Name: マウス胚脳切片における移動するニューロンとグリア前駆細胞のタイムラプスイメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-08T15:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 17 s
Description: 学ぶマウス胚脳切片におけるタイムラプスイメージング法で、ニューロンとグリア前駆細胞の移動挙動を可視化する技術です。子宮内電気穿孔を用いて個々の細胞を高いS/N比で観察し、神経発達障害の病態解明に貢献します。

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Tα1プロモーターは、P.バーカーとFDミラーからの贈り物です。Dcxのプロモーターは、Q.ルーからの贈り物です。hGFAP-Cre は Albee Messing 氏からの贈り物でした。PiggyBacトランスポゾンベクターシステムは、Sanger Instituteから提供されました。Flt1-DsRedマウスは、滋賀大学(M. Ema)から提供されました。本研究は、日本学術振興会科学研究費助成(課題番号JP21K07309:田畑秀樹、JP20H05688・JP22K19365:中島和彦)、武田科学振興財団、慶應義塾教育研究振興基金、慶應義塾学術振興基金(中島和彦)の支援を受けて行われました。

本研究は、あいち発達研究センター動物利用委員会、愛知県発達障害センター(#2019-013)、慶應義塾大学(A2021-030)の承認とガイドラインに従って実施された。時限妊娠ICR(野生型)マウスを市販で入手した( 「材料の表」参照)。遊走細胞と血管との関係を観察するために、内皮細胞がDsRed22を発現するFlt1-DsRedマウスを用いた。雄のFlt1-DsRedマウスを雌のICRマウスと交配した(両マウスとも生後8-24週齢)。すべての動物は、サンプリングされるまで、特定の病原体フリー(SPF)条件下で飼育および操作されました。この研究で使用した試薬と機器は、 材料表に記載されています。
1. 子宮内 エレクトロポレーション
<ol><li>市販の2x HBSに等量のオートクレーブ水を加えて、HEPES緩衝生理食塩水(HBS)を調製します。</li>
	<li>麻酔薬には2つのオプションがあります。イソフルラン(吸入)およびMMB(注射)。MMBを使用する場合は、以下のようにご用意ください。0.75mLのメデトミジン(1mg / mL)、2mLのミダゾラム(5mg / mL)、および2.5mLのブトルファノール(5mg / mL)を19.75mLのオートクレーブ水に加えます23。 注:この麻酔液は2か月以内に活性が低下します。遮光材付きで4°Cで保存してください。</li>
	<li>アチパメゾール溶液を調製する。0.75 mLのアチパメゾール(5 mg/mL)を24.25 mLのオートクレーブ水で希釈します。</li>
	<li>オートクレーブ水に0.2%(w/v)Fast Green溶液を調製します。フィルター(細孔径0.22μm)で滅菌します。</li>
	<li>アルカリ溶解およびカラム精製に基づく従来のプラスミド精製キットを使用して、製造元の指示に従ってプラスミドを調製します23 ( 材料の表を参照)。100 mLの細菌培養物から精製したプラスミドを30-50 μLのHBSに溶解して、プラスミドストック(3-5 μg/μL)を調製します(補足ファイル1)。<ol><li>プラスミドストックをHBSと混合して希釈し、0.2% Fast Greenの1/10容量を加えて注入液を着色します。プラスミドの成分と最終濃度は、その目的に応じて決定されます(表1)。</li>
	</ol></li>
	<li>ピペットプーラーを使用してガラスキャピラリーを引っ張ってマイクロピペットを作成します。 注:ピペットの先端は、細い鉗子を使用して斜めに切断されます。先端の外径は約70μmです。2 μLの水を吸引して、2 μL間隔でマイクロピペットに印を付けます。</li>
	<li>適切な段階で、妊娠中のマウスに 10 μL/g 体重の用量で MMB 麻酔薬を腹腔内に注射します (施設で承認されたプロトコルに従います)。 注:操作する胚期は、目的に応じて決定する必要があります。将来のII/III錐体ニューロンの標識には、E14.5が適しています。グリア前駆細胞を標識するには、E15-16でエレクトロポレーションを行う必要があります。あるいは、マウスはイソフルラン(1%〜2%)の吸入によって麻酔することができる。</li>
	<li>マウスに深く麻酔をかけた後、38°Cの温かいプレートの上に置きます。 メモ: マウスがテールをつまむことに反応しないことを確認してください。</li>
	<li>脱毛クリームを使用して手術部位の周囲の毛皮を取り除いた後、ヨウ素ベースのスクラブと70%アルコールの両方で、手術部位を円を描くように数回消毒します。前方の2番目に 後方の乳首のペアのレベルから正中線に沿って2 cmの長さの皮膚切開を行い、続いてアルバ線に沿って腹壁に2cmの正中線切開を行います(図1A)。 注:腹壁を切開する過程で、内臓を切らないように細い鉗子で少し持ち上げます。</li>
	<li>滅菌プラスチックシートを皮膚に置き、その上に滅菌ティッシュペーパーを置きます(図1A)。中央に穴を開けて手術部位を露出させます。 注:乳首の位置を参照して切開を配置するには広い視野が必要なため、滅菌プラスチックシートと滅菌ティッシュペーパーは切開後に配置されます。</li>
	<li>滅菌PBSで紙を濡らし、切開部から子宮角を注意深く観察し、プラスチックシートと紙の穴から子宮角を引き出します。</li>
