Organotipik Dilim Kültürler Oligodendrosit Dinamikler ve miyelinasyonun incelemek için

Özet

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.

Özet

NG2 ifade eden hücreler (polydendrocytes oligodendrosit öncü hücreleri), merkezi sinir sisteminde, dördüncü bir glial hücre içerisinde yer alırlar. Embriyonik ve postnatal gelişim sırasında aktif çoğalırlar ve Myelinating oligodendrositleri oluşturmak. Bu hücreler sık ​​primer ayrışmış kültürler, nöron cocultures okudu ve sabit dokuda edilmiştir. Kullanımı uygun yeni transgenik fare soyları kültür sistemleri ön beyin ve beyincik hem gri ve beyaz madde bölgelerde oligodendrosit soy hücrelerinin çoğalması ve farklılaşması araştırmak için kullanılabilir dilim. Dilim kültürleri erken doğum sonrası farelerde hazırlanan ve 1 aya kadar kültür içinde tutulur. Bu dilimler hücresel davranış ve etkileşimleri araştırmak için kültür dönemi boyunca birden fazla kez görüntülenmiş olabilir. Bu yöntem NG2 hücre bölünmesi görselleştirme ve ayrıntılı analizini sağlarken olgodendrosit farklılaşma giden adımlar bölgede-bağlıdır veriyorent NG2 hücre ve olgodendrosit fonksiyonel heterojenite. Bu ise, in vivo olarak bulunan andıran bir hücresel ortamda zaman bu hücreleri etkileyen iç ve dış sinyalleri araştırmak için kullanılan bir güçlü bir tekniktir.

Giriş

^{4 -} merkezi sinir sistemi Organoytpic dilim kültürlerinin semiintact sistem ¹ 'de nöron ve glial hücre biyolojisi çalışmak için çok yararlı olduğu kanıtlanmıştır. ^{9 -} Bu kültürler, kabul ve bu hücre dışı ortamın bir manipülasyon ve tekrarlamalı uzun-süreli canlı hücre görüntüleme için kolay erişim ve elektrofizyolojik kayıtları ^5, birincil hücre kültürleri ayrışmış birçok yararlarını korumak için nispeten basittir. Buna ek olarak, dilim kültürler, 3 boyutlu doku hücre mimarisini, bölgesel sinir bağlantısına sahip, ve en önemli hücre tiplerinin sistemde bulunmaktadır. Bu özellikler hücresel ve çevresel etkileşimleri ile tek hücre davranış ve fizyolojisini araştırmak için bu Kültürlerin benzersiz ve kullanışlı bir sistem yapmak.

NG2 hücrelerinin çoğalmasını ve m oluşturmaya devam memelilerin merkezi sinir sistemindeki glial hücreler bir nüfusembriyonik ve postnatal gelişim ¹⁰ sırasında oligodendrositleri yelinating. Bunlar yaygın olarak ayrışmış primer hücre kültürlerinde incelenmiştir ve floresan proteinleri NG2, hücre spesifik ifadesi ile transgenik fare hatları son gelişmeler, akut dilim preparasyonlarında in vivo kaderi haritalama ve elektrofizyolojik kayıtları kolaylaştırmıştır. Hatta bu çalışmalar ile, küçük NG2 hücre çoğalması ve olgodendrosit farklılaşmasının zamansal dinamikleri hakkında bilinmektedir. Ayrışık hücre kültürü geniş farmakolojik ve genetik manipülasyon göreli tesis için kullanılır, ancak, bunun hücresel mikro-bağlamını sağlamak tercih edilir, özellikle, beynin farklı bölgelerinde bu hücrelerin fonksiyonel farklılıklar sorgulamak için uygun değildir. Dilim kültürleri, hücre farmakolojik manipülasyonlar mükellef ve olgodendrosit myelinleşmeyi ^11,12 araştırmak için kullanılır olmuştur basit bir alternatif sağlamak(LPC) lisolesitin veya antikor farmakolojik tedavinin ¹⁵ üzeri demiyelinizasyonu ^13,14 ve remiyelinizasyon indüklenmesini sonra ular yanıt.

