RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Giulia Quattrocolo1, Maria Isaac2, Yajun Zhang2, Timothy J. Petros2
1Kavli Institute for Systems Neuroscience and Centre for Neural Computation,Norwegian University of Science and Technology, 2Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development,National Institutes of Health
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
تحدي الشباب من الخلايا العصبية في مناطق الدماغ جديدة يمكن أن تكشف عن معلومات هامة بشأن كيفية البيئة sculpts مصير الخلايا العصبية والنضج. يصف هذا البروتوكول إجراء الحصاد السلائف إينتيرنيورون من مناطق محددة من الدماغ وزرع لهم أما هوموتوبيكالي أو هيتيروتوبيكالي في دماغ الجراء بعد الولادة.
تحديد مصير الخلايا العصبية ونضوج يتطلب تفاعل معقدة بين البرامج الوراثية والبيئية الإشارات. ومع ذلك، مقدر أدوار جوهرية مقابل الآليات الخارجية التي تنظم هذه العملية التمايز معضلة لجميع نيوروبيولوجيستس التنموية. يتم تكبير هذه المسألة جابايرجيك إينتيرنيورونس، سكان خلية غير متجانسة بشكل لا يصدق أن يولد من هياكل الجنينية عابرة والخضوع لمرحلة المهاجرة التي طال أمدها لتفريق طوال telencephalon. لاستكشاف مدى اختلاف الدماغ البيئات تؤثر على مصير إينتيرنيورون والنضج، قمنا بتطوير بروتوكول لحصاد السلائف المسمى فلوريسسينتلي إينتيرنيورون غير ناضجة من مناطق محددة من الدماغ في الفئران حديثي الولادة (P0-P2). في هذا العصر، إينتيرنيورون الهجرة أوشك على الاكتمال ويقيمون هذه الخلايا في بيئاتها يستريح النهائي مع التكامل متشابك قليلاً نسبيا. عقب مجموعة من الحلول خلية واحدة فقط عن طريق التدفق الخلوي، هي زرع هذه السلائف إينتيرنيورون إلى P0-P2 wildtype الجراء بعد الولادة. قبل تنفيذ كل هوموتوبيك (مثلاً، قشرة إلى قشرة) أو هيتيروتوبيك (مثلاً، اللحاء إلى الحصين) عمليات الزرع، يمكن للمرء أن تقييم كيفية تحدي إينتيرنيورونس غير ناضجة في بيئات جديدة في الدماغ يؤثر على مصيرهم، والنضج، ودمج الدوائر. يمكن حصادها في الفئران الكبار العقول وجزيئي مع طائفة واسعة من التحليل بوستوك على الخلايا المطعمة، بما في ذلك المناعي، الكهربية والنسخي التنميط. ويوفر هذا النهج العام المحققون مع استراتيجية للاعتداء بيئات الدماغ مختلفة كيف يمكن التأثير على الجوانب العديدة للتنمية العصبية وتحديد ما إذا كانت الخصائص العصبية تدفعها أساسا البرامج الوراثية ماثلة أو منبهات بيئية.
الوظيفة القشرية السليم يتطلب توازناً بين الإسقاط ضادات الخلايا العصبية والمثبطة جابايرجيك إينتيرنيورونس، سكان الغاية غير متجانسة مع مورفولوجيس متميزة، الخصائص الكهربية، والاتصال والكيميائية العصبية علامات. ارتبط وضع غير طبيعي ووظيفة إينتيرنيورونس (ومجموعات فرعية محددة إينتيرنيورون) بل اضطرابات نفسية مثل الفصام، التوحد والصرع1،،من23. وعلاوة على ذلك، العديد من الجينات المتورطين في هذه الاضطرابات الدماغ هي إثراء بقوة في إينتيرنيورونس الشباب4. وبالتالي، فهم أكبر للآليات التي تنظم تحديد مصير إينتيرنيورون والنضج ضروري لفهم التطور الطبيعي ومسببات محتملة للعديد من الأمراض في الدماغ.
