इस लेख में विस्तार से utero में मस्तिष्क प्रांतस्था और चूहों में E14.5 में हिप्पोकैम्पस electroporate प्रोटोकॉल का वर्णन है. हम यह भी पता चलता है कि यह एक मूल्यवान dendrites और कांटा के लिए इन दोनों क्षेत्रों में मस्तिष्क का अध्ययन विधि है.
In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date this tool has been widely used to study the regulation of cellular proliferation, differentiation and neuronal migration especially in the developing cerebral cortex 6-8. Here we detail our protocol to electroporate in utero the cerebral cortex and the hippocampus and provide evidence that this approach can be used to study dendrites and spines in these two cerebral regions.
Visualization and manipulation of neurons in primary cultures have contributed to a better understanding of the processes involved in dendrite, spine and synapse development. However neurons growing in vitro are not exposed to all the physiological cues that can affect dendrite and/or spine formation and maintenance during normal development. Our knowledge of dendrite and spine structures in vivo in wild-type or mutant mice comes mostly from observations using the Golgi-Cox method 9. However, Golgi staining is considered to be unpredictable. Indeed, groups of nerve cells and fiber tracts are labeled randomly, with particular areas often appearing completely stained while adjacent areas are devoid of staining. Recent studies have shown that IUE of fluorescent constructs represents an attractive alternative method to study dendrites, spines as well as synapses in mutant / wild-type mice 10-11 (Figure 1A). Moreover in comparison to the generation of mouse knockouts, IUE represents a rapid approach to perform gain and loss of function studies in specific population of cells during a specific time window. In addition, IUE has been successfully used with inducible gene expression or inducible RNAi approaches to refine the temporal control over the expression of a gene or shRNA 12. These advantages of IUE have thus opened new dimensions to study the effect of gene expression/suppression on dendrites and spines not only in specific cerebral structures (Figure 1B) but also at a specific time point of development (Figure 1C).
Finally, IUE provides a useful tool to identify functional interactions between genes involved in dendrite, spine and/or synapse development. Indeed, in contrast to other gene transfer methods such as virus, it is straightforward to combine multiple RNAi or transgenes in the same population of cells.
In summary, IUE is a powerful method that has already contributed to the characterization of molecular mechanisms underlying brain function and disease and it should also be useful in the study of dendrites and spines.
यूनाइटेड किंगडम में, चूहों रखे हैं, नस्ल, और पशु (साइंटिफिक प्रक्रिया) अधिनियम, 1986 के अंतर्गत गृह कार्यालय द्वारा अनुमोदित दिशा निर्देशों के अनुसार इलाज किया.
1. तैयारी: डीएनए समाधान और सुई
2. सर्जरी की तैयारी
कोई माइक्रोस्कोप दृश्य के लिए आवश्यक है.
4. डीएनए और electroporation इंजेक्शन
5. पोस्ट electroporation सर्जरी
6. सर्जरी के बाद
चूहों के व्यवहार की जाँच के लिए दुख, दर्द या संकट का आकलन करने के लिए और सर्जरी के बाद 24 घंटे और 48 घंटे के जानवरों को तौलना. यदि आवश्यक हो, दर्दनाशक दवाओं दर्द और परेशानी को कम करने के लिए प्रशासित किया जा सकता है.
7. ऊतक प्रसंस्करण
Electroporated भ्रूण या पिल्ले भ्रूण या प्रसव के बाद प्रयोग के लिए आवश्यक चरणों में ले लीजिए.
ove_content "> - भ्रूण चरणों में (उदाहरण के लिए सेल प्रसार या प्रवास का अध्ययन करने के लिए) में विश्लेषण के लिए: : प्रसवोत्तर चरणों (उदाहरण के लिए dendrites और कांटा का अध्ययन करने के लिए) पर विश्लेषण के लिए
चतनाशून्य करना intraperitoneal इंजेक्शन pentobarbitone (40-60 मिलीग्राम / किग्रा) के साथ पिल्ले या वयस्क चूहे और पीबीएस, पीबीएस में 4% पीएफए के बाद के साथ transcardial छिड़काव करते हैं. दिमाग और 4% पीएफए रात भर में परसर्ग खोपड़ी के टुकड़े करना. पीबीएस, अनुभाग दिमाग में धोने (vibratome घ के लिए 100 माइक्रोन वर्गों का उपयोग करने के बादविश्लेषण endrite). एक्वा पाली / माउंट में वर्गों माउंट छवि dendrites और कांटा करने के लिए 0.16-0.19 मिमी मोटी coverslips के का उपयोग कर.
