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Research Article
Matthew Laaper1,2, Takrima Haque1, Ruth S. Slack3, Arezu Jahani-Asl1,2,4
1Lady Davis Institute for Medical Research,Jewish General Hospital, 2Integrated Program in Neuroscience,McGill University, 3Department of Cellular and Molecular Medicine,University of Ottawa, 4Department of Oncology, Faculty of Medicine,McGill University
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Este protocolo descreve um método simples para isolar e neurônios de grânulo cerebral principal do rato (CGNs) de filhotes de 6-7 dias de idade, transdução eficiente de CGNs para perda e ganho de estudos de função, de cultivo e modelagem excitotoxicidade neuronal induzida por NMDA, morte celular baixo potássio-induzida, danos ao DNA e estresse oxidativo usando o mesmo modelo de cultura.
Neurônios de grânulo cerebelar (CGNs) são um modelo neuronal comumente usado, formando uma população homogénea abundante no cerebelo. Tendo em conta o seu desenvolvimento pós-natal, abundância e acessibilidade, CGNs são um modelo ideal para estudar processos neuronais, incluindo o desenvolvimento neuronal, a migração neuronal e estimulação da atividade neuronal fisiológica. Além disso, culturas CGN fornecem um modelo excelente para estudar os diferentes modos de morte celular, incluindo excitotoxicidade e apoptose. Dentro de uma semana em cultura, CGNs expressar receptores N-metil-D-aspartato (NMDA), um receptor de glutamato de geleificação específicos com muitas funções críticas em saúde neuronal e doença. A adição de baixas concentrações de NMDA em conjunto com a despolarização da membrana para roedores culturas primárias de CGN tem sido usada para estimulação da atividade neuronal fisiológica do modelo enquanto a adição de altas concentrações de NMDA pode ser empregada para modelar excitotoxic lesão neuronal. Aqui, um método de isolamento e cultivo de CGNs de filhotes 6 dias de idade, bem como a manipulação genética de CGNs por adenovírus e lentivírus são descritos. Estamos também presentes protocolos otimizados em como estimular excitotoxicidade induzida por NMDA, baixo potássio-induzida apoptose, stress oxidativo e dano do ADN após transdução destes neurônios.
Neurônios de grânulo cerebelar (CGNs) são bem caracterizados em cultura e têm servido como um modelo eficaz para estudar a morte neuronal e desenvolvimento 1,2,3,4,5, 6. a expressão inicial dos receptores N-metil-D-aspartato (NMDA) no CGN culturas em vitro faz-lhes um modelo atraente para estudar induzida por NMDA sinalização. A ativação destes receptores com NMDA em conjunto com a despolarização da membrana é usada para modelar a estimulação da atividade neuronal fisiológica e tem permitido para pesquisa em mecanismos de plasticidade sináptica 7,8. Pelo contrário, excesso de estimulação desses receptores por ligante NMDA pode ser usado para modelar excitotoxicidade, um importante mecanismo de perda neuronal aguda doenças danos cerebrais e neurodegenerativas 9. Um mecanismo para a indução da excitotoxicidade é através da inanição de ATP com oxigênio reduzido, como pode ser visto com lesão neuronal aguda. Isso resulta na despolarização da membrana e liberação de níveis elevados de glutamato em sinapse. A superestimulação subsequente do receptor NMDA pelo glutamato elevado resulta em excessiva Ca2 + influxo através destes receptores, que por sua vez ativa diversos caminhos, incluindo Ca2 +-ativado proteases, fosfolipases, e endonucleases, resultando na degradação descontrolada da críticos componentes celulares e morte celular. Além disso, alta intracelular Ca2 + leva à geração de radicais livres de oxigênio e dano mitocondrial 10,11.
