 |
コールド - プレコンディショニングを適用した共同治療
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
sTNFR1 | R&Dシステムズ | 425 - R1 - 050 | |
ウシ血清アルブミン | シグマ | - 4503 |
RNA分離
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
RNAl ater | アンビオン | AM7021 | |
マイクロRNeasyキット | キアゲン | 74004 | |
β-メルカプトエタノール | フィッシャー | 03446-100 | |
Diposable 1.5 RNaseフリーの杵 | サウスジャージーの精密工具や金型、(株) | 749521-1590 | |
RNasin | プロメガ | N261A | |
トリス[ヒドロキシメチル]アミノメタン | シグマ | T3069 | |
EDTA(エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩水和物 | シグマ | #E7889 |
RNAの定量
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
RiboGreenアッセイ | インビトロジェン | R11491 | |
酵母tRNA | インビトロジェン | 15401-011 | |
1.5mLの遠心チューブ | 米国サイエンティフィック | 16155500 | |
96ウェル蛍光アッセイプレート | ヌンク | DK - 4000 | |
96ウェル蛍光プレートリーダー | テカン | サファイアII |
定量PCR
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
iScript逆転写キット | Bio - Rad社 | 170-8891 | |
SYBRグリーン | インビトロジェン | S7563 | |
プラチナTaqポリメラーゼ | インビトロジェン | RNA Ultrasense 11732-927 | |
iCyclerサーマルサイクラー | Bio - Rad社 | iCycler光モジュール | |
iCyclerのシステムソフトウェア | Bio - Rad社 | V. 3.1 |
マイクロアレイのための定量PCR
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
アウェイ RNaseの | 分子バイオ製品 | #7000 | |
RT 2最初ストランドキット | SABiosciences | C - 03 | |
SYBRグリーンベースのPCRミックス | SABiosciences | PA - 011 | iCyclerのための特定の |
RT 2 ProfilerのPCRアレイ | SABiosciences | PARN - 011A |
プロテオミクスアッセイ
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
細胞溶解キット | Bio - Rad社 | 171-304011 | |
マイクロ遠心機 | フィッシャーサイエンティフィック | マイクロ7 | |
BSAタンパク質の株式 | Bio - Rad社 | 500-0007 | |
BCAタンパク質アッセイキット | サーモサイエンティフィック | 23225 | |
免疫96マイクロウェルプレート | ヌンク | 449824 | |
ガムテープ | Bio - Rad社 | 2239444 | |
96ウェルプレートリーダー | パーキンエルマー | 1420 - mulilabelカウンタ | |
BioplexラットTNF -αのサイトカインアッセイ | Bio - Rad社 | X0000001T |
免疫染色
試薬/装置の名前 | 会社 | カタログ/モデル番号 | コメント |
16%パラホルムアルデヒド | アルファAesar | 43368 | |
リジン | シグマ | L - 6001 | |
リン酸ナトリウム | フィッシャーサイエンティフィック | S374 - 1 | |
ヨウ素酸ナトリウム | シグマ | S - 1878 | |
アジ化ナトリウム | シグマ | S - 2002 | |
過酸化水素(30%) | シグマ | H1009 | |
ヤギ血清 | コロラド血清会社 | CS 0920 | |
トリトンX - 100 | シグマ | T - 8787 | |
染色皿 | テッドペラ、(株) | 14511 | |
プレートシェーカー | ラボラインインスツルメンツ株式会社 | 3520 | |
#1フィルタペーパー(185ミリメートル) | ワットマン紙 | 1001-185 | |
3,3 - ジアミノベンジジン | シグマ | D8001 | |
ジメチルスルホキシド | シグマ | D8418 | |
エタノール | Pharmco - AAPER | 111000200 | |
キシレン | フィッシャーサイエンティフィック | X3S - 4 | |
Permountマウントメディア | フィッシャーサイエンティフィック | SP15 - 100 | |
クライオスタット | ライカ | cm 3の 050 S | |
組織 - Tek社 | テッドペラ、(株) | 27050 | |
精密チップペイントブラシ | テッドペラ | 11806 | |
PAPブロッキングペン | テッドペラ、(株) | 22309 | |
SFXシグナルエンハンサー | インビトロジェン | A31631 | |
退色を延長 | インビトロジェン | P7481 |
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