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Research Article
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
该协议的目的是描述一种分析成人神经干细胞/祖细胞行为的方法,以响应特定局部神经回路的化学遗传学操作。
成人神经发生是一个动态过程,新激活的神经干细胞 (NSC) 在分粒区 (SGZ) 的登牙陀螺(DG) 生成新的神经元,这些神经元集成到现有的神经回路中,并有助于特定的海马功能.重要的是,成人神经发生是高度容易受到环境刺激,这允许各种认知功能的活动依赖调节。来自各个大脑区域的大量神经回路协调这些复杂的认知功能。因此,了解特定神经回路如何调节成人神经发生非常重要。在这里,我们描述了一个协议,以操纵神经回路活动使用设计师受体完全激活由设计师药物(DREADDs)技术,调节NSC和新生后代在啮齿动物。此综合方案包括病毒颗粒的立体注入、特定神经回路的化学遗传学刺激、胸腺素模拟给治、组织处理、免疫荧光标记、共聚焦成像和成像神经前体细胞各个阶段的分析。该协议提供有关用于可视化 NSC 及其后代的抗原检索技术的详细说明,并描述了使用氯扎平 N 氧化物 (CNO) 或含 CNO 的饮用水调节脑回路的一种简单而有效的方法,表达病毒的病毒。该协议的优势在于其适应性,以研究影响从NSC衍生的成人神经发生的各种神经回路。
成人神经发生是一个生物过程,新的神经元诞生在成人中,并集成到现有的神经网络1。在人类中,这个过程发生在海马的登当陀螺(DG),每天大约有1,400个新细胞诞生2。这些细胞驻留在DG的内部部分,它蕴藏着一个神经性利基,称为亚粒度区域(SGZ)。在这里,海马成人神经干细胞(NSCs)经历一个复杂的发育过程,成为功能齐全的神经元,有助于调节特定的大脑功能,包括学习和记忆,情绪调节和应激反应3 ,4,5,6.为了影响行为,成人 NSC 通过响应一系列局部和远端化学线索,以活动相关方式受到各种外部刺激的高度监管。这些化学线索包括神经递质和神经调节器,并且以来自各种大脑区域的特定电路方式作用。重要的是,这些化学线索在NSC上的电路广泛收敛,可以独特而精确地调节干细胞的活化、分化和命运决定。
将免疫荧光分析与电路宽操作配对,是询问体内成人NSC电路调节的最有效方法之一。成人NSC的免疫荧光分析是一种常用的技术,其中针对特定分子标记的抗体用于指示成人NSC的发育阶段。这些标记包括:内窝作为径向胶质细胞和早期神经祖传标记,Tbr2作为中间祖传标记,dcx作为神经细胞和未成熟的神经元标记7。此外,通过管理胸腺素类比,如BrdU,CidU,Idu和Edu,经历S相的细胞群可以单独标记和可视化8,9,10。通过结合这两种方法,可以研究广泛的问题,从在特定发育阶段如何调节增殖,到各种线索如何影响NSC分化和神经发生。
有几个选项可以有效地操纵神经回路,包括电刺激、光遗传学和化学遗传学,每个选项都有各自的优缺点。电刺激涉及一个广泛的手术,电极被植入一个特定的大脑区域,后来用于传输电信号来调节目标的大脑区域。然而,这种方法缺乏细胞和电路特异性。光遗传学涉及病毒粒子的传递,这种粒子编码光激活受体,由激光通过植入的光纤激发,但需要大量的操作、巨大的成本和复杂的手术11。化学遗传学涉及病毒粒子的传递,这些粒子编码由设计师药物或DREADD专门激活的设计师受体,随后由称为氯扎平N-氧化物(CNO)的特定和生物惰性配体激活.利用DREADD来操纵控制成人NSC的局部神经回路的好处在于CNO管理的简便性和各种途径。这允许减少动物处理,从而简化耗时的方法,这很容易适应长期研究,以调节神经回路。
该协议中描述的方法是综合收集成功询问成年海马神经发生电路调节所需的各种协议,该控制结合了免疫荧光技术和电路操作使用化学遗传学。以下协议中描述的方法适用于在体内同时刺激或抑制一个或多个回路,以确定其对成人神经发生中的调节功能。如果问题不需要高度的时间解析,则最好使用此方法。需要精确时间控制在一定频率的刺激/抑制的问题,可以更好地使用光遗传学13,14。这里描述的方法很容易适应长期研究,动物处理最少,特别是在压力是主要问题的地方。
所有程序,包括动物科目,都已获得北卡罗来纳大学教堂山分校机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 病毒颗粒的立体注射
2. 克洛扎平N氧化物管理
3. 泰米丁模拟标签
4. 组织制备和加工
| 防冻液 | 乙二醇 150 mL = 蔗糖 150 g + 填充至 500 mL 0.1 M PB,用于 500 mL 溶液 |
| 坐酸盐缓冲器 | 柠檬酸库存为 9 mL = 41 mL 的三钠柠檬酸缓冲液 = 450 mL ddH2O |
| 柠檬酸库存 | [0.1 M]柠檬酸 21 g/1 L ddH2O |
| 三钠柠子酸盐库存 | [0.1 M]三钠柠酸二钠 29.4 g/1 L ddH2O |
| 特里斯缓冲盐水 - 特里顿 (TBS - 特里顿) | 0.05% 100-x TbS 中的 Triton |
| 渗透缓冲器 | 0.5% 100-x Triton 在 TBS 中 |
| 阻塞缓冲区 | 0.33 mL 驴血清,10 mL TBS-Triton |
| Edu 反应解决方案 | 在 [0.1 M] Tris pH 8.5 的 4 mL 溶液中加入 1 毫克 CuSO4+5H2O 溶液,制作 CuSO4[5H2O]溶液。然后在涂至组织之前,将100μM Alexa488-azide溶液和10mg/mL-na+抗坏血液加入CuSO 4+5H2O溶液中。 |
表1:用于免疫性植物学的溶液。
5. 免疫性化学
6. 图像集合
7. 图像分析
按照上述实验程序(图1A,B),我们能够确定刺激逆侧苔细胞投影对海马内神经性利基的影响。通过使用与标有5-HT2A Cre-line的苔丝细胞配对的Cre依赖性Gq耦合刺激DREADD病毒,我们能够选择性地将来自青苔细胞的兴奋性投影激活到相反的DG上,并确定强苔细胞刺激促进干细胞静默(图1C)。在分析组织之前,我们验证了准确的病毒传递(图2A,B)。此外,我们通过c-fos免疫组织化学实验验证了青苔细胞的活化(未显示数据)。在病毒注射不当的情况下,将动物排除在进一步分析之外。不正确的注射是一种未能瞄准所需的坐标,大部分表达超出所需区域,或几乎没有病毒传递。在这个实验中,DG的血性细胞是预定的目标,如果注射在hilus之外,则排除它们。通过使用胸腺素模拟、Edu 和抗原检索,用于第 5.2 节和 5.3 节中概述的内窝染色,我们能够成功地标记增殖神经干细胞(图 3A)。此外,通过省略抗原检索步骤,第5.2节,我们能够标记Tbr2阳性神经祖细胞和神经细胞,以及DCX阳性神经细胞和未成熟的神经元(图3A)。我们演示了一个量化和用于计算密度的区域示例,并提供幻灯片上安装组织的示例(图 3B和图 4A)。此外,成功实验和低于标准的实验都作为实验方法的参考(图4B)。最后,从成功的实验(图5A-D)15中可以得到几种不同的定量。定量包括增殖神经干细胞的密度(Nestin+/Edu+/体积)、增殖神经干细胞的百分比(Nestin®/Edu+/总内窝)、总增殖细胞(Edu+/体积)和总干细胞库(Nestin®/体积)).在逆边刺激青苔细胞时,神经干细胞增殖减少。使用适当的抗体,可以获得神经祖和不成熟神经元的类似定量。

