Xenopus laevis 为研究视网膜细胞在原代细胞培养中的细胞命运决定及单个视网膜细胞的生理功能提供了一个理想的模型系统。本文介绍了一种分离视网膜组织并建立原代细胞培养的方法,该培养物可用于钙活性成像及后续分析 原位 杂交
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Xenopus laevis 为研究视网膜细胞在原代细胞培养中的细胞命运决定及单个视网膜细胞的生理功能提供了一个理想的模型系统。本文介绍了一种分离视网膜组织并建立原代细胞培养的方法,该培养物可用于钙活性成像及后续分析 原位 杂交
神经板前部区域发育为脊椎动物视网膜的过程,一直是临床与基础研究的重要焦点。除了在理解与治疗视网膜疾病方面具有明显的医学意义外,脊椎动物视网膜的发育还持续作为研究神经元细胞类型决定与分化的关键且精巧的模型系统1-16。神经视网膜由六种不同类型的细胞(神经节细胞、无长突细胞、水平细胞、光感受器细胞、双极细胞和 Müller 胶质细胞)组成,这些细胞以典型的层次结构排列,该模式在所有脊椎动物中高度保守12,14-18。
尽管研究完整发育胚胎中的视网膜对于理解这一复杂器官如何从前脑的突起发育为分层结构至关重要,但许多科学问题仍可得益于采用原代视网膜前体细胞培养的方法7,19-23。例如,分析在不同发育阶段取出并解离的组织中的细胞,可揭示单个细胞在不同发育时期的特化状态,即在不与邻近组织相互作用的情况下细胞的命运8,19-22,24-33。原代细胞培养还允许研究者使用特定试剂处理培养物,并在单细胞水平上分析结果5,8,21,24,27-30,33-39。Xenopus laevis 是研究早期神经发育的经典模型系统19,27,29,31-32,40-42,特别适用于视网膜原代细胞培养10,38,43-45。
在发育的最早阶段,即神经诱导完成后,即可获取视网膜前体组织25,38,43。此外,由于胚胎中的每个细胞都含有卵黄储备,因此视网膜细胞可以在成分明确的简单培养基中进行培养,该培养基仅包含缓冲盐溶液,从而避免了使用孵育液或其他血清类产品所带来的干扰效应10,24,44-45。
然而,从周围组织中分离视网膜组织并进行后续处理具有较大挑战性。本文介绍一种用于解剖和解离非洲爪蟾(Xenopus laevis)视网膜细胞的方法,该方法将用于制备原代细胞培养物,进而可在单细胞水平上分析钙活性和基因表达。尽管本文所展示的主题是自发性钙瞬变的分析,但该技术可广泛适用于多种研究问题和研究方法(图1)。
所有实验均按照威廉与玛丽学院机构动物护理和使用委员会批准的方案进行。本方案中提及的发育阶段依据 Nieuwkoop 和 Faber46 的标准。
1. 解剖
对于25期或更早期的胚胎:
对于发育阶段超过25期的胚胎:
2. 组织解离与细胞接种
重要提示 - 转移组织时,切勿让视网膜或视泡接触任何气液界面;否则细胞将发生裂解。
注意:如果在实验过程中需要多次拍摄细胞图像,可在 培养板 底部用少量超级胶水粘附一个网格(Cellattice)。这样可在操作的不同阶段对相同细胞以相同方向进行成像。
重要提示:我们的大部分实验均在细胞接种后6小时内完成固定。细胞在培养中的存活时间取决于组织解剖时所处的发育阶段以及细胞中残留卵黄的含量;从较早期(神经胚阶段)解剖获得的细胞在培养中可保持健康状态5至6天,而从较晚期胚胎(游动蝌蚪阶段)获得的细胞在培养中仅可维持活力2至3天。
3. 钙成像 47-49
