RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Bruna Soares Landeira1, Jéssica Alves de Medeiros Araújo1, Timm Schroeder2, Ulrich Müller3, Marcos R. Costa1
1Brain Institute,Federal University of Rio Grande do Norte, 2Department of Biosystems Science and Engineering,ETH Zurich, 3The Solomon H. Snyder Department of Neuroscience,Johns Hopkins University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Живая визуализация является мощным инструментом для изучения клеточного поведения в режиме реального времени. Здесь мы описываем протокол для покадровой видео микроскопии клетки первичной коры головного мозга, позволяющий подробного изучения фаз, принятый в ходе линии переход от первичного нервных стволовых клеток в дифференцированных нейронов и глии.
В ходе развития головного мозга клетки-предшественники пройти несколько раундов симметричных и асимметричных клеточных делений для создания новых прародителями или Постмитотические нейронов. Позже некоторые прародителями переключиться на gliogenic судьбы, добавив экзоцитоз и Олигодендроциты населению. Использование отснятого видео микроскопия культур клеток первичной коры головного мозга, это возможно для изучения молекулярных и клеточных механизмов, контролирующих режим деления клеток и клеточного цикла параметров клеток-предшественников. Аналогично судьба постмитотических клеток может проверяться с помощью клеток конкретных флуоресцентные репортер белки или после визуализации иммуноцитохимии. Что еще более важно все эти особенности могут быть проанализированы на уровне одной ячейки, позволяя идентификации прародителями, совершенные в поколение типов конкретных клеток. Манипуляция экспрессии генов также может выполняться с использованием вирусных опосредованной трансфекции, позволяя изучение клеток автономной и клеток неавтономной явлений. Наконец использование флуоресцентных белков фьюжн позволяет исследование симметричного и асимметричного распределения отдельных белков во время разделения и корреляции с судьбой клетки дочи. Здесь мы описываем метод покадровой видео микроскопии изображений первичной коры головного мозга мышиных клетки для до нескольких дней и анализировать режим деления клеток, длина клеточного цикла и судьба вновь сгенерированный клеток. Мы также описать простой метод для transfect клеток-предшественников, которые могут быть применены для манипулирования генов интерес или просто ярлык клетки с репортером белков.
Нервные стволовые клетки (НСК) генерировать нейронов и macroglial клетки во время разработки коры головного мозга. В начале corticogenesis NSCs пройти несколько раундов симметричный деления клеток и расширение пула прародителя. Затем NSCs делят несимметрично сформировать нейронов, прямо или косвенно через промежуточные1. Только в середине - до конца corticogenesis, прародители переключиться генерировать астроциты и Олигодендроциты2,3,4. Однако полная механизмы, которые управляют клеточной пролиферации и дифференциации, а также вклада ограничено судьбы прародителями для генерации уникальных типов нейронов или macroglial клетки остаются считанные интенсивных дебатов4,5,6. Потенциал отдельных корковых NSCs для создания нейронов, астроциты и Олигодендроциты был широко изучены в пробирке и в естественных условиях с помощью множество методов, таких как: жить изображений в сингл клеточных культур,78,9,10,11,12,13; живут изображений в высокой плотности культур культур3,,1415; живут изображений в ломтик культур16,17,18; Клональный анализ с использованием вирусный вектор опосредованной генетических маркировки в высокой плотности культур14,15,19,,2021; Клональный анализ в естественных условиях с помощью ретровируса22,23,24,25,26,27,28,29,30,,3132,33; и Клональный анализ в естественных условиях с использованием трансгенные животные34.
