Method Article
Eine Methode zur organotypischen Slices aus dem E12.5 murinen embryonalen Mittelhirns zu erzeugen, ist beschrieben. Die organotypischen Kulturen verwendet, um das Verhalten von dopaminergen Neuronen oder anderen ventralen Mittelhirn Nervenzellen zu beobachten.
Die Maus ist ein ausgezeichnetes Modell Organismus von Säugetieren die Entwicklung des Gehirns aufgrund der Fülle von molekularen und genetischen Daten zu studieren. Allerdings ist die Entwicklung von Gehirn der Maus nicht für einfache Handhabung und Bildgebung in vivo geeignet, da die Maus-Embryo ist unzugänglich und undurchsichtig. Organotypischen Kulturen von embryonalen Gehirne sind daher häufig verwendet, um murine die Entwicklung des Gehirns in-vitro-Studie. Ex-vivo Manipulation oder die Verwendung von transgenen Mäusen ermöglicht die Änderung der Genexpression, so dass Subpopulationen von Neuronen oder Gliazellen mit fluoreszierenden Proteinen markiert werden können. Das Verhalten der markierten Zellen können dann beobachtet, wenn Zeitraffer-Bildgebung werden. Zeitraffer-Bildgebung hat sich besonders zur Untersuchung von Zell Verhaltensweisen, die die Entwicklung der Hirnrinde am späten embryonalen Stadien 1-2 zugrunde liegen. Embryonale organotypischen Kultur-Systemen im Gehirn Regionen außerhalb des Vorderhirns sind weniger gut established. Daher ist der Reichtum der Zeitraffer-Imaging-Daten zur Beschreibung neuronaler Zellmigration auf das Vorderhirn 3,4 beschränkt. Es ist noch nicht bekannt, ob die Grundsätze für die dorsale Gehirn entdeckt wahr halten ventralen Hirnbereiche. In der ventralen Gehirn sind Nervenzellen in neuronalen Clustern statt Schichten organisiert und sie haben oft zu kompliziert wandernde Bahnen zu unterziehen, um ihre endgültige Position zu erreichen. Die ventralen Mittelhirn ist nicht nur ein gutes Modell für ventrale Entwicklung des Gehirns, sondern enthält auch neuronale Populationen wie dopaminergen Neuronen, die relevant sind in Krankheitsprozesse. Während die Funktion und die Degeneration von dopaminergen Neuronen ist sehr detailliert in das erwachsene und alternde Gehirn untersucht worden, ist nur wenig über das Verhalten dieser Neuronen während ihrer Differenzierung und Migration Phase 5 bekannt. Wir beschreiben hier die Generation der Scheibe Kulturen aus dem embryonalen Tag (E) 12,5 Maus ventralen Mittelhirn. Diese Scheibe Kultnahmen sind potentiell geeignet für die Überwachung der dopaminergen Neuronen Entwicklung über mehrere Tage in vitro. Wir beleuchten die wichtigsten Schritte bei der Erzeugung von Hirnschnitten in diesen frühen Stadien der embryonalen Entwicklung und besprechen die notwendigen Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung der normalen Entwicklung von dopaminergen Neuronen in vitro. Wir präsentieren auch Ergebnisse aus Zeitreihen Imaging Experimente. In diesen Experimenten wurden ventralen Mittelhirn Vorstufen (einschließlich dopaminerge Vorstufen) und ihre Nachkommen in einem Mosaik Weise unter Verwendung eines Cre / loxP Basis induzierbaren Schicksal Mapping-System 6 gekennzeichnet.
Teile dieses Protokolls werden von Daza et al modifiziert., 2007 7.
1. Die Vorbereitungen
2. Dissection und Einbettung von embryonalen Gehirnen
3. Vibratom sectioning
4. Slice-Kultur
Steps 4,2-4,5 sind unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden.
