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Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del tubo neurale, ma migrano per raggiungere obiettivi adeguati. Branchiomotor facciale (FBM) i neuroni sono un modello utile per studiare la migrazione neuronale. Questo protocollo descrive la wholemount ex vivo cultura della hindbrains embrione di topo per studiare i meccanismi che regolano la migrazione FBM.
Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del cervello, ma poi migrare verso nuove destinazioni per raggiungere obiettivi adeguati. Decifrare i segnali molecolari che guidano cooperativo migrazione neuronale nel cervello embrionale è quindi importante capire come le reti neurali complesse formano che supportano più tardi la vita postnatale. Branchiomotor facciale (FBM) neuroni del topo hindbrain embrione migrano da rhombomere (r) 4 caudalmente a formare i nuclei facciali appaiati nella regione r6-derivati del hindbrain. Qui forniamo un protocollo dettagliato per wholemount ex vivo cultura della hindbrains embrione di topo adatti per studiare le vie di segnalazione che regolano la migrazione FBM. In questo metodo, hindbrains di embrioni di topo E11.5 vengono sezionati e coltivate in una preparazione libro aperto su inserti di coltura cellulare per 24 ore. Durante questo periodo, i neuroni FBM migrano caudalmente verso r6 e possono essere esposti ad anticorpi funzionali-blocking e piccola molecules nei terreni di coltura o perline eparina carichi di proteine ricombinanti per esaminare i ruoli per le vie di segnalazione coinvolte nel guidare migrazione neuronale.
Neuroni embrionali sono nati nella zona ventricolare del cervello, ma poi migrare verso nuove mete da raggiungere adeguate aree di destinazione che si trovano a grande distanza. Il corretto posizionamento dei corpi cellulari neuronali in punti appropriati lungo gli assi dorso-ventrale e antero-posteriore del cervello di sviluppo è essenziale per il corretto cablaggio, la sopravvivenza e la funzione di questi neuroni dopo la fase migratoria 1-4. Simile ai meccanismi molecolari che controllano l'assone guida 5-7, serie combinatorie di spunti attrattive e repulsive sono pensati per guidare i neuroni migrano 1,8. Tuttavia, a causa delle interazioni tra più tipi di cellule, i segnali che controllano la migrazione neuronale sono stati ampiamente studiati meno di quelli coinvolti nella guida degli assoni, che può essere studiato cellule autonomamente. La hindbrain sviluppo dei vertebrati è stato utilizzato in diversi studi recenti per comprendere i meccanismi molecolari e cellularidella migrazione neuronale, per esempio in pulcino, mouse e zebrafish 1-4,9. Questo organo contiene diversi tipi di neuroni, tra cui diversi sottotipi di precerebellar e motoneuroni 5,7,10,11.
Motorneuron hindbrain sono nati nella zona ventricolare vicino al fondello, e differenziarsi in specifici sottoinsiemi in base alla loro rhombomere di origine 1,12. Il branchiomotor facciale (FBM) i neuroni sono generati in rhombomere (r) 4 nel hindbrain ed estendono i loro assoni dorsale attraverso un punto di uscita r4 nel secondo arco branchiale per innervare i muscoli facciali 2,9,13. FBM neuroni di zebrafish ei topi fornire eccellenti modelli per studiare i meccanismi molecolari e cellulari della migrazione neuronale in un processo che viene prontamente visualizzato, perché questi neuroni riproducibile traslocano loro somata in un processo spatiotemporally ben definito. Nei topi, i neuroni FBM primo migrano Caudally attraverso R5 e poi sia caudale e ventrale per raggiungere la loro posizione definitiva sul lato piale del hindbrain nel territorio di r6, dove si formano i nuclei appaiati del VII nervo cranico (VIIn) 10,11,14. In zebrafish, i neuroni FBM inizialmente migrano ventrale e poi cambiano direzione al confine R4-R5 per continuare la migrazione verso la superficie piale in maniera laminina-dipendente 4,12,15,16. Questa migrazione procede nel corso di un periodo di diversi giorni di sviluppo e può essere diviso in fasi di migrazione tangenziale e radiale, che permette l'identificazione di molecole che mediano questi due processi distinti. Al contrario, i neuroni FBM del pulcino hindbrain embrionale rimangono in r4 3,13,17-19.