Bir yöntem araştırmak ve canlı görüntüleme ve sabit doku (veya Postfiksasyon) ön beyin ve beyincik hem de alınan organotipik dilim kültürlerde NG2 hücre çoğalması ve farklılaşması olgodendrosit analizini tarif gerçekleştirmek için. Bu bölünme sonrası ¹⁶ tek NG2 hücrelerinin hücre kaderine incelemek için ve büyüme faktörü ile uyarılan NG2 hücre çoğalması ¹⁷ bölge ve yaşa bağlı farka için kullanılabilir güçlü bir yöntemdir. Bu, nispeten basit teknik ayrıca doğuştan ve / veya çevresel, bu glial hücre fizyolojisi ve nöronal aktivite ya da mielin hasarına cevabı düzenleyen mekanizmaların hücre araştırılması yaygın erişilebilir.

Protokol

NOT: Tüm hayvan prosedürleri yönergeleri izleyerek ve Connecticut Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.

NOT: YFP muhabiri ²⁰ (JAX # 006148) çizgiler sırasıyla kullanıldı: NG2cre ¹⁸ bünye (JAX # 008533) ve NG2creER ¹⁶ uyarılabilir bu deneylerde (JAX # 008538) için transgenik fareler ¹⁹ (JAX # 003920) veya gtRosa26 / EG Z'ye geçti Görüntü NG2 hücreleri ve soylarına. Görüntü olgun oligodendrositlere, PLPDsRed transgenik farenin ²¹ kullanılmıştır. Tutarlı hayatta kalmak için, dilimler ön beyin ve beyincik hem doğum sonrası gün 10 fareden izole edilebilir.

1. Dilim Hazırlık

1. Bir kültürü kaputu, altı iyi plakaları doku kültürü yerlefltirmede ve (reaktif bölümünde tarifi) 1 ml dilim kültür ortamı ekleyin. % 5 ile 37 ° C'de diseksiyon önce _CO2 en az 2 saat, hücre kültürü inkübatöründe plakaları koyun.
2. % 70 etanol ile tüm araçları ve doku chopper sterilize edin.
3. Diseksiyon önce başlamasından en az 15 dakika boyunca buz üzerinde% 95 _O2,% 5 _CO2 ile kabarcık tampon diseksiyon (reaktif bölümünde tarif).
4. Onaylanmış hayvan protokollere göre 5-10 dakika süreyle buz üzerinde yerleştirerek fare yavrular anestezisi. Farenin kuyruk ve ayak sıkıştığı yanıt vermeyen onaylayarak anestezi uygun derinliğini teyit edin.
5. Hayvan protokolleri aşağıdaki keskin bir makas kullanarak hayvanları başını kesmek. Hızla ilk sterilize araçlarını kullanarak lateral insizyon ardından sagital kesim, yaparak ön beyin ve beyincik üzerinde kafatası çıkarın. Dikkatli bir tarafına doku yuvarlayarak beyin ve beyincik ventral yüzeyinden kafatası sinirlerinde kesin.
6. Buzla soğutulmuş, oksijenli diseksiyon tampon içeren steril bir 35 mm çanak doku yerleştirin.
7. Bir jilet kullanarak, beyincik ve ön beyin sever. Sonra mid-sagital kesim uçtan bir uca yapmakhemisferleri ayıran öf ön beyin ve beyincik.
8. Manuel doku kıyıcı ile ön beyin ve beyincik 300 mikron kalınlığında koronal ve sagital kesitler halinde kesilmiştir. NOT: Manuel doku kesici ve agaroz yerleştirilmesi için gerek kalmadan kültür kuluçkalamadan diseksiyon ikinci hızlı bir şekilde işlenebilirlik sağlar. Daha önce tarif edildiği ^{gibi, 9} bir vibratome da kullanılabilir.
9. Buz üzerinde taze kabarmış soğuk diseksiyon tampon ayrılır dilim aktarın.
10. Küçük diseksiyon kullanın veya bireysel bölümleri ayırmak ve kültürü ekler ile altı iyi yemekler preinkübe aktarmak için spatulası ağırlığında.
11. Tek kullanımlık bir transfer pipeti veya P 200 pipet ucu kullanılarak kültür uç yüzeyinden herhangi bir aşırı diseksiyon tamponunu çıkarın. Üç önbeyinde üç serebellar dilim iki bir kültür insert yerleştirilebilir.
    NOT: ön beyin kültürleri ile tutarlı sonuçlar için, anterior korpus kallosum üçte birini kapsayan dilim almak idealdirAynı dilim içinde hem gri hem de beyaz cevher bölgelerini incelemek için (Şekil 1A). Her hayvan genellikle 6 ön beyin dilimleri ve 6 beyincik dilimleri verir.
12. Inkübatör altı havuzlu plakalar yerleştirin ve daha sonra 1 1 gün sonra dilim dilim hazırlanması ortamının mililitresi ve dilim sabitleme kadar her gün ile dilim orta yerine.
13. Deneye bağlı olarak, kültür 5-7 gün sonra dilimler kullanın. Sadece ilk birkaç gün sonra şeffaf hale dilimleri kullanın ve düzensiz opak bölgeler var olanlar atın. NOT: dilimler içinde Opak bölgeler gözle görünür ve faz kontrast altında koyu hücrelerin bir yığın olarak görünür. Teknik hakim olmuştur sonra ölü opak dilimler dilim az% 1-5, nadiren meydana gelir.