Enquanto a maioria da perda neuronal após excitotoxicidade neuronal induzida por NMDA é devido ao influxo de cálcio e é independente de Bax/Bak, outros mecanismos de morte celular não podem ser excluídos deste modelo. A aparência de ambos necrótico e apoptose morte celular devido a excitotoxicidade é parcialmente devido a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) e danos no DNA causados poralta intracelular Ca 2 + níveis 12. Dano do ADN resulta em morte neuronal através de mecanismos de apoptose, sendo correlacionados com marcas da morte de apoptose celular, como o aparecimento de massas de cromatina e corpos apoptotic. Indução da apoptose é mediada através da liberação de citocromo c da mitocôndria e foi mostrada para ser dependente de Bax/Bak oligomerização 13. Bax/Bak oligomerização promove a formação de poros na membrana mitocondrial externa, resultando em citocromo c liberação e ativação de pro-apoptotic reguladores como visto com lesão isquêmica leve 14.
Geração de ROS é uma questão importante no cérebro devido os baixos níveis endógenos de antioxidantes, juntamente com a exigência de oxigênio grande para funcionamento neuronal 15. Quando exposta a um evento isquêmico, óxido nítrico sintase é upregulated, produzir o óxido nítrico e aumento de espécies reativas de oxigênio 14. A maior concentração de radicais de oxigênio pode resultar em danos ao DNA e indiretamente causar fome de energia. Altos níveis de quebras de dupla-hélice do DNA são corrigidos por ativação de poli ADP-ribose polimerase-1 (PARP-1), uma proteína de limite a cromatina eucariótica responsável por catalisar a transferência de unidades de ADP-ribose do NAD+, parte integrante de um processo Reparação de DNA 16. No entanto, com danos excessivos devido ao estresse oxidativo, ativação de PARP-1 pode causar fome de energia devido a drenagem aumentada no NAD+, um substrato necessário para a produção de ATP através da fosforilação oxidativa. Em última análise, estresse oxidativo irá desencadear a apoptose em uma maneira dependente de Bax/Bak levando a liberação c mitocondrial citocromo e foi mostrado para induzir a remodelação mitocondrial em CGNs 17.
Finalmente, mudanças na concentração de cloreto de potássio (KCl) em culturas CGN podem ser usadas para modelar baixo potássio/despolarização mediada por apoptose 18,19,20. Quando expostos a baixos níveis de K+, CGNs passam por mudanças fisiológicas distintas, resultando em reduções de respiração mitocondrial e glicólise, atribuído à diminuição da demanda de celulares 21, bem como a redução dos níveis de nuclear factor-κB (NFκB) que regula as atividades, incluindo a inflamação e a transmissão sináptica 22. Este modelo é de particular interesse para o estudo da morte celular durante o desenvolvimento neuronal. O ambiente de K+ baixo mais de perto se assemelha a condições fisiológicas e provoca marcas da morte celular durante o desenvolvimento neuronal 23.
Em resumo, CGNs fornecer um modelo de longa data para investigar os mecanismos moleculares subjacentes da morte neuronal e degeneração. O seguinte protocolo permitirá isolamento e cultivo de CGNs, expressão ou repressão um percurso genético específico usando o vírus e a indução de morte neuronal através de diferentes mecanismos que representa a degeneração e lesão neuronal.
este protocolo é baseado em modificações de procedimentos que foram previamente descrito 18 , 24 , 25 , 26 , 27. o presente protocolo é aprovado pelo Comité de cuidado Animal na Universidade McGill.
1. preparação experimental
Nota: as seguintes soluções estoque podem ser preparadas e mantidas até o uso.
2. Extração e isolamento do cerebelo do cérebro
3. Mouse cerebelar grânulo neurônio isolamento e Culturing
4. Embalagens de Lentivirus, purificação e titulação
Nota: O protocolo para a embalagem, concentração, purificação e titulação de lentivirus anteriormente foi descrito em detalhe sem o uso de um kit 28, incluindo métodos alternativos para a titulação, tais como fluxo cytometry 29. Aqui apresentamos brevemente o protocolo usado no nosso laboratório para a produção de lentivirus para estudar a lesão neuronal usando solução de purificação de vírus rápida e um kit de titulação Lentivirus qPCR.
5. Modelagem de lesão Neuronal
Com dissecção cuidadosa, o cérebro intacto deve ser removido com danos mínimos, como pode ser visto na figura 1A-B. Esforço deve ser tomado para minimizar os danos ao cérebro durante a remoção, particularmente danos no cerebelo. Danificar o cerebelo faz mais difícil identificação e remoção completa das meninges e aumenta a probabilidade de contaminação da cultura neuronal. Uma vez que foram removidas das meninges, o cerebelo pode ser dissecado do tecido remanescente, como visto na Figura 1 e preparado para dissociação.
