Embriyonik Kemirgen Brain itibaren İlköğretim Mesensefalik dopaminerjik Nöronlar İzolasyonu, Kültür ve Uzun Vadeli Bakım
Summary
The causes of degeneration of midbrain dopaminergic neurons during Parkinson’s disease are not fully understood. Cellular culture systems provide an essential tool for study of the neurophysiological properties of these neurons. Here we present an optimized protocol, which can be utilized for in vitro modeling of neurodegeneration.
Abstract
Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson’s diseae. Study of the biological processes involved in physiological functions and vulnerability and death of these neurons is imparative to understanding the underlying causes and unraveling the cure for this common neurodegenerative disorder. Primary cultures of mesDA neurons provide a tool for investigation of the molecular, biochemical and electrophysiological properties, in order to understand the development, long-term survival and degeneration of these neurons during the course of disease. Here we present a detailed method for the isolation, culturing and maintenance of midbrain dopaminergic neurons from E12.5 mouse (or E14.5 rat) embryos. Optimized cell culture conditions in this protocol result in presence of axonal and dendritic projections, synaptic connections and other neuronal morphological properties, which make the cultures suitable for study of the physiological, cell biological and molecular characteristics of this neuronal population.
Introduction
Substantia nigra gelen dopaminerjik nöronların kaybı compacta Parkinson Hastalığı (PH), ikinci en yaygın nörodejeneratif bozukluk kardinal motor belirtiler neden pars. Bu mezensefalik nöronal nüfusun ölümü yatan nedeni bilinmemektedir. Kullanılmıştır geliştirilmesi ve nörofizyolojik özellikleri ve mesDA nöron, bir kaç hücre kültürü ve hayvan modeli sistemlerinde hayatta modüle edilmesi için sorumlu biyokimyasal yollar incelenmesi. Sıçan dopaminerjik hücre çizgisi 1RB 3, 27 (N27), insan dopaminerjik nöroblastoma hücre çizgisi SH-SY5Y, MN9D ve insan mezensefalik hücreleri LUHMES fare dopaminerjik melez hücre hattı olmak üzere ölümsüzleştirilmiş hücre çizgileri, biyokimyasal ve sınırlı mekanik çalışmalar 1 kullanılmaktadır -5. MesDA nöronların spesifik kaybı çalışmada, birkaç nörotoksin bazlı ve genetik modeller 6-8 geliştirilmiştir. Primer ventral orta beyin kültürlerDopaminerjik nöronlarının nöronal ve sinaptik özellikleri ve bu ortak hastalık patojenezinde rol yolları çalışmak için vazgeçilmez bir araç sağlar.
Burada daha yüksek yaşama şansına sahiptir her embriyo için lamelleri verim artışı ile sonuçlanan değişiklikleri içeren mezensefalik dopaminerjik nöronların izolasyonu için detaylı bir protokol mevcut. Önceden olgun E12.5 fare mezensefalona (sıçan E14.5) kullanımı beka geliştirir. Bu yaşta nöronlar diseksiyonu sırasında sağlam hücreleri bırakır, henüz akson geliştirilen ve böylece önemli ölçüde canlılığını arttırarak stresi en aza indirir değil. Ayrıca, bu protokolün 2. bölümünde açıklandığı gibi ventral orta beyindeki dikkatli diseksiyon, daha beka geliştirir. Embriyo başına lamelleri sayısını artırmak için, alternatif bir kaplama yöntemi, bu protokolün 4. bölümde sunulmuştur. Bu altında 4 lamelleri ile karşılaştırıldığında embriyo başına en fazla 10 lamelleri bir ürün verimine yol açarStandart kaplama koşulları dolayısıyla deney başına hayvan miktarını azaltarak.
Akson ve dentrites kültür sergi akıbet nöronlar, sinaptik bağlantıları oluşturmak ve canlı hücre görüntüleme, İmmünositokimya'da ve elektrofizyolojik çalışmalar için bu kültürlerin uygun hale nöronal ve sinaptik belirteçlerinin varlığını ortaya koymaktadır. Ayrıca, sinir hücresi kültürlerinde kullanılması genetik ve farmakolojik manipülasyonunu daha da kolaylaştırır. In vitro olarak 2 gün itibaren dışa doğru büyümesini geliştirme çalışmaları sağlar. Ayrıca, kültür uzun dönem hayatta kalmaları (en fazla altı hafta) bu nöronların yavaş ilerleyici dejenerasyonu çalışma için uygun hale getirmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Orta beyin dopaminerjik nöronları, merkezi sinir sisteminde dopamin ana kaynağıdır. Üç gruba ayrılır, substantia nigra pars compacta (SNpc), ventral tegmental alan (VTA) ve retrorubral alanı (RRF), 10, 11. SNpc ve VTA'da nöronlar gibi duygu, motivasyon ve motor davranışlarının kontrolü gibi işlevleri dahil, mezokortikal mezolimbik ve nigro-striatum büyük dopaminerjik yollar, yol. SNpc ve nigrostriatal sistemi fonksiyonel bozulma nöronların ölümü, ikinci en önemli nörodejeneratif …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was performed using the Division of Brain Sciences, Department of Medicine, Imperial College London startup funds to K.N.A.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Dulbecco's modified Eagle medium nutrient mixture F-12 | Invitrogen | 11330 | |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) (1X), liquid | Invitrogen | 24020-117) | |