	<li>吸引チューブアセンブリに取り付けられたマイクロピペットを使用して、呼気圧により、プラスミド混合物1 μLを子宮壁を介して左右の側心室に注入します(図1A)。 注:あるいは、プラスミドはマイクロインジェクターを使用して注入することもできます。</li>
	<li>ピンセット型電極で胚の頭部をつまみ、エレクトロポレーター(E14-16は35V、E17は50V、450ms間隔で50msの方形パルスを5回)を用いて電子パルスを印加します(図1A)。 注:胚の頭を強くつまむと、胚が損傷します。実際の電流は40〜70mAである必要があります。</li>
	<li>子宮角を腹腔に戻します。</li>
	<li>5-0の絹糸を使用して腹壁を縫合します。</li>
	<li>アチパメゾール溶液を10μL / g体重の用量で腹腔内に適用します。.</li>
	<li>5-0の絹糸を使用して皮膚を縫合します。 注:スキンはオートクリップを使用して閉じることができます。</li>
	<li>操作したマウスを温かいプレートに少なくとも30分間置いてください。マウスはケージ内で動き始めます。 注: 子宮内 エレクトロポレーションの手順(ステップ1.7から1.16まで)は30分以内に行う必要があります。一般的な操作時間は20分です。</li>
</ol>2.スライスの準備
注:スライスの鮮度は、この実験の成功の鍵です。スライスは、2時間以内(ステップ2.5〜2.12)で準備する必要があります。
<ol><li>ハンクスの平衡塩溶液をCa2+およびMg2+で調製します。HBSS(+)です。5 mLのCaCl2(14 g/L、オートクレーブ)と5 mLのMgSO 4.7H2O(20 g/L、オートクレーブ)を5 mLのHBSS(-)に加えます。4°Cで保存してください。 使用前に、溶液を95%O2 + 5%CO2ガスで氷上で5分間泡立てます。</li>
	<li>培地を準備します。少なくとも2.5 mL /皿が必要です。2 mLのウシ胎児血清、25 μLのL-グルタミン(200 mM)、200 μL B27(50x)、50 μLのペニシリン+ストレプトマイシン(10 K単位/ mLおよび10 mg / mL)を8 mLの神経基礎培地に加えます。</li>
	<li>3%低融点アガロースゲルを調製します。HBSS(+)を50mL細孔し、低融点アガロース1.5mgを加えてオートクレーブします。アガロースを電子レンジで溶かし、ウォーターバスインキュベーターで50°Cに保ってから使用してください。</li>
	<li>ガラスベースの皿に1.9mLの培地を加えます。フィルターの下にエアバルブが引っかからないように細胞培養インサートを慎重に置き、500 μLの培地をフィルターに加えます(図1B)。氷の上に置きます。</li>
	<li>5% イソフルランを吸入して操作したマウスに麻酔をかけた後、観察する適切な段階で子宮頸部脱臼 (施設で承認されたプロトコルに従う) によってマウスを犠牲にします。 注:E14.5でのエレクトロポレーションの2日後(48時間)と3日後は、それぞれ多極-双極転移と移動モードを観察するのに適しています。</li>
	<li>胚を取り出し、冷たいPBSを入れたペトリ皿に入れます。</li>
	<li>顕微鏡下でGFPまたは他の蛍光タンパク質の発現によって胚を選択します。</li>
	<li>胚の斬首後、解剖顕微鏡で脳6 を解剖し、冷房HBSS(+)に保管する。</li>
	<li>溶かした3%低融点アガロースゲルをクライオモールド( 材料表参照)に流し込み、脳みそを入れて数回転がします。アガロースが完全に固まるまで室温で置き、氷の上に置きます。</li>
	<li>振動するミクロトームを使用して、脳を350μmの厚さで冠状にスライスします( 材料の表を参照)。</li>
	<li>フィルターにスライスを配置します(フィルターごとに最大6スライス)。</li>
	<li>フィルターカップの内側と外側から培地を取り出します(合計600μL)。このステップでは、スライスをフィルターに押し付けて固定します。5分後、細胞培養インサートの内側に100μLの培地を加えます。</li>
</ol>3.タイムラプスイメージング
<ol><li>Zドリフトを防ぐために、イメージングの少なくとも30分前に、チャンバーのヒーターまたは顕微鏡を囲むフードを使用して、培養チャンバーを倒立レーザースキャン顕微鏡のステージに取り付けたままにしてください。加湿した5%CO2 + 40%O2 ガスを培養チャンバーに供給します。</li>
	<li>上に準備したスライスで培養皿を培養室にセットします。</li>
	<li>長作動距離の20倍レンズ(NA = 0.45)を使用して、15〜30分ごとに5μmステップで約10枚のZスタック画像を24時間取得します。 注:電動XYステージの使用を強くお勧めします。これにより、複数の目的フィールドから画像を取得することができます。通常、1回のタイムラプス実験でさまざまな目的フィールドから10〜20枚の画像を取得します。</li>
</ol>4. 画像解析
<ol><li>ImageJなどのソフトウェアを使用して、Z軸の最大投影によってXYZT画像をXYTに変換します。 注:観察中にスライスがスライドした場合は、ImageJプラグインであるStackRedとリジッドボディ変換の機能を使用して、画像内のセルの位置を調整します( マテリアルの表を参照)。</li>
	<li>GFPまたは他の蛍光タンパク質陽性細胞の軌跡を手動または自動で追跡します。手動トレースと自動トレースは、それぞれMTrackJ24とTrackMate 25,26(ImageJプラグイン)を使用して実行できます。TrackMateを使用した自動トレースは、多くの細胞を偏りなく分析するのに効率的です。ただし、MTrackJを使用した手動トレースは、個々のセルを正確に追跡するために引き続き有用です。</li>
</ol>

