Tutaj prezentujemy metodę przygotowania organotypowych kultur warstwowych z barwienia móżdżku myszy i osłonki mielinowej za pomocą immunohistochemii, odpowiednią do badania mechanizmów mielinizacji i remielinizacji w ośrodkowym układzie nerwowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy metodę przygotowania organotypowych kultur warstwowych z barwienia móżdżku myszy i osłonki mielinowej za pomocą immunohistochemii, odpowiednią do badania mechanizmów mielinizacji i remielinizacji w ośrodkowym układzie nerwowym.
W układzie nerwowym, mielina jest złożoną strukturą błonową generowaną przez mielinizujące się komórki glejowe, która otacza aksony i ułatwia szybkie przewodnictwo elektryczne. Wykazano, że zmiany mielinowe występują w różnych chorobach neurologicznych, gdzie są związane z deficytami funkcjonalnymi. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy opis modelu ex vivo składającego się z mysich organotypowych wycinków móżdżku, które można przechowywać w hodowli przez kilka tygodni, a następnie znakować w celu wizualizacji mieliny.
Neurony to wysoce spolaryzowane komórki, które składają się z komory somato-dendrytycznej, która otrzymuje dane wejściowe z otoczenia, oraz aksonu, który zapewnia generowanie i propagację impulsów elektrycznych do innych komórek. Szybkie propagowanie i terminowe dostarczanie informacji jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego. U kręgowców jest to ułatwione przez mielinizację, która pozwala na zwiększenie prędkości przewodzenia aksonalnego1. Mielina jest wyspecjalizowaną strukturą utworzoną przez zagęszczone warstwy błony plazmatycznej wytwarzane przez mielinizujący glej, a mianowicie oligodendrocyty w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) i komórki Schwanna w obwodowym układzie nerwowym (PNS). Zarówno w OUN, jak i PNS, interakcje aksoglialne napędzają tworzenie wyspecjalizowanych domen aksonalnych: węzłów Ranviera i otaczających je domen, parawęzłów i juxtaparanodes2. Segmenty aksonalne izolowane mieliną lub międzywęźlami przeplatają się z węzłami Ranviera, które odpowiadają małym niezmielinizowanym domenom wzbogaconym w kanały sodowe bramkowane napięciem (Nav). Wysokie stężenie i szybka aktywacja kanałów Nav w węzłach Ranviera umożliwiają regenerację potencjałów czynnościowych, a wraz z właściwościami izolacyjnymi osłonek mielinowych zapewniają skuteczne i szybkie przewodzenie solne impulsu nerwowego wzdłuż aksonu3.
Oprócz swojej roli w przyspieszaniu prędkości przewodzenia impulsu nerwowego, mielinizacja gleju zapewnia metaboliczne wsparcie aksonowi, zachowując jego długoterminową integralność i uczestnicząc w jego przetrwaniu4,5. Co więcej, w ostatnich latach stało się jasne, że mielina jest dynamicznie modulowana przez całe życie, przypuszczalnie uczestnicząc w ten sposób w regulacji i plastyczności różnych funkcji układu nerwowego. Korekty rozkładu, liczby, długości i grubości osłonek mielinowych wzdłuż aksonów mogą zatem stanowić nowatorski sposób precyzyjnego dostrajania różnych sieci6,7,8. W związku z tym ewolucyjne nabywanie mieliny jest kluczowym procesem dla funkcji czuciowych, motorycznych i poznawczych, a zaburzenia interakcji między aksonami a glejem są coraz częściej uważane za przyczyniające się do rozwoju lub nabytych chorób neurologicznych9.
Scharakteryzowano skład mieliny, którego specyficzną cechą jest wysoki udział lipidów (70%) w porównaniu z białkami (30%) w przeciwieństwie do innych błon komórkowych10. Jednak w przeciwieństwie do lipidów mielinowych, większość białek mieliny jest specyficzna dla mieliny, w tym podstawowe białko mieliny (MBP), białko proteolipidowe (PLP), 2',3'-cykliczny nukleotyd 3'-fosfodiesterazy (CNP), glikoproteina związana z mieliną (MAG), glikoproteina mielinowo-oligodendrocytowa (MOG), PMP-22 i P010. Istnieją różne metody histologiczne barwienia mieliny w oparciu o jej skład lipidowy, takie jak Luxol fast blue11, Sudan Black B12, metoda hematyny kwasowej Bakera13, a także barwienie srebrem14. Niemniej jednak podejścia te nie zawsze pozwalają na odpowiedni kontrast i rozdzielczość do wizualizacji poszczególnych włókien. Alternatywnym podejściem do wykrywania mieliny jest immunohistochemia skierowana przeciwko białkom mieliny. Różne przeciwciała są ukierunkowane na antygeny specyficzne dla mieliny o wysokiej swoistości i mogą być rutynowo stosowane do wykrywania struktur mielinowych. Interakcja przeciwciało-antygen może być dalej ujawniona za pomocą przeciwciała drugorzędowego sprzężonego z fluoroforem skierowanym przeciwko przeciwciału pierwszorzędowemu i uwidocznionego za pomocą odpowiedniej mikroskopii fluorescencyjnej. W tym miejscu opisujemy protokół immunochemiczny barwienia mieliny na wycinkach móżdżku ex vivo, model, który pozwala na dobre zachowanie architektury tkanki nerwowej. Ponadto organizacja i rozmiar komórek Purkinjego (jedyny zmielinizowany neuron móżdżku) sprawiają, że są one klasycznym modelem do badań elektrofizjologicznych i są podobnie idealne do wykonywania badań obrazowania stałego lub na żywo.
