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Los experimentos descritos en este manuscrito se realizaron de acuerdo con las directrices descritas en el Comité Institucional de Cuidado y Uso De Animales de la Universidad de la Ciudad de Yokohama.
1. Preparación de bolas de neuronas como cultivo de gota colgante (Días in vitro (DIV) 0-3)
NOTA: Los procedimientos descritos aquí para la preparación del cultivo de bolas de neuronas se basan en el método previamente reportado por el grupo Sasaki con algunas modificaciones9,10. También adoptamos varios procedimientos del método banquero para la cultura disociada14.
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Confirmación de lo siguiente antes de iniciar la disección
- Preparar todas las soluciones necesarias y esterilizarlas por autoclave/filtración de antemano.
- Mantener listo todos los instrumentos y materiales para ser utilizado en cada paso de este cultivo de neurona cortical.
- Rocíe y limpie el gabinete de flujo de aire laminar, la mesa de disección, la placa de escenario del estereomicroscopio, las tijeras y los fórceps con 70% de etanol.
- Euthanizar el ratón tras la aplicación de CO2 y diseccionar el abdomen para obtener embriones E16.
- Retire los cerebros de los embriones cuidadosamente con la ayuda de puntas finas de fórceps y transfieralos a platos de cultivo celular de 60 mm que contengan 4 ml de solución de sal tamponada HEPES (HBSS).
NOTA: El medio de disección HBSS contiene 10 mM HEPES (pH 7.4), 140 mM NaCl, 5.4 mM KCl, 1.09 mM Na2HPO4, 1.1 mM KH2PO4, 5.6 mM D-glucosa, y 5.64 mFenol rojo.
- Retire el cuero cabelludo, corte la bombilla olfativa, separe los cortices de cada hemisferio cerebral usando las puntas finas de fórceps bajo estereomicroscopio, y transfiera a otros platos de 60 mm que contengan HBSS fresco. Utilice al menos 3-5 embriones para cada cultivo de bola de neurona separada.
- Cortar los cortices en trozos pequeños con tijeras de resorte microdisselantes en una capucha de cultivo de celda de flujo laminar.
- Transfiera los cortices picados a un tubo de 15 ml y intente trippsinizar los cortices picados en 4 ml de trippsina al 0,125% en HBSS durante 4,5 min en un baño de agua a 37 oC.
NOTA: Este tiempo de trippsinización es crítico para el cultivo eficiente de neuronas ya que el tiempo creciente (> 4.5 min) conduce a neuronas mucho más muertas.
- Transfiera los agregados de celda a un nuevo tubo de 15 ml que contenga 10 ml de HBSS mediante una pipeta de transferencia estéril e incubar a 37 oC durante 5 min. Repita este paso una vez más.
- Transfiera los agregados celulares a un nuevo tubo de 15 ml que contenga 2 ml de medios neurobasales que contengan GlutaMax, suplemento B27 (medio NGB), 0,01% DNase I y 10% de suero de caballo.
- Tritura rcíticos trippsinizados pipetándolos repetidamente hacia arriba y hacia abajo (3-5 veces) usando pipeta Pasteur de vidrio fino pulida al fuego.
NOTA: El diámetro de la pipeta Pasteur de vidrio fino pulido al fuego es muy importante como se describe en el documento del método banquero14. Si la pipeta es demasiado estrecha para pasar cortices, prepare pipetas que posean 2-3 tamaños diferentes e intente con pipetas más grandes.
- Para preparar las bolas de neuronas, tome la suspensión celular anterior y ajuste la densidad celular a 1 x 106 células/ml usando un medio NGB.
- Cultivo de las neuronas corticales como gotas colgantes que contienen 10.000 células / gota (1 gota es 10 l) dentro de los párpados superiores de los platos de cultivo de 10 cm.
- Añadir 7 ml de solución salina tamponada de fosfato (PBS) a la parte inferior de los platos de cultivo, luego mantener en una incubadora durante 3 días a 37 oC con 5% co2 en condiciones humidificadas para permitir la formación de bolas de neuronas.