Durante la loro migrazione, i neuroni FBM possono essere identificati, come altri tipi o motoneuroni, attraverso la loro espressione del fattore di trascrizione homoeodomain isolotto 1 (Isl1) 14. Così, commercemount immunofluorescenza o ibridazione in situ per questo indicatore a diversi stadi di sviluppo rivela il flusso migratorio distinto di FBM somata estende da R4 a R6 in zebrafish o il mouse 4,15,16. Inoltre, i giornalisti transgenici fluorescenti come Isl1-GFP sono state utilizzate come strumenti idonei per visualizzarne la migrazione dei neuroni FBM in zebrafish 3,17-19. Oltre alla loro idoneità per l'imaging, molti ricercatori hanno studiato la migrazione dei neuroni FBM nello sviluppo di zebrafish, perché i loro embrioni a vita libera possono essere manipolati facilmente con tecniche di trapianto cellulare e composti farmacologici applicati direttamente l'acqua dell'acquario. Al contrario, l'embrione di topo sviluppa racchiuso in utero, precludendo l'impianto di perline che trasportano segnali di orientamento o la somministrazione di anticorpi funzione di blocco che non attraversano la barriera placentare. Inoltre, i composti farmacologici somministrati alla madre in gravidanza possono avere ONUeffetti collaterali desiderati che possono indirettamente compromettere l'embriogenesi. Eludere questa limitazione, abbiamo sviluppato un metodo di coltura ex vivo per l'intera hindbrain del mouse che è compatibile con la migrazione FBM neurone e la sopravvivenza per 24 ore dopo dell'espianto 7,16. Questo metodo permette la manipolazione farmacologica facile, impianto di perline trasportano segnali o somministrazione di anticorpi funzionali bloccante orientamento e potrebbe anche essere adattato per studiare la migrazione di altri sottotipi neuronali nel hindbrain a diversi stadi di sviluppo.
1. Facoltativo: Prepara Affi-gel Beads Perline eparina (Gel) per FBM Assay attrattività
NOTA: Preparare perline gel almeno 1 giorno prima di iniziare la procedura di espianto.
2. Rivestimento della Cultura Inserts
Espianti hindbrain sono coltivati sulla cultura Corning inserisce con una dimensione dei pori 8 micron, o inserti equivalenti. Inserti di coltura possono essere riutilizzate dopo il completamento del protocollo, a condizione che siano lavati con acqua distillata, sterilizzati con etanolo, e conservati in etanolo al 70% fino a quando necessario.
NOTA: Le seguenti operazioni devono essere eseguite in una cappa a flusso in condizioni sterili.