Warstwy móżdżku są generowane z myszy P9-P10, czas odpowiadający wczesnemu początkowi mielinizacji komórek Purkinjego, procesu, który najczęściej osiąga się przez jeden tydzień ex vivo (6-7 dni in vitro, DIV)15. Ponadto model ten jest przystosowany do badania zaburzeń demielinizacyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane (SM), ponieważ rozległa demielinizacja może być indukowana w wycinkach móżdżku za pomocą związku mielinotoksycznego lizofosfatydylocholiny (lub lizolecytyny, LPC), po której następuje spontaniczna remielinizacja16,17. Endogenna remielinizacja odbywa się po dwóch dniach od usunięcia LPC z pożywki hodowlanej i jest prawie zakończona tydzień po zabiegu.
Ukończenie tego protokołu zajmuje około 3 tygodnie, w tym pół dnia na przygotowanie kultur móżdżku, tydzień na uzyskanie w pełni zmielinizowanych plastrów, następnie 2 dni na osiągnięcie szczytu demielinizacji i kolejny tydzień na ich pełną remielinizację. Ponadto immunohistochemię można wykonać w ciągu 2 dni. Opisany tutaj protokół jest dostosowany do standardowego miotu 6 młodych myszy i musi być dostosowany do liczby zwierząt wykorzystanych do planowanego eksperymentu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie prace związane ze zwierzętami były zgodne z instytucjonalnymi zasadami i wytycznymi ustanowionymi przez UPMC, INSERM oraz Dyrektywę Rady Francji i Wspólnoty Europejskiej 86/609/EWG.
1. Przygotowanie podłoża hodowlanego i wkładek do kultur (czas pracy ≈ 10–15 min)
UWAGA: Wykonaj ten krok w okapie do hodowli przepływowej w sterylnych warunkach.
2. Przygotowanie podłoża preparacyjnego (czas ćwiczeń ≈ 5 min)
UWAGA: Wykonaj ten krok w kapturze do hodowli przepływowej w sterylnych warunkach.
3. Przygotowanie materiału preparacyjnego (czas praktyczny ≈ 15 min)
4. Presekcja móżdżku i przygotowanie sekcji (czas ćwiczeń ≈ 15–20 minut na zwierzę)
5. Plastry Kultura i Demielinizacja (czas praktyczny ≈ 15–20 min)
UWAGA: Wykonaj ten krok w kapturze do hodowli przepływowej w sterylnych warunkach.
6. Immunohistochemia (czas praktyczny ≈ 1:30–2 h)
UWAGA: Wykonaj kroki od 6.1. do 6.3. pod wyciągiem. Unikaj narażenia na działanie paraformaldehydu (PFA) i zapoznaj się z kartą charakterystyki produktu w celu uzyskania odpowiednich manipulacji i ochrony.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przykłady reprezentatywnych immunobarwień mieliny w organotypowych skrawkach móżdżku uzyskanych od myszy szczepu C57black6 typu dzikiego (WT) w wieku P9-P10 (Rycina 2A), a także od myszy transgenicznych PLP-GFP (Rycina 2B), wraz z barwieniem komórek Purkinjego. Skrawki móżdżku mielinizują od obszaru szlaków istoty białej skrawków w kierunku obwodu listków, a mielinizacja komórek Purkinjego zostaje w większości osiągnięta po 6 do ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu szczegółowo opisujemy protokół generowania modelu ex vivo odpowiadającego organotypowym kulturom plastrów móżdżku myszy, zaadaptowanym z wcześniej opublikowanych metod 15,16,19 i późniejszego barwienia mielinowego tych preparatów. Strategia ta daje możliwość wizualizacji składników mieliny w wysokiej rozdzielczości zarówno w stanie zdrowym, jak i patologicznym.