Каждый из этих методов представлены плюсы и минусы. К примеру в естественных условиях трассировки линии подвержен комков и расщепления ошибки3, ведущих к противоречивые выводы о потенциале отдельных корковых прародителей. Кроме того как в пробирке и в vivo исследования на основе маркировки прогениторных клеток в начале моменты времени и задняя анализ линий клеток может зависеть от незамеченными наступления смерти клетки во время lineage прогрессии35. Таким образом приемлемую систему для анализа потенциальных возможностей одного NSCs должны позволить идентификации всех созданных клеток, а также соответствующие характеристики клеток судьбы в lineage. Сочетание культуры главной ячейки и живой изображений обеспечивает этот параметр. С помощью одной клеточной культуры и покадровой видео микроскопии, Храм et al. показали переключатель линии отдельных коре прародителей от нейрогенез глиогенез11. Позже они использовали ту же систему чтобы показать, что различные типы нейронов создаются из одного кортикального прародитель12. Однако, эта система представляет важное предостережение: только 1% кортикальной прародителей, изолированных в начале corticogenesis создавать клоны 4 или больше потомства9. После добавления FGF2 частота генерации 4 или более ячеек клеток увеличивается до 8-10%9. Тем не менее это число является слишком мала, учитывая, что практически все корковых прародителями пролиферативной на этой стадии. Кроме того нельзя исключать потенциальные последствия FGF2 на судьбу спецификации36. Чтобы обойти эти ограничения, мы использовали высокой плотности клеточных культур, которые поддерживают распространения обоих желудочков (Pax6-выражая) и субвентрикулярной корковых прародителями (Tbr2-выражая)15. Кроме того в реальном времени наблюдения этих культур показал, что некоторые особенности НСК линии прогрессии воспроизводятся в этих условиях, таких как режим деление клеток, удлинение клеточного цикла, потенциал одиночных клеток генерировать нейронов и глии, среди прочих3,15. Совсем недавно мы использовали эту систему чтобы показать, что CREB-сигнализации влияет на выживание клетки незрелые коре нейронов в мышей37. Таким образом, мы считаем, что промежуток времени видео микроскопия первичной мышиных коре клеток, выращиваемых в высокой плотности является мощным и доступным инструментом для изучения молекулярных и клеточных механизмов клеточного цикла прогрессии, режим деления клеток, выживаемость клеток и клеток судьба спецификации. Последний может осуществляться с помощью трансгенных животных, позволяя определение судьбы конкретных клеток на реальном времени38,,3940 или использование после визуализации immunocytochemistry3,38,,41-42.
Здесь мы предоставляем пошаговые протокол подготовить культуры клеток первичной коры головного мозга, поддержки распространения NSCs и последующее поколение нейронов и macroglial клеток. Мы также обсудим использование антиретровирусной опосредованной трансфекции манипулировать экспрессии генов отдельных клеток, которые могут быть определены и отслеживаются на уровне одной ячейки, используя покадровой видео микроскопии. Этот протокол может использоваться для изучения клетки первичной коры головного мозга, изолированные от начала до конца corticogenesis грызунов, но несколько корректировок, которые могут потребоваться согласно этап14. NSCs, изолированный от других источников также могут быть изучены с помощью покадровой видео микроскопии 2D культур, но соответствующие культивирования система должна определяться путем сравнения клеток поведений in vitro и in vivo38,43.
Все эксперименты с участием живых животных, описанные в этом протоколе, проводятся в соответствии с национальными и международными законами и были одобрены местным университетским комитетом по уходу и использованию животных (CEUA/UFRN) под лицензией 009/2014. Следующий протокол выполняется в стерильных условиях. Ожидается знакомство с основными культурами клеток.
1. Микродиссекция дорсолатерального конечного мозга
2. Диссоциация и покрытие клеток
3. Ретровирусно-опосредованная трансфекция
ПРИМЕЧАНИЕ: Это простой метод для трансфекции только клеток-предшественников. Тем не менее, другие вирусные векторы или химическая/электрическая трансфекция могут быть использованы для вставки генов, представляющих интерес, в культивируемые клетки.
4. Покадровая видеомикроскопия
ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого шага требуется инвертированный флуоресцентный микроскоп с инкубационной камерой (см. Таблицу материалов).
5. Иммуноцитохимия после визуализации
6. Отслеживание клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь мы кратко опишем основные шаги по анализу данных покадровой видеомикроскопии с помощью программного обеспечения The Tracking Tool (tTt), которое доступно по ссылке, предоставленной в Таблице материалов.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если получение изображения выполняется с помощью другого программного обеспечения, импортируйте данные изображения с помощью tTt Converter, доступного в установщике tTt (ссылка указана в Таблице материалов). Принимаются только форматы изображений png, tif или jpg. Следуйте шагам, показанным на странице Рисунок 1 A - B после запуска конвертера tTt.
7. Количественные оценки
ПРИМЕЧАНИЕ: Несколько измерений могут быть выполнены с использованием данных видеомикроскопии46. Здесь мы опишем три возможности, которые будут проиллюстрированы далее в разделе «Репрезентативные результаты».
Первичные культуры клеток коры головного мозга, выделенные из эмбрионов E14, содержат как клетки-предшественники, так и нейрональные клетки. В период визуализации предшественники проходят несколько раундов деления клеток, увеличивая количество клеток (Рисунок 5 и Видео Рисунок 1).
