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Research Article
Bruna Soares Landeira1, Jéssica Alves de Medeiros Araújo1, Timm Schroeder2, Ulrich Müller3, Marcos R. Costa1
1Brain Institute,Federal University of Rio Grande do Norte, 2Department of Biosystems Science and Engineering,ETH Zurich, 3The Solomon H. Snyder Department of Neuroscience,Johns Hopkins 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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
ライブ画像は、リアルタイムで携帯電話の行動を研究するための強力なツールです。ここでは、タイムラプス ビデオ-顕微鏡検査のため主要な大脳皮質細胞の主な神経幹細胞から分化したニューロンとグリア系統進行中に成立段階の詳細な検査を可能にするプロトコルについて述べる。
大脳皮質の開発中には、前駆細胞は新しい前駆細胞または後の神経細胞を生成する対称および非対称細胞分裂のいくつかのラウンドを受けます。その後、いくつかの前駆細胞は、アストロ サイト、オリゴデンドロ サイトの人口への追加幹運命に切り替えます。主要な大脳皮質細胞培養のタイムラプス ビデオ顕微鏡を使用すると、細胞分裂のモードと前駆細胞の細胞周期のパラメーターを制御する細胞・分子メカニズムを研究することが可能です。同様に、セル固有蛍光レポーター蛋白質を使用してまたは後免疫細胞化学をイメージング、後細胞の運命は調べることができます。もっと重要なは、これらすべての機能は、特定のセル型を生成することを約束の前駆細胞の同定を許可する単一細胞レベルで分析できます。また細胞自律的・細胞自律的現象の研究を許可するウイルスを介する遺伝子導入を用いた遺伝子発現の操作を実行できます。最後に、蛍光の融合蛋白質を使用区分と娘細胞運命との対比の中に選択した蛋白質の対称および非対称分布に関する研究。ここでは、数日に及ぶ主要な大脳皮質マウス細胞を画像、細胞分裂、細胞周期の長さと新しく生成された細胞の運命のモードを分析してタイムラプス ビデオ顕微鏡法について述べる.興味のある遺伝子を操作する、または単にレポーター蛋白質と細胞をラベルに適用できる前駆細胞を使って簡単な方法について述べる。
神経幹細胞 (NSC) は、大脳皮質の開発中にニューロンと macroglial 細胞を生成します。初期-内因、NSCs 対称の細胞分裂のいくつかのラウンドを受けるし、前駆プールを展開します。その後、NSCs は中間1を介して直接または間接的にニューロンを生成する非対称的に分割します。だけで半ば-に後半-内因、前駆細胞のアストロ サイト、オリゴデンドロ サイトの2,3、4を生成するスイッチします。しかし、ユニークな種類のニューロンや macroglial 細胞の世代に運命制限前駆細胞の寄与と同様、細胞の増殖と分化を制御する完全なメカニズムは、激しい議論4,5,6の問題を続けます。神経細胞、アストロ サイト、オリゴデンドロ サイトを生成する個々 の皮質 NSCs の可能性は広範囲に研究生体外および生体内で無数の技術を使用して、されている: 単一細胞培養7,8,9,10、11,12,13; イメージング ライブライブ イメージングの高密度文化文化3,14,15;ライブ イメージング スライス文化16,17,18;ウイルス媒介性遺伝的ラベリング処理による高密度培養14,15,19,20,21; のクローン解析クローン解析体内レトロ ウイルス22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33; を使用してそして体内のクローン解析トランスジェニック動物の34を使用しています。