Organotypowe kultury warst...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Żaden z autorów nie ma sprzecznych interesów ani sprzecznych interesów.
Dziękujemy dr Seanowi Freemanowi, dr Nathalie Sol-Foulon i dr Thomasowi Roux za cenne uwagi na temat manuskryptu. Praca ta została sfinansowana przez INSERM, ICM, ARSEP Grants R13123DD, ANR R17127DD (do A.D.) i FRM fellowship, SPF20110421435 (do A.D.), FDT20170437332 (do M.T.). Dziękujemy zakładowi hodowli komórkowych CELIS oraz platformie obrazowania icm.Quant.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| BME medium | ThermoFisher Scientific | 41010026 | |
| Hank' s Zrównoważony roztwór soli (10x HBSS) | ThermoFisher Scientific | 14180046 | |
| GlutaMAX (100x) | ThermoFisher Scientific | 35050038 | |
| Inaktywowane termicznie serum dla koni | ThermoFisher Scientific | 26050088 | |
| Penicylina– Streptomycyna (10 000 j.m./ml) | ThermoFisher Scientific | 15140122 | |
| Gey' s Zrównoważony roztwór soli | Sigma Aldrich | G9779-500ML | |
| Roztwór D-glukozy (45%) | Sigma Aldrich | G8769-100ML | |
| Lizofosfatydylocholina (LPC) | Sigma Aldrich | L4129-100MG | |
| Paraformaldehyd (PFA) | Mikroskopia elektronowa Sciences | 15714 | |
| Etanol absolutny (100% etanolu) | VWR Chemicals | 20821.330 | Chłodzenie w temperaturze -20& C |
| Tryton® X-100 | Sigma Aldrich | X100-500ML | |
| 10% normalna surowica kozia (NGS) | ThermoFisher Scientific | 500622 | |
| Roztwór buforowy fosforanowy | EuroMEDEX | ET330-A | pH 7,4 |
| Przeciwciało anty-GFP (poliklonalne, kurczak) | Merck Millipore | 06-896 | Rozcieńczenie 1/300 |
| Przeciwciało przeciwko białku zasadowemu mieliny (MBP) (poliklonalne, kurczak) | Merck Millipore | AB9348 | Rozcieńczenie 1/150 |
| Przeciwciało przeciwko zasadowemu białku mieliny (MBP) (monoklonalne, mysie IgG2b) | Merck Millipore | NE1019 | Rozcieńczenie 1/200 |
| Przeciwciało anty-PLP (szczur, hybrydoma) | Prezent od dr K. Ikenaka; Okasaki, Japonia | Rozcieńczenie 1/5 do 1/10 | |
| Kanał antysodowy, przeciwciało Pan (monoklonalne, mysie IgG1, klon K58/35) | Sigma Aldrich | S8809 | Rozcieńczenie 1/150 |
| Przeciwciało anty-Caspr (poliklonalne, królik) | Abcam | ab34151 | Rozcieńczenie 1/500 |
| Przeciwciała drugorzędowe kozy sprzężone z Alexa Fluor 488, 594, 647 lub 405 | ThermoFisher Scientific | Rozcieńczenie 1/500 | |
| Fluoromount | SouthernBiotech | 0100-20 | |
| Rozdrabniacz do tkanek | McIlwain | ||
| Żyletki | |||
| Duże nożyczki | FST | 14101-14 | |
| Małe nożyczki | FST | 91500-09 | |
| Kleszczyki drobno-proste | FST | 91150-20 | |
| Kleszczyki zakrzywione | FST | 11297-00 | |
| Szalki do hodowli komórkowych (60 mm i 100 mm) | TPP | ||
| 4-, 6-dołkowe płytki do hodowli | TPP | ||
| Wkładki do hodowli milikomórkowych (0,4 i mikro; m, średnica 30 mm) | Merck Millipore | PICM0RG50 | |
| Inkubator | 37° C, 5% CO2 | ||
| Końcówki do pipet z drobnym końcem | Dutscher | 134000CL | |
| Końcówki do pipet o szerokim otworze | ThermoFisher Scientific | 2079G | |
| Sterylna strzykawka | Terumo Europe | 20 lub 50 ml | |
| Sterylne filtry strzykawkowe | Terumo Europe | 0,22 i mikro; | |
| m Skalpel | Swann-Morton | 0510 | |
| Szczotka Szkiełka | |||
| mikroskopowe | RS France | 76 mm x 26 mm x 1,1 mm | |
| Szkiełka nakrywkowe | RS France | 22 mm x 22 mm | |
| Kimtech Sciences Wycieraczki do tkanek | Kimberly-Clark Professional | 5511 | |
| Mikroskop | lornetkowy |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.