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Research Article
Matthew Laaper1,2, Takrima Haque1, Ruth S. Slack3, Arezu Jahani-Asl1,2,4
1Lady Davis Institute for Medical Research,Jewish General Hospital, 2Integrated Program in Neuroscience,McGill University, 3Department of Cellular and Molecular Medicine,University of Ottawa, 4Department of Oncology, Faculty of Medicine,McGill University
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
このプロトコルを記述する簡易分離し培養 6 7 日古い子犬、CGNs の損失のための効率的な伝達と機能の研究、益からプライマリ マウス脳顆粒ニューロン (CGNs) と nmda 刺激による神経毒性、モデリング法低カリウムによって誘導される細胞死、DNA 損傷と同じ文化モデルを用いた酸化ストレス。
小脳顆粒ニューロン (CGNs) が一般的に使用される神経のモデルは、小脳の豊富な同質な人口を形成です。自分の出生後の開発、豊富とアクセシビリティの観点から CGNs が神経突起は、神経発生、神経移行、生理学的神経刺激などの研究に理想的なモデルです。加えて、CGN 文化は応需型やアポトーシスなどの細胞死の別のモードを研究するためのエクセレント モデルを提供します。文化週間以内は、CGNs は、N-メチル-D-アスパラギン酸 (NMDA) 受容体、神経の健康および病気の多くの重要な機能を備えた特定イオン型グルタミン酸受容体を表現します。齧歯動物の初代 CGN 培養膜脱分極電位と組み合わせて NMDA の低濃度添加は NMDA の高濃度添加をモデルに用いることができる生理学的神経刺激モデルに使用されています顎神経細胞傷害。ここでは、分離法、アデノ ウイルス、レンチで CGNs の遺伝子操作と同様に、6 日間の古い子犬から CGNs の培養を説明します。我々 は NMDA 誘発毒性、低カリウムによるアポトーシスの誘導、酸化ストレス、これらのニューロンの情報伝達に続く DNA 損傷を刺激する方法も現在の最適化されたプロトコル。
小脳顆粒ニューロン (CGNs) 文化によく特徴があり、神経細胞死および開発1,2,3,4,5,を勉強する効果的なモデルを務めています。6。 CGN 文化の in vitro N-メチル-D-アスパラギン酸 (NMDA) 受容体の早期発現が nmda シグナル伝達研究に魅力的なモデルをさせます。膜脱分極と組み合わせて NMDA とこれらの受容体の活性化は生理学的神経刺激をモデル化する使用され、シナプス可塑性7,8のメカニズムに研究の許可されています。それどころか、応需型、急性脳損傷や神経変性疾患9で神経細胞の損失の主要なメカニズムをモデル化する NMDA リガンドによるこれらの受容体の過剰刺激を使用できます。応需型の誘導のメカニズムの 1 つは、急性神経障害と見られる減らされた酸素は、ATP 飢えです。これは、結果、膜の脱分極でグルタミン酸のレベルが上昇、および解放シナプス。過剰な Ca2 +流入これらの受容体を介した Ca2 +を含むいくつかの経路を順番にアクティブに昇格したグルタミン酸により NMDA 受容体の後続の overstimulation-活性化プロテアーゼ、ホスホリパーゼと酵素、重要な細胞内成分および細胞死の制御不能な劣化の結果します。さらに、高い細胞内 Ca2 +酸素フリーラジカルとミトコンドリア損傷10,11の発生につながります。