これらのテクニックは、長所と短所がそれぞれ。たとえば、トレースする血統体内一括と分割エラー3、個々 の大脳皮質前駆細胞の潜在性について矛盾する結論に至る。また、両方in vitroとin vivoの研究が早い時点で前駆細胞の分類に基づいて、35系統進行中に細胞死の検出されない発生による細胞系譜の事後分析を受けます。したがって、単一 NSCs の可能性の分析に適したシステムは生成されると、すべての細胞の同定だけでなく、系統内での細胞運命の適切な特性を考慮しなければなりません。一次電池文化とライブ イメージングの組み合わせでは、この設定を提供します。単一細胞培養とタイムラプス ビデオ顕微鏡を用いた、寺らは gliogenesis11神経新生から個々 の大脳皮質前駆細胞の血統のスイッチを示しています。後で、彼らはニューロンの異なったタイプが12の単一の大脳皮質前駆細胞から生成されることを示す同じシステムを使用しました。しかし、このシステムには重要な注意事項: 初期内因で分離された大脳皮質前駆細胞の 1% は 4 つ以上の子孫9のクローンを生成するだけです。FGF2 の付加の後で 4 つ以上のセルを生成する細胞の頻度は 8-109に増加します。それにもかかわらず、この数はこの段階で、ほとんどすべての大脳皮質前駆細胞が増殖を考慮した小さすぎます。また、36運命仕様に FGF2 の潜在的な影響は否定できません。(Pax6 を発現) 心室の両方の増殖をサポートする高密度細胞培養を用いてこれらの制限を回避するために、脳室下帯 (Tbr2 表現) 大脳皮質前駆細胞15。また、これらの文化のリアルタイム観察は NSC 系統進行のいくつかの機能、3、15細胞分裂、細胞周期の延長、ニューロンとグリアなどを生成する単一細胞の潜在性のモードなど、これらの条件下で再現を示しています。最近では、我々 も CREB シグナルがマウス37で未熟な大脳皮質ニューロンの細胞の生存に影響を与えることをこのシステムを使用しています。したがって、プライマリ マウス大脳皮質のタイムラプス ビデオ顕微鏡を考えて高密度成長のセルは細胞周期の進行のメカニズムを解明、細胞分裂、細胞生存率、細胞運命の指定のモードを研究する強力かつアクセス可能なツール。後者ができますリアルタイム38,39,40の特定細胞運命の識別またはポスト各種3,38,41,42をイメージングの使用許可、トランスジェニック動物を使用しています。
ここでは、NSCs の増殖とニューロンと macroglial 細胞の次の世代を支える主要な大脳皮質細胞培養を準備する手順を追ってプロトコルを提供します。識別およびコマ撮りビデオ顕微鏡を用いた単一細胞レベルで追跡することができます個々 の細胞の遺伝子を操作する遺伝子をレトロ ウイルス媒介の使用についても述べる。齧歯類、内因の端に最初から主要な大脳皮質細胞の研究にこのプロトコルを使用することができますが、ステージ14によるといくつかの調整が必要があります。二次元文化のタイムラプス ビデオ顕微鏡を用いた、NSCs 他のソースから分離を検討ことができますが、適切な培養システムは細胞挙動の in vitroとin vivo38,43を比較することによって決定する必要があります。
この議定書に記載されている生きた動物を含むすべての実験は、国内および国際法に従って行われ、地元の大学動物管理および使用委員会(CEUA / UFRN)によってライセンス009/2014の下で承認されました。以下のプロトコールは、無菌環境で行われます。基本的な細胞培養に精通していることが望ましいです。
1. 背外側終脳マイクロダイセクション
2. 細胞の解離とめっき
3. レトロウイルスを介したトランスフェクション
注:これは、前駆細胞のみをトランスフェクションする簡単な方法です。ただし、他のウイルスベクターまたは化学的/電気的トランスフェクションを使用して、培養細胞に目的の遺伝子を挿入できます。
4. タイムラプスビデオ顕微鏡
注:このステップには、インキュベーションチャンバー付きの倒立蛍光顕微鏡が必要です(材料の表を参照)。
5. イメージング後の免疫細胞化学
6. セルトラッキング
注:ここでは、Table of Materialsのリンクから入手できるソフトウェアThe Tracking Tool(tTt)を使用して、タイムラプスビデオ顕微鏡データを分析するための主な手順を簡単に説明します。
注:画像取得を他のソフトウェアで実行する場合は、tTtインストーラーで利用可能なtTtコンバーターを使用して画像データをインポートしてください(資料の表に記載されているリンク)。png、tif、jpgの画像形式のみ受け付けています。tTt コンバータを起動した後、図 1 A - B に示されている手順に従ってください。
7. 定量化
注:ビデオ顕微鏡データを使用していくつかの測定を行うことができます46。ここでは、後の「代表的な結果」セクションで例示される 3 つの可能性について説明します。
胚E14から単離された大脳皮質細胞の初代培養物には、前駆細胞とニューロン細胞の両方が含まれています。イメージングの期間中、前駆細胞は細胞分裂を数回繰り返し、細胞の数を増やします(図5およびビデオ図1)。