5. Zeitraffer-Imaging
6. Repräsentative Ergebnisse
Abbildung 1 illustriert die Herstellung von organotypischen Kulturen von E12.5 Maus Gehirn. Abbildung 2 zeigt die horizontale organotypischen Slices (akuten und nach einigen Tagen in Kultur) erhalten Form E12.5 Gehirn der Maus. Zum Vergleich, gefroren Hirnschnitten bei den entsprechenden Entwicklungsstufengezeigt werden. Mittelhirn dopaminergen Neuronen visualisiert mit Immunhistochemie für Tyrosin-Hydroxylase (TH). Mittelhirn dopaminergen Neuronen Projekt, um Ziele im Vorderhirn. Diese Projektionen beginnen am E12.5 Form und erstrecken sich in Richtung Vorderhirn während der folgenden Tage. Wir betrachten die Entwicklung des Vorderhirns Projektionen als ein guter Indikator für die normale Entwicklung von dopaminergen Neuronen in Kultur. In der horizontalen Scheiben Mittelhirn dopaminergen Neuronen zu erweitern Projektionen auf ihre ordnungsgemäße Vorderhirn Zielgebiet. Nach 3 DIV (days in vitro) oder wenn das Vorderhirn Zielgebiete sind beschädigt, aberrante Projektionen in Richtung der dorsalen Mittelhirn zu verlängern. Beispiele für koronare Scheiben E12.5 Mittelhirn sind in Abbildung 3 dargestellt. Dopaminergen Neuronen visualisiert mit Immunfärbung für TH verlängern aberrante Projektionen zum dorsalen Mittelhirn. Abbildung 4 zeigt eine Analyse der proliferierenden, nekrotischen und apoptotischen Zellen in der organotypischen Kulturen. BrdU immunostaining zu proliferierenden Zellen visualisieren zeigt, dass Zellen unter Kulturbedingungen vermehren nach 1 DIV. Proliferation ist nach 4 DIV reduziert. Nach 3 DIV, durchlaufen viele Zellen im ventralen Mittelhirn Nekrose (Propidiumiodid-Färbung) und apotosis (Immunfärbung für gespaltene Caspase-3). Abbildung 5 zeigt Zugwege YFP-markierten Neuronen in einem Zeitraffer-Imaging-Experiments in einer akuten Scheibe überwacht .
Abbildung 1. Schematische Darstellung der Herstellung von organotypischen Kulturen. 300 um horizontale Hirnschnitten werden durch Schneiden ein E12.5 Gehirn mit einem Vibratom vorbereitet. (A) Schematische sagittale Ansicht eines E12.5 Gehirn der Maus. Levels von Abschnitten angegeben sind. Das Gebiet mit dopaminergen Neuronen in rosa dargestellt ist, sind Projektionen in blau angegeben. (B) Schematische Darstellung der drei Scheiben, die von dorsal nach ventral erhalten werden können und that enthalten sowohl Vorderhirn (Fb) und Mittelhirn (Mb). Beachten Sie, dass nur eine Scheibe dopaminergen Neuronen (slice b) enthält. Die entsprechenden Scheibe kann auf der Grundlage der Position der Kammern und die Kontinuität des Mittelhirns und Vorderhirns Gewebe (Pfeile, vgl. Abschnitt b § a und c) identifiziert werden. Das Gebiet mit dopaminergen Neuronen in rosa angezeigt wird, ist der Bereich mit dopaminergen Vorstufen in grüne, blaue Pfeile dargestellt zeigen die Entwicklung Projektionen. (C) Die Scheibe enthält dopaminergen Neuronen auf Membran-Einsätze kultiviert. Abkürzungen: VMB, ventralen Mittelhirn, DMB, dorsalen Mittelhirn; Hyp, Hypothalamus, Hb, Hinterhirn.