発生中のマウス脳における神経細胞およびグリア細胞の動態の可視化

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<li>Kanatani, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+COUP-TFII%2FNeuropilin-2+is+a+molecular+switch+steering+diencephalon-derived+GABAergic+neurons+in+the+developing+mouse+brain%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">The COUP-TFII/Neuropilin-2 is a molecular switch steering diencephalon-derived GABAergic neurons in the developing mouse brain.</a> P Natl Acad Sci USA. 112 (36), E4985-E4994 (2015).</li>
<li>Yozu, M., Tabata, H., Nakajima, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+caudal+migratory+stream%3A+A+novel+migratory+stream+of+interneurons+derived+from+the+caudal+ganglionic+eminence+in+the+developing+mouse+forebrain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The caudal migratory stream: A novel migratory stream of interneurons derived from the caudal ganglionic eminence in the developing mouse forebrain.</a> J Neurosci. 25 (31), 7268-7277 (2005).</li>
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</ol>

著者には利益相反はありません。

このプロトコルは、蒼白(皮質)VZに由来する細胞のタイムラプス観察の方法を導入しました。VZから移動する細胞を標識するために、子宮内エレクトロポレーションを使用し、個々の細胞をウイルスベクター媒介標識よりも高いS/N比で明確に標識しました。子宮内エレクトロポレーションを使用すると、任意の組み合わせの任意のタイプのベクターを、生きた胚の放射状グリア細胞(神経幹細胞)に容易に導入できます。ニューロンとグリア前駆細胞は、異なるプロモーターを使用して選択的に標識できます。子宮内エレクトロポレーションによって導入されるプラスミドのコピー数が多いため、GFP発現ベクターと、発現ベクターやノックダウン/ノックアウトベクターなど、目的遺伝子に関連する様々なベクターを共エレクトロポレーションすることで、機能獲得研究や機能喪失研究を容易に行うことができます。さらに、子宮内エレクトロポレーションは、皮質VZ以外のさまざまな脳領域のVZにプラスミドベクターを導入するために使用でき、これにより、抑制性ニューロン、神経節隆起34,35,36からのオリゴデンドロサイト前駆細胞、海馬錐体ニューロン37などの他の細胞タイプの移動を観察することができます。
タイムラプス研究では、機能獲得実験と機能喪失実験が細胞の挙動に及ぼす影響を、TrackMateおよびMTrackJソフトウェアを使用して評価できます。神経発達障害や知的障害の原因となる遺伝子を含む多くの遺伝子が、ニューロンの移動に関与しています。タイムラプス研究は、これらの遺伝子が細胞の挙動をどのように制御しているかを直接明らかにすることができます。ニューロンの移動と比較して、グリア細胞の移動の分子メカニズムはよく理解されていません。この方法は、グリア細胞の正常な発達だけでなく、グリアの発達に影響を与える可能性のある遺伝的および環境的要因、および精神疾患との関係も明らかにする可能性があります。
この方法の限界は、必然的に in vitro スライス培養法に依存することです。興味深いことに、移動するニューロンは、 in vitroで培養されたスライスであっても、脳表面への移動の方向性を失うことはありません。ただし、調査員はアーティファクトに注意する必要があります。表面近くのセルはフィルターに付着しており、スライスの端は変形しやすいです。これらの細胞は解析から除外する必要があります。可能であれば、対照実験を検討する必要があります。脳スライスは約24時間以内に正常な発達を再現することに注意することが重要です。したがって、エレクトロポレーションによるスライス調製のタイミングは、分析対象のイベントがこの時間枠で発生するように決定する必要があります。マルチポーラ-バイポーラ転移を観察するには、エレクトロポレーションの2日後にスライスを調製する必要があります。移動モードでの移動解析には、3日後が適切です。血管誘導移動の観察は、他の実験よりも難しい作業です。内皮細胞は、血流のないスライスで容易に分解されます。血管の劣化を最小限に抑えるために、スライスはできるだけ早く調製し、20%の血清と40%のO2 ガスを含む培地で維持する必要があります。固定脳の組織学的解析や2光子顕微鏡を用いた in vivo ライブイメージングなど、他の補完的な実験により、スライスタイムラプス解析で得られる観察結果が強化される可能性があります。
要約すると、この方法は、細胞の挙動を24時間観察するための唯一の選択肢です。新規プラスミドベクターの開発により、この手法の応用範囲は今後さらに拡大することが予想されます。