一方 nmda 刺激による神経毒性に伴う神経の損失の大半はカルシウム流入によるもので、バックス/博独立、細胞死の他のメカニズムは、このモデルから除外できません。壊死の両方の外観とアポトーシス毒性による細胞死は部分的に高い細胞内 Ca 2 +レベル12によって引き起こされる DNA 損傷反応酸素種 (ROS) の生成のためのような。DNA 損傷はアポトーシス細胞死は、クロマチンの固まりおよびアポトーシス小体の外観などの特徴と関連づけられている、アポトーシスのメカニズムによって神経細胞死の結果します。アポトーシスの誘導、ミトコンドリアからシトクロム c の放出を介したし、バックス/Bak 重合13に依存するが示されています。バックス/Bak 重合は、シトクロム c の放出およびプロアポトーシス レギュレータ、軽度の虚血性損傷14で見るの活性化の結果、外ミトコンドリア膜の細孔形成を推進しています。
ROS の生成は、酸化防止剤、神経機能15の大きな酸素要求と相まって低内因性レベルのため脳に重要な問題です。虚血性イベントにさらされる, 一酸化窒素合成酵素は誘導、一酸化窒素の生産および活性酸素種14の増加です。酸素ラジカルの濃度の増加は DNA 損傷が発生し、エネルギー飢餓を間接的に引き起こす可能性ができます。ポリ ADP リボース ポリメラーゼ 1 (PARP 1)、真核生物のクロマチン結合タンパク質触媒 NAD+に不可欠なプロセスから ADP リボース単位の転送を担当の活性化で改善する DNA 二本鎖切断の高レベルDNA 修復の16。しかし、酸化ストレスによる過度の損傷、PARP 1 活性化を引き起こす可能性が増加ドレインによるエネルギー飢餓 NAD+、酸化的リン酸化による ATP の生産に必要な基板上。最終的には、酸化ストレスがミトコンドリアのチトクローム c の放出につながるバックス/Bak 依存的にアポトーシスを引き起こすし、CGNs 17ミトコンドリア リモデリング誘導するために示されています。
最後に、塩化カリウム (KCl) CGN の文化での濃度の変化は、低カリウム/脱分極を介したアポトーシス18,19,20をモデルに使用できます。K+の低レベルにさらされる, CGNs ではミトコンドリアの呼吸と解糖系、携帯電話需要の減少21に帰因する両方の削減としてのレベルの減少の結果異なる生理学的変化を受ける核因子 κ b (nf κ B) 炎症とシナプス伝達22を含む活動を調整します。このモデルは、神経細胞の開発の間に細胞死の研究の特定の興味のです。低 K+環境はより密接に生理学的な条件のようなし、により、神経発生23中に見られる細胞死の特徴。
要約すると、CGNs は神経細胞死と変性の分子メカニズムを調査するため長年モデルを提供します。次のプロトコルの分離、CGNs、式またはウイルスと神経細胞傷害と変性を表す異なるメカニズムを介して神経細胞死の誘導を使用して特定の遺伝経路の抑制培養できるようになります。
このプロトコルに基づいているプロシージャの変更は上記 18 , 24 , 25 , 26, 27 しますこのプロトコルは、マギル大学で動物ケア委員会によって承認されています。
。1 実験準備
注: 次の貯蔵液を作成し、使用するまで維持されます。
。2。脳の抽出と分離の小脳
首切りはさみを使用して3。マウス小脳顆粒ニューロン分離と養殖
4。レンチ ウイルスの包装、精製、滴定
注: 包装、濃度、浄化、レンチ ウイルスの滴定のためのプロトコルは、以前キットを使用せず詳細に記載されている 28、滴定、流れ cytometry 29 など別の方法を含みます。ここで迅速なウイルス浄化ソリューションと qPCR レンチ ウイルス滴定キットを使用して神経細胞傷害を研究にレンチ ウイルスの生産のため私たちの研究室で使用するプロトコルを簡潔に提示します
。5。神経細胞傷害をモデリング
慎重な郭清を図 1 aBに見られるように最小限のダメージでそのまま脳を削除必要があります。削除時に脳に損傷を最小限に抑えるため、小脳への特に損傷する努力をすべきであります。小脳の損傷より困難な識別と、髄膜の完全除去と神経細胞培養の汚染の可能性が高くなります。髄膜を削除すると、小脳を図 1に見られるように、残りの組織から解剖、解離のために準備することができます。
めっき前に CGNs はレンチ ウイルスを導入または図 2で説明したようにアデノ ウイルスに感染してできます。我々 は、レンチ (図 3) めっきの日で最大の効率とアデノ ウイルス、感染の MOI 50 と最小限の毒性と 2-3 の MOI を見つけます。
