אקס תרבות Vivo של פרוסות המוח הקטן אפרוח וממוקד מרחבית Electroporation של מבשרי תא גרגיר

Summary

השכבה החיצונית של המוח הקטנה הגרגר היא האתר של ההגברה המעבר הגדולה ביותר במוח המתפתח. כאן, אנו מציגים פרוטוקול למקד שינוי גנטי לשכבה זו בשיאו של שגשוג באמצעות vivo electroporation והתרבות של פרוסות המוח הקטן לשעבר מעובר חומוס עוברי יום 14.

Abstract

השכבה החיצונית של המוח הקטן גרגיר (EGL) היא האתר של ההגברה המעבר הגדולה ביותר במוח המתפתח, ומודל מצוין לחקר התפשטות והבחנה עצביות. בנוסף, שינויים אבולוציוניים של יכולת שגשוגה היו אחראים להרחבה הדרמטית של גודל המוח הקטן באמניוטים, מה שהופך את המוח הקטן מודל מצוין ללימודי Evo-Devo של מוח החוליות. תאים המרכיבים את EGL, אבות גרגיר המוח הקטן, גם מייצגים תא משמעותי ממוצא למדולובלסטומה, גידול העצבי בילדים הנפוץ ביותר. בעקבות הגברה מעבר, מבשרי גרגיר להעביר רדיאלית לשכבת גרגרים הפנימית של המוח הקטן שבו הם מייצגים את האוכלוסייה העצבית הגדולה ביותר במוח של היונקים הבוגר. בחומוס, השיא של התפשטות EGL מתרחש לקראת סוף השבוע של הריון השני. על מנת למקד את השינוי גנטי לשכבה זו בהשיא של שגשוג, שפיתחנו שיטה למניפולציה גנטית דרך electroporation vivo לשעבר של פרוסות המוח הקטן מעובר חומוס עוברי יום 14. שיטה זו משחזרת כמה היבטים חשובים של in vivo פיתוח נוירון גרגיר ויהיה שימושי ביצירת הבנה מעמיקה של התפשטות תאי גרגיר המוח הקטן ובידול, ולכן פיתוח של המוח הקטן, אבולוציה ומחלה.

Introduction

המוח הקטן יושב בקצה הקדמי של המוח האחורי, והוא אחראי לאינטגרציה של עיבוד חושי ומוטורי במוח הבוגר, כמו גם ויסות תהליכים קוגניטיביים גבוהים יותר ^1. ביונקים וציפורים, ברשותה מורפולוגיה משוכללת וfoliated בכבדות, מוצר של הגברה מעבר הנרחבת של אבות במהלך פיתוח שמייצר יותר ממחצית תאי העצב במוח הבוגר. המוח הקטן היה נושא של לימודים לneurobiologists במשך מאות שנים ובעידן המולקולרי כמו כן זכה לתשומת לב משמעותית. זה מתייחס לא רק לביולוגיה מעניינת מיסודה, אלא גם לעובדה שהוא מעורב בכבדות במחלות של בני אדם כוללים הפרעות גנטיות התפתחותיים כגון הפרעות ספקטרום האוטיסטי ² והבולטת ביותר בסרטן במוח הקטן, מדולובלסטומה ^3, המהווה את המוח בילדים הנפוץ ביותר גידול. חשוב לציין, זה מערכת מודל מצוינת בתוך "שich ללמוד הקצאת גורל וneurogenesis במהלך התפתחות מוח ^4. בשנים האחרונות, יש לו גם הוקם כמערכת מודל למחקר ההשוואתי של התפתחות המוח, בשל המגוון העצום של צורות המוח הקטן ראו על פני תולדות הגזע חוליות ^5-10.

המוח הקטן מתפתח ממחצית הגב של 1 rhombomere במוח האחורי והתפתחותית ¹¹ מורכב משתי אוכלוסיות עיקריות אב, שפת rhombic ואזור חדרית. שפת rhombic משתרעת סביב אזור הגב של neuroepithelium של המוח האחורי בגבול עם צלחת הגג. זה הוא מקום הולדתו של הנוירונים מעוררים glutamatergic של המוח הקטן ^12-14. אזור חדרית מוליד נוירונים המעכבים GABAergic המוח הקטן, בולט ביותר נוירונים פורקינג הגדולים ^14,15. בהמשך פיתוח (מיום העוברי על 13.5 בעכבר; E6 בחומוס ^16), ProGen glutamatergicitors להעביר בעקיפין משפת rhombic וליצור שכבת pial של אבות: אזור אב המשני נקרא השכבה החיצונית גרגיר (EGL). זה שכבה זו שעוברת הגברה המעבר הנרחבת שמובילה למספרים של נוירונים גרגיר הענק שנמצאו במוח הבוגר.