Antes de chapeamento, CGNs pode ser transfectadas com lentivirus ou infectados com o vírus adenoide, conforme descrito na Figura 2. Encontramos a máxima eficiência e toxicidade mínima com 50 MOI de infecção com o adenovírus e um MOI de 2-3 no dia de chapeamento de lentivirus (Figura 3).
Culturas CGN transduzidas saudáveis na DIV 7 são apresentadas na Figura 3A. Se um grande número de glia permanecem presente na cultura, a concentração de AraC pode ser aumentada para garantir uma população neuronal pura. Também células gliais ocupam o vírus mais facilmente do que os neurônios e isso torna-se crítica se as transductions são realizadas no dia 5. A presença de neurônios submetidos a morte celular pode ser avaliada pela formação de núcleos picnóticos, como visto na Figura 3. Todas as concentrações do NMDA, H2O2e Camptothecin são otimizados para induzir a morte celular de 50% após 24 h. Isto permite estudar outros primeiros eventos que precedem a perda neuronal como fragmentação mitocondrial.

Figura 1: remoção de cérebro de rato e dissecação do cerebelo. (A) para extrair o cérebro de um rato de 6-7 dias de idade, usando um par de pinças, segure a cabeça e cortar a pele anteriormente ao longo das linhas pontilhadas usando um par de tesouras de microdissection. Tenha cuidado para cortar somente a pele e o tecido conjuntivo, uma incisão profunda também pode perfurar o crânio e danificar o cérebro. Estas três incisões, em linha reta ao longo da linha mediana e dois, curvando-se lateralmente, permitem que a pele ser empurrado de volta revelando o crânio. Uma vez expostos, o crânio pode ser penetrado com a ponta da tesoura e cortar anteriormente. Grande cuidado deve ser tomado para não danificar o cerebelo para facilitar a identificação e remoção das meninges. Uma vez cortado, fórceps pode ser usado para descascar o crânio, expondo o cérebro, que então pode ser esmiuçado para fora em solução de dissecação legal usando um par de pinças ou espátula. A fim de remover o cérebro, o nervo óptico pode precisar de ser cortada. (B) uma vez retirados do crânio, das meninges deverá ser retiradas o cerebelo usando um par de pinças de ponta fina. (C) usando um par de pinça com ponta fina, o cerebelo é dissecado do tecido remanescente e inspecionado para garantir a remoção completa das meninges. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: modelagem lesão neuronal em neurônios Cerebelares grânulo. Cerebella isolado do dia que 6-7 ratos são dissociados em células individuais, seguindo o procedimento apresentado na parte 3. Após dissociação, as células são contadas e resuspended em um volume de meios de cultura para gerar 1,5 x 106 cells/mL.For pratos de 35 mm, 4 mL são banhados, dando 6 x 106 células por placa. Para imagens slides, 0,5 mL é chapeado, dando 7,5 x 105 células/poço. CGNs pode então ser transfectadas com lentivirus ou infectados com o vírus adenoide. Usando adenovírus no dia do chapeamento (0 dias em vitro (DIV)) dá maior que 90% de eficiência de transfeccao e permite o estudo da lesão neuronal através de stress oxidativo e dano do ADN. A adição de 10 µM camptothecin (CPT) irá induzir dano do ADN, enquanto 75-100 µM peróxido de hidrogênio (H2O2) irá induzir o estresse oxidativo. A concentração de H2O2 deve ser otimizada para induzir a morte celular de 50% após 24 h. Infectando com adenovírus na DIV 5 dá uma baixa eficiência de transdução de menos de 10%. Na DIV 7 quando os receptores NMDA são enriquecidos na cultura, neurônios podem ser tratados com 100 µM NMDA e glicina de 10 µM para induzir excitotoxicidade. Isto é ideal para posterior análise de imagem ou rastreamento de um único neurônio. Finalmente, transducing com lentivirus no DIV 0, seguido pelo tratamento com NMDA de 100 µM e 10 µM glicina, na DIV 7, dá uma eficiência de transdução suficientemente alta (> 80%) para permitir a análise bioquímica da cultura, incluindo ChIP sequenciamento, examinando expressão da proteína e realizando ensaios ao vivo/morto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: neurônios Cerebelares grânulo. (A) neurônios foram transformados com lentivírus para RFP em um MOI de 3 no momento do chapeamento e fixo e manchados em 7 dias in vitro. Colocalization do sinal RFP, MAP2 e Hoechst é mostrado para demonstrar neurônios saudáveis que são totalmente transformados por lentivírus. (B) as imagens representam análises ao vivo morto ensaio de neurônios infectados com MOI diferente, para medir a toxicidade. CGNs infectados com adenovírus expressando LacZ em um MOI entre 25 e 50 permite a máxima eficiência, mantendo a toxicidade mínima. Menos do que uma diferença de 1% na sobrevivência da pilha em relação ao controle é vista quando infectando a este MOI. (C) Hoechst coloração de controle CGNs e CGNs tratados com NMDA para induzir a morte celular. Observe a formação de núcleos picnóticos com tratamento de NMDA. Isso é indicativo de morte celular e pode ser visto em aproximadamente 50% da cultura 24 h após o tratamento com NMDA de 100 µM e 10 µM glicina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada para divulgar.