7 DIV で導入された健康 CGN 文化は、図 3 aで掲載されています。グリア細胞の数が多いまま培養中に存在、純粋な神経の人口を確保するため AraC の濃度が上がります。またグリア細胞は神経細胞より簡単にウイルスを取るし、5 日目で、伝達が行われる場合に重要になります。図 3に見られるように、異型核の形成による細胞死を受けるニューロンの存在を評価できます。全ての濃度、NMDA の H2O2カンプトテシン、24 h 後 50% の細胞死を誘導するために最適化されます。これは、ためミトコンドリアの断片化など神経細胞の損失の前に他の初期イベントを勉強できます。

図 1: マウスの脳や小脳の解剖の除去します。(A) ピンセットのペアを使用して 6-7 日古いマウスの脳を抽出し、頭をつかんで前方顕微解剖はさみのペアを使用して点線に沿って皮膚をカットします。皮膚と結合組織のみを切り取り注意、深すぎる切開が頭蓋骨を穿刺し脳に損傷を与えます。正中線と 2 つの横方向に、カーブに沿ってまっすぐこれらの 3 つの切開でプッシュする皮膚は、明らかに頭蓋骨をバックアップします。一度公開、頭蓋骨をはさみの先端で侵入し、前方にカットできます。同定と髄膜の除去を容易にするために小脳に損傷を与えないように細心の注意する必要があります。一度カット、鉗子を使用して戻って皮をむく頭蓋骨、鉗子やヘラのペアを使用してクールな郭清のソリューションに脳からかったことがありますし、これを公開することがあります。脳を除去するために視神経が切断する必要があります。(B) 髄膜が良い先端の鉗子のペアを使用して小脳から削除される頭蓋骨から削除、します。(C) 使用罰金先端の鉗子、小脳のペアが残りの組織から解剖、髄膜の完全な除去を確実に検査します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 小脳顆粒ニューロンの神経細胞傷害をモデリングします。日 6-7 マウスの手順に従って単一のセルに関連付けが解除されますから孤立した小脳は 3 の部分で提示。次の解離細胞カウントされ、35 の mm の皿の 1.5 倍の 10 の6 cells/mL.For を生成する文化メディアのボリュームで再停止される、4 mL、メッキ、プレートごと 6 x 10 の6セルを与えます。スライドを画像の 105細胞/ウェル x 7.5 を与えて 0.5 mL はメッキです。CGNs はレンチ ウイルスを導入したり、アデノ ウイルスに感染してできます。めっき (0 日体外(DIV)) 与えるトランスフェクション効率が 90% 以上の日にアデノ ウイルスを使用してでき、DNA 損傷と酸化ストレスによる神経細胞傷害の調査のため。10 μ M カンプトテシン (CPT) の追加は、75-100 μ M 過酸化水素 (H2O2) は酸化ストレスを誘導しながら、DNA 損傷を誘発します。H2O2の濃度は 24 時間後 50% の細胞死を誘導するために最適化されなければなりません。10% 未満の低い伝達効率を与える 5 DIV でアデノ ウイルスを感染させます。7 DIV で文化、NMDA 受容体が濃縮されているとき、ニューロンは 100 μ M NMDA と毒性を誘発する 10 μ M グリシン処理できます。これは後続のイメージング解析または単一ニューロンをトレースに最適です。最後に、十分に高い伝達効率を与える 100 μ M NMDA と 7 DIV で 10 μ M のグリシンと扱うことによって続く 0 の DIV にレンチ ウイルスの伝達 (> 80%) を可能にするシーケンスを調べるチップを含む文化の生化学的解析蛋白質の表現およびライブ/デッド試金を実行します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: 小脳顆粒ニューロン。(A) ニューロンがレンチ 3 の MOI で RFP のめっき時に導入したと固定し、in vitro における 7 日ステンド グラスします。RFP シグナルを MAP2、ヘキストの共存は、レンチで導入が完全に健全な神経細胞を示すに表示されます。(B) イメージは異なる MOI、毒性を測定するために感染した神経細胞の生きている死んでいる試金分析を表します。25 と 50 の MOI で LacZ を発現アデノ ウイルスに感染している CGNs は、最大効率、最小毒性を維持しながらコントロールと比較して生存率で 1% の差が見られるは、この慣性モーメントで感染する場合よりも少ない。(C) ヘキスト ・細胞死を誘導する NMDA コントロール CGNs と CGNs の染色処理します。NMDA 治療異型核の形成に注意してください。これは細胞死を示すもの、文化 24 100 μ m NMDA 治療後 h と 10 μ M の約 50% に見られるグリシン。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