少数の前駆細胞のレトロウイルス媒介トランスフェクションは、細胞クローンの同定を容易にします(図6)。GFP発現は24時間後に検出可能であることに注意してください。この時点で、位相差画像からGFP発現細胞を同定し、それらをさかのぼって系統を完成させることができます。ここに含まれるGFP画像は、次の理由で良好なコントラストを持っていません:1)内因性GFP発現がレトロウイルス形質導入の数日後に観察された;2)画像は、24ウェルプレートのプラスチック底部を通る10倍の長距離対物レンズを使用して撮影されました。3)蛍光曝露時間は、細胞を損傷することなくGFPシグナルの最小検出(光毒性)に設定されます。
単一の前駆細胞の追跡は、系統樹を生成し、その系統についての重要な情報を明らかにします(図7)。これらの系統樹に基づいて、分化した細胞間のクローン接続を評価し、細胞周期の長さを測定し、娘細胞の増殖挙動に基づいて細胞分裂のモードを評価することができます(対称増殖-両方の娘細胞は細胞分裂の新しいサイクルを受けます。非対称 - 一方の娘細胞は細胞分裂の新しいサイクルを経、もう一方の娘細胞は有糸分裂後になります。対称末端 - 両方の娘細胞が分裂後になります)、細胞の生存率、細胞速度、および細胞増殖速度3,15,37,47。
ニューロンマーカーMAP2およびレポータータンパク質GFPに対する抗体を使用したイメージング後の免疫細胞化学は、追跡された皮質前駆細胞から生成された分化ニューロンと非ニューロン細胞を示しています(図8)。

図 1.「tTt Converter」を使用して、他のソフトウェアから取得したタイムラプス画像を分析します。(A)画像データを参照して、入力フォルダ(赤い長方形)に直接追加します。「画像ファイル名からメタ情報を解析する」を、さまざまな位置、イメージングチャネル、またはzインデックス(赤い矢印)に対してアクティブにします。tTt Converterは16ビット画像を自動的に8ビットに変換しますが、各イメージングチャネルのブラックポイントとホワイトポイントを指定するには、「16ビットを8ビットのブラック/ホワイトポイントに設定」オプションを有効にする必要があります。この手順の詳細については、下部の「各チャネルの bp/wp の設定方法」 (赤い矢印) を参照してください。「実験メタ情報」セクションを編集した後、宛先フォルダ(青い長方形)を参照し、「x個の画像を変換」(オレンジ色の長方形)をクリックします。(B) 完了した変換のウィンドウ。(C)「tTt Log File Converter」ウィンドウ(赤い矢印)で、追跡用の画像をロードする前の固定間隔としての秒の定義。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 2.tTtでの実験の選択。(A) ユーザークエリウィンドウで、「ユーザーの追加」をクリックし、ユーザーのイニシャルを入力してから「続行」オプションを選択します。(B)「TTTWorkFolder」セクション(赤い長方形)で解析するフォルダを参照し、「experiment folder」セクション(青い長方形)で実験を選択します。次に、実験を読み込みます (赤い矢印)。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 3.画像の選択。(A)解析する位置(赤い長方形)を選択します。画像が変換された場合は、「LogFileConverter」をクリックし、図1Cに示すようにに進みます。(B)「すべて」の下部(赤い長方形)を選択し、画像(青い長方形)を読み込みます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 4.追跡ウィンドウ。(A)「ガンマ調整」ボタンで明るさとコントラストを調整し、細胞分裂、細胞死、細胞損失、または追跡停止の「分割」(赤の長方形)、「アポトーシス」(青の長方形)、「ロスト」(緑の四角形)、または「割り込み」(紫色の長方形)オプションをそれぞれ選択します。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 5.異なる時点のタイムラプスビデオ顕微鏡法によって得られた位相差画像。(A-H)(A)0日目4時間15分20秒、(B)0日目12時間20分29秒、(C)0日目20時間27分09秒、(D)1日目4時間41分26秒、(E)1日目12時間45分57秒、初代大脳皮質細胞培養の位相コントラスト画像を示す顕微鏡写真 (F)1日目20時間50分33秒、(G)2日目4時間54分52秒、(H)2日目12時間59分15秒時間の経過とともに細胞密度が大幅に増加することに注意してください。スケールバー:50μmこの図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 6.レトロウイルス導入細胞におけるGFP発現。位相差画像(A-G)とGFP蛍光画像(A'-G')を同時位置で撮影。GFP発現は、イメージングの最初の数時間には存在せず、時間の経過とともに増加し始めることに注意してください。