オリゴデンドロサイトダイナミクスと髄鞘形成を研究するための器官型スライス培養

要約

A technique to study NG2 cells and oligodendrocytes using a slice culture system of the forebrain and cerebellum is described. This method allows examination of the dynamics of proliferation and differentiation of cells within the oligodendrocyte lineage where the extracellular environment can be easily manipulated while maintaining tissue cytoarchitecture.

要約

NG2を発現する細胞（polydendrocytes、オリゴデンドロサイト前駆細胞）は、中枢神経系における第四の主要なグリア細胞集団である。胚および生後発育の間、彼らは積極的に増殖し、ミエリンオリゴデンドロサイトを生成します。これらの細胞は、一般的に、一次解離し文化、ニューロン共培養において、および固定された組織で研究されてきた。新たに利用可能なトランスジェニックマウス系統は、培養系をスライス使用すると、前脳および小脳の両方の灰白質と白質領域においてオリゴデンドロサイト系譜細胞の増殖および分化を調査するために使用することができる。スライス培養は、生後初期のマウスから調製され、最大1ヶ月間培養物中で維持される。これらのスライスは、細胞の挙動および相互作用を調査するために、培養期間にわたって複数回撮像することができる。この方法は、NG2細胞分裂の可視化との詳細な分析を可能にしながら、オリゴデンドロサイト分化を導くステップ地域に依存可能にするカミカゼNG2細胞とオリゴデンドロサイトの機能異質。これは、密接にインビボで見出さことに似ている細胞環境において経時的にこれらの細胞に影響を与える内因性および外因性のシグナルを調査するために使用することができる強力な技術である。

概要

^{4 -}中枢神経系のOrganoytpicスライス培養はsemiintactシステム¹において、ニューロンおよびグリア細胞生物学を研究するために極めて有用であることが証明されている。 ^{9 -}これらの培養物を採用し、そのような細胞外環境の操作を繰り返し、長期生細胞イメージングのための容易なアクセスおよび電気生理学的記録⁵と、一次解離細胞培養の多くの利点を保持することは比較的簡単である。また、スライス培養は、3次元組織細胞構築、地域の神経接続を維持し、ほとんどの主要な細胞型がシステムに存在している。これらの特性は、これらの培養ユニークで便利なシステムは、セルラーと環境の相互作用を持つ単一細胞の挙動や生理学を調査することにします。

NG2細胞は増殖およびmを生成し続ける、哺乳動物の中枢神経系におけるグリア細胞の集団である胚および生後発育¹⁰の間にオリゴデンドロサイトをyelinating。それらは、広範囲に解離した初代細胞培養物において研究されており、蛍光タンパク質のNG2細胞特異的発現を有するトランスジェニックマウス系統の最近の開発は、急性スライス標本におけるインビボでの運命マッピングおよび電気生理学的記録に容易になった。でも、これらの研究で、少しはNG2細胞の増殖およびオリゴデンドロサイト分化の時間的なダイナミクスについてはほとんど知られていない。解離した細胞培養が広く薬理学的および遺伝的操作の相対的機能のために使用されるが、それは細胞の微小環境のコンテキストを維持することが望ましい場合に特に異なる脳領域におけるこれらの細胞の機能的な違いを問い合わせるには適していない。スライス培養は、細胞の薬理学的操作に適しているとオリゴデンドロサイトミエリン形成^11,12を調査するために使用されている単純な代替物を提供する（LPC）をリゾレシチンまたは抗体誘発性脱髄^13,14、および薬理学的治療¹⁵を介して再ミエリンの誘導後ウラル応答。

前脳および小脳の両方から採取した器官型スライス培養におけるNG2細胞増殖およびオリゴデンドロサイト分化の分析をライブイメージングし、固定組織（または後固定）を調査し、実行するための方法が記載されている。これは、分割後に単¹⁶ NG2細胞の細胞運命を研究するために、成長因子誘導されるNG2細胞増殖の¹⁷地域および年齢依存性の違いを発見するために使用できる強力な方法である。この比較的単純な技術はさらに、これらのグリア細胞の生理学および神経活動またはミエリン損傷への応答を調節する細胞内因性および/または環境のメカニズムを調査する、広くアクセス可能です。