إينتيرنيورونس forebrain يولدون أساسا من هذين الهيكلين الجنينية عابرة، الآنسي ووالذيليه امينينسيس جانجليونيك (MGE وفريق الخبراء الاستشاري، على التوالي). هذه الخلايا بوستميتوتيك (إينتيرنيورون السلائف) ثم الخضوع لمرحلة هجرة عرضية التي طال أمدها لتفريق في جميع أنحاء تيلينسيفالون حيث أنها الاندماج في مجموعة متنوعة واسعة من الدوائر. إينتيرنيورونس المستمدة من MGE تتألف من ثلاث مجموعات فرعية غير متداخلة إلى حد كبير، تعريف نيوروتشيميكالي: سريع التشويك بارفالبومين (PV+) إينتيرنيورونس، سريع-التشويك سوماتوستاتين (SST+) إينتيرنيورونس، والنتوءات أواخر العصبية النيتريك أكسيد إينتيرنيورونس synthase (ننوس+) التي تشكل الخلايا نيوروجليافورم واللبلاب هيبوكامبال. وحددت العديد من مختبرات عدة آليات داخل MGE التي تنظم قرارات مصير الأولية في PV+ أو درجة حرارة سطح البحر + إينتيرنيورونس، بما في ذلك التدرجات المكانية من مورفوجينس، وتاريخ الميلاد من السلائف إينتيرنيورون، ووضع شعبة العصبية 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10-وقد اقترح أن إينتيرنيورونس التفريق في بادئ الأمر إلى 'فئات أساسية' وثم تنضج تدريجيا إلى 'فئات نهائي' كما أنها تتفاعل مع هذه البيئة11. الأدلة الحديثة تشير إلى أن بعض الأنواع الفرعية إينتيرنيورون ناضجة قد يكون وراثيا ماثلة كما تصبح هذه الخلايا بوستميتوتيك في امينينسيس جانجليونيك، مشيراً إلى أن أوائل البرامج الوراثية الجوهرية المحددة قد تلعب دوراً أكبر من أي وقت سبق 13من تقدير12،. بيد أن المسألة الرئيسية المتعلقة بكيفية تفاعل البرامج الوراثية الأصيلة التي مع منبهات البيئية إلى التمايز بالسيارة إلى أنواع فرعية متميزة إينتيرنيورون لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير.
العديد من الدراسات قد زرع الخلايا الجنينية MGE مباشرة إلى مجموعة متنوعة من مناطق الدماغ، مع نتائج توافق الآراء المطعمة خلايا ناضجة، وإطلاق سراح غابا تمنع عموما في الدوائر المحلية الذاتية14،15، 16،17،،من1819. وهذه الملاحظات واعدة ولدت اهتماما كبيرا في استخدام الخلايا الجذعية البشرية المستحثة pluripotent (هيبسك)-مشتقة إينتيرنيورونس لعلاج مجموعة متنوعة من أمراض المخ. ومع ذلك، عدد قليل جداً من هذه الدراسات تقييم ما إذا كانت هذه الخلايا المطعمة الناضجة إلى الأنواع المتوقعة من إينتيرنيورونس ناضجة، عنصرا حاسما عندما يكون أحد يفكر في النهج المتعدية.
لمعالجة كيفية تأثير البيئة إينتيرنيورون التمايز والنضج، تم استنباط استراتيجية زرع السلائف إينتيرنيورون غير ناضجة في بيئات جديدة في الدماغ من أجل دراسة ما إذا كانت إينتيرنيورونس المطعمة اعتماد ميزات المضيفة البيئة أو الاحتفاظ بميزات من البيئة المانحة20. زرع MGE ليست مناسبة لمعالجة هذه المسألة MGE يحتوي على عدد سكان مختلطة من إينتيرنيورون وجابايرجيك إسقاط الخلايا التي تفريق في أنحاء عديدة من مناطق الدماغ21. دون أن يعرفوا أن هاجروا فيها هذه الخلايا MGE، واحد يمكن عدم إجراء تقييم كامل لكيف تتأثر عمليات الزرع هذه البيئة الدماغ. قبل الحصاد السلائف إينتيرنيورون في تيميبوينتس بعد الولادة المبكرة، هو الالتفاف حول هذه المشكلة عن طريق الحصول على خلايا غير ناضجة أن أكملوا هجرتهم والتوصل إلى هدفهم الدماغ المنطقة ولكن الحد الأدنى من التفاعل مع البيئة. من خلال التركيز على سمات محددة من إينتيرنيورونس التي يتم التعبير عنها متباين بين مناطق الدماغ متميزة، واحد ثم تحديد كيفية تغيير بيئة المضيف خصائص إينتيرنيورون. ينبغي أن يكون النهج العام المبين في هذا البروتوكول تنطبق على أي محقق أن يريد دراسة الخلايا العصبية الشباب كيف تتصرف عندما طعن في بيئة جديدة.