NG2 hücre Bölümü ve Oligodendrosit Farklılaşma 2. Time-Lapse Görüntüleme

NOT: ZEG farenin ^16: biz NG2cre kullanmak NG2 hücre çoğalması ve farklılaşması zaman atlamalı görüntüleme gerçekleştirmek içinNG2 hücreleri ve soyu (Şekil 1C-E) EGFP ifade edilmektedir. Bu hat Raportör ekspresyonu, kısa bir sürede en az dört haftalık bir süre boyunca kesit sonra dilimler canlı GFP görüntüleri + hücreler elde etmek için yeterince sağlamdır. Açık görüntüler kültüründe ilk 3-5 gün içinde gerçekleşir dilim, ilk incelmesi döneminden sonra elde edilir.

1. Deney boyunca, 37 ° C'de hücre kültürü inkübatöründe dilimleri tutmak ve kısa süreler için, sadece kaldırma (dilim başına en az 15 dakika), altı yuvalı plaka sırasında görüntüleme üzerindeki kapağı tutmak.
2. Bir dijital kamera ile donatılmış bir ters floresan mikroskop kullanılarak, bir 10X objektif kullanılarak ilk kez noktasında görüntüleri yakalayabilir. NOT: İlk kez puan deney göre değişir ve dilimler hazırlanmıştır gün veya sonrasında herhangi bir zaman noktası olabilir.
3. Dilim hem gri hem de beyaz cevher alanlarında zaman noktasında bir çoklu bölgelerden görüntüler yakalayın. Not thdilim içinde belirli noktalara ile ve daha sonra bir görüntüleme oturumları için kullanılabilecek bir şema üzerinde görüntü konumu eşleyerek görüntülenmiş e bölgesi. Faydalı yerlerine beyaz cevher yollarının dilimleri ve / veya yönlendirme kenarlarını içerebilir. Görüntü her zaman noktasında her dilim 4-8 yerleri.
4. 4-6 saat arayla sonraki fotoğrafları çekmek NG2 hücre bölünmesini ve olgodendrosit farklılaşma, ideal üzerinde 5-7 gün inceleyerek eğer.
5. Tüm bölgelerin nihai bir görüntü yakalamak ve hemen dilimleri düzeltmek. Daha sonra dilimler üzerine başka bir 1 ml ilave edilir, kültür ucun tabanına (0.1 M L-lisin, 0.01 M sodyum meta-periodat ile% 4 PFA), sabitleyici 1 ml ilave edilir. Bu membran ayırmak gibi dilim doğrudan Fiksatif fışkırtma dikkat edin. 30 dakika boyunca doku saptamak ve bölüm 4'te tarif edildiği gibi gelişimsel aşama spesifik markörleri kullanılarak immünohistokimya ile devam edin.
6. 0.2 M sodyum fosfat tamponu, 3 x 10 m ile yıkayın dilimleriolarak. 1-3 gün boyunca 0.2 M sodyum fosfat tampon maddesi içinde 4 ° C'de, gerekli deposu dilimleri daha önce immüno-boyama ve ancak ideal olanı ise, 24 saat içinde ve boyama gibi. Oligodendrositler (Şekil 2D,-F) farklılaşmış olan hücrelerin oranını belirlemek için bölüm 4, aşağıda tarif edildiği gibi immünohistokimya ile devam edin.

