Ten film demonstruje procedury używane do hodowli pierwotnych kultur embrionalnych komórek nerwowych i mięśniowych Xenopus oraz przydatność tego preparatu do jednoczesnego wykonywania nagrań pre- i post-synaptycznych klamerów.
Artykuł metodologiczny
Ten film demonstruje procedury używane do hodowli pierwotnych kultur embrionalnych komórek nerwowych i mięśniowych Xenopus oraz przydatność tego preparatu do jednoczesnego wykonywania nagrań pre- i post-synaptycznych klamerów.
Wiele informacji na temat sprzężenia presynaptycznych prądów jonowych z uwalnianiem neuroprzekaźnika uzyskano z preparatów bezkręgowców, w szczególności z synapsy gigantycznejkałamarnicy 1. Jednak poza opisywanym tu preparatem, istnieje niewiele preparatów kręgowców, w których możliwe jest jednoczesne wykonywanie pomiarów uwalniania neuroprzekaźników i presynaptycznych prądów jonowych. Embrionalne neurony ruchowe Xenopus i komórki mięśniowe mogą być hodowane razem w prostej pożywce hodowlanej w temperaturze pokojowej; Utworzą funkcjonalne synapsy w ciągu dwunastu do dwudziestu czterech godzin i mogą być używane do badania rozwoju komórek nerwowych i mięśniowych oraz interakcji synaptycznych przez kilka dni (aż do wystąpienia przerostu). Niektóre zalety tych kokultur w porównaniu z innymi preparatami kręgowców obejmują prostotę przygotowania, zdolność do utrzymania kultur i pracy w temperaturze pokojowej oraz łatwą dostępność synaps utworzonych2-4. Preparat znalazł szerokie zastosowanie do badania właściwości biofizycznych presynaptycznych kanałów jonowych oraz regulacji uwalniania przekaźnika5-8. Ponadto preparat znalazł zastosowanie w innych badaniach, w tym w badaniu przerostu neurytów i synaptogenezy9-12, molekularnych mechanizmów uwalniania neuroprzekaźników13-15, roli dyfuzyjnych przekaźników w neuromodulacji16,17 oraz plastyczności synaptycznej in vitro 18-19.
1. Przygotowanie przedeksperymentalne
2. Mikrodysekcja zarodków Xenopus
3. Przygotowanie kokultur nerwowo-mięśniowych
4. Łata zaciskająca synapsy nerwowo-mięśniowe
Rysunek 4B przedstawia widok grzbietowy wyizolowanego rdzenia kręgowego i miotomu bezpośrednio po jego usunięciu z zarodka Xenopus w stadium 22. Rysunek 4C pokazuje, że po usunięciu skóry i inkubacji w roztworze wolnym od Ca2+-Mg2+ (CMF, roztwór (c)), komórki dysocjują, tworząc „stertę piasku” i są gotowe do wysiania. Bezpośrednio po wysianiu na pożywkę komórki wykazują niewielką zmienność morfologiczną (Rysunek 5B), lecz po dwudziestu czterech godzinach hodowli przyjmują wyraźne kształty. Komórki mięśniowe stają się wrzecionowate, podczas gdy neurony pozostają sferyczne, wysyłając neuryty, które tworzą ż nào lce (varikosomy) w synapsach z komórkami mięśniowymi (Rysunek 6). Jednoczesna rejestracja metodą patch-clamp z warukosomu presynaptycznego i postsynaptycznej komórki mięśniowej (Rysunek 7) ujawnia presynaptyczne prądy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe związane z uwalnianiem neuroprzekaźnika oraz wynikające z tego pobudzające prądy postsynaptyczne.

Rycina 1. A: Para rozrodcza żab w wiadrze do kojarzenia na siatce. B: Żaby w amplexusie z zapłodnionymi jajami.

Rysunek 2. A: zarodek w stadium 22 określony jako „odpowiedni”. B: zarodek w stadium 28 określony jako „nieodpowiedni”. Pasek skali reprezentuje 1 mm.

Rycina 3. A: Zarodek w stadium 22 przed usunięciem błony witelinowej i otoczki galaretowatej. Strzałka wskazuje zewnętrzną krawędź otoczki galaretowatej. Błona witelinowa przylega ściśle do zarodka i jest praktycznie niewidoczna. B: Ogołocony zarodek. Pasek skali odpowiada 1 mm.

