Name: genetic manipulation of cerebellar granule neurons in vitro and in vivo to study neuronal morphology and migration
Uploaded: 2014-03-17T17:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration at JoVE.com

Ringraziamo N. Schwedhelm-Domeyer per l&#39;eccellente assistenza tecnica, C. Martello e S. Papiol per un aiuto con analisi statistiche. Il nostro lavoro è finanziato dalla Max Planck Society, la Deutsche Forschungsgemeinschaft, il Center for Nanoscale Microscopia e Fisiologia Molecolare del cervello (CNMPB), Göttingen, Germania e dal GGNB Junior Gruppo Stipend dell&#39;Università di Göttingen.

CGN possono essere preparati sia dal primo giorno post-natale (P) 5 cuccioli di topo o cuccioli di ratto P6. Seguiamo un protocollo, descritto da Bilimoria e colleghi, che utilizza un inibitore mitotico per selezionare per CGN postmitotic 13. Etica dichiarazione: Tutti gli esperimenti che coinvolgono animali vivi sono stati condotti secondo il protocollo degli animali, approvato dal &quot;Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit&quot; della Bassa Sassonia, in Germania. ...

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J., Schwedhelm-Domeyer, N., Nakazawa, T., Stegmuller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p250GAP+is+a+novel+player+in+the+Cdh1-APC/Smurf1+pathway+of+axon+growth+regulation.">p250GAP is a novel player in the Cdh1-APC/Smurf1 pathway of axon growth regulation.</a> PLoS One. 7, (2012).</li><li>Kannan, M., Lee, S. J., Schwedhelm-Domeyer, N., Stegmuller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+E3+ligase+Cdh1-anaphase+promoting+complex+operates+upstream+of+the+E3+ligase+Smurf1+in+the+control+of+axon+growth.">The E3 ligase Cdh1-anaphase promoting complex operates upstream of the E3 ligase Smurf1 in the control of axon growth.</a> Development. 139, 3600-3612 (2012).</li><li>Gaudilliere, B., Konishi, Y., de la Iglesia, N., Yao, G., Bonni, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CaMKII-NeuroD+Signaling+Pathway+Specifies+Dendritic+Morphogenesis.">CaMKII-NeuroD Signaling Pathway Specifies Dendritic Morphogenesis.</a> Neuron. 41, 229-241 (2004).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Cdc20-APC+ubiquitin+signaling+pathway+regulates+presynaptic+differentiation.">A Cdc20-APC ubiquitin signaling pathway regulates presynaptic differentiation.</a> Science. 326, 575-578 (2009).</li><li>Litterman, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+OBSL1-Cul7Fbxw8+ubiquitin+ligase+signaling+mechanism+regulates+Golgi+morphology+and+dendrite+patterning.">An OBSL1-Cul7Fbxw8 ubiquitin ligase signaling mechanism regulates Golgi morphology and dendrite patterning.</a> PLoS Biol. 9, (2011).</li><li>Kim, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+centrosomal+Cdc20-APC+pathway+controls+dendrite+morphogenesis+in+postmitotic+neurons.">A centrosomal Cdc20-APC pathway controls dendrite morphogenesis in postmitotic neurons.</a> Cell. 136, 322-336 (2009).</li><li>Shalizi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+calcium-regulated+MEF2+sumoylation+switch+controls+postsynaptic+differentiation.">A calcium-regulated MEF2 sumoylation switch controls postsynaptic differentiation.</a> Science. 311, 1012-1017 (2006).</li><li>Vadhvani, M., Schwedhelm-Domeyer, N., Mukherjee, C., Stegmuller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Centrosomal+E3+Ubiquitin+Ligase+FBXO31-SCF+Regulates+Neuronal+Morphogenesis+and+Migration.">The Centrosomal E3 Ubiquitin Ligase FBXO31-SCF Regulates Neuronal Morphogenesis and Migration.</a> PLoS One. 8, (2013).</li><li>Puram, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+CaMKIIbeta+signaling+pathway+at+the+centrosome+regulates+dendrite+patterning+in+the+brain.">A CaMKIIbeta signaling pathway at the centrosome regulates dendrite patterning in the brain.</a> Nat. Neurosci. , (2011).</li><li>Jia, Y., Zhou, J., Tai, Y., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TRPC+channels+promote+cerebellar+granule+neuron+survival.">TRPC channels promote cerebellar granule neuron survival.</a> Nat. Neurosci. 10, 559-567 (2007).</li><li>Huynh, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+isoform-specific+SnoN1-FOXO1+repressor+complex+controls+neuronal+morphogenesis+and+positioning+in+the+mammalian+brain.">An isoform-specific SnoN1-FOXO1 repressor complex controls neuronal morphogenesis and positioning in the mammalian brain.</a> Neuron. 69, 930-944 (2011).</li><li>de la Torre-Ubieta, L., Bonni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+regulation+of+neuronal+polarity+and+morphogenesis+in+the+mammalian+brain.">Transcriptional regulation of neuronal polarity and morphogenesis in the mammalian brain.</a> Neuron. 72, 22-40 (2011).</li><li>Calissano, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombinant+human+insulin-like+growth+factor+I+exerts+a+trophic+action+and+confers+glutamate+sensitivity+on+glutamate-resistant+cerebellar+granule+cells.">Recombinant human insulin-like growth factor I exerts a trophic action and confers glutamate sensitivity on glutamate-resistant cerebellar granule cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 8752-8756 (1993).</li></ol>