(AA ')0日目 16時間01分05秒、(B-B') 0日目 21時間49分26秒、(C-C') 1日目 6時間29分33秒、(D-D') 1日目 15時間35分00秒、(E-E') 2日目 00時間40分10秒、(F-F') 2日目 09 h 44 min 28 s. (F'') F'の破線ボックスの高倍率。黄色の矢印(B-F)は、GFP(B-F')を発現する細胞の位相コントラスト像を示しています。スケールバー:50μmこの図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 7.単一前駆細胞の細胞系譜。(A-C)細胞分裂の一例を示す位相差画像。(A)前駆細胞の切り上げ。(B)細胞膜の狭窄。(C)有糸分裂の完了。(ダ) ソフトウェアtTt で生成された単一細胞系統樹の例。色付きの矢印は、細胞分裂のさまざまなモードを示しています:対称増殖性(黄色の矢印);非対称(青い矢印);対称端子 (赤い矢印)。「X」は細胞死を示します。数字は前駆細胞の細胞周期の長さを示します。スケールバー:50μmこの図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 8.イメージング後の免疫細胞化学により、神経細胞を同定します。GFP(A)およびニューロンマーカーMAP2(B)に対する抗体で免疫染色された大脳皮質細胞。(C) の結合された画像と (C') の結合された画像の高倍率。黄色の矢印はMAP2を発現するGFP+細胞を示しています。これらの細胞を実験の最初にさかのぼって追跡することで、培養中の兄弟ニューロンを同定することができます。スケールバー:100μmこの図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

動画1.初代大脳皮質細胞培養のタイムラプスビデオ顕微鏡。20分ごとに取得される位相差画像は、in vitroでの細胞の詳細な挙動を示しています。このビデオを見るには、ここをクリックしてください。(右クリックでダウンロードします。
著者が明らかに何もありません。
ライブ画像は、リアルタイムで携帯電話の行動を研究するための強力なツールです。ここでは、タイムラプス ビデオ-顕微鏡検査のため主要な大脳皮質細胞の主な神経幹細胞から分化したニューロンとグリア系統進行中に成立段階の詳細な検査を可能にするプロトコルについて述べる。
この作業は、研究集会 (Conselho ナシオナル ・ デ ・ Desenvolvimento Científico e Tecnológico)、岬 (中・ デ ・ Aperfeiçoamento ・ デ ・ Pessoal ・ デ ・ Nível スーペリアー) によって支えられたおよび FAPERN (カルースト ・ デ ・ アンパロ Pesquisa はリオ ・ グランデは、ノルテを行う)。
| Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
| Penicillin/streptomycin | Gibco | 15140122 | |
| Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 12400-024 | |
| 子牛胎児血清 (FCS) | Gibco | 10437028 | |
| グルコース | Gibco | A2494001 | |
| B27 | Gibco | 17504044 | |
| トリプシン-EDTA (0.05%) | Gibco | 25300054 | |
| パラホルムアルデヒド | Sigma | 16005 | |
| ヤギ血清 | Sigma-Aldrich | 69023 | |
| Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
| イソフルラン | シグマ | 792632 | |
| 抗 MAP2、マウス | Sigma | M4403 | |
| 抗 GFP チキン | Aves | 0511FP12 | |
| DAPI | Sigma | D9542 | |
| ヤギ 抗マウス アレクサ 594 | Invitrogen | A11005 | |
| ヤギ 抗チキン アレクサ 488 | Invitrogen | A11039 | |
| ImageJ | NIH | ||
| tTt | ETH チューリッヒ | ||
| 細胞観察顕微鏡 | ツァイス | ||
| パスツールピペット | |||
| PBS | |||
| トラッキングツール(tTt)ソフトウェア | https://www.bsse.ethz.ch/csd/software/ttt-and-qtfy.html | ダウンロードリンク |