3. La dissezione del Hindbrains da E11.5 embrioni di topo
4. HindbrainEspianto Cultura
5. Wholemount immunofluorescenza di romboencefalo espianti
Sintesi dei passaggi e dei tempi
Temporizzato accoppiamento di ottenere gravidanze E11.25: ~ 14 giorni
Optional: Bead preparazione (Protocol 1): ~ 2 ore, il giorno prima di isolamento embrione
Preparare gli inserti della cultura e dei media (Protocollo 2): ~ 30 minuti, prima di isolamento embrione
Isolamento embrione e la dissezione hindbrain (passaggi 3,1-3,4): ~ 10 min / embrione
Dissezione hindbrain (passaggi 3,5-3,7): ~ 5-10 min / hindbrain
Procedura di espianto (passaggi 3,8-3,9): ~ 5-10 min / hindbrain
Optional: cordone impianto (passi 3,10-3,11): ~ 5-10 min / hindbrain
Cultura espianto (fase 4.7): 24 ore
Fissazione per la colorazione anticorpale (fase 5.1): 2 ore
Procedura di colorazione e di imaging (protocollo 5): 5 giorni
Questa sezione illustra esempi dei risultati che possono essere ottenuti attraverso lo studio FBM migrazione dei neuroni nel hindbrain mouse attraverso ex vivo della cultura. Abbiamo dimostrato che i neuroni FBM in hindbrains espiantati dal giorno 11 embrioni di topo prima subiscono una migrazione tangenziale (Figura 3A) e poi iniziare a montare il motore nuclei facciale (Figura 3B), simile al loro comportamento in utero (vedere Figura 1). Abbiamo inoltre dimostrato che l'impianto di un cordone VEGF165 imbevuto attrae neuroni FBM (Figure 3C e 3D), come precedentemente illustrato 16. È importante sottolineare che questo protocollo permette di studiare la migrazione FBM, in assenza di vasi sanguigni o fattori di vasi-derivati che possono influenzare la migrazione FBM in utero, perché la vascolarizzazione nonperfused degenera nella cultura 16. Pertanto, l'etichettatura globuli aspecifica osservato quando si utilizza l'anticorpo topo Isl1 su frescoisolati hindbrains del mouse (Figura 1) non è più presente nel tessuto hindbrain dopo 24 ore di cultura (figure 3A-F). Infine, vengono mostrati due esempi di hindbrains che non sono stati espiantati correttamente e quindi contenere neuroni FBM in una distribuzione anormale, o perché hindbrain non è stato espiantato abbastanza presto dopo embrione isolamento (Figura 3E) o perché il tessuto hindbrain ripiegato al transwell ( Figura 3F).
Figura 1. FBM migrazione dei neuroni confocale z-stack di hindbrains del mouse tipo selvatico dopo Isl1 immunomarcatura wholemount e flatmounting,.. Alla linea mediana hindbrain è indicato da un asterisco in tutti i pannelli (A) superficie ventricolare di un hindbrain E11.5 nel area contenente neuroni FBM Isl1-positivo (freccia), dimostrando la loro migrazione tangenziale da R4 a R6;. posizione di R4, R5 e R6 è indicato (A ') Pial superficie di una metà dello stesso hindbrain nella zona contenente la anlage . di uno dei nuclei FBM accoppiati (indicati con VIIn), così come altre popolazioni neuronali Isl1-positivo (B) superficie ventricolare di un hindbrain E12.5 contenente neuroni FBM che sta migrando tangenzialmente (freccia); la freccia indica un esempio di un vaso sanguigno contenente cellule circolanti che sono aspecifico etichettati da reazione crociata dell'anticorpo secondario anti-topo utilizzato per rilevare l'anticorpo Isl1 IgG di topo (B '). Pial superficie di una metà dello stesso hindbrain E12.5, che contiene uno dei nuclei FBM accoppiati. La linea mediana è indicato da un asterisco in ogni pannello. Bar Scale (tutti i pannelli): 200 micron. V, ventrale, P, piale./ 51397fig1highres.jpg "target =" _blank "> Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.
Figura 2. Mouse E11.5 hindbrain dissezione e ex vivo della cultura. (AE) passaggi chiave del protocollo di dissezione E11.5 hindbrain; barra della scala: 1. Mm (A) Testa dell'embrione dopo che è stato tagliato fuori dal resto dell'embrione a livello degli arti anteriori (B) La parte rostrale della. testa è stato rimosso e il resto del tessuto testa posizionato in modo che il 4 ° ventricolo (freccia) è orientato verso l'alto. (C) Il tetto del 4 ° ventricolo è stato staccato, e hindbrain è stata esposta da peeling tessuto sotto hindbrain distanza rostralmente e caudalmente. (D) La membrana piale è stato rimosso (si noti che in questa exampio, alcune midollo spinale cervicale (SC) tessuto è rimasto attaccato al hindbrain). (E) mesencefalo eccesso (MB) e del midollo spinale (SC) tessuto è stato rimosso per mantenere solo hindbrain. (inserti F) di coltura sono stati rivestiti con laminina e collocati in una piastra di coltura tissutale ben 12. (G) Ogni hindbrain è stato posto su un inserto e coperto con i media. (H) Rappresentazione schematica del percorso intrapreso dalla migrazione dei neuroni FBM (blu) durante la 24 ore di cultura. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.