2. Colocación de bolas de neuronas en cubiertas de vidrio recubiertas de PLL y mantenimiento de cultivo (DIV 3-11)
NOTA: Antes de la recubrimiento de los revestimientos de vidrio con poli-L-lisina (PLL), es importante lavar los cubresítos con detergente. Los cubreobjetos de vidrio a veces no son tan limpios para el cultivo neuronal y un recubrimiento uniforme con PLL. Recubrimiento PLL no uniforme puede resultar en una extensión axonal desigual de las bolas de neuronas.
- Remoje los cubreobjetos en 1/20 detergente neutro no fosforo diluido en estantes cerámicos durante 1-3 noches.
- Lavar los labios de las cubiertas 8 veces en agua ultrapura, y luego esterilizar en un horno a 200 oC durante 12 h.
NOTA: Todos los pasos desde aquí deben realizarse en una campana de cultivo de celda de flujo de aire laminar.
- Transfiera los cubreobjetos horneados a platos de 100 mm. Después de sellar el plato por parafilm entre una tapa y un plato inferior, los cubreobjetos horneados se pueden mantener para su almacenamiento a largo plazo.
- (Opcional) Aplicar puntos de parafina en las cubiertas. Los puntos hacen espacio para evitar que las bolas de neuronas se desprenden de las cubiertas durante la inmunomancha ción mediante el contacto directo de las bolas de neuronas a los platos de plástico. Derretir la parafina en una botella adecuada en un baño de agua caliente a unos 90 oC. Sumerja una pipeta Pasteur en la parafina, luego tóquela rápidamente para hacer tres puntos cerca del borde de una cubierta.
- Recubrir PLL (MW > 300.000) sobre las cubiertas de vidrio con cuentas de parafina en platos de 60 mm utilizando la solución PLL (15 g/ml en tampón de borato) y guardarlos durante al menos 1 h en una incubadora de CO 2.
- Después de lavar 4 veces con PBS, transfiera los cubrejos recubiertos de PLL a una placa de 4 pocillos que contenga 350 ol de medio NGB en cada pocil y la citosina-D-arabinofuranoside clorhidrato (AraC, 3 m) a los medios para matar las células divisorias.
- Conservar esta placa de 4 pocillos que contiene los cubreobjetos recubiertos con PLL en la incubadora de CO2 al menos durante 20 minutos para garantizar la temperatura del medio de alcanzar los 37 oC antes de transferir las bolas de neuronas.
- En DIV 3 cuando las "bolas de neuronas" se forman muy bien, transferirlas a los cubredes recubiertos con PLL dentro de la placa de 4 pocillos (5 bolas de neuronas / bien) mantenido en la incubadora de CO 2.
- Después de 48 h, reemplace el medio de cultivo de la bola de neurona con un medio NGB fresco libre de AraC. Utilice una placa caliente en una campana de cultivo de células de flujo de aire laminar cuya temperatura se mantenga lista a 37 oC inmediatamente antes de este procedimiento.
NOTA: Es necesario realizar el cambio medio lo más rápido posible en una placa caliente para reducir el tiempo que los cultivos están en el exterior de la incubadora de CO 2.
- Mantenga este cultivo de bolas de neuronas en la incubadora de CO2 para hasta DIV 11.
NOTA: En DIV 11-12, las bolas de neuronas que extienden neurites de hasta 1-2 mm se utilizan para experimentos.
3. Aplicación de perlas LRRTM2 en el cultivo de bolas de neuronas con o sin cuerpos celulares (DIV 11-12)
NOTA: Antes de la aplicación de perlas LRRTM2 en el cultivo de bolas de neuronas, se recomienda eliminar los cuerpos celulares. Por lo tanto, prepare las perlas LRRTM2 al principio, luego retire los cuerpos celulares y luego aplique cuentas LRRTM2 al cultivo tan pronto como sea posible. Biotinylated LRRTM2 es proporcionado por el grupo de Nogi (Universidad de la Ciudad de Yokohama) como medio acondicionado. Utilizan un vector de expresión que incluye la secuencia del aceptador de biotina y la ligasa de biotina de E. coli (BirA) 15 , 16 para unir biotina a LRRTM2, y el vector de expresión se transinfecta a las células Expi293F incluidas en el Sistema de Expresión Expi293. La información vectorial está disponible en la Figura Suplementaria 1. Las perlas de estriptavidina biodilatadas lRRTM2 reducen en gran medida el fondo de inmunomancha en comparación con las perlas de proteína A conjugadas lRRTM2-Fc que se utilizan para el prototipo del sistema LRRTM28.