プロトコル

注：すべての動物の手順は、ガイドラインに従っているとコネチカット大学の施設内動物管理使用委員会（IACUC）によって承認されている。

注：それぞれ用いたYFPレポーター^{20（JAX＃006148）}ライン：これらの実験のために、構成NG2cre ^18（JAX番号008533）および誘導性NG2creER ^16（JAX番号008538）トランスジェニックマウスは、Z / EG ^{19（JAX＃003920）}またはgtRosa26交配画像NG2細胞とその子孫。画像成熟したオリゴデンドロサイトには^、21を使用したトランスジェニックマウスをPLPDsRed。一貫性の生存のために、スライスは、アップ前脳と小脳の両方から生後10日目にマウスから単離することができる。

1スライスの準備

1. 培養フード中で、6ウェルプレート中で組織培養インサートを配置し、1mlのスライス培養培地（試薬セクションのレシピ）を加える。解剖の前に、5％CO ₂を少なくとも2時間、37℃で細胞培養インキュベーターでプレートを置きます。
2. 70％エタノールですべてのツールと​​組織チョッパーを滅菌する。
3. 解剖の前の開始に少なくとも15分間、氷上で95％O _{2、5％CO 2}をバブル解剖バッファー（試薬セクションのレシピ）。
4. 承認された動物プロトコールに従って5〜10分間氷上に置くことにより仔マウスを麻酔。マウスは尾とつま先のピンチに応答しないことを確認することにより麻酔の適切な深さを確かめる。
5. 動物プロトコールに従って鋭いハサミを使って動物を首を切る。すぐに滅菌ツールを使用して、第一横切開に続いて矢状カットを行うことで、前脳および小脳の上の頭蓋骨を削除します。慎重に側に組織を圧延することにより、脳と小脳の腹側表面から脳神経をカットします。
6. 氷のように冷たい酸素添加解剖バッファーを含む滅菌35mmの皿に組織を置きます。
7. カミソリの刃を使用して、小脳および前脳を切断。その後半ば矢状カットのthroを作る前脳および小脳ぐふ、半球を分離する。
8. 手動の組織チョッパーで前脳と小脳の300μmの厚さの冠状および矢状断面をカットします。注：手動の組織チョッパーをアガロース包埋を必要とせずに培養インキュベーション解剖からの迅速な処理を可能にする。以前に説明したように⁹ビブラトームを使用することもできる。
9. 氷の上に新鮮に泡立て冷たい解剖バッファーに分けスライスを転送します。
10. 各部を分離し、培養インサートで6ウェル皿をプレインキュベートするためにそれらを転送するために、小さな解剖や計量へらを使用してください。
11. 使い捨てトランスファーピペットまたはP 200ピペットチップを用いて培養インサートの表面から余分な解剖バッファを削除します。 2〜3前脳または三小脳スライスが1つの培養インサート上に配置することができる。
    注：前脳文化と一貫性のある結果のためには、脳梁の前三分の一にまたがるスライスを取ることが理想的である（ 図1A）は、同じスライス内の両方の灰白質と白質の領域を研究するためである。各動物は、通常6前脳スライスと6小脳スライスが得られます。
12. インキュベーター中で6ウェルプレートを置き、スライス固定されるまで一日おきに、次にスライス標本後にスライス培地1ml 1日とスライス培地を交換し。
13. 実験によっては、培養中の5-7日後にスライスを使用。最初の数日後に透明になるだけのスライスを使用し、不均一な不透明領域を有するものを捨てる​​。注：スライス内の不透明な領域は、目で表示され、位相差の下で暗い細胞の塊として表示されます。技術が習得された後、死んで不透明なスライスはスライス未満の1〜5％で、めったに起こらない。

