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Le but du protocole décrit ci-dessous est d’isoler des types de cellules individuels à partir d’une population hétérogène de tissu neural pour l’analyse ultérieure de l’expression génique spécifique au type de cellule, de l’expression des protéines ou même des marqueurs épigénétiques. Le cerveau est composé de nombreux types de cellules dérivées de cellules progénitrices distinctes et qui ont des propriétés et des fonctions spécifiques au type de cellule. Malgré ces différences, ces types de cellules neurales distincts peuvent exprimer des récepteurs et des molécules de signalisation intracellulaire similaires, ce qui rend l’analyse de ces protéines plus omniprésentes difficile à mesurer ou à interpréter d’une manière spécifique au type de cellule à l’aide des méthodes conventionnelles. Les neuroscientifiques doivent identifier la fonction et l’activation de ces types de cellules distincts dans le cerveau et comment ils peuvent avoir un impact individuel sur le comportement, car ce sera finalement la première étape vers l’identification de médicaments et de cibles thérapeutiques plus spécifiques pour les maladies neurologiques et neuropsychiatriques. Malgré cet objectif primordial de la recherche en neurosciences, il peut être difficile d’isoler des types de cellules neurales individuelles du cerveau pour l’analyse de l’expression de gènes ou de protéines, l’activation de molécules de signalisation ou la modification de marqueurs épigénétiques sur l’ADN. Parmi les techniques actuellement utilisées, l’immunohistochimie peut identifier l’expression des protéines d’une manière spécifique au type de cellule lorsqu’elle est combinée à une coloration supplémentaire d’un marqueur spécifique au type de cellule, bien que cela repose sur des anticorps spécifiques qui peuvent correctement colorer les protéines d’intérêt et qu’il puisse être difficile à quantifier. L’hybridation in situ permet d’identifier la localisation spécifique de l’acide ribonucléique messager (ARNm) dans les cellules individuelles du cerveau, mais il s’agit d’un processus laborieux qui limite également la co-analyse de types cellulaires spécifiques et ne permet l’analyse que d’un ou peut-être de quelques gènes d’intérêt. La micro-dissection par capture laser utilise un laser pour isoler des sous-populations de cellules qui sont visualisées par microscopie ; cependant, la nature chronophage de ce processus et le rendement relativement faible peuvent limiter considérablement l’analyse ultérieure des niveaux de protéines ou d’ARNm, en particulier si l’expression de ces molécules est faible au départ. Le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) est une technique relativement nouvelle dans le domaine des neurosciences pour isoler des types de cellules individuelles du cerveau en vue d’une analyse ultérieure de l’expression génique1 et/ou des cibles épigénétiques2. Ce processus peut également être utilisé pour trier des types spécifiques de cellules neurales afin d’analyser ultérieurement l’expression génique spécifique au type de cellule, l’expression des protéines ou les marqueurs épigénétiques. Le FACS est utilisé dans un certain nombre de domaines de recherche médicale tels que le cancer et l’immunologie depuis des décennies pour compter et trier différentes cellules en fonction de caractéristiques physiques ou biochimiques3. De plus, la cytométrie en flux a été classiquement utilisée pour analyser l’expression des protéines sur une base cellulaire, à l’aide d’anticorps spécifiques. La procédure décrite ci-dessous tire parti des techniques classiques de cytométrie en flux pour isoler des types de cellules individuels en vue d’une analyse ultérieure des paramètres de biologie moléculaire. Le cytomètre en flux peut analyser plusieurs milliers de cellules en une seconde, ce qui en fait une alternative rapide et efficace aux techniques décrites ci-dessus. De plus, les cellules peuvent être isolées sur la base de l’expression cellulaire d’une protéine spécifique (par exemple un récepteur de neurotransmetteur) ou d’une combinaison de deux protéines ou plus (colocalisation de plusieurs protéines dans un type de cellule spécifique). Cela permet à l’utilisateur d’isoler des types de cellules neurales très sélectifs en fonction de leurs propriétés moléculaires afin d’identifier leur fonction dans le cerveau.
Pour effectuer un FACS, les cellules neurales sont préparées en une suspension unicellulaire qui passe à travers une cellule d’écoulement qui porte et aligne les cellules de sorte qu’elles passent en file indienne à travers un faisceau lumineux et des lasers pour l’analyse. Un ordinateur acquiert les données de chaque cellule et les trace sur un histogramme pour l’analyse de paramètres spécifiés (taille, granularité et fluorescence). Sur la base de ces paramètres, les cellules peuvent être immédiatement triées dans des tubes séparés pour leur mémorisation et leur analyse ultérieure de tout point final souhaité. Le protocole décrit ci-dessous utilise trois anticorps pour trier les neurones (à l’aide d’un anticorps antigène 1 et d’un anticorps Thy1), les astrocytes (à l’aide d’un transporteur glial de glutamate, l’anticorps GLT1) et la microglie (à l’aide d’un groupe de molécules de différenciation 11B, anticorps CD11b). Ce protocole peut être utilisé comme décrit ci-dessous ou modifié avec différents anticorps en fonction du type de cellule que l’on souhaite isoler pour ses propres expériences.