8. प्रतिनिधि परिणाम
चित्रा 3 electroporated कोशिकाओं के मस्तिष्क प्रांतस्था (आंकड़े 3A, बी) में CA1 (आंकड़े -3 सी, डी) में और हिप्पोकैम्पस की दांतेदार गाइरस (3E आंकड़े, एफ) में, उदाहरण दिखाता है. प्रकार के जंगली चूहों E14.5 GFP (पीसीए-B-EGFPm5 रवशामक 3) का निर्माण और दिमाग प्रसव के बाद (पी) दिन में 14 पर काटा गया के साथ electroporated गया. डीएनए समाधान की एक छोटी मात्रा (0.5 μl या 1 μg / μl में एक समाधान के कम) इंजेक्शन लगाने के द्वारा, कुछ कोशिकाओं को लेबल कर रहे हैं, जो अलग GFP + कोशिकाओं (चित्रा 3) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से उनके spines के वृक्ष के समान द्रुमायण के दृश्य की अनुमति देता है उच्च बढ़ाई (चित्रा 4).
<मजबूत> 1 चित्रा electroporation प्रोटोकॉल है कि dendrites और कांटा अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है की योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व. (ए) GFP की electroporation जंगली और प्रकार उत्परिवर्ती चूहों में dendrites और कांटा तुलना निर्माण. (बी) GFP shRNA (GFP ही निर्माण से व्यक्त किया है) के की electroporation dendrites और एक shRNA साथ electroporated चूहों में कांटा की तुलना करने के लिए निर्माण ब्याज की एक जीन (एक्स) या नियंत्रण shRNA के लिए विशिष्ट. (सी) IUE Cre inducible प्रणाली के साथ एक साथ इस्तेमाल किया जा सकता है क्रम में करने के लिए वांछनीय समय अवधि के लिए shRNA की अभिव्यक्ति को सीमित. इस प्रयोग में, एक सदिश Cre recombinase जो 4 hydroxytamoxifen द्वारा सक्रिय किया जा सकता है की एक फार्म व्यक्त (सीएजी ईआर CreER टी 2 टी 2, 1 μg / μl) 10, एक साथ एक Cre निर्भर में एक विशिष्ट shRNA व्यक्त वेक्टर के साथ electroporated है (1 μg / μl, एक पुनर्संयोजन (CALNL GFP का निर्माण, GFP अभिव्यक्ति inducible Cre द्वारा सूचक साथ और तरीके से, 1 μg / μl) 10 efficien.पछाड़ना की cy shRNA की एकाग्रता में वृद्धि के रूप में अच्छी तरह के रूप में सीएजी ER-टी 2 CreER टी 2 एकाग्रता बढ़ाने के द्वारा सुधार किया जा सकता है.
चित्रा 2 electroporation की स्थानिक नियंत्रण. यह आंकड़ा से पता चलता है जहां डीएनए इंजेक्शन साइट के अनुसार क्रम में मस्तिष्क प्रांतस्था या हिप्पोकैम्पस लक्ष्य चप्पू इलेक्ट्रोड की स्थिति है.
चित्रा utero में वृक्ष के समान कुंज की 3. विज़ुअलाइज़ेशन मस्तिष्क प्रांतस्था और हिप्पोकैम्पस में कोशिकाओं electroporated. (ए, बी) कोरोनल वर्गों + GFP प्रमस्तिष्क प्रांतस्था में पिरामिड कोशिकाओं, CA1 हिप्पोकैम्पस में (सीडी) पिरामिड कोशिकाओं और (ई, एफ), ग्रेन्युल कोशिकाओं दांतेदार गाइरस में p14 पर दिखा. एक GFP निर्माण (पीसीए-B-EGFPm5 3 रवशामक) E14.5 electroporated किया गया था. उच्च बढ़ाई (चित्रबी, डी, एफ) बताते हैं कि IUE dendrites कल्पना करने के लिए एक कुशल तरीका है. स्केल सलाखों 50 (बी, डी और एफ) माइक्रोन 150 माइक्रोन (ए, सी, ई) का प्रतिनिधित्व करते हैं.
चित्रा 4 p14 न्यूरॉन्स में वृक्ष के समान spines कि utero में E14.5 पर निर्माण व्यक्त GFP साथ electroporated थे विज़ुअलाइज़ेशन. (ए, बी) hippocampal pyramidal न्यूरॉन्स की बेसल dendrites से कांटा के उच्च बढ़ाई छवियों. स्केल सलाखों 5 (ए) माइक्रोन और 2 माइक्रोन (बी) का प्रतिनिधित्व करते हैं.