大脳皮質の発達中、側脳室の内側を覆う蒼白心室ゾーン(VZ)の(頂端)橈骨グリアは、最初にニューロンを生成し、次にいくつかの重複する期間1を伴ってグリア前駆細胞を生成します。ニューロンは、VZに隣接する脳室内ゾーン(SVZ)の中間前駆細胞または基底橈骨グリアからも生成され、どちらも(頂端)橈骨グリア2,3に由来します。マウスでは、放射状グリア細胞は胚日(E)12-14にニューロンのみを産生し、E15-16ではニューロンとグリア前駆細胞を、E17以降はグリア前駆細胞を産生します4。これらの胚期に生成されたグリア前駆細胞の主要な集団は、優先的にアストロサイトに分化しますが、一部の細胞はオリゴデンドロサイトにも分化します5。これらの段階で生成されたニューロンとアストロサイト前駆細胞は、脳表面に向かって移動し、皮質プレート(将来の皮質灰白質)に入ります。VZから皮質板へのニューロンの移動は、複数の段階で発生します。ニューロンは、最初に多極細胞蓄積ゾーン(MAZ)のすぐ上で多極形態を採用し、SVZまたは中間ゾーンと重なり、そこで複数の薄いプロセスを激しく伸縮させ、ゆっくりと移動します(多極移動)6,7。約24時間後、ニューロンは双極性形態に変化し、脳表面に向かって厚い先行突起を伸ばし、後方に細い後続突起を伸ばし、放射状グリアから小孔表面まで足場として伸びる動径突起を用いて脳表面に向かって直線的に移動する。これをロコモーションモードと呼ぶ2,8.移動モードのニューロンは常に皮質板の最も外側の表面に到達し、その前身である辺縁帯のすぐ下を通過するため、ニューロンは皮質板9,10,11において生年月日に応じた裏返しに整列する。
対照的に、アストロサイト前駆細胞は、頻繁に方向を変えながら、中間ゾーンと皮質プレートに急速に移動します。この移動行動は、ニューロンの移動とは全く異なり、不規則な移動5と呼ばれる。アストロサイト前駆細胞は、血管誘導移動と呼ばれるプロセスで血管に沿って移動します。アストロサイト前駆細胞は、これらの移動モードを切り替えて皮質プレート5,12に到達します。アストロサイトの位置は、その産生年代によって厳密に決定されるわけではないが、早期に生まれたアストロサイトが皮質プレートの表層部に定着する穏やかな傾向が観察されている5。興味深いことに、皮質プレートに定着したアストロサイトは胚期に生成され、最終的には原形質アストロサイトに分化しますが、出生後に生成されたアストロサイトは活発に移動せず、白質に留まり、線維性アストロサイトに分化します5。このアストロサイトサブタイプのステージ依存的な仕様がどのように発生するかは、まだ不明です。
神経細胞の移動に関与する遺伝子の数が増えており、その中には神経発達障害や精神障害に関与する遺伝子も含まれています13,14。したがって、これらの遺伝子の突然変異が移動するニューロンの振る舞いに及ぼす影響を解明することが重要です。前述のように、ニューロンの移動は複数のフェーズで発生します。タイムラプス観察は、主に影響を受けるフェーズ(細胞周期の終了、多極性-双極転移、移動速度など)を直接決定できます。しかし、アストロサイトの仕様、移動、および配置の根底にある分子メカニズムは、ほとんどわかっていません。アストロサイトがシナプス形成15や脳の発達における血液脳関門形成16に重要な役割を果たしていることを考えると、アストロサイトの発達障害は神経発達障害を引き起こす可能性がある。アストロサイト前駆細胞のタイムラプス研究により、これらの分子メカニズムや精神疾患との関係が明らかになるかもしれません。
このプロトコルは、皮質VZ由来細胞のタイムラプス観察の方法を提供します。ニューロンの移動を観察するための同様のビデオプロトコルはすでに公開されています17。ここでは、移動するニューロンとアストロサイト前駆細胞の両方の方法について説明します。これらの細胞を、緑色および赤色の蛍光タンパク質(GFPおよびRFP)などの蛍光タンパク質で標識するために、適切な成分を含むプラスミド混合物を、適切な段階での子宮内エレクトロポレーションにより皮質VZに導入される18,19,20,21。操作した胚を所望の段階で取り出し、脳をスライスしてレーザー走査型顕微鏡によるタイムラプス観察に用います。移動速度、方向、およびその他の行動は、固定された脳サンプルを使用して対処されることは決してありませんが、この方法を使用して調べることができます。子宮内エレクトロポレーション、発現、ノックダウン/ノックアウトベクターは、蛍光タンパク質ベクターと併用して容易に導入できるため、特定の遺伝子の機能獲得および機能喪失の研究を行うことができます。

