Artículo de método

Microdisección de captura por láser de neuronas a partir de células diferenciadas neuroprogenitoras humanas en cultivo

DOI:

10.3791/50487

16 de septiembre de 2013

En este artículo

Resumen

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Células neuroprogenitoras Humanos (CPN) se ampliaron en condiciones proliferantes. NPC se diferenciaron en cultivos de neuronas-rica en la presencia de una combinación de neurotrofinas. Marcadores neuronales se detectaron por tinción de inmunofluorescencia. Para aislar una población pura de las neuronas, NPCs se diferenciaron en láminas de membrana PEN y se realizó con láser captura microdissection.

Resumen

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Células neuroprogenitoras (NPC) aislados a partir de cerebro fetal humano se ampliaron en condiciones proliferativas en presencia de factor de crecimiento epidérmico (EGF) y factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) para proporcionar un suministro abundante de células. NPC fueron diferenciadas en la presencia de una nueva combinación de factor de crecimiento nervioso (NGF), derivado del cerebro factor neurotrófico (BDNF), dbAMPc (DBC) y ácido retinoico en platos recubiertos con poli-L-lisina y laminina de ratón para obtener neurona ricas culturas. NPC también se diferenciaron en ausencia de las neurotrofinas, DBC y ácido retinoico y en presencia de factor neurotrófico ciliar (CNTF) para producir cultivos de astrocitos-rica. NPC diferenciadas se caracterizan por la tinción de inmunofluorescencia para un panel de marcadores neuronales incluyendo NeuN, sinapsina, la acetilcolinesterasa, sinaptofisina y GAP43. Proteína glial fibrilar ácida (GFAP) y STAT3, marcadores de astrocitos, se detectaron en el 10-15% de los NPCs diferenciadas. Para facilitartipo de célula caracterización molecular específica, se realizó la captura de microdisección láser para aislar las neuronas cultivadas en polietilennaftalato (PEN) se desliza de membrana. Los métodos descritos en este estudio proporcionan valiosas herramientas para avanzar en nuestra comprensión de los mecanismos moleculares de la neurodegeneración.

Introducción

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Neurogénesis largo de la vida se sabe que se producen en la zona subventricular de los ventrículos laterales y en la capa de subgranular del giro dentado del cerebro adulto de mamíferos 1. Células neuroprogenitoras (NPCs) que se originan en estas regiones son células pluripotentes que pueden diferenciarse en neuronas, astrocitos y oligodendrocitos 2. NPC han generado interés debido a su potencial para ser trasplantadas en pacientes con diversos trastornos neurodegenerativos incluyendo la enfermedad de Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica, accidente cerebrovascular y enfermedad de Alzheimer (EA) 3. Los estudios con NPCs han centrado generalmente en este ángulo el trasplante, pero el potencial de las neuronas derivadas de la APN como un modelo de cultivo celular para determinar el mecanismo de neurodegeneración no se ha explotado plenamente. Estudios previos han utilizado generalmente las neuronas post-mitóticas aisladas de tejidos cerebrales de roedores que necesitan ser aislados para cada experimento, ya que no sonauto-renovación. Aunque las líneas celulares de neuroblastoma humano incluyendo las células SK-N-MC SH-SY5Y y se pueden ampliar, que no tienen las características de las neuronas primarias. NPC Humanos, por otro lado, ofrecen tanto ventajas porque pueden ser expandido para múltiples pasajes y se pueden diferenciar para generar una población de células con las características de las neuronas primarias de 4,5. En el presente estudio, se describe un nuevo protocolo de diferenciación para obtener una población de neuronas ricas consistente de NPCs disponibles comercialmente aisladas de cerebro fetal humano. Debido a que estos cultivos contienen un pequeño porcentaje de las células gliales, que necesitamos métodos adicionales para aislar una población pura de las neuronas para la caracterización molecular. Microdisección de captura por láser (LCM) es una nueva técnica por la que una población homogénea de células de una sección de tejido puede ser capturado de forma selectiva para el análisis de la expresión génica 6. El cerebro es un tejido heterogéneo que consta de neuronas, glía y otras células Types. LCM se ha utilizado para determinar la expresión génica específica de las neuronas análisis 7-10. Hemos realizado anteriormente mcm de las neuronas del hipocampo de AD (Tg2576) secciones de cerebro de ratón para mostrar disminución de la expresión de la proteína de unión al elemento de respuesta a AMP cíclico (CREB) y BDNF específicamente en las neuronas del hipocampo 11. En el presente estudio, se describe los procedimientos para la expansión de los NPCs humanos, la diferenciación neuronal, la tinción de inmunofluorescencia de marcadores neuronales y LCM para el aislamiento de las neuronas cultivadas en portaobjetos de membrana PEN.