| Fetal bovine serum, heat-inactivated (FBS) | Invitrogen | 16140 | |
| N2 Supplement (100X), liquid | Invitrogen | 17502-048) | |
| D-(+)-Glucose solution (45% (wt/vol) in water | Sigma | G8769 | |
| Bovine serum albumin BSA | Sigma | A9430 | |
| Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane | Sigma | L2020 | |
| Penicillin/streptomycin | Invitrogen | 15070 | |
| Trypsin (0.05% (wt/vol) | Invitrogen | 25300 | |
| Bovine serum albumin (BSA) cell culture tested | Sigma | A9418 | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | P3813 | |
| Anti-Tyrosine hydroxylase (Th) antibody | Pel-Freez Biologicals | P60101-0 | |
| Poly-L-ornithine, 0.01% solution | Sigma | P4957 | |
| Anti-Map2 (Microtubule associated protein-2A and -2B) antibody | Millipore | MAB3418 | |
| Anti-Synapsin-1 antibody | Millipore | AB1543P | |
| Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit IgG antibody | Molecular Probes | A-21206 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-rabbit IgG antibody | Molecular Probes | A-21207 | |
| Alexa Fluor 488 donkey anti-sheep IgG antibody | Molecular Probes | A-11015 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-sheep IgG antibody | Molecular Probes | A-11016 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-mouse IgG antibody | Molecular Probes | A-21203 | |
| Trypan blue solution (0.4% (wt/vol) | Biowhittaker | 17-942E | |
| Stereo Microscope | Carl Zeiss | Stemi 2000-C | |
| Inverted phase contrast microscope | Carl Zeiss | Axiovert 40 C | |
| Dumont Forceps | Fine Scientific Tools | May-45 | |
| Cover Slip Forceps – Dumoxel | Fine Scientific Tools | 11251-33 | |
| Two Dumont #45 Forceps – Dumoxel | Fine Scientific Tools | 11245-30 | |
| Blade Holder/Breaker Flat Grip – 11cm | Fine Scientific Tools | 10052-11 | |
| Student Iris Scissors – Straight 11.5cm | Fine Scientific Tools | 91460-11 | |
| Fiber optic halogen illuminator | Nikon | MKII | |
| Disposable Borosilicate Glass Pasteur Pipettes | Fisherbrand | 13-678-20C | |
| Hemocytometer | Proscitech | SVZ2NIOU | |
| 0.2 µm sterile filter units | Nalgene | NL-CE-156-4020 | |
| 100x20mm Petri dishes | BD Biosciences | 351005 | |
| Round Cover Slip #1 Thickness German Glass 12mm | Bellco Glass | 1943-10012 |
References
- Prasad, K. N., et al. Establishment and characterization of immortalized clonal cell lines from fetal rat mesencephalic tissue. In Vitro Cell Dev Biol Anim. 30A, 596-603 (1994).
- Fall, C. P., Bennett, J. P. Characterization and time course of MPP+ -induced apoptosis in human SH-SY5Y neuroblastoma cells. J Neurosci Res. 55, 620-628 (1999).
- Choi, H. K., Won, L., Roback, J. D., Wainer, B. H., Heller, A. Specific modulation of dopamine expression in neuronal hybrid cells by primary cells from different brain regions. Proc Natl Acad Sci U S A. 89, 8943-8947 (1992).
- Alavian, K. N., Sgado, P., Alberi, L., Subramaniam, S., Simon, H. H. Elevated P75NTR expression causes death of engrailed-deficient midbrain dopaminergic neurons by Erk1/2 suppression. Neural Dev. 4, 11 (2009).
- Chung, C. Y., et al. The transcription factor orthodenticle homeobox 2 influences axonal projections and vulnerability of midbrain dopaminergic neurons. Brain. 133, 2022-2031 (2010).
- Betarbet, R., Sherer, T. B., Greenamyre, J. T. Animal models of Parkinson’s disease. Bioessays. 24, 308-318 (2002).
- Schober, A. Classic toxin-induced animal models of Parkinson’s disease: 6-OHDA and MPTP. Cell Tissue Res. 318, 215-224 (2004).
- Chesselet, M. F., Richter, F. Modelling of Parkinson’s disease in mice. Lancet neurology. 10, 1108-1118 (2011).
- Takeshima, T., Johnston, J. M., Commissiong, J. W. Mesencephalic type 1 astrocytes rescue dopaminergic neurons from death induced by serum deprivation. J Neurosci. 14, 4769-4779 (1994).
- Sgado, P., et al. Slow progressive degeneration of nigral dopaminergic neurons in postnatal Engrailed mutant mice. PNAS. 103, 15242-15247 (2006).
- Alavian, K. N., et al. The lifelong maintenance of mesencephalic dopaminergic neurons by Nurr1 and engrailed. J Biomed Sci. 21, 27 (2014).
- Simon, H. H., Bhatt, L., Gherbassi, D., Sgado, P., Alberi, L. Midbrain dopaminergic neurons: determination of their developmental fate by transcription factors. Ann N Y Acad Sci. 991, 36-47 (2003).
- Bjorklund, A., Dunnett, S. B. Dopamine neuron systems in the brain: an update. Trends Neurosci. 30, 194-202 (2007).
- Dauer, W., Przedborski, S. Parkinson’s disease: mechanisms and models. Neuron. 39, 889-909 (2003).
- Dexter, D. T., Jenner, P. Parkinson disease: from pathology to molecular disease mechanisms. Free Radic Biol Med. 62, 132-144 (2013).
- Schapira, A. H. Aetiopathogenesis of Parkinson’s disease. J Neurology. 258, S307-S310 (2011).
- Chung, C. Y., et al. Cell type-specific gene expression of midbrain dopaminergic neurons reveals molecules involved in their vulnerability and protection. Hum Mol Gen. 14, 1709-1725 (2005).