<table><tbody><tr><td>アスピレーターチューブアセンブリ</td><td>ドラモンド</td><td>2-040-000</td><td></td></tr><tr><td>アチパメゾール (5 mg/mL)</td><td>Meiji</td><td>Mepatia</td><td></td></tr><tr><td>オートクリップ</td><td>ベクトン ディキンソン</td><td>427630</td><td>9 mm</td></tr><tr><td>B27 サプリメント</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td></td></tr><tr><td>ブトルファノール (5 mg/mL)</td><td>Meiji</td><td>Vetorphale</td><td></td></tr><tr><td>細胞培養インサート</td><td>ミリポア</td><td>PICM ORG 50</td><td></td></tr><tr><td>共焦点顕微鏡</td><td>ニコン</td><td>A1RHD25</td><td>長作動距離レンズ搭載(S Plan Fluor ELWD 20XC)</td></tr>クライ<tr><td>オモールド</td><td>ティッシュテック</td><td>4566</td><td></td></tr><tr><td>培養室</td><td>トッケン</td><td>TK-NBCMP</td><td>特注</td></tr><tr><td>エレクトロポレーター</td><td>NEPA Gene</td><td>NEPA21</td><td></td></tr><tr><td>ファストグリーン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F7258</td><td></td></tr><tr><td>ガスミキサー</td><td>トッケン</td><td>TK-MIGM01-02</td><td></td></tr><tr><td>ガラスベースディッシュ</td><td>いわき</td><td>3910-035</td><td>ガラスベース径 27mm</td></tr><tr><td>ガラスキャピラリー</td><td>成重</td><td>GD-1</td><td></td></tr><tr><td>HBS (2x)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51558</td><td></td></tr><tr><td>HBSS(-)</td><td>和光</td><td>084-08345</td><td></td></tr><tr><td>ヒーターユニット</td><td>トッケン</td><td>TK-0003HU20</td><td>フードとヒーターを含むカスタムメイド</td></tr><tr><td>hGFAP-Cre</td><td>Addgene</td><td>#40591</td><td>アルビーからの贈り物 Messing</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>https://imagej.net/ij/ L-グルタミン (200 mM)</td><td>Gibco</td><td>25030</td><td></td></tr><tr><td>低融点アガロース</td><td>ロンザ</td><td>50100</td><td></td></tr><tr><td>メデトミジン (1 mg/mL)</td><td>明治</td><td>メデトミン</td><td></td></tr><tr><td>マイクロインジェクター</td><td>成重</td><td>IM-300</td><td></td></tr><tr><td>ミダゾラム (5 mg/mL)</td><td>サンド</td><td>ミダゾラム</td><td></td></tr><tr><td>MTrackJ</td><td></td><td></td><td>https://imagescience.org/meijering/software/mtrackj/</td></tr> <tr><td>神経基礎培地</td><td>Gibco</td><td>21103-049</td><td></td></tr><tr><td>pCAG-hyPBase</td><td></td><td></td><td>pCMV-hyPBase由来のhyPBase cDNA(Sanger Instituteからの寄贈品)を、pCAGGS(宮崎淳一からの寄贈品)のCAGプロモーターの下流に挿入しました。</td></tr><tr><td>pDcx-Dre</td><td></td><td></td><td>Dcx4kbEGFP70 の Dcx プロモーター (Q. Lu からの贈り物) は、pCAG-NLS-HA-Dre34 の CAG プロモーター (Pawel Pelczar, Addgene #51272 からの贈り物) と交換されました。</td></tr><tr><td>ペニシリン+ストレプトマイシン</td><td>Gibco</td><td>15140122</td><td></td></tr><tr><td>プラスミド精製キット</td><td>Invitrogen</td><td>PureLink HiPure プラスミドmidiprepキット (K210005)</td><td></td></tr><tr>pCALNL-DsRed の <td>pPB-CAG-LNL-RFP</td><td></td><td></td><td>CAG-LNL カセット (Connie Cepko からの寄贈、Addgene #13769) と TurboRFP cDNA (Evrogen, FP232) を pPB-CAG.EBNXN (Sanger Institute からの寄贈) に挿入しました。</td></tr><tr><td>pPB-CAG-RDIO-EGFP</td><td></td><td></td><td>PEGFP-N1(Clontech, U55762)由来の合成rox部位、合成DIOカセット、およびEGFP cDNAを逆方向に含む配列を、pPB-CAG.EBNXN(Sanger Instituteからの寄贈)のクローニング部位に挿入しました。シーケンスは補足ファイルで提供されています。</td></tr><tr><td>プーラー</td><td>成重</td><td>PN-31</td><td></td></tr><tr><td>StackRed</td><td></td><td>ImageJ用プラグイン</td><td>http://bigwww.epfl.ch/thevenaz/stackreg/</td></tr> <tr><td>縫合針</td><td>Nazme</td><td>C-24-521-R No.1</td><td>1/2円 長さ14mm</td></tr><tr><td>縫合糸</td><td>Nazme</td><td>C-23-B2</td><td>絹 サイズ5-0</td></tr><tr><td>時限妊娠ICR(野生型)マウス</td><td>日本SLC</td><td>ICRマウス</td><td></td></tr><tr><td>TrackMate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>https://imagej.net/plugins/trackmate/index ピンセット型電極</td><td>BEX or NEPA Gene</td><td>CUY650P5&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>T&α;</td> pEGFP-N1(Clontech、U55762)からの1-EGFP <td></td><td></td><td>EGFP cDNAをT&αの下流に挿入しました。プラスミド253(P.バーカーとFDミラーからの贈り物)</td></tr><tr><td>振動ミクロトーム</td><td>ライカまたはツァイ</td>ス<td>振動ブレードミクロトームVT1000SまたはハイラックスV50の</td>1つのプロモーター。<td></td></tr></tbody></table>

マウス胚脳切片における移動するニューロンとグリア前駆細胞のタイムラプスイメージング

Time-Lapse Imaging of Migrating Neurons and Glial Progenitors in Embryonic Mouse Brain Slices

大脳皮質の発達中、ニューロンとグリア細胞は、心室の内側を覆う心室ゾーンで発生し、脳表面に向かって移動します。このプロセスは適切な脳機能にとって重要であり、その調節不全は出生後の神経発達障害や精神障害を引き起こす可能性があります。実際、これらの疾患の原因となる多くの遺伝子がこのプロセスに関与していることがわかっているため、これらの突然変異が細胞動態にどのように影響するかを明らかにすることは、これらの疾患の病因を理解するために重要です。このプロトコルは、マウス胚から得られた脳スライス中の移動するニューロンおよびグリア前駆細胞のタイムラプスイメージング技術を導入します。細胞は、 子宮内 エレクトロポレーションを使用して蛍光タンパク質で標識され、心室ゾーンから移動する個々の細胞を高いS/N比で視覚化します。また、この in vivo 遺伝子導入システムにより、遺伝子の発現やノックダウン/ノックアウトベクターの共エレクトロポレーションにより、遺伝子の機能獲得実験や機能喪失実験を容易に行うことができます。このプロトコルを用いることで、個々の細胞の移動行動や移動速度、つまり固定脳からは決して得られない情報を解析することができます。

パリアルVZの放射状グリア細胞は、E14まではニューロンのみを産生し、E15とE16ではニューロンとグリア細胞の両方を産生します。ニューロンとグリア細胞の遊走挙動を同時に観察するために、ニューロン特異的プロモーターであるTα1プロモーター27と、アストロサイトで優先的に活性化されるヒトグリア線維性酸性タンパク質(hGFAP)プロモーター28を用いて、それぞれ増強GFP(EGFP)とRFPで標識しました。アストロサイト前駆細胞は、移動中に細胞分裂を繰り返し、細胞内のプラスミドが希釈されます。これを避けるために、ドナープラスミド(pPB)とトランスポゼース発現ベクター(pCAG-hyPBase)からなるトランスポゾンベクター系を用いた29,30。ここで用いるドナープラスミド(pPB-CAG-LNL-RFP)は、loxP-neo-loxP(LNL)カセットを持ち、Creリコンビナーゼに応じてRFPを発現します。ICRマウス(野生型;WT)をE15で図2Aに示されたプラスミドでエレクトロポレーションし、スライスを3日後に調製しました。この期間中、EGFP+ニューロンの最初のコホートは皮質板の表面に到達しましたが(図2B)、多くのEGFP+ニューロンはまだ移動していました。タイムラプス観察を24時間行いました。この観察では、厚い先行突起を持つニューロンは、皮質板内で比較的一定の速度で脳表面に向かって直線的に移動しました(19.54±6.21μm/h、平均±標準偏差、70細胞)。移行の軌跡は、TrackMate ソフトウェアを使用して自動的にトレースされました (図 2B のマゼンタの線)。同じ対物球場で、アストロサイト前駆細胞をRFPで可視化しました(図2C)。hGFAPプロモーターは、胚後期の放射状グリア細胞でも活性があるため、これらの放射状グリアに由来する一部のニューロンもRFPを発現します(図2B、Cの青い矢印)。これらのニューロンは、ほとんどの場合、EGFP発現ベクターでトランスフェクションされます。したがって、アストロサイト前駆細胞はRFP単一陽性細胞として同定されました。
ニューロンとは対照的に、アストロサイト前駆細胞は、中間ゾーンと皮質板内で頻繁に方向を変える(不規則な移動)5を伴い、急速かつランダムに移動します。アストロサイト前駆細胞の遊走は、MTrackJソフトウェア(図2Cのマゼンタの線)によって手動で追跡され、その高い運動性(88.37 ± 33.61μm/h、5細胞)が明らかになりました。アストロサイト前駆細胞と血管との関係を観察するために、RFPであるDsRedを内皮細胞に発現するFlt1-DsRedマウスを用いた。この実験では、アストロサイト前駆細胞はEGFPによってのみ同定されることになっていました。この目的のために、dCxプロモーター(初期のニューロン特異的プロモーター)31依存性のDNAリコンビナーゼのセットとその認識配列(Dre-rox)の活性化を使用することにより、hGFAP-Creに依存するEGFP発現をニューロンで排除できるrDIOシステム5が開発された(図2D、pPB-CAG-rDIO-EGFPの配列は補足ファイル1)32に記載されている。33.rDIOシステムは、E15でFlt1-DsRedマウスに子宮内エレクトロポレーションにより導入され、24時間後にスライスを調製しました。その結果、EGFP陽性のアストロサイト前駆細胞は、血管に沿って活発に移動(血管誘導移動)5することが観察されました5(図2E)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66631/66631fig01.jpg"> 図1:子宮内エレクトロポレーションにより標識された細胞のタイムラプス観察の流れ (A)適切な段階の妊娠マウスに麻酔をかけ、腹腔を切開する。手術部位は滅菌プラスチックと滅菌紙シートで覆われています。子宮角を露出させ、胚に1μLのプラスミド混合物を注入し、電子パルスを印加します。腹壁と皮膚を縫合し、操作したマウスをホームケージに戻します。(B)エレクトロポレーションされた脳から調製したスライスを、ガラスベースディッシュの細胞培養インサート(最大6スライス)のフィルターにセットします。スライスが入ったガラスベース皿は、培養室に取り付けられます。このタイムラプスシステムには、顕微鏡全体を覆うアクリルフードがあり、温度を37°Cに保ちます。 加湿した混合ガスが供給される培養室は、フード内部に顕微鏡ステージが装備されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66631/66631fig01large.jpg" target="_blank">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。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66631/66631fig02.jpg"> 図2:ニューロンとアストロサイト前駆細胞のタイムラプス観察 (A)ニューロン(EGFP、緑)とアストロサイト前駆細胞(RFP、赤)の鑑別標識法、およびエレクトロポレーションの2日後に調製したスライスの代表画像(右)。(B,C)(A)-rightの観察時間2時間から21時間の間、同じ対物視野上のEGFP+細胞(B)とRFP+細胞(C)のタイムラプス画像。(B)TrackMateソフトウェアによって自動的に検出されたEGFP+遊走細胞の軌跡をマゼンタで示しました。(C)RFP+セルの軌跡は、MTrackJソフトウェアを使用して手動で追跡しました。ニューロンと考えられているEGFP/RFP二重陽性細胞は、青い矢印で示されています。(D)Flt1-DsRedマウス胚におけるrDIO系を用いたアストロサイト前駆細胞の標識戦略(E)血管誘導移動の代表的な結果。細胞(矢印)が先行突起(矢印)を突き出し、DsRedを発現する血管(マゼンタ)に沿って網状表面に向かって移動しました。CPです。皮質プレート。IZ;中間ゾーン。VZの;心室ゾーン。スケールバー:200μm(A〜C)、50μm(E)。この図は、Tabata H. et al.5 から引用しています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66631/66631fig02large.jpg" target="_blank">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。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2">ニューロン(レイヤーII/III)</td>
			<td colspan="2">アストロサイト前駆細胞</td>
			<td colspan="2">rDIOシステム (アストロサイト特異的ラベリング)</td>
		</tr><tr><td>pCAG-EGFPの</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
			<td>pB-CAG-LNL-EGFPの</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
			<td>pPB-CAG-rDIO-EGFP</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
		</tr><tr><td>またはTa1-EGFP(ニューロンにより特異的)</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
			<td>hGFAP-クレ</td>
			<td>0.75μg/μL</td>
			<td>hGFAP-クレ</td>
			<td>0.75μg/μL</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td></td>
			<td>pCAG-hyPBase</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
			<td>pDcx-ドレ</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
		</tr><tr><td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>pCAG-hyPBase</td>
			<td>0.5 μg/μL</td>
		</tr></tbody></table>表1:各ターゲットのプラスミドミックスの代表成分。 EGFPベクターは、同等のRFPまたは他の蛍光タンパク質発現ベクターに置き換えることができます。アストロサイト前駆細胞を標識するために、トランスポゾンベクターシステムが使用されます。pPBベクターは、ゲノム統合用のPiggyBacトランスポゾンベクターです。pCAG-hyPBaseは、PiggyBacトランスポザーゼ発現ベクターです。LNLは、Cre依存性発現用のloxP-neo-loxPカセットです。rDIO-EGFPは、EGFP発現のオン/オフカセットに依存するCre-loxPおよびDre-roxPです。目的の遺伝子の機能獲得型または機能喪失型の表現型を観察するために、発現ベクターまたはノックダウンベクターを1 μg/μLで添加できます。これらのベクトルの濃度は、それぞれの場合で調整する必要があります。
補足ファイル1:プラスミド配列。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66631/Supplementary_File.zip" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

大脳皮質の発達中、ニューロンとグリア細胞は、心室の内側を覆う心室ゾーンで発生し、脳表面に向かって移動します。このプロセスには多くの遺伝子が関与しています。このプロトコルでは、移動するニューロンとグリア前駆細胞のタイムラプスイメージングの技術を紹介します。

During the development of the cerebral cortex, neurons and glial cells originate in the ventricular zone lining the ventricle and migrate toward the brain ...

