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.