جميع إجراءات تجريبية أجريت وفقا للمبادئ التوجيهية "المعاهد الوطنية للصحة"، ووافقت عليها NICHD رعاية الحيوان واستخدام اللجنة (أكوك). يستخدم البروتوكول هو موضح أدناه Nkx2.1-لجنة المساواة العرقيةج/+؛ Ai9+/-- الجراء لحصاد السلائف المستمدة من MGE إينتيرنيورون، ولكن يمكن إجراؤها على أي خط الماوس مراسل الفلورسنت المرجوة. واستخدمت كل من الذكور والإناث المبكر الفئران بعد الولادة (P0-P2) عشوائياً للأنسجة المانحة والمضيفة.
1-حل إعداد
| كاشف | الوزن الجزيئي | تركيز (مم) | غرام/500 مل |
| كلوريد الصوديوم | 58.44 | 87 | 2.54 |
| بيكربونات الصوديوم | 84.01 | 26 | 1.09 |
| كلوريد البوتاسيوم | 74.55 | 2.5 | 0.09 |
| فوسفات الصوديوم مونوباسيك | 119.98 | 1.25 | 0.08 |
| الجلوكوز | 180.16 | 10 | 0.9 |
| السكروز | 342.3 | 75 | 12.84 |
2-تشريح إعداد
3-زرع إعداد
4-إزالة الدماغ الماوس P0-P2

الشكل 1 : التخطيطي، وصور لتشريح الدماغ، أسلوب #1
تشريح التقنية المذكورة في الخطوات 5.1 5.10. إذا كان المطلوب هو الأنسجة سترياتال، ضع P1 الدماغ في الدماغ مصفوفات الجانب البطني أعلى. وضع شفرات الحلاقة في فتحات matrice عن طريق الدماغ الأمامي للحصول على مقاطع الاكليلية من خلال المخطط. إزالة القطع سترياتال من كلا نصفي الكرة الأرضية، وتكرار لكافة المقاطع التي تحتوي على المخطط التي عرفت الحصين. إذا ليس هو المطلوب الأنسجة سترياتال، ببساطة هيميسيكت الدماغ، ضع الجانب الآنسي نصفي الكرة أعلى في الطبق، وإزالة هياكل الدماغ البطني الآنسي (المهاد، ganglia القاعدية، وما إلى ذلك) لفضح الحصين. استخدام الملقط قرصه من الحصين، ثم اقلب نصف الكرة واستخدام الملقط لتشريح بقطعة من الأنسجة القشرية. خطوط سوداء عمودية من خلال نصفي الكرة التخطيطي حيث ستكون التخفيضات إزالة المقاطع سترياتال. شريط المقياس = 500μm. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
5-حصاد المخطط وقرن آمون والقشرة، أسلوب #1

الشكل 2 : التخطيطي، وصور لتشريح الدماغ، الأسلوب #2
تشريح التقنية المذكورة في الخطوات 6.1-6.7. دبوس الدماغ على جانب الظهرية طبق تشريح أعلى. بعد تقشير القشرة إلى الأمام، وقرن آمون والمخطط مرئية ويمكن إزالتها، ثم يمكن إزالة جزء من اللحاء كما هو موضح في أسلوب السابقة. اعتماداً على خط الماوس المحورة وراثيا، يمكن تنظيف المخطط لإزالة globus pallidus والأنسجة الأخرى. في Nkx2.1Cre ؛ Ai9 خط الماوس، قد pallidus جلوبس كثافة أعلى بكثير من الطماطم + الخلايا مقارنة المخطط. شريط المقياس = 500 ميكرومتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
6-حصاد المخطط وقرن آمون والقشرة، الأسلوب #2
7-توليد ديسوسييشنز خلية مفردة
8-إعداد حلول تنقية نظام مراقبة الأصول الميدانية الخلية لزرع الأعضاء
9-زرع في الجراء WT P0-2

الشكل 3 : التخطيطي والصور لزرع
(أ) صور إعداد الحقن. ملاحظة أن أمداً واضحة للعيان من خلال الجمجمة ألجرو وينبغي أن تستخدم للتصفير في ميكروبيبيتي. مقياس بار = 1 بوصة. (ب) التخطيطي تصور إجراء الحقن لاستهداف الحصين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
هذا البروتوكول يوضح كيفية الحصاد مناطق محددة من الدماغ من العقول بعد الولادة المبكرة (الشكل 1-2)، وجمع ديسوسييشنز خلية مفردة من السلائف إينتيرنيورون، وزرع هذه الخلايا في مختلف مناطق الدماغ في السذاجة WT الجراء بعد الولادة (الشكل 3). لتحليل بوستوك، كانت تحصد العقول التي تلقت الطعوم السلائف إينتيرنيورون بين P30-35 لتوصيف خصائص الكهربية والعلامات الكيميائية العصبية ومورفولوجيا الخلايا. غالباً ما تنفذ هذه الأنواع من فحوصات بين P21-P30 في الفئران العادية، ولكن الانتظار 5-10 أيام إضافية يوصي منذ نضوج الخلايا المزروعة قد يتأخر قليلاً بسبب إجراء تشريح/الانفصال، للتعويض عن هذا تأخر النضج. التي ستحدد نوع التحليل المراد تنفيذها استراتيجية مناسبة الحصاد في الدماغ. الجدير بالذكر أننا لم يلاحظ موت الخلايا تفضيلية لمجموعات فرعية محددة إينتيرنيورون التي يمكن أن التحيز لصالح أو ضد بعض الأنواع الفرعية20.
