$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Podczas rozwoju mózgu embrionalnego, neurony projekcyjne kory mózgowej są generowane w strefie komorowej, pseudowarstwowym nabłonku złożonym z różnych typów nerwowych komórek macierzystych i progenitorowych (NSPC), które wyściełają boczne komory. Wśród NSPC promieniste komórki glejowe (RGC), które służą jako nerwowe komórki macierzyste, przechodzą interkinetyczną migrację jądrową (INM): przeprowadzają mitozę na powierzchni komory i fazę S na podstawowej granicy strefy komorowej (VZ)1,2,3. Mogą dzielić się symetrycznie, aby wygenerować dwa RGC, lub asymetrycznie, aby wygenerować jeden RGC i jeden neuron lub pośrednią komórkę progenitorową (IPC)4,5. IPC migrują do leżącej nad nią warstwy proliferacyjnej zwanej strefą podkomorową (SVZ), gdzie po ostatnim symetrycznym podziale generują dwa niedojrzałe neurony projekcyjne6-8. W przeciwieństwie do RGC, IPC nie przechodzą INM (omówione w 9). Nowo wygenerowane neurony migrują promieniście wzdłuż włókien promieniowych przez strefę pośrednią (IZ), aby dotrzeć do miejsca docelowego w płytce korowej (CP)10,8. Idealne wyczucie czasu wszystkich tych wydarzeń jest niezbędne do prawidłowego rozwoju kory mózgowej. Na przykład przejście od proliferacji do różnicowania populacji progenitorów neuronalnych jest kontrolowane przez czas trwania fazy G1 11,12. Wydłużenie fazy G1 koreluje zatem z różnicowaniem komórek.
Stres genotoksyczny, taki jak promieniowanie jonizujące, poważnie upośledza rozwój mózgu (omówione w 13). My i inni wykazaliśmy, że NSPC są bardzo podatne na apoptozę wywołaną promieniowaniem 14,15,16. Promieniowanie jonizujące indukuje pęknięcia podwójnej nici DNA, które są najpoważniejszym uszkodzeniem proliferujących komórek. Jednym z istotnych składników odpowiedzi na uszkodzenie DNA (DDR) w komórkach cyklicznych jest aktywacja punktów kontrolnych cyklu komórkowego w przejściach G1/S lub G2/M lub podczas fazy S (punkt kontrolny wewnątrz S)17-21. Blokują one postęp cyklu komórkowego, aby zapewnić czas na naprawę uszkodzeń DNA lub eliminację zbyt uszkodzonych komórek. W związku z tym śmierć komórki, jak również opóźniony postęp cyklu komórkowego, mogą zmienić rozwój mózgu w odpowiedzi na ekspozycję na promieniowanie jonizujące22-24. W związku z tym interesujące było opracowanie metody oceny aktywacji punktów kontrolnych cyklu komórkowego w NSPC w napromieniowanym embrionalnym mózgu myszy.
Postęp cyklu komórkowego jest rutynowo śledzony za pomocą włączenia analogu tymidyny, 5-Bromo-2'-deoksyUrydyny (BrdU). BrdU jest włączany podczas fazy S cyklu komórkowego, kiedy DNA ulega replikacji. Zastosowanie przeciwciała przeciwko BrdU pozwala następnie na wykrycie komórek, które znajdowały się w fazie S podczas impulsu BrdU.
Nowy analog tymidyny, 5-etynylo-2'-deoksyurydyna (EdU) jest wykrywany przez fluorescencyjny azydek. Różne sposoby wykrywania EdU i BrdU nie reagują krzyżowo25, co umożliwia jednoczesne wykrywanie obu analogów tymidyny, co jest przydatne w badaniu progresji cyklu komórkowego. Zwykle ogniwa są najpierw pulsowane EdU, a następnie pulsowane BrdU, gdzie czas między oboma inkorporacjami trwa kilka godzin 25,26. Dodanie BrdU do pożywek hodowlanych zawierających EdU powoduje preferencyjne włączenie BrdU do DNA z wyłączeniem EdU, podczas gdy jednoczesne dodanie EdU25 z równomolowym lub półrównomolowym BrdU do pożywki powoduje włączenie tylko BrdU27. Upraszcza to protokół podwójnego etykietowania, eliminując etapy mycia, które są zwykle wymagane do usunięcia pierwszej etykiety z pożywki hodowlanej przed dodaniem drugiej etykiety. Jest to również szczególnie interesujące w badaniach in vivo, w których etapy mycia nie są możliwe, w celu określenia dokładnego czasu wejścia lub wyjścia fazy S populacji komórek.
Ostatnio opracowano metodę dwuimpulsowego znakowania w embrionalnym mózgu myszy za pomocą EdU i BrdU 23,24,22 do analizy progresji cyklu komórkowego i INM NSPC po napromienianiu in utero. Ponadto wykazano, że podczas fazy S komórki myszy replikują najpierw regiony euchromatyny, a następnie perycentryczną heterochromatynę28,29,30. Co ciekawe, perycentryczna heterochromatyna różnych chromosomów grupowała się w jądrach międzyfazowych, tworząc heterochromatyczne ogniska znane również jako chromocentra i łatwo wykrywalne przez barwienie DAPI jako jasne ogniska. Dlatego różnicowe barwienia EdU i BrdU euchromatyny i chromocentrów pomogły nam dokładniej przeanalizować progresję fazy S NSPC.
Ta metoda pozwoliła na wykazanie pozornego braku punktu kontrolnego G1/S w NSCP22-24, co jest dość zaskakujące, ponieważ ten punkt kontrolny ma być krytyczny dla stabilności genomu. Kilka eksperymentalnych projektów opartych na różnych kombinacjach impulsów EdU i BrdU zostało wykorzystanych do analizy progresji cyklu komórkowego w brzusznym i grzbietowym kresomózgowiu. W tym miejscu podajemy przykład protokołów pozwalających na badanie ostrego uszkodzenia DNA NSPC w ciągu pierwszych 4 godzin po napromienianiu in utero zarodków myszy E14,5.