Vantaggi e limitazioni del descritto in vitro e in vivo: CGN Colta da mouse e ratti sono ugualmente adatti per le analisi morfologiche. A causa della dimensione più grande di un cervelletto di ratto, la resa di CNGS da cuccioli di ratto supera quello dei cuccioli di topo 3-4x. A parte CGN, neuroni corticali e ippocampali possono essere utilizzati come sistema cultura. Il metodo di fosfato di calcio si traduce in un basso (0,01-5%) efficienza di trasfezione, che è desidera...

Il cervelletto è un ottimo sistema per studiare i meccanismi di crescita degli assoni e la migrazione. Il cervelletto è stata oggetto di studi anatomici fin dagli albori delle neuroscienze 1. Microscopia moderna e tecniche di immunoistochimica hanno notevolmente ampliato e perfezionato le scoperte iniziali di Santiago, Ramon e Cajal 2-4. Genetica del topo e studi molecolari scoperti fattori di crescita e di trascrizione essenziali nel controllo dello sviluppo del cervelletto, che ha portato ad una maggiore comprensione degli eventi cruciali necessari per il corretto cablaggio dei diversi tipi di neuroni, tra cui neuroni granulari del cervelletto (CGN) 5-7. Il cervelletto è un derivato di rhombomere 1 della hindbrain sviluppo 8. Il labbro rombico, che è parte del tetto del 4 ° ventricolo, dà origine a progenitori neuronali dei granuli cerebellari, che costituiranno la più numerosa popolazione neuronale nelcervelletto adulto 9. Dopo la migrazione rostrale, si depositano nel anlage cerebellare. Qui, mitosi di precursori neuronali dei granuli porta alla drammatica espansione dello strato granulare esterno (EGL), che avviene dopo la nascita nei roditori. Dal EGL, i neuroni iniziano la migrazione verso l&#39;interno attraverso lo strato molecolare (ML), oltre lo strato di cellule di Purkinje a prendere in ultima analisi, la residenza nello strato granulare interno (IGL 2). Durante questo processo migratorio, acquisiscono una forma bipolare con due assoni si estende nella ML. Su ulteriore migrazione, il corpo cellulare migra distanti assoni ei due processi fondono per formare uno biforcato, assone forma di T 10. Successivamente, questi assoni fasciculate e sono indicate come fibre parallele. Stabilitosi nel IGL, CGN crescere dendriti, che formano artigli dendritiche stabilire sinapsi con le fibre di muschio. Per esaminare processi fondamentali nel cervelletto sviluppo, un combinato in vitro e in vivo approach consente di ottenere risultati affidabili e conclusioni. CGN sono non solo più numerosi neuroni del cervelletto ma dell&#39;encefalo e possono essere coltivate a elevata purezza 11-13. Nella cultura, questa popolazione neuronale molto omogenea diventa rapidamente postmitotico e acquisisce una morfologia polare con assoni e dendriti facilmente identificabili. CGN coltura hanno dimostrato di essere estremamente utile per studiare i vari aspetti dello sviluppo neuronale, tra cui la proliferazione progenitore, la differenziazione, assonale e lo sviluppo dei dendriti, migrazione neuronale, l&#39;apoptosi e le proprietà elettrofisiologiche (14-19 e molti altri). L&#39;uso della manipolazione genetica ha ampliato la versatilità di CGN colti e consentito per una visione più meccanicistica nei suddetti eventi. La trasfezione di neuroni in coltura con bassa efficienza fosfato di calcio o metodi lipofile seguiti da immunocitochimica con marcatori polarità o software supportato da analisi di facilitareTATI la valutazione ad esempio la morfologia dei singoli neuroni in coltura neuronale denso. Con questo approccio, il ruolo delle proteine ​​di interesse in assoni e dendriti crescita può essere studiato 20-25,26-28. Questo sistema di coltura però è meno utile per analizzare migrazione neuronale, come la migrazione è molto limitata nelle culture ad alta densità e richiederebbe co-colture. L&#39;analisi in vitro di assoni e dendriti crescita consente anche per l&#39;esame di proteine ​​interconnessi di una via di segnalazione utilizzando combinazioni di RNA interference (i), sovra-espressione