Izolacja embrionalnej grzebieni neuralnej z rurki neuralnej umożliwia zastosowanie metod in vitro do badania migracji, samoodnawiania oraz multipotencji grzebieni neuralnej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Izolacja embrionalnej grzebieni neuralnej z rurki neuralnej umożliwia zastosowanie metod in vitro do badania migracji, samoodnawiania oraz multipotencji grzebieni neuralnej.
Zarodkowa grzebień neuronalny (NC) jest multipotentną populacją prekursorową, która powstaje w grzbietowej części rurki nerwowej, przechodzi przejście epitelialno-mezenchymalne (EMT) i migruje przez cały embrion, dając początek różnym typom komórek 1-3. NC posiada również wyjątkową zdolność wpływania na różnicowanie i dojrzewanie organów docelowych4-6. Po wyizolowaniu in vitro, prekursory NC ulegają samoodnawianiu, migrują i różnicują się w różne typy tkanek, w tym w neurony, glej, komórki mięśni gładkich, chrząstkę i kość.
Wielopotencjalność NC została po raz pierwszy opisana na przykładach eksplantów rurki nerwowej ptaków7-9. Izolacja komórek NC in vitro ułatwia badanie dynamiki NC, w tym proliferacji, migracji i wielopotencjalności. Dalsze prace w systemach ptasich i szczurzych wykazały, że eksplantowane komórki NC zachowują swój potencjał NC po ponownym przeszczepieniu do embrionu10-13. Ponieważ te wrodzone właściwości komórkowe są zachowane w eksplantowanych progenitorach NC, test z eksplantem rurki nerwowej stanowi atrakcyjną opcję badania NC in vitro.
Aby lepiej zrozumieć naturę ssaczych NC, zastosowano wiele metod izolacji populacji NC. Progenitory pochodzące z NC mogą być hodowane z lokalizacji pomigracyjnych zarówno w embrionie, jak i u osobników dorosłych, w celu zbadania dynamiki pomigracyjnych progenitorów NC11,14-20; jednak izolacja progenitorów NC w momencie ich emigracji z rurki neuralnej zapewnia optymalne zachowanie potencjału komórek NC oraz ich właściwości migracyjnych13,21,22. Niektóre protokoły wykorzystują fluorescencyjne sortowanie komórek (FACS) w celu wyizolowania populacji NC wzbogaconej o konkretne progenitory11,13,14,17. Jednak w przypadku rozpoczynania pracy z embrionami we wczesnym stadium, trudno jest uzyskać za pomocą FACS liczbę komórek wystarczającą do analiz, co komplikuje izolację wczesnych populacji NC z pojedynczych embrionów. W niniejszej pracy opisujemy podejście, które nie opiera się na FACS i pozwala uzyskać populację NC o czystości około 96%, w oparciu o aktywowany przez Wnt1-Cre reporter linii komórkowej23.
Metoda przedstawiona w niniejszej pracy została zaadaptowana z protokołów zoptymalizowanych dla hodowli komórek NC szczura11,13. Zaletą tego protokołu w porównaniu z wcześniejszymi metodami jest to, że 1) komórki nie są hodowane na warstwie karmionej, 2) do uzyskania względnie czystej populacji NC nie jest wymagana metoda FACS, 3) izolowane są premigracyjne komórki NC oraz 4) wyniki są łatwe do ilościowego określenia. Ponadto protokół ten może być wykorzystany do izolacji NC z dowolnego mutantowego modelu mysiego, co ułatwia badanie charakterystyki NC przy różnych manipulacjach genetycznych. Ograniczeniem tego podejścia jest usunięcie NC z kontekstu zarodka, co jak wiadomo wpływa na przeżywalność, migrację i różnicowanie NC2,24-28.