Figura 3. Hindbrain ex vivo della cultura Mouse. (A, B) Un hindbrain E11.5 è stato coltivato per 24 ore e immunofluoresc pendentemente etichettati per Isl1 illustrare FBM migrazione neuronale in un espianto, sia ventricolare (A) e (B) piale lati hindbrain sono mostrati (C, D) hindbrains E11.5 littermate sono stati coltivati in presenza di eparina tallone impiantato bagnato. in PBS (C) o VEGF165 (D); notare che i neuroni FBM migrati verso e sopra il tallone VEGF165, e il flusso di migrazione pertanto estesa ulteriormente caudalmente rispetto al lato non trattato dello stesso hindbrain o hindbrain contenente sferette di controllo (E. , F) Esempi di insoddisfacenti espianti E11.5 romboencefalo, in cui FBM non sono emigrati da R4 (E), o in cui il tessuto hindbrain ripiegato durante la coltura (F). La linea mediana è indicato da un asterisco in ogni pannello. Barra della scala (per tutti i pannelli): 200 micron. V, ventrale, P, piale."> Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.
Questo protocollo descrive la cultura wholemount di hindbrains topo E11.5 in un sistema transwell per studiare la migrazione dei neuroni FBM. Questo protocollo permette motoneuroni del mouse romboencefalo da tenere viva e la migrazione per un periodo di 24 ore, consentendo ex vivo manipolazione. Questo metodo presenta numerosi vantaggi sperimentali per gli investigatori cercano di identificare i meccanismi molecolari e cellulari della migrazione neuronale. Considerando saggi di migrazione tradizionali espianto piccoli pezzi di tessuto neurale in matrice su piastre di coltura e consentono l'osservazione di singoli neuroni rispondono agli stimoli esogeni, uno dei principali vantaggi del saggio transwell è la sua idoneità per manipolare i neuroni migrano all'interno dell'ambiente organo ospitante e quindi una più contesto fisiologico. È importante sottolineare che le sostanze possono essere facilmente applicati alle ex vivo romboencefalo espianti per testare il loro effetto sulla migrazione neuronale, aggirando i possibili effetti collaterali associati con administesuonare queste sostanze per un mouse incinta. Infine, il modello ex vivo permette anche la sperimentazione di sostanze che non attraversano la barriera placentare, come gli anticorpi funzione di blocco. Grazie a questi vantaggi, la ex vivo hindbrain cultura fornisce un metodo alternativo e complementare a embrioni di zebrafish, che può essere trattata con acqua piccole molecole solubili nell'acqua dell'acquario, o per elettroporazione in utero di cervelli embrionali, che richiede l'uso di speciali attrezzature ed è più difficile da padrone rispetto alla tecnica cultura qui descritta. Un altro vantaggio del protocollo qui descritto è la sua riconducibilità ad impiantare perline imbevuti di proteina ricombinante o altri reagenti, consentendo quindi l'applicazione di un metodo embrionale standard sviluppato per manipolare embrioni di pollo di un modello murino di migrazione neuronale. In particolare, il modello di coltura ex vivo può essere applicato a hindbrains di topi geneticamente ingegnerizzati difettosotiva in molecole specifiche coinvolte nella migrazione neuronale, come i recettori di crescita o fattore di orientamento, e combinato con impianti tallone per verificare se la reattività di leganti è perso. Oltre alla manipolazione farmacologica, ex vivo protocollo cultura può anche essere adattato per l'elettroporazione di vettori di espressione che potrebbero alterare l'espressione di geni di interesse; metodi appropriati per elettroporazione sono stati precedentemente descritti 22,23. Questo protocollo può anche essere adattato per visualizzarne la migrazione dei neuroni mediante microscopia time-lapse in espianti romboencefalo da topi transgenici contenenti neuroni fluorescente FBM, ad esempio Isl1-Cre, Rosa26Yfp 21. Infine, questo protocollo può essere utilizzato anche per studiare altri tipi di neuroni che migrano nel cervello posteriore, come quelle che formano la oliva inferiore, anche se ciò richiederebbe l'uso di hindbrains nelle fasi embrionali anziani e può richiedere coltura fino a 48 ore, seconda vitalità neuronale Ex vivo.