o piccole molecole. Per stabilire la rilevanza della proteina di interesse in assoni e dendriti regolazione della crescita o la migrazione neuronale, l&#39;elettroporazione in vivo (IVE) tecnica permette l&#39;analisi in via di sviluppo corteccia cerebellare. Per il fatto che lo sviluppo cerebellare nei roditori estende strada nelle prime due settimane dopo la nascita, il cervelletto rappresenta un accessibstruttura del cervello per le manipolazioni genetiche per esaminare lo sviluppo di assoni e dendriti, migrazione neuronale, sinaptogenesi e apoptosi 20-24,29,30,26,27,31-34. Inoltre, questo modello di sistema è utile anche per altri aspetti dello sviluppo neuronale che richiedono la corteccia cerebellare intatta come assone pathfinding, il cablaggio e la connettività dei neuroni e delle interazioni neuroni-glia Preso insieme, questo protocollo prevede in vitro e in vivo le tecniche per affrontare un approccio complementare per quanto riguarda la morfogenesi neuronale e la migrazione.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="541">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">DMEM</td>
			<td style="width:125px;">Gibco</td>
			<td style="width:88px;">11960-044</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">BME</td>
			<td style="width:125px;">Gibco</td>
			<td style="width:88px;">41010-026</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Insulin</td>
			<td style="width:125px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:88px;">Si-1-4011</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:160px;">Poly-L-Ornithine</td>
			<td style="width:125px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:88px;">P-2533</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:160px;">CaCl2</td>
			<td style="width:125px;">Appli-Chem</td>
			<td style="width:88px;">A3652</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:160px;">Isofluorane</td>
			<td style="width:125px;">Actavis Deutschland</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">Tissue-Tek OCT</td>
			<td style="width:125px;">Sakura</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:160px;">Material Name</td>
			<td style="width:125px;">Company</td>
			<td style="width:88px;">Catalogue Number</td>
			<td style="width:168px;">Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">ECM 830 and tweezertrodes</td>
			<td style="width:125px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:160px;">Epifluorescence microscope and camera</td>
			<td style="width:125px;">Nikon</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">SP2 confocal microscope</td>
			<td style="width:125px;">Leica</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">ImageJ</td>
			<td style="width:125px;">NIH</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">Imaris 7.4.2</td>
			<td style="width:125px;">Bitplane, Inc.</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">GraphPad Prism</td>
			<td style="width:125px;">GraphPad Software, Inc.</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">MS Excel</td>
			<td style="width:125px;">Microsoft</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">Loading tip 1-200 &#181;l</td>
			<td style="width:125px;">Costar</td>
			<td style="width:88px;">4853</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:160px;">Pipette tip 200 &#181;l</td>
			<td style="width:125px;">Sarstedt</td>
			<td style="width:88px;">70.760.502</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">Microlance 3 needle, 30 gauge</td>
			<td style="width:125px;">BD</td>
			<td style="width:88px;">302200</td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">50 &#181;l gastight Syringe 1705</td>
			<td style="width:125px;">Hamilton</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:168px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:160px;">Glass coverslips&#160;</td>
			<td style="width:125px;">Thermo Scientific Menzel Glaeser</td>
			<td>CB00120RA1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