著者が明らかに何もありません。
このプロトコルを記述する簡易分離し培養 6 7 日古い子犬、CGNs の損失のための効率的な伝達と機能の研究、益からプライマリ マウス脳顆粒ニューロン (CGNs) と nmda 刺激による神経毒性、モデリング法低カリウムによって誘導される細胞死、DNA 損傷と同じ文化モデルを用いた酸化ストレス。
この作品は自然な科学および工学研究評議会カナダのによってサポートされ A.J. a 健康の研究のカナダの協会が助成金
| qPCRレンチビトラール滴定キット | ABM | #LV900 | |
| スピーディーなウイルス精製ソリューション | ABM | #LV999 | |
| pCMV-dR8.2 | Addgene | #8455 | |
| pCMV-VS.VG | Addgene | #8454 | |
| 蒸留水 | Gibco | #15230162 | |
| 200 mM L-グルタミン | Gibco | #25030081 | |
| 35 mm Nunc culture dishes | Gibco | #174913 | |
| PowerUP SYBR グリーン マスター ミックス | ライフ テクノロジー | #A25742 | |
| BSA V ソリューション | Sigma Aldrich | #A-8412 | |
| CaCl2 & bull; 2H2O | Sigma Aldrich | #C-7902 | |
| カンプトテシン | Sigma Aldrich | #C-9911 | |
| 鶏卵白トリプシン阻害剤 | Sigma Aldrich | #10109878001 | |
| Cytosine beta-D-Arabino フラノシド | Sigma Aldrich | #C-1768 | |
| D-(+)-Glucose | シグマ・アルドリッチ | #G-7528 | |
| DNase1 | Sigma Aldrich | #11284932001 | |
| Eagle-minimal essential medium | Sigma Aldrich | #M-2279 | |
| Glycine | Sigma Aldrich | #G-5417 | |
| 熱不活化透析牛胎児血清 | シグマ アルドリッチ | #F-0392 | |
| ヘペスバッファー | Sigma Aldrich | #H-0887 | |
| 過酸化水素 | Sigma Aldrich | #216763 | |
| 50 mg/mL ゲンタマイシン | シグマ アルドリッチ | #G-1397 | |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | #M-2643 | |
| N-メチル-D-アスパラギン酸 | Sigma Aldrich | #M-3262 | |
| フェノールレッド溶液 | シグマ アルドリッチ | #P-0290 | |
| トリプシン | Sigma Aldrich | #T-4549 | |
| リポフェクタミン 3000 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | L3000-008 | |
| p3000 エンハンサー試薬 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | L3000-008 | |
| Opti-MEM I 還元血清中 | サーモフィッシャーサイエンティフィック サイエンティフィ | ック31985070 | |
| KCl | VWR | #CABDH9258 | |
| NaCl | VWR | #CABDH9286 | |
| NaH2PO4H2O | VWR | #CABDH9298 | |
| ポリD-リジン | VWR | #89134-858 | |
| DMEM | Wisent | #319-005-CL | |
| FBS | Wisent | #080-450 |