للتحليل المناعي، كانت perfused الفئران مع بارافورمالدهيد 4% وأزيلت العقول. 50 ميكرومتر فيبرتوم شرائح تم إعدادها من خلال المنطقة المستهدفة الدماغ والمخزنة في حل مضاد و/أو المجهزة إيمونوستاينينج كما هو موضح سابقا20. ولم تتضمن بعض العقول أي طماطم + الخلايا، الذي يمكن أن يكون سبب استهداف (مثلاً حقن عميق جداً في طين) غير لائق، والخلايا التي فقدت أو تمر المبرمج أثناء إجراء التطعيم، أو رفض لزرع الخلايا المضيفة. استناداً إلى عدد خلايا النهائي، من المقدر أن فقط 2-5 ٪ من الخلايا المطعمة البقاء على قيد الحياة20، الذي يتماشى مع سائر إجراءات زرع22،23.
وليس من المستغرب، وكان هناك تباين كبير في العدد الإجمالي للطماطم + الخلايا في نجاح عمليات زرع الأعضاء، تتراوح بين عشرات إلى عدة آلاف الطماطم + الخلايا (الشكل 4 أ). كانت المترجمة الخلايا المطعمة في منطقتي الصحيح، مع العديد من عرض مورفولوجيس إينتيرنيورون وإينتيرنيورون جيدا تتسم العلامات الكيميائية العصبية (الشكل 4 باء). ولوحظت إعداد مماثلة في بقاء الخلية وملامح نضوج حتى عندما كانت الخلايا المطعمة في بيئات جديدة في زرع هيتيروتوبيك (الشكل 4).
بالإضافة إلى التحليل المناعي، تم إجراء تحليل الكهربية في الخلايا المطعمة بتأكيد أنهم اندمجوا في الدوائر الدماغ وعرض الخصائص الجوهرية وإطلاق النار المتوقع. كانت تحصد العقول من الفئران P30-35 وشرائح أعدت لتسجيلات الفسيولوجية كما سبق وصف20. إينتيرنيورونس المطعمة عرض الخصائص الفسيولوجية مثل الكبار وإطلاق متميزة يمكن أن تكون أنماط تتميز التي كانت ممثلة جيدا تتسم إينتيرنيورون المطعمة الأنواع الفرعية (الشكل 5A)، مما يوحي بأن إينتيرنيورونس كانت قادرة على النضج بشكل صحيح في بيئة المضيف. للتحقق من أن الخلايا المزروعة وأدمجت في الشبكة العصبية، كما كانت سيبسكس مسجل (الشكل 5 (ب)). وبالإضافة إلى ذلك، أجريت مجموعة فرعية زرع مع إينتيرنيورونس الإعراب عن ChR2 متبوعاً بتسجيل إينتيرنيورونس زرع المترجمة بالقرب من الخلايا الهرمية. تبين هذه البيانات أن التيارات جابايرجيك بوستسينابتيك هي أثارت قبل الضوء الأزرق (الشكل 5-د).