Abbildung 2. Projektionen des Mittelhirns dopaminergen Neuronen in organotypischen Kulturen sind abhängig von der Integrität des Vorderhirns. Immunhistochemie für Tyrosin-Hydroxylase (TH) zu dopaminergen Neuronen Etikett. (A) Akute slice (0 DIV)zeigt die normale Lage der dopaminergen Neuronen im ventralen Mittelhirn. Der weiße Pfeil zeigt das Gebiet, das in höherer Vergrößerung im Einschub gezeigt wird. Projektionen auf das Vorderhirn noch nicht entwickelt. Nach 1 DIV, starten Projektionen zum Vorderhirn zu bilden. Projektionen erstrecken sich in das Vorderhirn bei 2-3 DIV. Weiße Pfeile zeigen die Position der Zellkörper in höherer Vergrößerung in den Einschüben (weißer Rahmen) angezeigt. Gelbe Pfeile markieren den normalen Projektionen in intakten Scheiben in höherer Vergrößerung in den Einschüben (gelber Rahmen) dargestellt. Aberrant Projektionen entwickeln in Scheiben mit beschädigtem Vorderhirn. Rote Pfeile zeigen die aberrante Projektionen zum dorsalen Mittelhirn in höherer Vergrößerung in den Einschüben (roter Rahmen) dargestellt. Der Schaden wird mit roten Sternchen gekennzeichnet. Nach 3 DIV, die meisten Scheiben (n = 7.5) hatte aberrante Projektionen in Richtung der dorsalen Mittelhirn. (B) TH Immunfärbung auf horizontalen eingefroren Hirnschnitten in verschiedenen Entwicklungsstadien zeigen die Entwicklungdopaminerger Projektionen in vivo. Weiße Pfeile zeigen die Position der Zellkörper in höherer Vergrößerung in den Einschüben (weißer Rahmen) angezeigt. Gelbe Pfeile markieren die Position der Projektionen in hoher Vergrößerung in den Einschüben (gelber Rahmen) dargestellt. Die Höhe der Gefrierschnitte wurde gewählt, um genau das Niveau der organotypischen Kulturen. Beachten Sie, dass eine einzige Gefrierschnitten (12 um) repräsentiert nicht die gesamte organotypischen (300 um). Deshalb waren die Prognosen bei E13.5 und E14.5 gezeigt auf § § 120 um mehr ventral als der Abschnitt mit dem Zellkörper (gelb Sternchen) beobachtet.
Abbildung 3. Mittelhirn koronalen Schnitt Kulturen für Tyrosin-Hydroxylase (TH) als Marker für dopaminerge Neuronen gefärbt. (AC) Scheiben nach 1, 2 oder 3 DIV. Dopaminergen Neuronen entwickeln aberrante Projektionen in Richtung der dorsalen Mittelhirn (red Pfeile). Pfeilspitzen zeigen die Lage der dopaminergen Zellkörper.
Abbildung 4. Zellproliferation und Zellvitalität in Mittelhirn organotypischen Kulturen. (A) Proliferierende Zellen wurden durch die Zugabe von BrdU (50 ng / mL, Sigma) in das Kulturmedium für 18 h beschriftet Scheiben wurden anschließend für BrdU immungefärbt. Nach 1 DIV sind BrdU-markierte Zellen in der ventrikulären Zonen (rote Pfeile) entfernt. Nach 4 DIV, sind proliferierenden Zellen mehr zerstreut und eine ausgeprägte ventrikuläre Zone wird nicht mehr gepflegt. (B) nekrotische Zellen wurden durch Zugabe von Propidiumiodid (1μg/μL, Sigma) in das Kulturmedium für 2 Stunden markiert und mit Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht. Nach 1 DIV ist der ventralen Mittelhirn (VMB) nicht nekrotisch, aber viele Propidiumjodid markierten Zellen können in der dorsalen Mittelhirn und Vorderhirn zu sehen. Nach 3 DIV die Lebensfähigkeit der Zellen verringert sich in der ventralen midbrain. Maßstabsbalken: 500 pm (C) Immunostaing für gespaltene Caspase-3 um apoptotische Zellen sichtbar zu machen. Auf 1 oder 2 DIV, sind nur wenige dopaminergen Neuronen (TH) apoptotisch. Nach 3 DIV, starten dopaminergen Neuronen zur Apoptose. Panels in der Mitte und auf der rechten Seite sind höhere Vergrößerungen der eingerahmten Bereich in der linken Panels. Die höheren Vergrößerungen Bilder sind Maximum Intensity Projections der z-Stacks von 14-16 Frames. Die Bilder wurden alle 0,5 mu m mit einem Zeiss Apotome Set-up übernommen.