Dilim Kültürlerde indüklenebi- Muhabir transgenik fareler kullanılarak NG2 hücre Döl 3. Kader Haritalama

Not: kültüründe belirli bir zaman noktasında NG2 hücrelerin kaderini izlemek için, uyarılabilir NG2creER: YFP transgenik fareler kullanılabilir.

1. Kültür ortamına, etanol içerisinde çözündürüldü, 100 nM 4OHT ekleyerek, Cre rekombinasyonunu ve bildirici ifadesini teşvik eder. Not: Raportör pozitif hücreler, bütün NG2 hücre aşamasında hücreler olacaktır ~% 20-25, YFP + NG2 + / + hücrelerinin NG2 bir indüksiyon verimle ve bu zaman noktasında 1-2 gün içinde görünecektir (Şekil 2A-C)
2. Fix ve dilim yıkayınFarklı zaman noktalarında in çeşitli değişiklikler yapıldıktan sonra (Bölüm 2.5 ve 2.6 'da tarif edilmiştir).

4. Dilim İmmünhistokimya

1. Bir neşter kullanılarak ekler dışarı ekli dilimleri ile membranlar kesti.
2. Membran taşırken dilimin bileşimi bozmak için özen cımbız bir dizi kullanılarak 24 gözenekli bir plaka ihtiva eden fosfat tamponlu tuzlu su (PBS), tek tek oyuklara dilimleri aktarın.
3. 1 saat boyunca PBS içerisinde% 5 normal keçi serumu (NGS) ve% 0.1 Triton-X100 içeren bloke etme çözeltisi, 24 gözlü bir levhaya dilimleri aktarın.
4. 4 ° C'de PBS içinde% 5 NGS / birincil antikor O'da N dilimleri inkübe edin. NG2 hücre safhasında hücrelerin belirlenmesi için, ve NG2 PDGFRα antikorlar kullanır. Diferansiye oligodendrositlerin belirlenmesi için, adenomatus poliposis koli antijene karşı bir antikorun kullanılması (APC klon CC1).
5. PBS 3 x15 dakikada ikinci gün yıkama dilimleri, daha sonra ikincil Antibo kuluçkaya yatmaktadıroda sıcaklığında 1 saat boyunca PBS içerisinde% 5 NGS ölür. PBS 3 x15 dakika dilimleri yıkayın ve slaytlar monte. Membran objektif ve doku arasındaki olmayacak şekilde slayt karşı karşıya dilimleri yukarı ve membran ile monte edin.

Sonuçlar

Örnek veri örnekleri aşağıda verilmektedir P8 NG2cre bir ön beyin ve beyincik hem de dilim kültürleri kullanılarak elde edilmiştir ki: zeg, NG2creER: YFP ve transgenik fare hatları PLPDsRed. NG2 hücreleri ön beyin ve beyincik dilimleri (Şekil 1B-D, video 1) ve bu hücrelerin fenotip gün boyunca görüntülü olabilir tespit edilerek ve NG2 ve CC1 antikorları (Şekil 1E) ile immünboyama edilebilir. Canlı görüntülemeye ek olarak, hücre çoğalması aynı zamanda Ki67...

Tartışmalar

Merkezi sinir sisteminde etkin Myelinasyon nöronal iletişim ve aksonal hayatta ²² için gereklidir. ^{25 -} En beyin bölgelerinde ^16,23 içinde yerleşik nüfusu korurken NG2 hücreleri sürekli yetişkinlik içine Myelinating oligodendrositleri oluşturmak. Bu hücrelerin farklılaşmasını düzenleyen bazı genetik ve moleküler mekanizmalar tarif edilmiştir ama çok keşfedilmeyi beklemektedir. Organotipik dilim kültürleri nedeniyle anatomik bölge, hücre dışı ortama kolay man...

Malzemeler

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