الشكل 4 : إينتيرنيورون المطعمة السلائف ملء المناطق المضيفة الدماغ مقاطع تمثيلية من الفئران P30 WT التي تم زرعها مع الطماطم + إينتيرنيورون السلائف في P1. (أ) في زرع قشرة إلى قشرة هوموتوبيك، الخلايا المطعمة ملء كل الطبقات القشرية وعرض مورفولوجيس التي تحاكي إينتيرنيورونس الذاتية. الصور المختارة تسلط الضوء على التغير في أرقام الخلية من زرع مختلفة، مع الصورة اليسرى وجود عدد أكبر بكثير من الطماطم + خلايا كل قسم مقارنة بزرع على الجانب الأيمن. (ب) تضخم منخفضة (يسار) وأقسام التكبير عالية (يمين) الممثل من الطعوم الحصين إلى الحصين هوموتوبيك. علما أن غالبية الطماطم + الخلايا في أورينس الطبقة (هكذا) تعرب SST (المحتمل لم س الخلايا) بينما العديد من الطماطم + الخلايا في الطبقة بيراميدالي (SP) أعرب الفلطائية الضوئية (الخلايا يحتمل سلة)، مماثلة إينتيرنيورونس هيبوكامبال الذاتية. (ج) مثال لزرع الأعضاء هيتيروتوبيك (اللحاء للمخطط) مع الطماطم + الموجودة في المخطط. تغيير حجم أشرطة = 200 ميكرومتر في A في لوحة ماج منخفضة في ب 50 ميكرومتر في ج وماج عالية القدرة في b الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الشكل 5 : إينتيرنيورونس المطعمة اليكتروفيسيولوجيكالي ناضجة والاندماج في شبكة الخلايا العصبية المضيف
(أ) أمثلة من الترددات إطلاق النار أعلى مسجل من إينتيرنيورونس المطعمة. اليسار، إينتيرنيورون "سريعة النتوءات" من طعم ورك إلى Ctx، حقن الخطوات الحالية:-100 السلطة الفلسطينية والسلطة الفلسطينية 520؛ الحق، و "النتوءات" سريع عدم إينتيرنيورون من طعم Ctx إلى Ctx، حقن الخطوات الحالية:-100 360 والسلطة الفلسطينية السلطة الفلسطينية. (ب) مثال سيبسكس المسجلة في إينتيرنيورون "النتوءات في وقت متأخر" من عملية زرع ورك إلى ورك. (ج) صورة تمثيلية عرض Nkx2.1-لجنة المساواة العرقية؛ Ai32 زرع الخلايا (يفب) من Ctx إلى Ctx مع خلية الهرمية (أحمر) مليئة بيوسيتين. شريط المقياس = 50 ميكرومتر. (د) تسجيل مثال التيارات بوستسينابتيك جابايرجيك أثارت قبل نبضات الضوء الأزرق في الخلايا الهرمية، سجلت مع [مم 145] Cl-. في آثار سوداء، والمتوسط؛ باللون الأحمر، سجلت استجابة متوسط حضور جابازيني. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
تحدي الشباب من الخلايا العصبية في مناطق الدماغ جديدة يمكن أن تكشف عن معلومات هامة بشأن كيفية البيئة sculpts مصير الخلايا العصبية والنضج. يصف هذا البروتوكول إجراء الحصاد السلائف إينتيرنيورون من مناطق محددة من الدماغ وزرع لهم أما هوموتوبيكالي أو هيتيروتوبيكالي في دماغ الجراء بعد الولادة.
وأيده هذا البحث "المعاهد الوطنية للصحة" (K99MH104595)، وبرنامج البحوث الداخلية NICHD T.J.P. ونحن نشكر "فيصل غورد"، في المعمل الذي أنشئ أصلاً هذا النهج.
| كلوريد الصوديوم | سيجما | S7653 | |
| بيكربونات الصوديوم | سيجما | S6297 | |
| كلوريد البوتاسيوم | سيجما | P9541 | |
| فوسفات الصوديوم أحادي القاعدة | سيجما | S0751 | |
| كلوريد الكالسيوم | سيجما | C5080 | |
| كلوريد المغنيسيوم | سيجما | M2670 | |
| الجلوكوز | سيجما | G7528 | |
| السكروز | سيجما | S7903 | |
| مصفوفات الدماغ | Roboz | SA-2165 | مطلوب فقط في حالة حصاد المخطط |
| نقطة الدقيقة Dumont Corpps | Roboz | RS-4978 | |
| مقص التشريح | الدقيق Roboz | RS-5940 | |
| شفرات الحلاقة | ThermoFisher | 12-640 | |
| ماصات باستور | ThermoFisher | 1367820C | |
| Nanoject III | Drummond | 3-000-207 | |
| مناور يدوي مع حامل | World Precision Instruments | M3301R / M10 | |
| 5 مل أنابيب بلاستيكية مستديرة | القاع ThermoFisher | 149591A | |
| أطباق بتري 60 مم أطباق | بتري | ThermoFisher 12556001 | |
| 100 مم أطباق بتري | ThermoFisher | 12565100 | |
| Pronase | Sigma | 10165921001 | |
| مصل بقري الجنين (FBS) | ThermoFisher | 16140063 | |
| DNase I | Sigma | 4716728001 | |
| Celltrics 50um مرشحات | Sysmex | 04-0042327 | |
| Trypan blue | ThermoFisher | 15-250-061 | |
| مقياس الدم | ThermoFisher | 02-671-6 |