1. Przygotowanie płytek
2. Przygotowanie pożywki SR
3. Przygotowanie medium piorącego
4. Przygotowanie kolagenazy/dispazy
5. Izolowanie nerwowej rurki nerwowej z obszarów błędnych i tułowia z embrionów w 9,5 dpc
6. Usuwanie ektodermy nie neuronalnej i mezodermy
7. Usunięcie rurki neuralnej
8. Reprezentatywne wyniki
Po 24 godzinach inkubacji w temperaturze 37 °C w warunkach hipoksji komórki NC migrują z rurki neuralnej, tworząc niemal czystą populację (Rysunek 3a). Czasami hodowle o mniej niż idealnych parametrach nie wykazują silnego odrostu. Na przykład możliwe jest, że po 24 godzinach rurka neuralna zawinie się w sobie, a komórki NC nie odmigrują z rurki neuralnej (Rysunek 3b). Sporadycznie zdarza się, że rurka neuralna nie przylega do płytek powlekanych fibronektyną.
W naszym doświadczeniu nieoptymalna migracja NC lub problemy z przyleganiem rurki neuralnej mogą być niekorzystnie wpływane odpowiednio przez warunki normoksji lub stężenie fibronektyny. Aktywność enzymatyczna kolagenazy/dispazy różni się nieznacznie w zależności od partii i czas trawienia musi zostać odpowiednio dostosowany, jednak nie należy trawić tkanki dłużej niż przez piętnaście minut. Nadmierne trawienie tkanki zawierającej rurkę neuralną w kolagenazie/dispazie również doprowadzi do niedostatecznego wzrostu wypustek. Jeśli tkanka somytów nie daje się łatwo usunąć z rurki neuralnej po inkubacji w kolagenazie/dispazie, rurkę neuralną można inkubować dłużej niż dziesięć minut. Czasami rurka neuralna nie przylega do podłoża. W takim przypadku należy ponownie sprawdzić stężenie fibronektyny oraz warunki hipoksji.
Podczas gdy warunki normoksji mogą być stosowane do hodowli komórek grzebienia neuronalnego (NC) typu dzikiego, warunki hipoksji dokładniej odwzorowują środowisko in vivo29,30. W naszym doświadczeniu warunki hipoksji stały się krytyczne podczas hodowli zmutowanych NC. Na przykład, gdy zmutowane NC Foxd3 były hodowane w warunkach normoksji, NC tułowia wykazywały znacznie zredukowany wzrost komórek w porównaniu z grupą kontrolną. Ta różnica w rozmiarze wzrostu została zniesiona, gdy eksplanty hodowano w warunkach hipoksji (Rysunek 4). Ponadto, gdy eksplanty rurki neuralnej typu dzikiego hodowano w normoksji, liczba komórek pozytywnych pod kątem kaspazy była większa niż w przypadku podobnych eksplantów hodowanych w hipoksji (dane nie przedstawiono). Dzięki utrzymaniu wszystkich hodowli NC w hipoksji można łatwiej porównać dynamikę hodowli kontrolnych i zmutowanych.

Rysunek 1. Ogólny schemat izolacji NC. A) Wycięcie obszarów zainteresowania z zarodka. B) Trawienie rurki neuralnej w kolagenazie/dispazie przez dziesięć minut (nie przekraczać piętnastu minut). C) Płukanie w medium do płukania. D) Wycięcie ektodermy pozaneuralnej i mezodermy. E-F) Dwukrotne płukanie w medium do płukania. G) Wysiew na medium do samoodnowienia. Inkubacja w 37 °C w warunkach hipoksji 3% O2.

Rycina 2. Etapowe usuwanie cewy nerwowej z eksplantu. Cewę nerwową należy usunąć po 24-48 godzinach, aby zapobiec kontaminacji komórkami innymi niż NC. A) Zauważ granicę między cewą nerwową a wypustką NC (linia ciągła). B) Przetnij wzdłuż krawędzi cewy nerwowej za pomocą igły insulinowej. C) Usuń cewę nerwową i wymień pożywkę na świeżą pożywkę do samoodnowy. Linia przerywana wskazuje zasięg wypustki. Skrót: NT, cewka nerwowa.

Rycina 3. Przykłady reprezentatywnych wyników. A) Typowy wzrost eksplantu po 24 godzinach inkubacji w pożywce do samoodnawiania w warunkach hipoksji (linia przerywana wskazuje zasięg wzrostu). B) Powiększony widok wzrostu NC po 48 godzinach hodowli. C) Mniej optymalna hodowla z niską wydajnością wzrostu. Próbki A i C były hodowane w tych samych warunkach. Obrazy demonstrują naturalny zakres stabilności hodowli. Może on być uwarunkowany wydajnością izolacji cewy nerwowej, stężeniem FN, warunkami hipoksji oraz czasem trawienia kolagenazą/dispazą.