2 NG2細胞分裂のタイムラプスイメージングおよびオリゴデンドロサイト分化

注：私たちはNG2creを使用NG2細胞の増殖および分化のタイムラプスイメージングを実行するには：ZEGマウス¹⁶NG2細胞およびそれらの子孫（ 図1C-E）でEGFPを発現する。この行のレポーター発現は、直ちに少なくとも4週間の期間にセクショニングの後のスライスでGFP +細胞のライブ画像を得るために十分に堅牢である。鮮明な画像を、培養の最初の3〜5日間で発生したスライスの初期間伐期間後に得られる。

1. 実験の間、37℃で細胞培養インキュベーター内のスライスを維持し、時間の短い期間だけ除去（スライスあたり15分未満）、6ウェルプレートに蓋をしながら撮影を維持する。
2. デジタルカメラを備えた倒立蛍光顕微鏡を用いて、10×対物レンズを用いて第1の時点の画像を取り込む。注記：ファーストタイムポイントは、実験によって異なりますし、後の切片を調製した日またはどの時点であってもよい。
3. スライスの両方グレーと白質領域に時点1での複数の領域から画像をキャプチャします。目に注意してくださいE領域は、スライス内の特定のランドマークによって、後続のイメージングセッションのために使用することができ、回路図に画像の位置をマッピングすることによって画像化した。有用なランドマークは白質路のスライスおよび/または方向のエッジを含むことができる。画像各時点における各スライス上の四から八箇所。
4. NG2細胞の分裂とオリゴデンドロサイト分化を調べる場合には、理想的には上の5-7日、4〜6時間の間隔で次の画像をキャプチャします。
5. すべての地域の最終的な画像をキャプチャし、すぐにスライスを修正します。その後のスライスの上に別の1ミリリットルを追加し、カルチャーインサートの底まで（0.1M L-リジン0.01Mのメタ過ヨウ素酸ナトリウムを用いて4％PFA）固定液1ミリリットルを加える。それが膜から切り離すことができますように、スライスの上に直接固定液を噴出しないように注意してください。 30分間、組織を固定し、4章で説明したように発達段階特異的マーカーを用いた免疫組織化学を進める。
6. 0.2 Mリン酸ナトリウム緩衝液3×10 mを有する洗浄スライスインチ1-3日間、0.2 Mリン酸ナトリウム緩衝液中に4℃で必要に応じて、店舗のスライス24時間以内に染色を行う理想的に免疫染色が、前に。 4章で後述のように、オリゴデンドロサイト（ 図2D-F）に分化した細胞の割合を決定するために、免疫組織化学を続行します。

スライス培養で誘導レポータートランスジェニックマウスを使用したNG2細胞子孫の3運命のマッピング

注：培養物中の特定の時点からNG2細胞の運命を追跡するために、誘導性NG2creER：YFPトランスジェニックマウスを使用することができる。

1. 培養培地に、エタノールに溶解した100nMの4OHTを追加することによって、Cre組換えおよびレポーター発現を誘導する。注：レポーター陽性細胞は〜20〜25％YFP + NG2 + / NG2 +細胞の誘導効率で1〜2日以内に表示されますと、この時点ですべてのNG2細胞段階における細胞（ 図2A〜C）になります
2. スライスを修正し、洗う異なる時点での、さまざまな操作をした後に（セクション2.5および2.6に記載されている）。

4。スライス免疫組織化学

1. メスを用いて、インサートの外に取り付けられたスライスを有する膜をカット。
2. 膜をピックアップする際のスライスの組成を破壊しないように注意しながら、ピンセットのセットを用いてリン酸緩衝生理食塩水（PBS）を含有する24ウェルプレートの各ウェルにスライスを転送する。
3. 1時間PBS中の5％正常ヤギ血清（NGS）および0.1％トリトン-X100を含有するブロッキング溶液で24ウェルプレートにスライスを転送する。
4. 4℃で、PBS中の5％NGS中の一次抗体でO / N内のスライスをインキュベートする。 NG2細胞段階における細胞を同定するために、NG2およびPDGFRαに対する抗体を使用しています。分化したオリゴデンドロサイトを識別するための、大腸腺腫性ポリポーシス抗原に対する抗体を使用する（APC;クローンCC1）を。
5. PBS 3×15分で二日目の洗浄スライス上で、その後二次antiboでインキュベート室温で1時間、PBS中の5％NGSで死ぬ。 PBS 3×15分でスライスを洗浄し、スライド上にマウントします。膜は客観的かつ組織との間にされないようにスライドが直面しているスライスアップと膜とのマウント。