图1:成人神经干细胞测定回路调节的实验方法。(A) 表示协议中概述的不同步骤的架构。(B) 用于刺激啮齿动物中青苔细胞的实验方法的时间线.(C) 注射示意图,以针对反向青苔细胞进行刺激。(D) 在子粒区 (SGZ)、颗粒细胞层 (GCL) 和分子层 (ML) 中成人神经干细胞的发育系图,在不同发育阶段使用相应的抗体。不同的发育阶段包括静止或活化径向神经干细胞(NSC)、神经祖细胞(NP)、神经细胞(NB)、未成熟的颗粒细胞(GC)和成熟的GC。请点击此处查看此图的较大版本。

图2:有效病毒传播的演示。(A) 准确传播病毒的免疫荧光图像.病毒颗粒表示 mCherry 荧光标签,该标签以希鲁斯(白色盒装区域)中的青苔细胞为目标。DAPI 标记细胞核。准确病毒传递的图像侧显示从反向注射侧清晰的苔丝纤维投影。(B) 离目标病毒注射的免疫荧光图像。请注意,在这种情况下,图像侧不存在反向青苔纤维。比例尺 = 50 μm。请点击此处查看此图的较大版本。

图3:增殖神经干细胞和后代分析。(A) 胸腺素模拟 Edu 与特定细胞阶段标记(神经干细胞和祖细胞)、Tbr2(神经干细胞、神经祖细胞)和 DCX(神经细胞、未成熟神经元)共同的免疫组织化学图像白色箭头。刻度条 = 10 μm . (B) 用于计算密度的树形陀螺仪内区域的代表性测量。比例尺 = 50 μm。请点击此处查看此图的较大版本。