Rycina 4. Analizy in vitro kultur eksplantów grzebieni neuralnych (NC) w warunkach normoksji i hipoksji. Kontrolne komórki NC (typ dziki) migrowały z eksplantów rurki neuralnej po 48 godzinach w warunkach hodowli normoksycznej. W przeciwieństwie do nich, mutanty Foxd3 NC wykazywały znacznie ograniczony wzrost komórek w normoksji (czerwone obrysy wyznaczają krawędzie wzrostu NC). Gdy analogiczne eksplanty hodowano w warunkach hipoksji, eksplanty mutantów Foxd3 NC rosły w stopniu porównywalnym do kontroli, co umożliwiło dalsze analizy. Należy zauważyć, że zachowanie to korelowało z zachowaniem mutantów Foxd3 NC in vivo.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zapewnić sukces tego podejścia, należy zwrócić szczególną uwagę na stopień rozwoju zarodka. Liczenie somytów we wczesnych zarodkach myszy jest kluczowe zarówno dla dopasowania stadium rozwoju zarodków w obrębie jednego miotu, jak i dla wyznaczenia prawidłowych obszarów rurki nerwowej do izolacji. Różnica jednego lub dwóch somytów między zarodkami mieści się w dopuszczalnym zakresie czasu rozwoju, w zależności od wymaganej rozdzielczości prowadzonego eksperymentu. Zarodek w wieku od 9 do 9,5 dpc będzie miał od 17 do 2...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy nic do ujawnienia.
Pragniemy podziękować Marcowi Wozniakowi za pomoc przy nagrywaniu wideo. Chcielibyśmy również podziękować Seanowi Morrisonowi z UT Southwestern za oryginalny protokół hodowli komórek NC szczura. Praca ta była wspierana przez Vanderbilt University Medical Center Academic Program Support oraz granty z NIH (HD36720 i HD036720-11S109) i AHA 11GRNT7690040 dla PAL, stypendia przeddoktoranckie z AHA (0615209B) i NIH (NS065604) dla NAM, a ERP otrzymał wsparcie z grantu szkoleniowego NIH T32HD007502.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| DMEM (niska zawartość glukozy) | GIBCO, by Life Technologies | 11885 | |
| Pożywka Neurobasal | GIBCO, by Life Technologies | 21103 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | A3912-10G | |
| dPBS | GIBCO, by Life Technologies | 14190-144 | |
| IGF1 | BD Biosciences | 354037 | Przechowywać w alikwotach 50 μg/mL |
| bFGF | BD Biosciences | 354060 | Przechowywać w alikwotach 25 μg/mL |
| Fibronektyna | GIBCO, by Life Technologies | 33016-015 | Przechowywać w alikwotach 1mg/mL |
| Kwas retinowy | Sigma-Aldrich | R2625 | Rozpuścić w etanolu, przygotować alikwoty 35 μg/ml |
| 2-merkapto–etanol | Sigma-Aldrich | D-5637 | |
| Suplement N2 | GIBCO, by Life Technologies | 17502-048 | |
| Suplement B27 | GIBCO, by Life Technologies | 17504-044 | |
| Filtry Steriflip 0,22 μm | EMD Millipore | SCGP00525 | |
| Penicylina/streptomycyna | Invitrogen | 15140122 | |
| Filtry 0,20 μm | Corning | 431219 | |
| Strzykawki (do filtracji) | BD Biosciences | 301604 | |
| Płytki czterodołkowe | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 176740 | |
| Kolagenaza/Dyspaza | Roche Group | 269 638 | Aktywność różni się w zależności od partii. Przechowywać w alikwotach 100 mg/mL. |
| Igły insulinowe (rozmiar 29 ½ G) | BD Biosciences | 309306 | |
| Komora hipoksyczna | Billups-Rothenberg, Inc. | ||
| Analizator tlenu | Billups-Rothenberg, Inc. | ||
| Pinceta nr 5 | Fine Science Tools | Do usuwania macicy i błony decidualnej. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.