本方案利用钙离子敏感性染料 Fluo4-AM 和共聚焦显微镜对单个细胞中的钙瞬变进行定量分析。所有使用 Fluo4-AM 的操作步骤均需避光进行,因为 Fluo4-AM 对光敏感。所有洗涤步骤应使用 p1000 微量移液器和防气溶胶吸头进行加样或移除。移液时应缓慢操作,并沿培养板边缘进行,以避免扰动细胞。由于培养物通常在解剖后 6 小时内即进行固定,因此不更换培养基。对于需要长期培养的情况,应每天更换一次培养基。
这些参数将为每个时间点生成一组900张静态图像。随后,可通过使用ImageJ等图像处理软件分析随时间变化的图像中的荧光强度(图3B),来记录钙活性50。
4. 细胞固定
注意:甲醇也可用于这些洗涤步骤及储存。
5. 荧光原位杂交(FISH)
可使用标准的FISH实验方案对培养物进行检测 非洲爪蟾 如所述 51 根据Anderson实验室所述的细胞培养改良方法进行修改 52. Anderson实验室方案的修改内容如下。所有洗涤步骤均在35 mm Nunclon培养板中进行,每次使用约1 ml溶液,除非另有说明。溶液配制方法详见Sive 等 53 除非另有说明。
重要提示:对已进行钙活性成像的细胞进行原位杂交时,切勿使用荧光素标记的RNA探针。抗荧光素抗体会与细胞中残留的Fluo4-AM结合,可能导致培养中所有细胞均出现阳性信号。
第1天:通透化与杂交
第2天:去除未结合的探针并进行抗体孵育
第3天:去除未结合抗体并进行荧光显色
6. 图像 FISH 结果并与钙成像数据共同配准
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成功分离的视泡(25期)和视网膜(35期)示例见图2E和2J。尽管本方案可用于发育的各个阶段,但关键是要仅获取视网膜组织,以确保后续实验的准确性。在各个阶段均需小心去除表皮,并确保镊子不会刺破视网膜组织。在35期或更晚阶段,晶状体可见为视网膜上方的一层透明结构,可用镊子谨慎刮除。
成功接种的原代细胞培养物如图3A所示。在组织解离过程中,切勿将视网膜外植体在清洗液中停留超过推荐的30秒孵育时间,以防止组织在清洗液中过早解离。此外,应确保组织在胰蛋白酶溶液中充分解离满1小时(较晚期的胚胎和幼体阶段可能需要更长时间),以使细胞在培养板中均匀分布。细胞接种后,在移动培养板和更换溶液时应格外小心,避免将细胞从培养板上冲走。
图3B 和图3C 分别展示了钙活性扫描和荧光原位杂交实验(FISH)的图像。在钙成像中呈现亮绿色的细胞,表示其因内部钙库释放而导致细胞内钙水平出现瞬时升高。随后可通过FISH检测这些细胞的基因表达情...
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由于视网膜具有在所有脊椎动物中高度保守且特征明确的细胞类型,因此它是研究调控细胞类型特化与分化的分子-细胞过程的理想模型。原代细胞培养为研究多种生物学过程提供了有力手段,包括基因表达、蛋白质动态变化以及单细胞分辨率下的钙信号和电活动。本文介绍了一种从非洲爪蟾(Xenopus laevis)分离的视泡组织中建立原代细胞培养的简便技术。非洲爪蟾是此类研究的理想模式生物,因为其视泡组织在发育最早期即易于获取,且原代细胞培养可在仅含简单盐溶液的明确培养基中进行。
尽管该方法易于适应大多数实验室环境,但有几个步骤需要特别仔细操作。解剖应使用 freshly sharpened forceps 进行。较早期的胚胎(< st. 30)在含有胶原酶B的细胞培养基中处理效果更佳。所有涉及将组织或细胞从一种培养基转移至另一种培养基的操作,都必须格外小心,以防止组织或细胞接近气-液界面。含有组织的移液管应完全浸没在充足的液体中,并缓慢排出细胞或组织。细胞接种后,所有液体转移操作(包括Fluo4-AM的添加、细胞培养基更换或固定洗涤)都必须谨慎进行,因为细胞容易脱落。与所有细胞培养...