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Protocolo

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1. La expansión de los NPCs Humanos (Figura 1)

  1. Revive la madre congelada de NPCs humanos de cerebro fetal (Lonza, Walkersville, MD, EE.UU.) y el cultivo en suspensión en matraces T-75 como neuroesferas (Figura 1A) en medio neurobasal contienen suplementos proliferación, EGF (10 ng / ml) y FGF (10 ng / ml).
  2. Después de 3 días en cultivo, transferir las neuroesferas a un tubo de 15 ml y centrifugar a 500 rpm durante 5 min.
  3. Descartar el sobrenadante dejando tras de ~ 100 l medio por encima de la pastilla de células y transferir a un tubo Eppendorf. Un pelet de 100 l de células es suficiente para dividir en 2 matraces T-75. Si menos, reducir el número de frascos como células neuroprogenitoras fallan a proliferar si dividir delgada.
  4. Se tritura el precipitado con una punta l 50x 200 mientras se mantiene la punta 200 l contra la parte inferior del tubo. Divida la suspensión de células por igual en dos partes y añadirlos a 2 T-75 frascos (1-2), una división de continuarla expansión y la otra para la diferenciación.
  5. Continuar con el cultivo de las células neuroprogenitoras de expansión (primer matraz) cambiando el medio cada 4-5 días hasta que las neuroesferas alcanzan su tamaño original de 300-500 micras. Cambie medio por centrifugación (500 rpm, 5 min), se elimina el medio viejo y añadir nuevo medio.

2. La diferenciación de los NPCs humano en una cultura de la neurona-rica (Figura 2)

  1. Para la diferenciación de las células neuroprogenitoras en una rica cultura de la neurona, coloque un solo cubreobjetos en cada pocillo de una placa de 24 pocillos y cubrir con 100 g / ml de poli-L-lisina mediante la adición de 500 l en cada pocillo. Incubar los platos durante 30 min a TA.
  2. Aspirar la solución de poli-L-lisina y enjuagar la placa con agua estéril.
  3. Después, cubra los pocillos de la placa con 500 l de 5 mg / ml de laminina de ratón y se incuba durante 30 min. Después de la incubación, lavar los pocillos con PBS.
  4. 4 días después splittión de las células (paso 1.4), transfiera las pequeñas neuroesferas en el frasco etiquetado «para la diferenciación 'en las placas revestidas con una densidad de ~ 500 neuroesferas por pocillo de placas de 24 pocillos.
  5. Después de 6 horas, cuando las neuroesferas se fijan a la placa, retire el medio de proliferación y se añade medio de diferenciación consiste en medio neurobasal, suplemento de B27, NGF (20 ng / ml), el BDNF (10 ng / ml), DBC (100 mM), y ácido retinoico (2 M).