IUE अंतरिक्ष में ही नहीं बल्कि समय में जीन अभिव्यक्ति में हेरफेर के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है. हम यहाँ दिखाने के लिए कि इस तकनीक के लिए कल्पना और आनुवंशिक हेरफेर और dendrites चूहों के मस्तिष्क प्रांतस्था और हिप्पोकैम्पस में कांटा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. पहले से उद्धृत लाभ के अलावा, यह ध्यान देने योग्य बात है कि IUE, विधि Golgi करने के लिए इसके विपरीत में, immunohistochemistry साथ या स्वस्थानी संकरण जो फेनोटाइप करने के लिए electroporated कोशिकाओं उदाहरण के लिए अनुमति देता है में जोड़ा जा सकता है लायक है. यह भी महत्वपूर्ण है उल्लेख है कि इस प्रक्रिया स्पष्ट मस्तिष्क विरूपताओं को उसके रिश्तेदार के invasiveness के बावजूद प्रेरित नहीं करता. इसके अलावा, सेलुलर स्तर पर, IUE electroporated 13 न्यूरॉन्स की electrophysiological गुण संशोधित नहीं करता है. हालांकि हमारे प्रदर्शन dendrite और रीढ़ morphologies के दृश्य पर ध्यान केंद्रित, E14.5 पर cortical या hippocampal न्यूरॉन्स की IUE भी अक्षतंतु गठन और मार्गदर्शन के रूप में इस तरह के अन्य विकासात्मक घटनाओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. जोड़ने मेंition, प्रोटोकॉल के एक ही प्रकार के भ्रूण के विकास के अन्य चरणों में लागू किया जा सकता है विभिन्न आबादी को लक्षित है. उदाहरण के लिए, एक developmentally बहुत देर cortical E18.5 में electroporation प्रतिमान को astrocytic 1 progenitors में अभिव्यक्ति ड्राइव किया जा सकता है. इसी प्रकार, जबकि E14.5 में हिप्पोकैम्पस के एक electroporation CA1 - CA3 पिरामिड, न्यूरॉन progenitors और दांतेदार ग्रेन्युल सेल पूर्वज एक ही समय में लक्षित करने की अनुमति देता है, एक देर hippocampal electroporation (E18.5 या जल्दी प्रसव के बाद) के लिए विभिन्न दांतेदार ग्रेन्युल लक्ष्य की अनुमति होगी 14 progenitors. इस मामले में, वर्तमान की तीव्रता के रूप में डीएनए की मात्रा इंजेक्शन के रूप में अच्छी तरह से बढ़ सकता है.
IUE द्वारा शुरू transgenes episomal रहना दिखाई देते हैं और इसलिए कर रहे हैं कोशिकाओं लगातार कोशिका विभाजन के बाद से खो दिया है. न्यूरॉन्स के रूप में postmitotic कोशिकाओं में, तथापि, episomal transgenes महीने के लिए सक्रिय electroporation के बाद लंबे समय तक अध्ययन 13 अनुमति रहना15,. हमारे अध्ययन में, हम उज्ज्वल + GFP कोशिकाओं मनाया जन्म के बाद 7 सप्ताह (नवीनतम समय बिंदु हम विश्लेषण) कि भ्रूण का संकेत cortical या hippocampal neuronal transgene की लगातार अभिव्यक्ति में IUE परिणाम जल्दी विकास के समय अंक से ऊपर का उपयोग कर व्यापारियों के लक्ष्य के लिए वयस्कता के लिए.
तकनीक का एक वर्तमान सीमा है कि यह मुश्किल है electroporated कोशिकाओं की कुल संख्या से अधिक ठीक नियंत्रण लागू है. हालांकि, डीएनए समाधान के इंजेक्शन की मात्रा कम करके, हम पता चला है कि यह संभव है कुछ कोशिकाओं लेबल और अलग GFP + कोशिकाओं के रूप में अच्छी तरह से उनके spines के वृक्ष के समान द्रुमायण कल्पना. ट्रांसफ़ेक्ट क्षेत्र के आयाम भी वर्तमान और दालों की संख्या या electroporation paddles के व्यास की तीव्रता के रूप में electroporation की पैरामीटर संशोधित करके समायोजित किया जा सकता है.