Rysunek 4. A: Embrion w stadium 22 z przerywaną linią wskazującą część przeznaczoną do wycięcia. B: Świeżo wyizolowana część grzbietowa embrionu; „d” i „v” odnoszą się odpowiednio do strony grzbietowej (dorsal) i brzusznej (ventral) embrionów, natomiast „m” i „n” wskazują przybliżoną lokalizację mytomów i rurki nerwowej. C: „Kopczyk” komórek po 60 min w CMF. Pasek skali odpowiada 1 mm dla A oraz 0.5 mm dla B i C.

Rycina 5. A: Widok komórek w kulturze przy powiększeniu 5x bezpośrednio po wysianiu. B: Ta sama kultura przy powiększeniu 40x. Pasek skali reprezentuje 40 μm dla A oraz 5 μm dla B.

Rycina 6. Złącze neuromięśniowe w hodowli z identyfikacją somy neuronu (S), przedsynaptycznego zgrubienia (V) oraz postsynaptycznej komórki mięśniowej (M). Pasek skali: 5 μm.

Rycina 7. Prądy presynaptyczne (góra) i postsynaptyczne (dół) zarejestrowane w odpowiedzi na przyłożenie przyrostowych skoków napięcia o wartości 10 mV do wypustki presynaptycznej w zakresie od -30 mV do +40 mV. Skoki napięcia są wskazane obok niektórych zapisów presynaptycznych. Potencjał holdingowy dla obu komórek wynosił -70 mV.
Kluczowymi etapami udanej wspólnej hodowli neuronów ruchowych i komórek mięśniowych jest wykorzystanie odpowiednio zaawansowanych zarodków powstałych w wyniku indukowanej hodowli żab Xenopus oraz staranne, aseptyczne rozwarstwienie niezróżnicowanych neuronów rdzeniowych i mioblastów. Zapłodnione jaja należy pozostawić w spokoju, dopóki nie osiągną około 10 stadium, ponieważ wcześniejsze ich przeniesienie często zatrzymuje ich rozwój. Zdrowe zarodki można rozpoznać po gładkim wyglądzie i brązowo-białym nakrapianym zabarwieniu. Zarodki w stadium 22-24 są najbardziej przydatne, ponieważ jest to moment podczas rozwoju, tuż po zamknięciu cewy nerwowej i przed znacznym zróżnicowaniem miocytów. Ponadto komórki ze starszych zarodków nie dysocjują dobrze w CMF. Należy zachować ostrożność podczas usuwania błony witeliny, ponieważ silnie przylega ona do zarodka. Błonę należy rozerwać ostrymi kleszczami, aby zarodek wyszedł nienaruszony. Innym ważnym środkiem ostrożności jest ostrożne umieszczenie komórek na dnie naczynia hodowlanego (zamiast pozwalania im tam osiąść). Ta metoda jest preferowana, ponieważ zwiększa prawdopodobieństwo, że komórki będą przylegać do naczynia hodowlanego.
Funkcjonalne neuroprzekaźnictwo między nerwem a mięśniem można określić za pomocą samego zapisu postsynaptycznego i często można je ustalić, obserwując spontaniczny skurcz mięśni po unerwieniu. Nieunerwione komórki mięśniowe nie drgają w hodowli. Sam zapis postsynaptyczny jest przydatny do rejestrowania miniaturowych prądów lub potencjałów płytki końcowej, ale pomiary uwolnienia wywołanego wymagają stymulacji presynaptycznej, a korelacja prądów pre- i postsynaptycznych wymaga podwójnego patch-clamp.
Oprócz opisanej tutaj metody zapisu sparowanych plastrów, preparat ten daje możliwość wprowadzenia trzeciej pipety do somy neuronalnej5 Pozwala to na wygenerowanie potencjału czynnościowego, który może rozprzestrzeniać się do żylaków presynaptycznych i prowadzić do uwolnienia neuroprzekaźnika. Ponadto przypuszczalne czynniki, które uważa się za pośredniczące lub modulujące przekaźnictwo synaptyczne, mogą być wprowadzane po obu stronach synapsy: za pomocą pipety komórek mięśniowych lub poprzez dyfuzję z trzeciej pipety umieszczonej w somie.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Finansowane przez NSF (0854551).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Insulina-Transferyna-Selen | Sigma | I1884 | ||||||||||||
| Ludzka gonadotropina kosmówkowa | Sigma | CG-10 | ||||||||||||
| Osmometr ciśnienia pary | Wescor | 5100C | ||||||||||||
| Szpilki | Minutien Narzędzia naukowe | 26002-10 | ||||||||||||
| Amfoterycyna B | Sigma | A4888 | ||||||||||||
| Kleszcze | Narzędzia do nauki | 11251-30 | ||||||||||||
| ||||||||||||||
Tabela 1. | ||||||||||||||