Abbildung 5. Zugweg von YFP-markierten Neuronen in einer akuten Scheibe. (A) Horizontal-Slice für Zeitraffer-Aufnahme von YFP-markierten Neuronen verwendet. Die Scheibe wurde für 5 Stunden vor der Bildgebung inkubiert. Die Zellen wurden beschriftet mit einem induzierbaren Cre / loxP-System 6. Shh Creer Mäusen 8 und ROSA loxP-STOP-loxP-EYFP Reporter Mäusen 9 haben wirre eingesetzt. Die Rekombination der ROSA-Reporter-Allels (und EYFP Ausdruck) ist in Zellen induziert, die ausdrückliche Creer (Shh-exprimierenden Zellen), aber nur bei Verabreichung von Tamoxifen (Sigma). In diesem Beispiel wurde Tamoxifen (3 mg/40 g Körpergewicht) an trächtige Mäuse an E8.5 verwaltet. Dieser experimentelle Aufbau resultiert in erster Linie in der Etikettierung von Vorstufen von dopaminergen Neuronen und ihre Nachkommen in der ventralen Mittelhirn 10,11. Maßstab: 500 um. (B) Auf den Spuren der Zugweg von YFP-markierten Neuronen in einer akuten Scheibe. Zeitraffer-Bilder von YFP-markierten Schicksal abgebildet Neuronen wurden alle 30 min für eine Gesamtzeit von 5 Stunden und 30 min auf einem Zeiss Axio Observer-Mikroskop (Objektiv EC PlnN 10x / 0,3) erworben. Scheiben wurden in einer Klimakammer (Inkubator XLS1 Pecon) bei 37 ° C bebrütet und geliefert mit 5% CO 2 während der Bildgebung. Die Ausgangslage der Zellen ist mit roten Pfeilen markiert, Migration Positionen sind mit roten Sternchen gekennzeichnet.
Die organotypischen Kultur hier vorgestellte Methode stellt ein System für die kurzfristige In-vitro-Analyse der Entwicklung von dopaminergen Neuronen und ihre Migrations-und Projektions-Strecken in der embryonalen ventralen Mittelhirn. Wir fanden, dass es eine Reihe von kritischen Schritte in das Protokoll, das sorgfältig gepflegt werden sollte, um Scheiben, die die normale Entwicklung des ventralen Mittelhirn dopaminergen Neuronen ermöglichen zu erhalten. Der wichtigste Schritt ist die Zerlegung des embryonalen Gehirns, die sowohl eine schnelle und präzise ist. Im Gegensatz zur Generation der Erwachsenen Hirnschnitten, ist es entscheidend, Abschnitt das Gehirn auf einer Vibratom mit einem Kühlsystem und einer niedrigen Frequenz mit einer hohen Geschwindigkeit kombiniert, um intakte Scheiben E12.5 Gehirn zu erhalten verwenden ausgestattet. Schließlich beobachteten wir, dass Scheiben geschnitten zu sein in der horizontalen Ebene, so dass zusätzlich zu den ventralen Mittelhirn Vorderhirn Zielgebiete der dopaminergen Projektionen in der Scheibe sind enthalten haben.Wir haben auch bemerkt, dass das Vorderhirn zu sein in diesen Scheiben intakt, damit eine normale dopaminerge Projektionen zu entwickeln hat. In koronalen Scheiben sind die Vorderhirn Zielbereiche der dopaminergen Neuronen fehlen und die Neuronen bilden aberrante Projektionen zum dorsalen Mittelhirn.
