Mise en place de cultures neuronales dissociées, fœtales et hippocampiques de rongeurs
Le protocole présenté ici est basé sur les études influentes sur la culture de cellules nerveuses réalisées par Banker et Goslin15. Le protocole a été affiné pour obtenir des cultures neuronales avec une morphologie, une densité et une pureté optimales pour effectuer des études de détection d’anticorps de surface neuronaux. Le protocole de dissection et d’ensemencement est divisé en trois parties (figure 1A). La première partie, l’isolement hippocampique, consiste en l’extraction chirurgicale du tissu vivant (Figure 1A, panneau de gauche). Comme l’indique la figure, les rates Wistar gravides avec des embryons E18 sont le matériau de départ clé pour une culture réussie. Une fois le cerveau extrait des embryons E18, la microchirurgie est réalisée au stéréomicroscope. Avec des outils appropriés (Figure 1B) et une manipulation précise, il est possible de séparer l’hippocampe du reste du tissu nerveux. La disposition des tissus dans les milieux spécifiques est illustrée à la figure 1C. La deuxième partie du protocole consiste en la dissociation des cellules de l’hippocampe. Il est subdivisé en deux étapes (Figure 1A, panneau central) : la dissociation enzymatique et la dissociation mécanique de l’hippocampe, qui aboutissent à des cellules uniques, intactes et dissociées. En utilisant cette méthodologie, il est possible d’obtenir des cultures cellulaires sans agrégats cellulaires, comme représenté à la figure 2A-D. La troisième partie du protocole consiste en l’ensemencement cellulaire (Figure 1A, panneau de droite). Cette partie du protocole est cruciale afin d’ajuster la densité et l’homogénéité de la culture neuronale dans la plaque. Le comptage des cellules et l’ensemencement de 50 000 neurones dans une surface d’une boîte de 3,5 cm fournissent une densité optimale pour réaliser non seulement des expériences visant à déterminer la présence d’anticorps dirigés contre les protéines de surface des cellules neuronales (Figure 3) mais aussi à analyser la pathogénicité de ces anticorps avec imagerie calcique (Figure 4).

Figure 1 : Protocole visuel pour les cultures primaires de neurones de l’hippocampe. (A) Organigramme montrant les trois parties du protocole pour la préparation de cultures de cellules dissociées de neurones hippocampiques à partir de rats embryonnaires à E18. Le protocole est divisé en 1. Isolement hippocampique, 2. Dissociation cellulaire, et 3. Ensemencement cellulaire. (B) Sélection d’outils recommandés pour l’isolement hippocampique regroupés en trois catégories: (1- Pinces à courbes, 2- Pinces incurvées, 3- Ciseaux) pour la collecte d’embryons, (4- Pinces à courbure fine, 5- Pinces droites fines, 6- Ciseaux chirurgicaux) pour l’extraction du cerveau, et (7- Pinces à angle fin, 8- Ciseaux à ressort de précision) pour l’isolement de l’hippocampe. (C) Représentation schématique du bac à glace 1 avec les plaques et les supports nécessaires à l’isolement de l’hippocampe. Les embryons et les têtes sont placés dans HBSS, tandis que les cerveaux sont placés dans le milieu hiberné + B27. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les cultures de neurones hippocampiques à 18 div sont matures, interconnectées et expriment des protéines structurelles et fonctionnelles
Dans la croissance et la maturation des cultures neuronales, deux phases différenciées peuvent être appréciées : la phase de polarisation du neurone (Figure 2A,B) et la phase de développement dendritique et de construction du réseau synaptique (Figure 2C,D). Les cellules sur 1 div sont réparties uniformément et ont adhéré à la plaque, développant une lamelle autour du corps cellulaire avec des neurites mineurs commençant à s’étendre (Figure 2A). Après quelques jours en culture, les neurites s’étendent sur une courte distance. Les cellules présentent une polarisation significative, mais il y a peu de croissance nette (Figure 2B). Après cette étape, la synaptogenèse est importante et les neurones commencent à s’interconnecter. Le réseau neuronal ne cesse de croître et devient plus complexe (Figure 2C). À 18 div, les neurones sont matures et interconnectés; le réseau neuronal est construit (Figure 2D). Une fois que les épines synaptiques sont formées et connectées, les neurones sont entièrement polarisés et expriment toutes les protéines fonctionnelles et structurelles. Parmi les nombreuses protéines exprimées par les neurones matures en culture, le récepteur neuronal NMDA (Figure 2E) et la protéine synaptique PSD95 (Figure 2F) ont été choisis ici comme marqueurs représentatifs. De plus, il est possible de visualiser sélectivement les axones en marquant les neurofilaments (NF) (Figure 2G) et de visualiser les dendrites en ciblant la protéine MAP2 (Figure 2H).