3. Inmunofluorescencia tinción de Diferenciados NPCs (Figura 3)

  1. Después del cultivo de las células neuroprogenitoras en medio de diferenciación neuronal durante dos semanas, se obtiene un cultivo de neuronas-rica. Enjuague las neuronas una vez en PBS y luego fijar en paraformaldehído al 4% durante 30 min. Una vez fijado, enjuagar las células tres veces con PBS.
  2. Se incuban las células con tampón de permeabilización (5% de BSA y 0,2% de Triton X-100 en PBS) a TA durante 60 min.
  3. Incubar los platos O / N a 4 ° C iagitador de NA con la siguiente combinación de anticuerpos policlonales y monoclonales en 3% de BSA en PBS: NeuN (1:250) y sinapsina (1:250); acetil colinesterasa (1:500) y sinaptofisina (1:250); BDNF (1 : 500) y GAP43 (1:250); STAT3 (1:500) y GFAP (1:1000).
  4. Lavar los cubreobjetos tres veces con PBS y luego se incuban con anticuerpos secundarios anti-ratón-FITC anti-conejo-Cy3 y a temperatura ambiente en la oscuridad durante 90 min. Después de la incubación, los cubreobjetos lavar tres veces con PBS.
  5. Ponga 10 l de medio de montaje sobre un portaobjetos de vidrio, sacar el portaobjetos de la placa de cultivo con unas pinzas y colóquela boca abajo en el medio de montaje. Con cuidado, limpie el exceso de medio de montaje y sellar los bordes con esmalte de uñas.
  6. Examine las neuronas inmunoteñidas en un microscopio de fluorescencia.

4. Microdisección de captura por láser de neuronas (Figura 4)

  1. Diferenciar NPCs en un cultivo de neuronas ricas en PEN diapositiva membranas recubiertos con poli-L-lisina y laminina de ratón siguiendo los procedimientos descritos para la Figura 2.
  2. Realice todos los pasos subsiguientes en condiciones libres de RNasa.
  3. Teñir las culturas utilizando HistoGene Stain (Arcturus) para visualizar las células.
  4. Encuentra las áreas de poblaciones neuronales puras carentes de astrocitos utilizando la imagen del mapa de carreteras de toda la diapositiva con el sistema Veritas LCM. Marque las neuronas usando las herramientas de dibujo.
  5. Realizar captura por láser de estas áreas utilizando precisión y la automatización controlada por ordenador en un proceso de dos pasos. En primer lugar, de IR (infrarrojos) se enciende en múltiples puntos con un ajuste de potencia de láser de 70 mW y un pulso de 2500 microsegundos para obtener la membrana se adhieren a la tapa. A continuación, el área marcada se extirpa mediante una herramienta de corte de UV en un ajuste bajo nivel de 10 mV.
  6. La combinación de estos procesos de captura selectivamente las zonas marcadas de la membrana PEN en CapSure LCM macro tapas. Cuando se levanta la tapa, la membrana con el neurons se adhiere a la tapa.
  7. Aislar ARN total de muestras LCM utilizando un kit de aislamiento de ARN PicoPure (Arcturus) y tratar con DNasa.
  8. Amplificar el ARN aislado utilizando el kit de amplificación RiboAmp ARN siguiendo instrucciones del kit.
  9. Realizar Análisis en tiempo real RT-PCR utilizando sondas TaqMan para detectar neurofilamento humana de cadena pesada (hNFHc).

Abreviaturas:

AD, la enfermedad de Alzheimer; BDNF, el factor neurotrófico derivado del cerebro; CREB, la proteína de unión al elemento de respuesta al AMP cíclico; DBC, el AMP cíclico dibutiril; EGF, factor de crecimiento epidérmico; FGF, factor de crecimiento de fibroblastos; GFAP, proteína ácida glial fibrilar; LCM, laser capturar microdissection; NGF, factor de crecimiento nervioso; NPC, neuroprogenitoras celular; PEN, polietilennaftalato.

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Resultados

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Expansión de NPCs (Figura 1)

Cuando neuroesferas se descomponen a una única suspensión de células por trituración, la punta de la pipeta tiene que tocar la parte inferior del tubo de modo que haya algo de resistencia cuando la suspensión se pipetea arriba y abajo. El número de veces de la trituración varía entre los individuos y debe ser decidido por ensayo y error mediante el examen de la suspensión celular resultante con un microscopio. Es crítico para proporcionar suficiente...