कुल मिलाकर IUE एक तरीका है कि लागू करने के लिए आसान, तेजी से है औरकुशल और dendrites vivo में कांटा अध्ययन.
लेखकों के लिए उनकी मदद के लिए धन्यवाद डा. कैथलीन Mathers, डा. जीन फिलिप Mocho और डा. योलान्डा Saavedra Torres सड़न रोकनेवाला प्रक्रियाओं के तहत utero electroporation में प्रदर्शन चाहते हैं, और चित्र तैयार करने के लिए उसकी मदद के लिए हेली लकड़ी.
EP यूरोपीय बायोकेमिकल सोसायटी के एक लंबे समय तक संघ (FEBS) फैलोशिप और वेलकम ट्रस्ट अनुदान द्वारा एक चिकित्सा अनुसंधान परिषद (MRC) कैरियर के विकास फैलोशिप, महिंद्रा से एलिजाबेथ फिशर और विक्टर Tybulewicz के (080174/B/06/Z) द्वारा समर्थित किया गया था , HW से एक EMBO दीर्घकालिक फैलोशिप और एक MRC छात्रावस्था द्वारा आरए द्वारा. यह काम वेलकम ट्रस्ट 086947/Z/08/Z () से एक परियोजना अनुदान और अनुदान सहायता के लिए चिकित्सा अनुसंधान परिषद (U117570528) से FG द्वारा समर्थित किया गया
Name | Company | Catalog Number | Comments | |||
अभिकर्मक का नाम | कंपनी | सूचीपत्र संख्या | टिप्पणियाँ | |||
इंजेक्शन के लिए सुई और डीएनए समाधान की तैयारी | ||||||
Endofree प्लास्मिड मैक्सी किट | क्विएज़न | 12,362 | ||||
फास्ट ग्रीन | सिग्मा | F-7258 | ||||
Borosilicate ग्लास के capillaries 1.0 मिमी आयुध डिपो 0.58 मिमी ID x | हार्वर्ड उपकरण | 30-0016 | ||||
Microloader युक्तियाँ | Eppendorf | 5242956003 | के लिए Eppendorf 0.5 μl μl 10 / 2-20 μl pipettes | |||
& Nबसपा; | शल्य चिकित्सा के लिए सामग्री | |||||
अतिरिक्त पतली परितारिका कैंची | ठीक विज्ञान उपकरण | 14088-10 | ||||
घुमावदार संदंश | ठीक विज्ञान उपकरण | 91197-00 | ||||
अंगूठी संदंश | ठीक विज्ञान उपकरण | 11103-09 | ||||
सुई धारक | ठीक विज्ञान उपकरण | 12002-12 | ||||
Graefe संदंश | ठीक विज्ञान उपकरण | 11050-10 | ||||
Vicryl शोषणीय सीवन | Ethicon इंक (जॉनसन एंड जॉनसन) | W9074 | ||||
बाँझ पर्दे 30cm x 45 सेमी | बस्टर | 141,765 | ||||
बाँझ swabs | Shermond | HUBY-340 | ||||
कपास की कलियों | स्वच्छ क्रॉस कं, लिमिटेड | 1860 | ||||
Buprenorphine (Vetergesic) | Alstoe पशु स्वास्थ्य | |||||
Clorhexidine | Vetasept | XHG007 | ||||
आँख जेल Viscotears | नोवार्टिस | |||||
Isoflurane | Abbott प्रयोगशालाओं | B506 | ||||
Pentoject, Pentobarbitone सोडियम 20% | Animalcare | |||||
Electroporation | ||||||
Electroporator | BTX | ECM830 | ||||
प्लेटिनम Tweezertrod5mm ई | BTX, हार्वर्ड उपकरण | 45-0489 | ||||
Femtojet microinjector | Eppendorf | 5247000030 | ||||
Femtojet Microinjector के लिए पैर नियंत्रण | Eppendorf | 5247623002 | ||||
केशिका धारक | Eppendorf | 5176190002 | ||||
ऊतक प्रसंस्करण | ||||||
Paraformaldehyde | सिग्मा | P6148 | ||||
Sucrose | VWR (Prolabo) | 27480.294 | ||||
खुर्दबीन स्लाइड | ThermoScientific (मेंजेल Glaser) | J1800AMNZ | ||||
Coverslips | मेंजेल - Glaser | 22 x 50 मिमी 1,5 # | ||||
एक्वा पाली / माउंट | Polysciences, इंक | +१८६०६ |
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