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Preparación de perlas biotiniadas LRRTM2
- Para eliminar el exceso de biotina del medio acondicionado de las células Expi293F que expresan LRRTM2 biotiniladas, aplique 1,7 ml del medio acondicionado mezclado con 0,8 ml de PBS (total 2,5 ml) a la columna de filtración de gel PD-10. La columna PD-10 está preequilibrada con 25 ml de agua ultrapura y 25 ml de PBS.
- Eluir con 3,5 mL de PBS y recoger el flujo a través como un stock LRRTM2.
NOTA: Esta acción LRRTM2 se puede dispensar en alícuotas y almacenarse a -80 oC a largo plazo. Los niveles de expresión de LRRTM2 biotinilado a veces varían de un lote a uno. Por lo tanto, el volumen adecuado de lRRTM2 stock para conjugar con las cuentas debe determinarse para formar presinapciones suficientes en bolas de neuronas, cuando se utiliza un nuevo lote de lRRTM2 stock en la primera vez.
- Tomar 20 l desde la suspensión de partículas magnéticas recubiertas de estreptavidina (diámetro: 4-5 m) a un tubo de microcentrífuga. Inmovilizar las perlas a un aparato hecho a mano unido con imanes permanentes de neodimio y lavar tres veces con 100 s de PBS-MCBC en tubos de microcentrífuga de 1,5 ml.
NOTA: PBS-MCBC contiene PBS incluyendo 5 mM MgCl2, 3 mM CaCl2, 0.1% BSA, y 0.1% libre de EDTA completo.
- Después de retirar completamente PBS-MCBC de las perlas, agregue el volumen predeterminado de lRRTM2 (normalmente 500-1.000 l, véase la Nota 3.1.2) a las cuentas lavadas. Incubar la mezcla utilizando un rotador a 4oC durante 1-2 h.
- Lave las perlas dos veces con 100 ml de PBS-MCBC, y más tarde con 100 oL de medio NGB.
- Resuspenda las perlas LRRTM2 en un medio de 50 oL para su aplicación en el cultivo de la bola de neuronas.
- Utilice los mismos procedimientos para preparar las perlas de control (control negativo) en otro tubo de microcentrífuga, excepto añadir proteínas biotinicadas-LRRTM2.
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Extracción de cuerpos celulares de las bolas de neuronas en DIV 11-12 y aplicación de cuentas LRRTM2
- Etiquetar los pocillos de una placa de 4 pocillos como "Cuerpo celular (+)" y "Cuerpo celular (-)".
- Corte el extremo de una punta amarilla en ángulo de 45o con una cuchilla de afeitar previamente rociada con 70% de etanol bajo estereomicroscopio (Figura1B).
- Coloque el extremo amarillo de la punta en el área del cuerpo celular de una bola de neurona y retire los cuerpos celulares por succión (Figura 1B).
- Para identificar cada condición especificada del experimento, etiquete los pozos de nuevo como "Perlas LRRTM2" y "Controlar perlas".
- Aplique el LRRTM2 y controle las perlas en el cultivo de la bola de neurona, y sumerja en la parte inferior de las placas durante 1 min usando imanes de ferrita para iniciar la formación de presinaptusis. Este procedimiento garantiza el touchdown de todas las cuentas al mismo tiempo. Especialmente, sería eficaz para la incubación de poco tiempo (por ejemplo, 30 min y 1 h) con perlas LRRTM2 sincrónicamente.
- Para realizar experimentos de curso de tiempo, etiquete cada uno de los valores separados de 0 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h y 18 h y aplique perlas LRRTM2 en los intervalos de tiempo indicados.