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Discusión

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Se describe en este estudio un modelo de cultivo celular de la neurona-rica por la diferenciación de las células neuroprogenitoras humanos auto-renovación y un método para aislar una población pura de las neuronas mediante láser captura microdissection. Hemos utilizado una combinación de NGF, BDNF, DBC y el ácido retinoico para la diferenciación neuronal de NPCs. DBC se utiliza para activar CREB, un factor de transcripción que mejora la neurogénesis 12. El ácido retinoico induce la salida del ciclo celular y ...

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Divulgaciones

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No hay conflictos de intereses que declarar.

Agradecimientos

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Este trabajo fue apoyado por el subsidio Revisión Mérito (NEUD-004-07F) de la Administración de Veteranos (SP).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Células neuroprogenitoras (NPCs) LonzaPT-2599
Neurocult NS-A medio basal humanoTecnología de células madre5750
Neurocult NS-A Suplemento de proliferaciónTecnología de células madre5753
Neurocult NS-A Suplemento de diferenciaciónTecnología de células madre5754
B-27 Suplemento (50x) Invitrogen17504-044
Factor de crecimiento epidérmico humanoTecnología de células madre2633
Factor de crecimiento de fibroblastos SigmaF0291
Factor neurotrófico derivado del cerebro Señalización celular3897S
Factor de crecimiento nervioso Invitrogen13257-019
Dibutiril cíclico AMPSigmaD-0627
poli-L-lisina SigmaP-5899
Laminina de ratón SigmaL-2020
Ácido retinoicoSigmaR-2625
Anticuerpo STAT3Señalización celular9132
Anticuerpo GFAPSeñalización celular3670
Anticuerpo GAP43Laboratorios de transducción612262
Anticuerpo BDNFMilliporeAB1534SP
Anticuerpo acetilcolinesterasa Santz cruzSc-11409
Anticuerpo sinaptofisinaAbcamab18008-50
Anticuerpo NeuNChemiconMAB377
Anticuerpo sinapsinaNovusNB300-104
Anti ratón FITCJackson Immuno115-095-146
Laboratorios
Anti Conejo Cy3Jackson Immuno711-165-152
Laboratorios de Investigación
BSASigmaA1653
Triton-X 100Acros21568-2500
Paraformaldehye Fisher4042
Cubreobjetos (cubreobjetos circulares grandes)Fisherbrand12-545-102
Medio de montaje (Prolong Gold)InvitrogenP36930
Biosystems aplicadosLCM0521
Kit de tinción de sección congelada Histogene LCMBiosystems aplicados KIT0401
RiboAmp Kit de amplificación de ARNBiosystems aplicadosKIT0201
Kit de aislamiento de ARN PicopureBiosistemas aplicadosKIT0202
CapsureMacro Tapas LCMBiosistemas aplicadosLCM0211
de InvestigaciónMembrana de pluma

Referencias

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  2. Galli, R., Gritti, A., Bonfanti, L., Vescovi, A. L. Neural stem cells: an overview. Circ. Res. 92, 598-608 (2003).
  3. Kim, S. U., de Vellis, J. Stem cell-based cell therapy in neurological diseases: a review. J. Neurosci. Res. 87, 2183-2200 (2009).
  4. Breier, J. M., et al. Neural progenitor cells as models for high-throughput screens of developmental neurotoxicity: state of the science. Neurotoxicol. Teratol. 32, 4-15 (2010).
  5. Christie, V. B., et al. Retinoid supplementation of differentiating human neural progenitors and embryonic stem cells leads to enhanced neurogenesis in vitro. J Neurosci Methods. 193, 239-245 (2010).
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Neuronal DifferentiationImmunofluorescent StainingNeuron Rich CulturePEN Membrane SlidesGene Expression AnalysisNeurotrophic Growth FactorsCell IsolationRNA Amplification

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