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未声明任何利益冲突。
我们衷心感谢 John Hayes 博士提供脚本;感谢 Eric Bradley 博士和 Christopher Del Negro 博士在共聚焦显微镜方面的协助;感谢 Drew Hughes、Laura Odorizzi、Alex Garafalo、Rebecca Lowden 和 Liz MacMurray 在项目开发和提供初步数据方面的工作;感谢 Greg Smith 博士在统计分析方面的有益建议。本研究得到了美国国立卫生研究院资助(NINDS IR15N5067566-01,授予 MSS)以及霍华德·休斯医学研究所向威廉与玛丽学院提供的科学教育资助的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于解剖与培养 | |||
| BD Falcon Easy Grip 组织培养皿,35 mm | Fisher | 08-772A | |
| 一次性聚苯乙烯培养皿,60 × 15 mm | Fisher | 0875713A | |
| 35 mm Nunclon Surface 培养皿(带通气孔) | Fisher | 12-565-91 | |
| Dumont精细镊子(Dumostar #55) | Fisher | NC9341917 | |
| Cellattice 微刻痕塑料盖玻片,25 mm | Fisher | 50-313-17 | |
| 甲磺酸乙酯-间氨基苯甲酸盐(MS-222) | MP Biomedicals, LLC | 103106 | |
| 硫酸庆大霉素 | Enzo Life Sciences | 380-003-G025 | |
| Gibco 胰蛋白酶(1:250)粉末 | Life Technologies | 27250-018 | |
| 胶原酶B,来源于 艰难梭菌 | 罗氏 | 11088831001 | |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140-122 | |
| 硫酸尼罗蓝(可选) | Pfaltz Bauer | N05550 | |
| 500 ml 真空过滤/储存瓶系统,0.22 μm 孔 33.2 厘米2 CN 膜 | 康宁 | 430758 | |
| 用于钙成像 | |||
| Fluo-4 AM 1 mM DMSO 溶液,细胞永久性 | Life Technologies | F-14217 | |
| 10% Pluronic F-127 水溶液 | Life Technologies | P-6866 | |
| LSM 510 共聚焦显微镜系统 | 蔡司 | 模型已停用 | |
| 封闭试剂 | 罗氏 | 11096176001 | |
| 用于荧光 原位 荧光原位杂交(FISH) | |||
| 抗地高辛-POD,Fab 片段 | 罗氏 | 11207733910 | |
| 抗DNP-HRP抗体 | Perkin-Elmer | NEL747A | |
| Cy3 NHS酯 | GE Healthcare | PA13101 | |
| NHS-荧光素 | 赛默飞世尔科技 | 46409 | |
| 甲酰胺,去离子 | Amresco | 0606-950ML | |
| 酵母RNA,IX型 | Sigma-Aldrich | R3629 | |
| 肝素钠盐(来自猪肠黏膜) | Sigma-Aldrich | H3393-250KU | |
| CHAPS | Sigma-Aldrich | C3023 | |
表2. 特定试剂与设备。 | |||
| <表格 边框="1"> | |||
| 溶液 | 参考文献 | 目录 | |
| 细胞培养基 | 张和Spitzer,200954 | 116 mM NaCl 0.67 mM KCl 2 mM CaCl2 1.31 mM MgSO₄4 4.6 mM Tris 1% (v:v) 青霉素/链霉素 用 HCl 调节 pH 至 7.8。 通过0.22 μm滤器过滤除菌 μm CN滤膜 4 ℃保存 °C. | |
| 无钙镁培养基 (CMF) | 顾 等, 199442;Gu 和 Spitzer,199555 | 116 mM NaCl 0.67 mM KCl 4.6 mM Tris 0.4 mM EDTA 1% (v:v) 青霉素/链霉素 用 HCl 将 pH 值调至 7.8。 通过0.22 μm滤器过滤除菌 μm CN滤光片 4°C 下保存 °C. | |
| 马来酸缓冲液(MAB) | Sive 等, 200053 | 100 mM 马来酸 150 mM NaCl(pH 7.5) | |
| Marc's Modified Ringers (MMR),10倍浓缩液 | Sive 等, 200053 | 100 mM NaCl mM KCl 1 mM MgSO₄4 2 mM CaCl2 5 mM HEPES pH 用 NaOH 调至 7.4 0.1X MMR 还含有 50 mg/ml 硫酸庆大霉素,并用 NaOH 将 pH 调至 7.4。 | |
| MEMFA溶液,10倍浓缩液 | Sive 等人, 200053 | 0.1 M MOPS(pH 7.4) 2 mM EGTA 1 mM MgSO₄4 3.7% 甲醛 一种10倍浓度的溶液(不含甲醛)可在4℃保存 °C. 加入新配制的甲醛(体积为标准37%储备液的1/10)。 | |
| 原位 杂交缓冲液 | Sive 等, 200053 | 50% 甲酰胺 5X SSC 1 mg/ml 酵母RNA 100 mg/ml 肝素 1X 登哈特溶液 0.1% 吐温-20 0.1% CHAPS 10 mM EDTA |
溶液。 *庆大霉素(gentamicin)是一种抗生素,被用于我们的MMR溶液中,而青霉素(penicillin)和链霉素(streptomycin)则被用于我们的培养基中。
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