图4:免疫荧光制剂的示范。(A) 显示从前轴到后轴的安装组织部分的立体分离的原理图。红色框表示图像的侧面。(B) 神经元系系标记的成功和低于标准免疫荧光实验的演示。比例尺 = 50 μm。请点击此处查看此图的较大版本。

图5:青苔细胞的反向活化减少神经干细胞增殖。(A) 内斯丁®/Edu®细胞在脱毛陀螺中的免疫组织化学定量表明,在刺激逆侧苔细胞后增殖减少。(B) 使用活性逆向苔细胞的组中增殖神经干细胞的百分比降低。(C) 两组的神经干细胞密度均无显著变化.(D) 登当陀螺仪中增殖细胞的总体水平没有变化.值表示表示 = 测量标准误差。p < 0.05 (n = 3 用于控制,n = 5 表示 hM3D 组)。这个数字是从Yeh等人15号改编的。请点击此处查看此图的较大版本。
作者没有什么可透露的。
该协议的目的是描述一种分析成人神经干细胞/祖细胞行为的方法,以响应特定局部神经回路的化学遗传学操作。
L.J.Q. 得到国立卫生研究院国家精神卫生研究所在多样性补充R01MH111773以及T32培训补助金T32NS007431-20的支持下。该项目得到了NIH(MH1111773、AG058160和NS104530)授予J.S.的赠款的支持。
| 24 孔板 | Thermo Fisher Scientific | 07-200-84 | |
| 48 孔板 | Denville Scientific | T1049 | |
| 5-乙炔基-2'-脱氧尿嘧啶 (Edu) | 碳合成 | 器NE08701 | |
| 醇 70% 异丙基 | Thermo Fisher Scientific | 64-17-5 | |
| 酒精制备垫 | Thermo Fisher Scientific | 13-680-63 | |
| Alexa-488 叠氮 | 化物Thermo Fisher Scientific | A10266 | |
| 抗鸡巢 | 鸟 | NES;RRID: AB_2314882 | |
| Anti-Goat DCX | Santa Cruz | 猫# SC_8066;RRID:AB_2088494 | |
| 抗小鼠 Tbr2 | Thermo Fisher Scientific | 14-4875-82;RRID:AB_11042577 | |
| Betadine 溶液(聚维酮碘) | 亚马逊 | ||
| 柠檬酸原液 [.1M] 柠檬酸(21g/L 柠檬酸) | Sigma-Aldrich | 251275 | |
| 氯氮平 N-氧化物 | Sigma-Aldrich | C08352-5MG | |
| 共聚焦软件(Zen Black) | 蔡司显微镜 | Zen 2.3 SP1 FP1(黑色) | |
| 铜 (II)五水合 | 物Thermo Fisher Scientific | AC197722500 | |
| 棉签 | 亚马逊 | ||
| 盖玻片 | Denville Scientific | M1100-02 | |
| 精细任务擦拭布 Kimwipes | Kimtech Science | 7557 | |
| 钻头 0.5 毫米 | 精细科学工具 | 19007-05 | |
| 乙二醇 | Thermo Fisher Scientific | E178-1 | |
| 汉密尔顿针头 2 英寸 | Hmailton Company | 7803-05 | |
| 汉密尔顿注射器 5 μL 型 75 RN | Hmailton 公司 | Ref: 87931 | |
| 高速钻 | Foredom | 1474 | |
| 输液泵 | 哈佛仪器 | 70-4511 | |
| 注射盐水溶液 | 山腰保健 | NDC 0409-4888-20 | |
| 胰岛素注射器 | BD 超细胰岛素注射器 | ||
| 异氟醚 | 亨利Schein | 29405 | |
| 立体定向小动物 | KOPF 仪器 | 型号 942 | |
| Leica M80 | Leica | ||
| 徕卡切片机 | Leica | SM2010 R | |
| LSM 780 | 蔡司显微镜 | ||
| Nair(脱毛产品) | Nair | ||
| Paraformaldahyde 4% | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| Plus 带电载玻片 | Denville Scientific | M1021 | |
| 磷酸盐缓冲溶液 (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010031 | |
| Puralube Vet 软膏 | Puralube | ||
| 载玻片架 20 载玻片单元 | 电子显微镜 | 科学70312-24 | |
| 载玻片架支架 | 电子显微镜科学 | 70312-25 | |
| 小动物加热垫 | K&H | ||
| 蔗糖 | Sigma-Aldrich | S0389 | |
| Super PAP 笔 4 mm 尖端 | PolySciences | 24230 | |
| 手术刀 | MedPride | 47121 | |
| Tris 缓冲溶液 (TBS) | Sigma-Aldrich | T5912 | |
| 柠檬酸三钠原液 [0.1 M] 柠檬酸三钠(29.4g/L 柠檬酸三钠) | Sigma-Aldrich | C8532 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 93443 | |
| 镊子 | Amazon | ||
| Vet Bond 组织胶粘剂 | 3M | 1469SB |