Figure 2 : Évolution temporelle de la maturation des cultures cellulaires dissociées de neurones hippocampiques. (A-D) Images à contraste de phase des neurones de l’hippocampe au cours des 18 premiers jours de culture. (A) Neurones à 1 div lors de leur fixation au substrat recouvert de PLL. (B) L’émergence de petits neurones dans les neurones à 5 div. (C) Les neurones à 11 div ont développé de longs neurites qui s’allongent et acquièrent des caractéristiques axonales. (D) Les neurones à 18 div sont matures et ont formé un réseau neuronal. Barre d’échelle (A-D) = 40 μm. (E-H) Images fluorescentes représentatives prises par microscopie confocale à balayage laser à l’aide de marqueurs sélectifs pour montrer les neurones matures à 18 div. Les cultures neuronales ont été fixées et immunocolorées avec des anticorps qui colorent sélectivement (E) le récepteur neuronal (NMDAR), (F) le marqueur synaptique (PSD95), (G) le marqueur axonal (neurofilament, NF) et (H) le marqueur dendritique (MAP2). Barre d’échelle (E-H) = 20 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les anticorps dans les échantillons de patients réagissent avec les antigènes de surface des cellules neuronales
Les échantillons (sérum et LCR) obtenus de patients atteints d’encéphalite anti-NMDAR contiennent des autoanticorps qui reconnaissent le NMDAR présent à la surface des neurones. L’incubation des cultures avec les échantillons du patient produit un signal de fluorescence intense à la surface des cellules et des dendrites (Figure 3A,C). En revanche, les échantillons témoins ne produisent aucun signal de fluorescence lorsqu’ils sont administrés aux cultures neuronales (Figure 3B,D). Ces résultats montrent comment les cultures peuvent être utilisées pour dépister les échantillons de patients pour les anticorps et peuvent conduire à l’identification de nouveaux anticorps qui ciblent la surface des cellules neuronales.
L’échantillon de LCR du patient diminue la concentration intracellulaire de calcium dans les cultures de neurones hippocampiques induites par le NMDA
Pour évaluer l’effet des anticorps des patients sur l’activité neuronale (après 24 heures de traitement), les transitoires calciques intracellulaires ont été surveillés optiquement à partir des neurones en culture en temps réel lors d’une stimulation médiée par NMDA. L’application de NMDA génère une augmentation de l’intensité de fluorescence, comme indiqué par un changement dans la fluorescence verte intracellulaire (Figure 4A et Vidéo supplémentaire 1). Les neurones traités avec l’échantillon témoin de LCR ont montré une différence plus élevée dans l’intensité de fluorescence (56%) lorsque le stimulateur a été appliqué par rapport aux cellules traitées avec l’échantillon de LCR du patient. Les différences d’intensité de fluorescence ont été mesurées et les courbes de stimulation médiées par NMDA à partir des données extraites du soma des cellules ont été comparées (Figure 4B,C). Les courbes de stimulation montrent qu’il y a eu un afflux intracellulaire de calcium dans les deux scénarios, mais les cultures traitées avec le LCR des patients (ligne grise) ont montré une réponse inférieure à celle des cultures traitées témoins (ligne noire). Ces résultats démontrent que les anticorps présents dans le LCR des patients diminuent l’activité cellulaire en raison de l’interaction des anticorps avec le NMDAR, et provoquent ainsi un effet pathogène.

Figure 3 : Les anticorps des patients réagissent avec la surface des cultures neuronales. (A,E) Le sérum et le LCR des patients atteints d’encéphalite anti-NMDAR réagissent avec la surface cellulaire des neurones vivants de l’hippocampe du rat (B, F), tandis que le sérum et le LCR des sujets témoins ne montrent aucune réactivité. Barre d’échelle (A,B,E,F) = 20 μm. Image à plus fort grossissement d’une dendrite (63x) montrant le schéma de surface typique de réactivité pour (C, G) le sérum du patient et le LCR et (D,H) négatif pour les témoins. Les images ont été prises par microscopie confocale à balayage laser. Barre d’échelle = 10 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Les anticorps des patients réduisent l’afflux de calcium dans les neurones de rat exprimant GCaMP5G. (A) L’administration d’une solution de stimulation (NMDA [100 μM] + glycine [1 μM]) dans des cultures de neurones a déclenché un afflux de calcium, comme indiqué par l’augmentation de la fluorescence verte intracellulaire (pic de stimulation), par rapport à l’image prise avant la stimulation (pré-stimulation). Après 120 s, l’intensité de fluorescence diminue et se stabilise (post-stimulation). Les cultures traitées avec le LCR des patients ont montré une réduction significative (56%) de l’augmentation du calcium médiée par le NMDA par rapport au LCR du contrôle. Les images ont été prises par microscopie à fluorescence. Barre d’échelle = 20 μm. (B) Un graphique de l’une des trois expériences indépendantes représentant l’intensité de fluorescence dans le temps (180 s) pour les cultures traitées avec le LCR du contrôle (ligne noire) et le LCR des patients (ligne grise) lors de la stimulation NMDA (flèche bleue). n(LCR des témoins) = 20 cellules; n(LCR des patients) = 28 cellules. Les données sont représentées sous forme de moyenne ± SEM. (C) Les diagrammes encadrés montrent les percentiles médian, 25e et 75e. Les moustaches indiquent les valeurs minimales et maximales. L’évaluation de la signification a été réalisée par analyse bidirectionnelle de la variance (ANOVA; p < 0,0001) et les tests U de Mann-Whitney (p < 0,0001). Une valeur de p < 0,05 a été considérée comme statistiquement significative. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Vidéo supplémentaire 1 : Vidéo montrant deux neurones de l’hippocampe exprimant GCaMP5G côte à côte : neurone traité avec le LCR du contrôle (à gauche) vs neurone traité avec le LCR des patients (à droite). L’application de NMDAR (stimulation) génère une augmentation de l’intensité de la fluorescence intracellulaire dans les deux cas, mais avec un niveau significativement plus élevé dans le neurone traité avec le LCR du témoin par rapport à celui traité avec le LCR des patients. Les images ont été prises par microscopie à fluorescence et éditées avec ImageJ appliquant la table de correspondance (LUT) Fire. 1700 cadres (170 s); accéléré 5 fois. Barre d’échelle = 10 μm. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.