Ретровирусно-опосредованная трансфекция нескольких клеток-предшественников облегчает идентификацию клеточных клонов (Рисунок 6). Обратите внимание, что экспрессия GFP обнаруживается через 24 часа. На данном этапе времени можно идентифицировать GFP-экспрессирующие клетки на фазово-контрастных изображениях и отследить их до завершения линии. Включенные здесь изображения GFP не имеют хорошего контраста, потому что: 1) эндогенная экспрессия GFP наблюдалась через несколько дней после ретровирусной трансдукции; 2) изображения были получены с помощью объектива с 10-кратным расстоянием через пластиковое дно 24-луночного планшета; и 3) время воздействия флуоресценции установлено на минимальное обнаружение сигнала GFP без повреждения клеток (фототоксичность).
Отслеживание отдельных клеток-предшественников генерирует деревья родословных, раскрывающие важную информацию об их родословных (Рисунок 7). Основываясь на этих деревьях линий, мы можем оценить клональную связь между дифференцированными клетками, измерить продолжительность клеточного цикла, оценить режим деления клеток на основе пролиферативного поведения дочерних клеток (симметричный пролиферативный - обе дочерние клетки подвергаются новому циклу клеточного деления; Асимметричная – одна дочерняя клетка претерпевает новый цикл клеточного деления, а другая становится постмитотической; Симметричный терминал - обе дочерние клетки становятся постмитотическими) и количественно измеряют выживаемость клеток, скорость клеток и скорость роста клеток3,15,37,47.
После визуализации иммуноцитохимия с использованием антител против нейронального маркера MAP2 и репортерного белка GFP показывает дифференцированные нейроны и ненейрональные клетки, сгенерированные из корковых предшественников, которые были отслежены (Рисунок 8).

Рисунок 1. Использование "tTt Converter" для анализа покадровой съемки, полученной из другого программного обеспечения. (A) Просмотрите данные изображения, чтобы добавить их непосредственно в папку ввода (красный прямоугольник). Активируйте функцию "Анализировать метаинформацию из имен файлов изображений" для различных позиций, каналов изображения или z-индексов (красная стрелка). tTt Converter автоматически преобразует 16-битные изображения в 8-битные, однако для указания точки черного и белого для каждого канала изображения необходимо включить опцию "Установить 16-битную на 8-битную черную/белую точку". Более подробная информация об этом шаге доступна в разделе "Как установить bp/wp для каждого канала" внизу (красная стрелка). После редактирования раздела «Метаинформация эксперимента» найдите папку назначения (синий прямоугольник) и нажмите «Конвертировать x изображений» (оранжевый прямоугольник). (B) Окно завершенного преобразования. (C) Определение секунд в виде фиксированного интервала в окне "tTt Log File Converter" (красная стрелка) перед загрузкой изображений для отслеживания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2. Отбор эксперимента на tTt. (A) В окне запроса пользователя нажмите «Добавить пользователя» и введите инициалы пользователя, а затем выберите опцию «Продолжить». (B) Найдите папку для анализа в разделе "TTTWorkFolder" (красный прямоугольник) и выберите эксперимент в разделе "Папка эксперимента" (синий прямоугольник). Далее загрузите эксперимент (красная стрелка). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3. Подбор изображений. (A) Выберите положение для анализа (красный прямоугольник). Если изображения были преобразованы, нажмите на "LogFileConverter" и действуйте, как показано на рисунке Рисунок 1C. (B) Выберите нижнюю часть «все» (красный прямоугольник) и загрузите изображения (синий прямоугольник). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4. Окно слежения. (A) Отрегулируйте яркость и контрастность с помощью кнопки «настроить гамму» и выберите опцию «Деление» (красный прямоугольник), «Апоптоз» (синий прямоугольник), «Потеря» (зеленый прямоугольник) или «Прерывание» (фиолетовый прямоугольник) для деления клетки, гибели клетки, потери клетки или остановки отслеживания соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5. Фазово-контрастные изображения, полученные методом покадровой видеомикроскопии в разные моменты времени. (А-Н) Микрофотографии, показывающие фазово-контрастные изображения культуры клеток первичной коры головного мозга в (A) день 0, 04 ч 15 мин 20 с, (B) день 0, 12 ч 20 мин 29 с, (C) день 0, 20 ч 27 мин 09 с, (D) день 1, 04 ч 41 мин 26 с, (E) день 1, 12 ч 45 мин 57 с, (F) День 1, 20 ч 50 мин 33 с, (G) День 2, 04 ч 54 мин 52 с, и (H) День 2, 12 ч 59 мин 15 с. Обратите внимание на значительное увеличение плотности клеток с течением времени. Масштабная линейка: 50 μm Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6. Экспрессия GFP в ретровирусно-трансдуцированных клетках. Фазово-контрастные изображения (A-G) и флуоресцентные изображения GFP (A'-G') в одной и той же временной точке. Обратите внимание, что экспрессия GFP отсутствует в течение первых часов визуализации и со временем начинает увеличиваться. (А-А') День 0, 16 ч 01 мин 05 с, (B-B') День 0, 21 ч 49 мин 26 с, (C-C') День 1, 06 ч 29 мин 33 с, (D-D') День 1, 15 ч 35 мин 00 с, (E-E') День 2, 00 ч 40 мин 10 с, и (F-F') День 2, 09 ч 44 мин 28 с. (F'') Большое увеличение пунктирной коробки в F'. Желтые стрелки (B-F) указывают на фазово-контрастное изображение клетки, экспрессирующей GFP (B-F'). Масштабная линейка: 50 μm Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7. Клеточная линия одиночных клеток-предшественников. (А-С) Фазово-контрастные изображения, показывающие пример деления клеток. (А) Округление клеток-предшественников. (Б) Сужение клеточной мембраны. (В) Завершение митоза. (Г) Пример одноклеточного дерева родословной, сгенерированного в программном обеспечении tTt. Цветными стрелками обозначены различные режимы деления клеток: симметричный пролиферативный (желтая стрелка); Ассиметричный (синяя стрелка); Симметричный терминал (красная стрелка). «X» указывает на гибель клеток. Цифры обозначают продолжительность клеточного цикла клеток-предшественников. Масштабная линейка: 50 μm Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 8. Иммуноцитохимия после визуализации идентифицирует нейрональные клетки. Клетки коры головного мозга иммуноокрашены антителами против GFP (A) и нейронального маркера MAP2 (B). Объединенные изображения в (C) и большее увеличение объединенных изображений в (C'). Желтые стрелки указывают на клетки GFP+, экспрессирующие MAP2. Отслеживание этих клеток до начала эксперимента позволяет идентифицировать родственные нейроны в культуре. Масштабные линейки: 100 μм Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Фильм 1. Покадровая видеомикроскопия культуры клеток первичной коры головного мозга. Фазово-контрастные изображения, получаемые каждые 20 минут, отображающие подробное поведение клеток in vitro. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть это видео. (Щелкните правой кнопкой мыши для загрузки.)
Авторы не имеют ничего сообщать.
Живая визуализация является мощным инструментом для изучения клеточного поведения в режиме реального времени. Здесь мы описываем протокол для покадровой видео микроскопии клетки первичной коры головного мозга, позволяющий подробного изучения фаз, принятый в ходе линии переход от первичного нервных стволовых клеток в дифференцированных нейронов и глии.
Эта работа была поддержана CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e парке), накидки (повышению де Coordenação де Pessoal де уровня Superior) и FAPERN (Фонд-де-ампаро Pesquisa ду Риу-Гранди-ду-Норти).
| Сбалансированный солевой раствор Хэнка (HBSS) | Invitrogen Life Technologies | 14175129 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375-25G | |
| Пенициллин/стрептомицин | Gibco | 15140122 | |
| Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM) | Gibco | 12400-024 | |
| Фетальная сыворотка для телят (FCS) | Gibco | 10437028 | |
| Глюкоза | Gibco | A2494001 | |
| B27 | Gibco | 17504044 | |
| трипсин-ЭДТА (0.05%) | Gibco | 25300054 | |
| параформальдегид | Sigma | 16005 | |
| Козья сыворотка | Sigma-Aldrich | 69023 | |
| Triton X-100 | VWR International Ltd. | 306324N | |
| Изофлуран | Sigma | 792632 | |
| анти-MAP2, мышь | Sigma | M4403 | |
| анти-GFP курица | Aves | 0511FP12 | |
| DAPI | Sigma | D9542 | |
| Козья анти-мышь alexa 594 | Invitrogen | A11005 | |
| Козья анти-курица alexa 488 | Invitrogen | A11039 | |
| ImageJ | NIH | ||
| tTt | ETH Zurich | ||
| Cell Наблюдательный микроскоп | Zeiss | ||
| Pasteur пипетка | |||
| PBS | |||
| The Tracking Tool (tTt) программное обеспечение | https://www.bsse.ethz.ch/csd/software/ttt-and-qtfy.html | ссылка для скачивания |