Este protocolo descreve um método simples para isolar e neurônios de grânulo cerebral principal do rato (CGNs) de filhotes de 6-7 dias de idade, transdução eficiente de CGNs para perda e ganho de estudos de função, de cultivo e modelagem excitotoxicidade neuronal induzida por NMDA, morte celular baixo potássio-induzida, danos ao DNA e estresse oxidativo usando o mesmo modelo de cultura.
Este trabalho é apoiado por ciências naturais e engenharia Conselho de pesquisa do Canadá e os institutos canadenses de pesquisa em saúde concede ao AJ-A.
| Kit de titulação lentivitral qPCR | ABM | #LV900 | |
| solução rápida de purificação de vírus | ABM | #LV999 | |
| pCMV-dR8.2 | Addgene | #8455 | |
| pCMV-VS.VG | Addgene | #8454 | |
| Água destilada | Gibco | #15230162 | |
| 200 mM L-Glutamina | Gibco | #25030081 | |
| pratos de cultura Nunc de 35 mm | Gibco | #174913 | |
| PowerUP SYBR green master mix | life technologies | #A25742 | |
| BSA V Solution | Sigma Aldrich | #A-8412 | |
| CaCl2 • 2H2O | Sigma Aldrich | #C-7902 | |
| Camptotecina | Sigma Aldrich | #C-9911 | |
| Inibidor de Tripsina de Clara de Ovo de Galinha | Sigma Aldrich | #10109878001 | |
| Citosina beta-D-Arabino Furanoside | Sigma Aldrich | #C-1768 | |
| D-(+)-Glicose | Sigma Aldrich | #G-7528 | |
| DNase1 | Sigma Aldrich | #11284932001 | |
| Eagle-minimal essential medium | Sigma Aldrich | #M-2279 | |
| Glycine | Sigma Aldrich | #G-5417 | |
| Soro Fetal Bovino dialisado inativado por calor | Sigma Aldrich | #F-0392 | |
| Tampão Hepes | Sigma Aldrich | #H-0887 | |
| Peróxido de hidrogênio | Sigma Aldrich | #216763 | |
| 50 mg/mL Gentamicina | Sigma Aldrich | #G-1397 | |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | #M-2643 | |
| Ácido N-Metil-D-aspártico | Sigma Aldrich | #M-3262 | |
| Solução de Fenol Vermelho | Sigma Aldrich | #P-0290 | |
| Tripsina | Sigma Aldrich | #T-4549 | |
| Lipofectamine 3000 | Thermo Fisher Scientific | L3000-008 | |
| p3000 reagente potenciador | Thermo Fisher Scientific | L3000-008 | |
| Opti-MEM I Soro Reduzido Médio | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
| KCl | VWR | ||
| NaCl | VWR | ||
| NaH2PO4H2O | VWR | ||
| Poli D-lisina | VWR | #89134-858 | |
| DMEM | Wisent | #319-005-CL | |
| FBS | Wisent | #080-450 |