Il y a quelques mises en garde à prendre en compte pour déterminer si ce protocole est approprié pour des expériences spécifiques. Une mise en garde majeure peut concerner le type de cellule spécifique que l’on souhaite isoler. Dans ce protocole, les trois anticorps utilisés sont des anticorps extracellulaires, qui permettent à l’expérimentateur de garder les types de cellules intacts pendant la procédure de coloration, préservant ainsi l’intégrité de l’ARN, de l’ADN et des protéines à l’intérieur. Il est possible que l’on veuille isoler un type spécifique de cellules neurales à l’aide d’un anticorps qui identifie une protéine qui n’est exprimée qu’à l’intérieur de cette cellule particulière. Par exemple, on pourrait vouloir isoler les neurones dopaminergiques à l’aide d’un anticorps contre la tyrosine hydroxylase ou isoler les neurones acétylcholine à l’aide d’un anticorps contre la choline acétyltransférase. Ces protéines sont intracellulaires et nécessiteraient donc la fixation et la perméabilisation de la membrane cellulaire pour une coloration ultérieure avec les anticorps appropriés. Bien que cela ait été fait avant 4,5, ce processus peut diminuer considérablement le rendement de l’ARN ou de l’ADN de ces cellules perméabilisées. Une autre mise en garde peut être que tous les anticorps ne sont pas appropriés pour le FACS. Par exemple, on peut actuellement utiliser un anticorps qui fonctionne très bien pour le western blot, une technique qui nécessite la dénaturation des protéines. Cet anticorps n’est pas nécessairement adapté à l’identification de ces types de cellules à l’aide de FACS, étant donné que les protéines ne sont dénaturées à aucun moment de ce protocole et que l’anticorps peut donc n’avoir aucun moyen de se lier à son antigène inhérent. Les entreprises fournissent des fiches techniques qui identifient les applications pour lesquelles un anticorps a été approuvé. Si un anticorps n’a pas été approuvé pour la cytométrie en flux, cela ne devrait pas décourager quelqu’un d’essayer ce protocole avec un anticorps particulier ; cependant, il faut savoir qu’il n’est pas garanti de fonctionner pour FACS. Une troisième mise en garde de ce protocole concerne le nombre de cellules que l’on essaie d’isoler. Le FACS est une excellente technique pour produire le plus de cellules possible à partir d’un petit morceau de tissu, mais il est également possible que si l’on souhaite isoler une population relativement clairsemée de cellules d’une région cérébrale relativement petite, le rendement d’un seul animal soit intrinsèquement faible. Dans ce cas, il peut être nécessaire de regrouper le tissu cérébral de quelques animaux du même groupe de traitement afin d’obtenir le nombre de cellules nécessaires à l’analyse ultérieure ; cependant, une publication récente a utilisé la pré-amplification de l’ADNc ciblée sur les gènes pour l’analyse ultérieure de l’expression génique d’un petit nombre de neurones activés (5-6 %) à partir d’un plus grand ensemble de neurones triés, indiquant qu’il est possible d’analyser l’expression génique même de petits sous-ensembles de cellules neurales sans regrouper un grand nombre d’animaux6Une dernière mise en garde de cette technique est que l’on devrait avoir accès à un trieur de cellules qui n’est pas trop loin. Le trieur de cellules est une machine compliquée qui nécessite une formation importante afin de l’utiliser correctement. Ainsi, ces machines sont souvent exploitées par un technicien qualifié dans une installation centrale. De plus, le but de cette procédure est de dissocier le tissu neural, de le colorer pour des anticorps spécifiques et d’apporter immédiatement ces échantillons à un trieur dans un court laps de temps (peut-être une demi-journée). Ce délai permettra d’augmenter la survie et le rendement des cellules isolées et de maintenir l’intégrité des cellules pour le traitement et l’analyse ultérieurs. Si tous les paramètres décrits ci-dessus sont remplis, le FACS est une excellente méthode pour analyser l’expression spécifique des gènes et des protéines du tissu neural.
Toutes les expériences ont été réalisées conformément au Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Université du Delaware et au Guide des National Institutes of Health pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire.