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Research Article
Giulia Quattrocolo1, Maria Isaac2, Yajun Zhang2, Timothy J. Petros2
1Kavli Institute for Systems Neuroscience and Centre for Neural Computation,Norwegian University of Science and Technology, 2Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development,National Institutes of Health
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
새로운 두뇌 지구에서 젊은 신경 도전 어떻게 환경 sculpts 신경 운명과 성숙에 중요 한 통찰력을 밝힐 수 있다. 이 프로토콜 interneuron 선구자 특정 두뇌 지역에서 수확 하 고 그들에 게 어느 homotopically를 이식 하는 절차에 설명 합니다 또는 출생 후 새끼의 뇌에 heterotopically.
신경 운명 결정과 성숙 유전 프로그램 및 환경 신호 사이 복잡 한 상호 작용을 요구 한다. 그러나,이 분화 과정을 조절 하는 외부 메커니즘 대 내장의 역할 disentangling 모든 발달 neurobiologists에 대 한 수수께끼 이다. 이 문제는 GABAergic 수, 과도 미 발달 구조에서 태어나 고는 telencephalon 걸쳐 분산 수와 철새 단계를 받아야 하는 매우 다른 유형의 세포 인구에 대 한 확대 됩니다. 어떻게 다른 두뇌 환경 영향 interneuron 운명과 성숙 탐험, 우리 붙일 레이블된 미숙한 interneuron 선구자 신생아 쥐 (P0-P2)에 있는 특정 한 두뇌 지역에서 수확에 대 한 프로토콜을 개발 했다. 이 나이에, interneuron 마이그레이션이 거의 완료 되 고이 세포는 상대적으로 작은 시 냅 스 통합 된 그들의 마지막 휴식 환경에 거주 하는. Cytometry 통해 단일 셀 솔루션의 컬렉션, 다음 이러한 interneuron 선구자 P0-P2 wildtype 출생 후 새끼로 이식 됩니다. 두 homotopic 수행 하 여 (예를 들어, 피 질-피 질) 또는 heterotopic (예, 피 질-해 마) 이식, 수 평가 새 뇌 환경에 미 숙 수 도전 미치는 그들의 운명, 성숙, 그리고 회로 통합. 두뇌는 성인 쥐에 수확 될 수 있으며 immunohistochemical를 포함 하 여 이식할된 셀에 posthoc 분석의 광범위 한 분석 electrophysiological 및 transcriptional 프로 파일링. 이 일반적인 접근 방식을 제공 합니다 어떻게 가지 두뇌 환경 분석 결과를 전략 수 있습니다 신경 개발의 많은 측면에 영향을 미칠 수 사와 특정 신경 특성은 주로 내장 돼 유전자 프로그램에 의해 구동 확인 또는 환경 단서입니다.
적절 한 대뇌 피 질의 기능 필요 흥분 성의 프로젝션 뉴런을 억제 GABAergic 수, 명료한 형태학, electrophysiological 속성, 연결 된 매우 이질적인 인구 사이 균형 및 neurochemical 마커입니다. 비정상적인 개발 및 기능 수 (및 특정 interneuron 하위 그룹)의 정신 분열 증, 자폐증, 간 질1,2,3등 정신 장애의 pathobiology에 연결 되었습니다. 또한, 이러한 뇌 장애에 연루 된 많은 유전자는 젊은 수4농축 강력 하 게. 따라서, interneuron 운명 결정 및 성숙 조절 메커니즘의 이해는 정상적인 개발 및 수많은 뇌 질환의 잠재적인 etiologies 이해 필요 합니다.
개 수는 주로 두 가지 과도 배아 구조, 중간 그리고 꼬리 절 정령에서 태어난 (MGE 및 CGE, 각각). 이러한 postmitotic 세포 (interneuron 선구자)는 telencephalon 걸쳐 분산 그들은 다양 한 회로 통합할 수와 접선 마이그레이션 단계를 받 다. MGE 파생 수 세 크게 겹치지, neurochemically 정의 된 하위 그룹의 구성: 빠른 parvalbumin (PV+) 수, 비-빠른 somatostatin (SST+) 수 급상승 급상승 하 고 늦게 신경 급상승 질소 산화물 synthase (nNOS+) 수 hippocampal 아이비와 neurogliaform 세포를 구성 하는. 수많은 연구소 PV+ 또는 SST + 수, morphogens, interneuron 일어나, 생년월일 및 neurogenic 사단의 모드의 공간 그라디언트를 포함 하 여 초기 운명 결정을 통제는 MGE 내의 여러 메커니즘을 확인 했습니다. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. 수 처음 '추기경 클래스'로 차별화 하 고 다음 점차적으로 성숙 '최종 클래스' 그들은 그들의 환경11상호 작용으로 제안 되었습니다. 최근의 증거는 나타냅니다 일부 성숙한 interneuron 하위 유전자 내장 돼 이러한 세포가 절 정령에 postmitotic로 나타내는 초기 정의 본질적인 유전 프로그램 이전 보다 더 큰 역할을 할 수 있습니다. 평가12,13. 그러나, 본질적인 유전 프로그램 별개 interneuron 하위 유형으로 차별화 실현 환경 신호 상호 작용 하는 방법의 핵심 문제 크게 미개척 남아 있습니다.
수많은 연구는 다양 한 뇌 영역, 성숙 세포를 융합 하 고 일반적으로 지역 내 생 회로14,15, 억제 하는 GABA를 해제 합의 결과에 직접 배아 MGE 셀을 이식 16,17,,1819. 이러한 관측을 약속 인간 유도 만능 줄기 세포 (hIPSC)를 사용 하 여에 상당한 관심을 생성-다양 한 뇌 질환을 치료 하는 수를 파생. 그러나, 하나의 중요 한 구성 요소 변환 방법 들에 대해 생각 한다 이러한 연구의 거의 평가이 이식할된 세포 성숙 수의 예상된 유형으로 성숙 하는 경우.
해결 하기 위해 어떻게 환경 영향 interneuron 분화 및 성숙, 전략 이식할된 수는 호스트의 기능 채택 여부를 시험 하기 위하여 새로운 뇌 환경에 미 숙 interneuron 선구자를 이식 하 고안 되었다 환경 또는 기증자 환경20에서 기능을 유지. MGE 이식은 MGE interneuron 및 수많은 두뇌 지역21에 걸쳐 분산 GABAergic 프로젝션 셀의 혼합된 인구를 포함 하기 때문에이 문제를 해결 하기 위해 적합 하지 않습니다. 이러한 MGE 셀 마이그레이션한 것 모르고 하나 평가할 수 있습니다 없습니다 완전히 어떻게 이러한 이식 두뇌 환경에 의해 영향을 받습니다. 이른 출생 후 timepoints에서 interneuron 선구자, 수확 하 여이 문제는 미 숙 셀의 마이그레이션을 완료 하 고 그들의 목표에 도달 하 여 피할 지역 뇌 하지만 최소한의 상호 작용 환경. 다른 두뇌 지구 사이 표현 차동 수의 특정 기능에 집중 함으로써, 하나는 다음 호스트 환경 interneuron 속성을 변경 하는 방법을 결정할 수 있습니다. 이 프로토콜에서 설명 하는 일반적인 접근 모든 조사에 적용 해야 새로운 환경에 도전 젊은 신경 세포를 검사 하 고 싶어 때 행동.
모든 실험 절차 국립 보건원의 지침에 따라 실시 했다 고 NICHD 동물 관리 및 사용 위원회 (ACUC)에 의해 승인 했다. 아래에 설명 된 프로토콜 활용 Nkx2.1-CreC / +; Ai9+ MGE 파생 interneuron 선구자, 수확 새끼 하지만 어떤 원하는 형광 기자 마우스 라인에서 수행할 수 있습니다. 둘 다 남성과 여성 이른 출생 후 마우스 (P0-P2)는 기증자와 호스트 조직에 대 한 무차별 사용 되었다.
1. 솔루션 준비
| 시 약 | 분자량 | 농도 (mM) | 그램/500 mL |
| 염화 나트륨 | 58.44 | 87 | 2.54 |
| 나트륨 중 탄산염 | 84.01 | 26 | 1.09 |
| 염화 칼륨 | 74.55 | 2.5 | 0.09 |
| 인산 이수소 나트륨 | 119.98 | 1.25 | 0.08 |
| 포도 당 | 180.16 | 10 | 0.9 |
| 자당 | 342.3 | 75 | 12.84 |
2. 해 부 준비
3. 이식 준비
4. P0-P2 마우스 뇌의 제거

그림 1 : 회로도 및 뇌 해 부, 기술 # 1에 대 한 이미지
해 부 기술 단계 5.1-5.10에에서 설명 된입니다. Striatal 조직, 필요한 경우를 뇌 행렬 복 부 측에 P1 뇌를 놓습니다. 면도날을가 통해 코로나 섹션 앞쪽 뇌를 통해 matrice 슬롯에 넣으십시오. 두 반구에서 striatal 조각을 제거, 해 마 앞쪽을 포함 된 모든 섹션에 대 한 반복. Striatal 조직이 적절 하지 단순히 hemisect는 뇌 반구 내측 측 최대는 접시에 놓고 노출 해 마 복 부 중간 뇌 구조 (시상, 기초 중추, 등)을 제거 합니다. 핀셋을 사용 하 여 해 마의 대 타 그리고 반구를 뒤집어 핀셋을 사용 하 여 청크 대뇌 피 질의 조직 해 부. 도식 반구 어디 인하 striatal 섹션을 제거 하는 것을 통해 수직 블랙 라인. 눈금 막대 500μm =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
5. 수확가, 해 마, 외피, 기술 #1

그림 2 : 회로도 및 뇌 해 부, 기술 # 2에 대 한 이미지
해 부 기술 단계 6.1-6.7에에서 설명 된입니다. 위로 해 접시 등 쪽 측에 뇌를 고정 합니다. 피 질 필 링 후 앞으로, 해 마가 표시 되 고 이전 기술에 설명 된 대로 피 섹션을 제거할 수 있습니다 다음 제거 될 수 있다. 유전자 변형 마우스 선 따라가 globus pallidus 및 다른 조직을 제거 하 정리 수 있습니다. Nkx2.1Cre;에 Ai9 마우스 선, globus pallidus는 토마토 + 셀는 비해 상당히 높은 밀도. 눈금 막대 = 500 μ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
6. 수확가, 해 마, 외피, 기술 #2
7. 단일 셀 Dissociations 생성
이 프로토콜 이른 출생 후 뇌 (그림 1-2)에서 특정 뇌 영역을 수확, interneuron 선구자의 단일 셀 dissociations 수집 순진한 WT에 다양 한 뇌 영역으로이 세포를 이식 하는 방법을 보여 줍니다. 산 후 새끼 들 (그림 3) Posthoc 분석, interneuron 전조 이식 받은 두뇌 세포 형태학, neurochemical 마커 및 electrophysiological 속성 특성 P30-35 사이 수확 했다. 분석 실험의이 유형은 종종 P21-P30 정상적인 쥐에 사이 수행 됩니다 하지만 이식된 세포의 성숙 해 부/분리 절차 때문에 약간 지연 될 수 있습니다, 추가 5-10 일을 기다리는 것이 좋습니다 이것에 대 한 보상 지연된 성숙입니다. 수행 하는 분석의 유형 두뇌를 수확 하기 위해 적절 한 전략을 쓰게 됩니다. 특히, 우리는 우선 세포 죽음 또는 특정 하위20에 대 한 편견 수 특정 interneuron 하위 그룹의 관찰 하지 않았다.
Immunohistochemical 분석에 대 한 마우스 했다 4 %paraformaldehyde 끼얹는다 고 두뇌 제거 되었다. 50 μ m vibratome 조각 했다 대상된 뇌 영역을 통해 준비 및 부동 액 해결책에 저장 및/또는 앞에서 설명한20immunostaining에 대 한 처리. 어떤 두뇌 토마토 + 셀, 부적 절 한 (예를 들어,는 심 실에 너무 깊이 주사)를 대상으로, 손실 된 세포 또는 apoptosis 이식 절차, 또는 호스트에 의해 이식된 세포의 거절 하는 동안 진행 될 수 있는 포함 하지 않았다. 마지막 셀 계산을 바탕으로, 그것은 추정 이식할된 세포의 단지 2-520, 다른 이식 절차22,23은 생존.
아니나 다를까, 토마토 + 수십에서 몇 천 토마토 + 셀 (그림 4A)에 이르기까지 성공적인 이식 세포의 총 수에서 중요 한 변화가 이었다. 이식할된 세포 올바른 지역, 많은 현지 했다 interneuron 형태학 및 잘 특징이 interneuron neurochemical 마커 (그림 4B) 표시. 유사한 세포 생존 수 및 성숙 프로필 셀 heterotopic 간이식 (그림 4C)에서 새로운 환경으로 융합 되었다 때에 관찰 되었다.
Immunohistochemical 분석 이외에 이식할된 세포에 electrophysiological 분석 그들은 두뇌 회로에 통합 하 고 예상된 기본 및 발사 속성 표시를 확인 위해 수행 되었습니다. 두뇌 P30-35 쥐에서 수확 했다 고 조각 설명된20이전 생리 녹음에 대 한 준비. 이식할된 수 성인 같은 생리 적 속성을 제시 하 고 뚜렷한 발사 패턴 수 특징을 잘 특징이 interneuron의 대표 했다 하위 (그림 5A), 제안 하는 투입 수 호스트 환경에서 제대로 성숙 할 수 있었다. 확인 이식된 세포 신경 네트워크에 통합, sEPSCs는 또한 기록된 (그림 5B). 또한, 이식의 부분 집합 수 ChR2 근처 지역화 된 이식된 수 피라미드 세포에서 기록 하 여 다음 표현으로 수행 했다. 이러한 데이터 postsynaptic GABAergic 전류 푸른 빛 (그림 5C-D)에 의해 불러 일으켰다는 설명 했다.

그림 4 : 이식할된 interneuron 선구자 interneuron 선구자 토마토 + p 1에서 호스트 두뇌 지구에서 이식 했다 P30 WT 쥐 대표 섹션 채울. (A) homotopic 피 질-피 질 이식에 이식할된 세포 모든 피 질 레이어를 채우는 고 생 수를 모방 하는 형태학을 표시. 선택한 이미지 섹션 오른쪽에 이식에 비해 당 토마토 + 셀의 훨씬 더 큰 숫자가 왼쪽된 이미지와 다른 이식에서 셀 수 있는 가변성을 강조 표시 합니다. (B) 낮은 확대율 (왼쪽) 및 고배율 (오른쪽) 대표 homotopic 마 마 이식에서. 참고 많은 토마토 + 셀 지층 pyramidale (SP) 익스프레스 PV (가능성이 바구니 세포), 내 생 hippocampal 수와 비슷한 반면 대부분의 지층 oriens에 토마토 + 셀 (그래서) SST (가능성이 O LM 셀)을 표현 합니다. 토마토 + 여가 heterotopic 이식 (피 질 대가)의 (C) 예. 스케일 바 B, C에서 50 μ m와 b에서 고성능 매기에에서 낮은 매기 패널에서 a에서 200 μ m = 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5 : 이식할된 수 electrophysiologically 성숙 하 고 호스트 신경 네트워크에 통합
(A) 높은 발사 주파수의 대표적인 예는 이식할된 수에서 기록. 왼쪽엉덩이 Ctx 이식에서 빨리 급상승 interneuron 주입 현재 단계:-100 pA와 520 pA; 바로, 비-빠른 급상승 interneuron Ctx Ctx 이식에서 주입 현재 단계:-100 pA와 360 실바 (B) sEPSCs의 예 엉덩이-엉덩이 이식에서 늦게 급상승 interneuron에 기록. (C) 대표 이미지 표시 하는 Nkx2.1-Cre; Ai32 세포 (YFP) Ctx를 Ctx biocytin 가득 (빨간색) 피라미드 세포와 함께 이식. 눈금 막대 = 50 μ m. (D) 블루 빛 펄스에 의해 evoked GABAergic postsynaptic 전류의 예 기록 피라미드 세포에 [145 m m] Cl-와 기록. 블랙, 평균 추적; 빨간색, 평균 응답 Gabazine의 기록. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
저자는 공개 없다.
새로운 두뇌 지구에서 젊은 신경 도전 어떻게 환경 sculpts 신경 운명과 성숙에 중요 한 통찰력을 밝힐 수 있다. 이 프로토콜 interneuron 선구자 특정 두뇌 지역에서 수확 하 고 그들에 게 어느 homotopically를 이식 하는 절차에 설명 합니다 또는 출생 후 새끼의 뇌에 heterotopically.
이 연구는 건강의 국가 학회 (K99MH104595)와 T.J.P. NICHD 교내 연구 프로그램에 의해 지원 되었다 우리는 그 실험실에서이 방법은 원래 설립 Gord Fishell 감사 합니다.
| 염화나트륨 | 시그마 | S7653 | |
| 중탄산나트륨 | 시그마 | S6297 | |
| 염화칼 | 륨시그마 | P9541 | |
| 인산나트륨 일염기 | 성 시그마 | S0751 | |
| 염화칼슘 | 시그마 | C5080 | |
| 염화마그네슘 | 시그마 | M2670 | |
| 포도당 | 시그마 | G7528 | |
| 설탕 | 시그마 | S7903 | |
| 뇌 매트릭스 | Roboz | SA-2165 | 선조체 수확 시에만 필요 |
| 파인 포인트 Dumont 집게 | Roboz | RS-4978 | |
| 미세 해부 가위 | Roboz | RS-5940 | |
| 면도날 | ThermoFisher | 12-640 | |
| 파스퇴르 피펫 | ThermoFisher | 1367820C | |
| Nanoject III | Drummond | 3-000-207 | |
| 수동 조작기 w/ 스탠드 | World Precision Instruments | M3301R/M10 | |
| 5ml 둥근 바닥 플라스틱 튜브 | ThermoFisher | 149591A | |
| 60mm 페트리 접시 | ThermoFisher | 12556001 | |
| 100mm 페트리 접시 | ThermoFisher | 12565100 | |
| Pronase | Sigma | 10165921001 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher | 16140063 | |
| DNase I | Sigma | 4716728001 | |
| Celltrics 50um 필터 | Sysmex | 04-0042327 | |
| Trypan blue | ThermoFisher | 15-250-061 | |
| 혈구계 | ThermoFisher | 02-671-6 |