Passaggi critici e risoluzione dei problemi
Per il successo di questo protocollo, è fondamentale che gli embrioni sono raccolti nella fase iniziale E11.5 giorno, più vicino al E11.25, quando FBM migrazione dei neuroni è appena iniziata. Tuttavia, non è sempre possibile raggiungere embrioni allo stadio di sviluppo a causa di variabilità naturale accoppiamento di topi, e di conseguenza, ci può essere una certa variabilità nel prolungare di migrazione FBM tra diversi esperimenti. La variabilità della migrazione FBM può osservare anche se l'esperimento non è completato entro il tempo assegnato, circa 3 ore, come si può vedere in Figura 3E. Tessuto hindbrain da E11.25 embrioni di topo è delicato. Quando dissezione e durante tutta la procedura espianto, è importante non strappare il tessuto hindbrain nelle zone di r4-r6 dove sono localizzati i neuroni FBM. A causa della natura delicata della dissprocesso ezione, e perché la velocità con cui hindbrains sono collocati nella cultura influenza il risultato, la procedura potrebbe richiedere un paio di pratica corre da padroneggiare, in particolare prima che siano utilizzati preziosi campioni o reagenti. Infine, è importante che il tessuto hindbrain viene inserito in una configurazione aperta libro sull'inserto cultura, perché ripiegamento del tessuto hindbrain durante la coltura impedirà normale migrazione FBM (vedere Figura 3F).
Nessuno degli autori ha interessi o conflitto di interessi in competizione.
MT è supportato da un dottorato di ricerca studentship [rif. 092839/Z/10/Z] e CR da una nuova Investigator Award [rif. 095623/Z/11/Z] dal Wellcome Trust.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Eppendorf round-bottomed reagent tube, 2.0 ml (Safe-Lock) | VWR | 211-2120 | |
Cell culture plates, 12-well | Thermo Scientific | 150628 | |
Plastic cell culture dish, 100 mm | Thermo Scientific | 150288 | |
15 mm Netwell insert with Mesh Polyester Membrane | Corning | 3477 | |
Watchmaker forceps, no. 5 | Dumont | 91150-20 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Laminin mouse protein | Life Technologies | 23017-015 | |
Primary antibody, Isl1 | Developmental Hybridoma Bank | 39.4D5 | Dilution 1/100 |
Alexa Fluor 488-conjugated goat anti mouse secondary antibody | Life Technologies | A11029 | Dilution 1/200 |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103 | |
B27 supplement (50x) | Life Technologies | 17504-044 | |
Leibovitz’s L-15 | Life Technologies | 21083-027 | |
Penicillin/ streptomycin | Life Technologies | 15070 | |
Glucose | VWR | 101174Y | |
Heat-inactivated goat serum | Sigma | G9023 | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
Slowfade Antifade Kit | Life Technologies | S-2828 | Alternative mounting solutions may be used |
Microscope slides | VWR | 631-0912 | |
Cover glass | VWR | 631-0137 | |
Affi-Gel Heparin Beads | Biorad | 153-6173 | Glass, latex, or coloured beads may be used alternatively |
Recombinant human VEGF165 | R&D Systems | 293-VE | Resuspend in PBS, store aliquots at -80 °C |
Stereo Microscope, Leica MZ16 | Leica | ||
Confocal laser scanning microscope LSM710 | Zeiss |
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