Wir zeigen, dass Scheiben erhalten nach unserem Protokoll in vitro gehalten werden kann für bis zu 3 Tage, und dass dopaminerge Neurone behalten ihre normale Position und Vorderhirn Projektionen. Darüber hinaus ist die proliferative Kapazität der ventrikulären Zone Vorläufer in der Scheibe gehalten. Doch nach mehr als 3 Tage in Kultur, sinkt die Rentabilität der Scheiben dramatisch. Folglich kann die Scheibe Kulturen aus E12.5 Gehirn erhalten für die Beurteilung der frühen Schritte in dopaminergen Neuronen Migration und Differenzierung verwendet werden, aber sie können nicht für langfristige Experimente genutzt werden. Um zu beurteilen späteren Stadien der Entwicklung des Mittelhirns, die Erzeugung von Scheiben von leicht older Embryonen könnte eine Alternative sein.
Wir zeigen weiter, dass organotypischen Kulturen für Zeitraffer-Bildgebung des ventralen Mittelhirn Vorläufer und ihre Nachkommen, die in vivo etikettiert wurden mit Hilfe eines genetischen Schicksal Mapping-Ansatz verwendet werden kann. Da die Kennzeichnung hier vorgestellte Methode nur Marken Zellkörper, haben wir die Scheiben verwendet werden, um neuronalen Migration zu verfolgen. Allerdings könnten verschiedene Reporter Linien, die auch Label axonalen Projektionen sinnvoll sein, axonale Auswachsen der ventralen Mittelhirn Nervenzellen in vitro 12 überwachen.
Wir haben nichts zu offenbaren.
Wir bedanken uns bei Martine Emond und Isabel Brachmann für ihre Hilfe bei der Festlegung der organotypischen Kultur und Wolfgang Hübner und Liviu Gabriel Bodea für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Wir möchten Frank Costantini für die R26-Reporter Mäusen und Cliff Tabin für die Shh Creer Mäuse danken. Diese Studie wurde durch einen Forschungspreis aus dem Ministerium für Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen (Programm zur förderung der Rückkehr des Wissenschaftlichen Spitzennachwuchses Aus dem Ausland) gefördert.
Tabelle der spezifischen Reagenzien und Geräte
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare (optional) |
---|---|---|---|
DMEM | Sigma-Aldrich | D6429 | |
Glucose 30% | Sigma-Aldrich | G7528-250 | |
Pferdeserum | Invitrogen | 26050-088 | |
DMEM (4,5 g / L Glc., Mit L-Gln, Na Pyr, NaHCO3) | Sigma-Aldrich | D6429-500 | |
Penicillin / Streptomycin 100x | Sigma-Aldrich | P4333-20 | |
L-Ascorbinsäure | Sigma-Aldrich | A4403 | Vorbereitung 200mM Lager und bei -20 ° C |
UltraPure LMP-Agarose | Invitrogen | 15517-022 | |
Millicel Einsätze | Millipore | PICMORG50 | |
μ-Dish 35 mm, niedrige | Ibidi | 80136 | |
Vibratom | Microm | HM 650V | |
Rasierklinge | Plano GmbH | 121-6 | |
Histoacryl Kleber | BRAU9381104 | Braun Aesculap | |
Perforierte Löffel Dia Durchmesser 15 mm | Feine Science Tools | 10370 -18 | |
Pinzetten 5 Dumoxel | Feine Science Tools | 11252 bis 30 |
Antikörper für Immunofärbungen verwendet:
Name des Antikörpers | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare (optional) |
Rabbit anti-Tyrosin-Hydroxylase | Millipore | AB152 | Verdünnung 1:500 |
Maus anti-Tyrosin-Hydroxylase | Millipore | MAB318 | Verdünnung 1:500 |
Maus anti-BrdU | BD Pharmingen | 555627 | Verdünnung 1:200 |
Kaninchen-anti-Caspase-3 gespalten | Cell Signaling Technology | 9661 | Verdünnung 1:200 |
Donkey anti-Kaninchen-IgG-Alexa 488 | Invitrogen | A21206 | Verdünnung 1:500 |
Donkey anti-Maus-IgG-Cy3 | Jackson ImmunoResearch | 715-165-150 | Verdünnung 1:200 |
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