genetic manipulation of cerebellar granule neurons in vitro and in vivo to study neuronal morphology and migration

Eventi dello sviluppo del cervello, tra cui la morfogenesi neuronale e migrazione sono processi altamente orchestrati. In vitro e in vivo analisi consentono di una caratterizzazione approfondita per identificare meccanismi coinvolti in questi eventi. Neuroni granulari cerebellari (CGN) che sono derivati ​​dal cervelletto di sviluppo sono un sistema modello ideale che consente analisi morfologiche. Qui, descriviamo un metodo di come manipolare geneticamente CGN e come studiare axono-e dendritogenesis dei singoli neuroni. Con questo metodo gli effetti dell&#39;interferenza RNA, sovraespressione o piccole molecole possono essere confrontati per controllare neuroni. Inoltre, la corteccia cerebellare roditore è facilmente accessibile in sistema vivo a causa del suo sviluppo postnatale predominante. Vi presentiamo anche una tecnica di elettroporazione in vivo per manipolare geneticamente il cerebella sviluppo e descrivere la successiva cerebellare analisi per valutare la morfologia neuronale unand migrazione.

Per analizzare la morfologia della CGN in risposta a differenti condizioni di coltura, abbiamo trasfettato i neuroni sul DIV 0 come descritto sopra. Dopo trasfezione, abbiamo messo una serie di neuroni in pieno mezzo (BME, siero di vitello al 10%, 2 PSG mM, 25 mM KCl) e un&#39;altra serie in minima quantità di terreno contenente insulina (BME, glucosio 25 mM, 2 PSG mm, 10 mg / insulina ml). Abbiamo sottoposto i neuroni a immunocitochimica utilizzando l&#39;anticorpo GFP a DIV 1, 2, e 3, seguita da assoni e dendriti di ...

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Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Morfogenesi neuronale e la migrazione sono eventi cruciali alla base un corretto sviluppo del cervello. Qui, descriviamo i metodi per manipolare geneticamente colture di neuroni granulari del cervelletto e del cervelletto in via di sviluppo per la valutazione della morfologia e delle caratteristiche migratorie dei neuroni.

Manipolazione genetica delle cerebellare granuli neuroni<em&gt; In Vitro</em&gt; E<em&gt; In Vivo</em&gt; Per studiare neuronale Morfologia e migrazione

Developmental events in the brain including neuronal morphogenesis and migration are highly orchestrated processes. In vitro and in vivo analyses allow ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Automated Sholl Analysis of Digitized Neuronal Morphology at Multiple Scales

Analisi automatizzata Sholl di Digitized morfologia neuronale a scale multiple

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3.  Specifically, it affects the ability of neurons to ...

Ricerca

Neuroscienze

Lentivirus-mediated Genetic Manipulation and Visualization of Olfactory Sensory Neurons in vivo

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Lentivirus-mediata manipolazione genetica e la visualizzazione dei neuroni sensoriali olfattivi In vivo</em

Development of a precise olfactory circuit relies on accurate projection of olfactory sensory neuron (OSN) axons to their synaptic 
targets in the ...

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After neurotransmitter release in central nerve terminals, SVs are rapidly retrieved by endocytosis.  Retrieved SVs are then refilled with ...

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One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Nucleofection of Rodent Neuroblasts to Study Neuroblast Migration In vitro

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The subventricular zone (SVZ) located in the lateral wall of the lateral ventricles plays a fundamental role in adult neurogenesis. In this restricted ...

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