- Después de la adición de perlas LRRTM2, incubar el cultivo de la bola de neuronacon las cuentas durante un tiempo especificado (0 min a 18 h) para formar presinapciones.
4. Inmunomanchay y microscopía
NOTA: Fijar las células durante 4 h a través de la incubación con perlas LRRTM2 en las condiciones experimentales con y sin cuerpos celulares, ya que los axones tienden a morir gradualmente en ausencia de cuerpos celulares después de 4 h. En caso de curso de tiempo con perlas LRRTM2, fije las celdas en el tiempo especificado indicado.
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Fijación y tinción de neuronas en el cultivo de bolas de neuronas después de la formación de presinapsivas con perlas LRRTM2
- Retire el medio NGB y fije las bolas de neuronas con 4% de PFA en PBS (250 l/bien) durante 20 minutos a temperatura ambiente, y luego lave con 500 ol de PBS 4 veces cada 5 min.
- Lave las células fijas con TBS (salina tris tamponada: 50 mM Tris-HCl (pH 7.3) y 150 mM NaCl) durante más de 5 min.
- Permeabilizar las células / axónes del cultivo de bolas de neuronas con TBS que contiene 0.3% Triton X-100 durante 5 min.
- Conservar las células 1 h para bloquearlas con tampón de bloqueo (0,1% Triton X-100 y 5% NGS (suero normal de cabra) en TBS).
- Incubar las células con anticuerpos primarios; anticonejo-vGlut1 (transportador de glutamato vesicular 1 (1:4000)) y antiratón-Munc18-1 (1:300) diluido con diluyente de anticuerpos durante la noche a 4oC.
- Lavar los cubreobjetos 4 veces con tampón de inmunofluorescencia (IF) (0,1% Triton X-100 y 2% BSA en TBS) e incubar durante 30 minutos con fluoroforo (Alexa dye)-conjugado2 anticuerpos; anti-ratón-IgG-Alexa 555 (1:500), anti-conejo-IgG-Alexa 488 (1:1000).
- Manchar los núcleos de los cuerpos celulares de las neuronas durante 5 min con 4o,6-diamidino-2-fenilindolo (DAPI, 1 g/ml) en PBS.
- Lave los cubreobjetos tres veces con PBS y luego monte en diapositivas de vidrio utilizando medios de montaje que contengan 167 mg/ml de poli (vinilo) de alcohol y 6 mg/ml de n-propilo de gallato.
- Almacene los portaobjetos de vidrio en un refrigerador a -20 oC hasta que se microscopa. Las señales fluorescentes de las diapositivas de vidrio son detectables durante al menos 1 año cuando las diapositivas se almacenan a -20 oC.
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Toma de imágenes bajo microscopio de fluorescencia
- Capture el contraste de interferencia diferencial y las imágenes IF bajo un microscopio fluorescente invertido con una cámara CCD enfriada utilizando una lente de inmersión en aceite 60X. Para el software de adquisición de imágenes, utilice un sistema de microscopio instalado por software. Utilice la imagen J como software de análisis de imágenes.
- Mida la intensidad IF en presinapciones en axón usando la siguiente fórmula; IF intensidades de la Región de Interés en perlas (ROI) – Apagado de la intensidad de la región de perlas/Intensidad axonal a lo largo de 20 m de perlas – intensidad de fondo. Esta intensidad de la relación proporciona un índice de acumulación de proteínas (Figura4A). Realice las mediciones de las imágenes originales de 16 bits utilizando el software Image J.
- Para cuantificar el nivel de acumulación de proteína particular en presináptesis inducida con perlas LRRTM2, seleccione siempre el área lejos de 2 campos de visión o más aparte del cuerpo celular con microscopio (60X).
NOTA: La selección del área en la bola de neuronas para la toma de imágenes es crucial, ya que los axons densos están cerca del cuerpo celular y la periferia de la bola de neurona puede proporcionar un solo axón.
- Para una medición precisa, elija un campo axonal de 5 diferentes (distancia similar a los cuerpos de celda)/coverslip.
- Mantenga condiciones de imagen idénticas en diferentes días y entre experimentos