大脳皮質の発達中、ニューロンと灰色細胞は心室領域に由来し、脳表面の他の部分に移動します。このプロセスには、神経発達障害や精神障害の原因となる遺伝子など、多くの遺伝子が関与しています。このプロセスにおける3つの振る舞いについて、それらの機能に取り組んでいます。最近、アストロサイト前駆細胞は、不規則な移動と血管誘導移動という2つの異なる移動モードをとることが報告されています。これらの観察は、このビデオで紹介した血清型特異的な標識法と時間観察法の組み合わせを使用して行われました。細胞の平準化には、S/N比の高い個々の細胞を可視化するために開発した子宮内エレクトロポレーションシステムを利用しています。また、このin vivo遺伝子導入システムにより、遺伝子の発現や中性子ベクターのエレクトロポレーションにより、遺伝子の機能獲得実験や機能喪失実験を容易に行うことができます。この実験系を用いて、ニューロン、グリア、血管の細胞挙動を観察し、それらの間のクロストークを解明することを目指しています。これらの研究から得られた知見は、神経発達障害の病態解明に貢献することが期待されます。

time-lapse-imaging-migrating-neurons-glial-progenitors-embryonic

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

このプロトコルは、吻側渡り鳥ストリームにおける出生後の脳および神経芽細胞の遊走の高解像度のタイムラプスイメージングに最適化された器官スライスのアッセイを説明します。...

出生後の脳における神経細胞の移動の高分解能タイムラプスイメージングのための器官型スライスアッセイ

我々は、マウスの前脳におけるニューロン移動のリアルタイムvideoimagingためのプロトコルを記述します。ウイルス標識又はグラフト神経前駆細胞の遊走は、固定と移動相の持続時間と速度を含む細胞遊走のさまざまなフェーズを、勉強するのは比較的急速な取得間隔と広視野蛍光イメージングを用いた急性スライスのライブで録音された移行。...

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出典: Wiegreffe, C., et. Time-lapse Confocal Imaging of Migrating Neurons in Organotypic Slice Culture of Embryonic Mouse Brain using In Utero エレクトロポレーション. J. Vis. Exp. (2017)...

形質導入マウス胚脳切片における皮質ニューロン放射状移動のタイムラプスイメージング

神経芽細胞の遊走は、出生後の神経発生における基本的なイベントです。我々は、in vivoでの出生後のエレクトロポレーションおよび急性脳スライスのタイムラプスイメージングを使用して、移行のその後の視覚化によって神経芽細胞の効率的な標識のためのプロトコルを記述します。私たちは、ビデオトラッキングによる神経芽細胞の動態を定量的に分析するための説明が含まれています。...

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神経前駆有糸分裂は、神経新生の重要なパラメータである。神経前駆糸分裂の我々の理解の多くは、固定された組織の分析に基づいている。胚性脳スライス内のライブイメージングは​​、制御された環境で、高い時間·空間分解能で有糸分裂を評価するための汎用的な手法である。...

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磁気共鳴イメージング（MRI）は、遺伝子組み換えマウスの表現型を調べるために、ますますよく使われる道具となっている。この記事では、複数のマウスMRIを用いて遺伝子組み換えマウスのハイスループット表現型解析を実現するために必要なメソッドを示しています。...

複数のマウスの神経解剖学的磁気共鳴イメージング

現在のビデオは、開発ゼブラフィッシュの脳内の個々の神経前駆細胞のライブイメージングを実行するためのエレクトロポレーション、共焦点顕微鏡の組み合わせを活用する方法を示しています。...

開発ゼブラフィッシュ前脳におけるクローン関連の神経前駆細胞のタイムラプスライブイメージング

私たちは、人間の神経前駆細胞の大量供給と神経修復のための開発CNSにおける神経細胞の種類の導出を可能にする低分子化合物、と定義された条件の下で維持さ多能性ヒト胚性幹細胞から直接、神経芽細胞の誘導のためのプロトコルを確立している。...

小分子の誘導と多能性ヒト胚性幹細胞からヒト神経前駆細胞と神経細胞の効率的な導出

学ぶマウス胚脳切片におけるタイムラプスイメージング法で、ニューロンとグリア前駆細胞の移動挙動を可視化する技術です。子宮内電気穿孔を用いて個々の細胞を高いS/N比で観察し、神経発達障害の病態解明に貢献します。

マウス胚脳切片における移動するニューロンとグリア前駆細胞のタイムラプスイメージング

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