結果

ZEG、NG2creER：YFP及びPLPDsRedトランスジェニックマウス系統の代表的なデータの例は、P8 NG2creの前脳および小脳の両方からスライス培養を用いて得られたその下に示す。 NG2細胞は、前脳および小脳切片における日間（ 図1B-D、ビデオ1）の上に画像化することができ、これらの細胞の表現型は、固定およびNG2およびCC1抗体による免疫染色（ 図1E）後に決定することができ...

ディスカッション

中枢神経系の髄鞘形成は、効率的な神経細胞のコミュニケーションと軸索の生存²²に不可欠である。 ^{25 -}ほとんどの脳領域^16,23における居住人口を維持しながら、NG2細胞は、継続的に大人になってミエリンオリゴデンドロサイトを生成します。これらの細胞の分化を調節するいくつかの遺伝的および分子メカニズムを説明してきたが、多くは発見されていない。器官型?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Slice Culture Medium
Minimum Essential Medium	Invitrogen	11090	50%
Hank’s Balanced Salt Solution	Invitrogen	14175	25%
HEPES	Sigma-Aldrich	H-4034	25mM
L-Glutamine	Invitrogen	25030	1mM
Insulin	Sigma-Aldrich	I6634	1mg/L
Ascorbic Acid	Sigma-Aldrich	A-0278	0.4mM
Horse Serum	Hyclone	SH30074.03	25%
Titrate to pH 7.22 with NaOH, filter with bottle top filter, and store at 4 degrees Celsius
Dissection Buffer
NaCl	Sigma-Aldrich	S3014	124mM
KCl	Sigma-Aldrich	P5405	3.004mM
KH2PO4	Sigma-Aldrich	P5655	1.25mM
MgSO4 (anhydrous)	Sigma-Aldrich	M7506	4.004mM
CaCl2 2H2O	Sigma-Aldrich	C7902	2mM
NaHCO3	Sigma-Aldrich	S5761	26mM
D-(+)-Glucose	Sigma-Aldrich	G7021	10mM
Ascorbic Acid	Sigma-Aldrich	A-0278	2.0mM
Adenosine	Sigma-Aldrich	A4036	0.075mM
Filter with bottle top filter and store at 4 degrees Celsius, oxygenate with 95%O2 5%CO2 before use
Other Reagents and Supplies
4-hydroxy tamoxifen (4OHT)	Sigma-Aldrich	H7904	100nM
Paraformaldehyde (PFA)	EM Sciences	19200	4%
L-Lysine	Sigma-Aldrich	L-6027	0.1M
Sodium Metaperiodate	Sigma-Aldrich	S-1878	0.01M
Rabbit anti NG2 antibody	Chemicon (Millipore)	AB5320	1:500
Mouse anti CC1 antibody	Calbiochem (Millipore)	OP80	1:200
Mouse anti Ki67 antibody	Vision Biosystems	NCL-Ki67-MM1	1:300
Mouse anti NeuN antibody	Chemicon (Millipore)	MAB377	1:500
Species specific secondary antibodies	Jackson Immunoresearch
Normal Goat Serum (NGS)			5%
Triton X-100			0.10%
Mounting medium with DAPI	Vector Labs	H-1200
Millicell culture membrane inserts 0.45μm pore size	Fisher Scientific	PICM03050
Bottle top filters	Fisher Scientific	09-740-25E
Ethanol
95% O2 5% CO2 gas mix
Phosphate Buffered Saline (PBS)
Sterile six well plates
Dissecting (hippocampal) or weighing spatulas
Manual or automatic tissue chopper
Razor blades
Disposable transfer pipettes
35mm and 60mm sterile Petri dishes
Stereomicroscope
Inverted Phase Microscope
Laminar Flow Hood
Tissue Culture Incubator
Inverted Fluorescence Microcope