הפצת נשק בEGL נקשר ארוכה למיקום תת-pial שנובע מהגירה משיקה משפת rhombic ^17, עם המעבר ליציאת מחזור התא והתמיינות עצבית של אבות להיות קשורה עם יציאתם מהשכבה החיצונית EGL למרכז EGL ^18. הגירה משיקה נרחבת של תאי גרגיר לאחר mitotic בציר המדיאלי-רוחב מתרחשת באמצע וEGL הפנימי ^19, לפני הגירת רדיאלי סופית לשכבה הפנימית של גרגיר קליפת המוח הקטן הבוגרת. הגירה של תאים משפת rhombic על פני השטח של המוח הקטן תלויה באיתות CXCL12 מפיא ^20-22 </sup> ותאי גרגיר להביע קולט CXCL12 CXCR4. ההגירה משיקה שלהם היא בכך מזכיר את זו של בעקיפין neocortical הנודד אוכלוסיות interneuron מעכבות ^23-25. מסקרן, מחקרים מיקרוסקופיים אלקטרונים ¹⁷ הראו כי תאי EGL עם מורפולוגיה שגשוג לשמור על קשר pial, מקשר התנהגות תא עם יכולת שגשוג באופן המזכיר את האבות הבסיסיים של קליפת המוח היונקים ^26. הדבר בא לידי ביטוי בריבוד האמור של EGL לשלוש בתת-השכבות שמוגדרים על ידי סביבה תאית שונה ובו יש לי מבשרי גרגיר ביטוי גנים שונים חתימות ^18.

התפשטות של אבות בoEGL מתרחשת בהתפלגות נורמלית של גדלי שיבוט כזה שכאשר אבותיהם בנפרד כותרת גנטית בסוף ההתפתחות עוברית בעכבר, הם להצמיח ממוצע חציון של 250-500 גר 'postmitoticנוירונים ranule ^27,28. הפצת הנשק תלויה באיתות שהשש mitogenic מבסיס תאי פורקינג ^'29-32. היכולת להגיב שלשש הוכחה להיות תלוי לחלוטין על ביטוי אוטונומי תא של גורם שעתוק Atoh1, הן במבחנה ³³ וin vivo ^34,35. כמו כן, יציאת מחזור התא והתמיינות הוכחה להיות תלוי בביטוי של גורם השעתוק במורד הזרם NeuroD1 ^36, שעשוי מדכאים ישירים של Atoh1 ^37.

למרות התקדמות זו, וקידום רב בפענוח הבסיס הביולוגי של תא יציאת מחזור תא ^38-42, המנגנון הבסיסי המולקולרי (ים) שעומד בבסיס ההחלטה ליציאה ממחזור התא ולעבור מאב לנוירון הבחנה, ו הגירה הנלווית postmitotic משיקה בEGL הפנימי, כמו גם את המתג מאוחר יותרלהגירה רדיאלי, יישאר חלקי הבין. זה הוא בגלל חוסר היכולת להשתלט הניסיונית של EGL במידה רבה: זה מאוחר פיתוח, וקשה למקד גנטי שכן רב מאותו המקור עצבי המולקולות חיוניות גם קודם לכן בחייו של מבשרי גרגיר בשפת rhombic. כדי להתגבר על בעיה זו, מחברים רבים פיתחו in vivo וelectroporation vivo לשעבר כשיטת למקד המוח הקטן שלאחר הלידה במכרסמים ^43-48. הנה, אנחנו חלוצים שימוש electroporation vivo לשעבר בחומוס ללמוד EGL, המייצג את היתרונות משמעותיים במונחים של עלות ונוחות. השיטה של electroporation והתרבות הפרוסה vivo לשעבר של רקמת המוח הקטן אפרוח שלנו משתמשת ברקמה גזור מיום עוברי 14 אפרוחים בשיא התפשטות EGL. שיטה זו מאפשרת מיקוד גנטי של EGL עצמאי של שפת rhombic ויהיה להגדיר את הבמה לנתיחה גנטית של המעבר מגרגיראב לנוירון גרגיר postmitotic במוח הקטן.

Protocol

הערה: כל הניסויים בוצעו עם בהתאם לקינגס קולג 'לונדון, בריטניה והנחיות הטיפול בבעלי החיים של משרד הפנים הבריטיים. 1. Dissection של E14 מוח קטן דגירה ביצי תרנגולת המופרת חום ב 38 מעלות צלזי…

Representative Results

סעיף זה ממחיש דוגמאות של תוצאות שניתן להשיג באמצעות electroporation פרוסה ותרבות של המוח הקטן מחומוס יום 14 עוברי. הנתיחה של המוח הקטן מודגמת באיור 1 ותא electroporation הקים מוצג באיור 2. אנחנו מראים שזה אפשרי לelectroporate והצלחת פרוסות המוח הקטן תרבו…

Discussion

הפרוטוקול דיווח כאן מתאר שיטה לנתח, electroporating וculturing פרוסות של המוח הקטן יום 14 עוברי מהחומוס. פרוטוקול זה מאפשר מיקוד של electroporation לאזורים קטנים מוקד של EGL, כוללים מיקוד מבודד של אונות המוח הקטן בודדות. הוא מאפשר ניתוח והדמיה גנטיים ברזולוציה גבוהה ונוחות, ובמחיר נמוך בה?…

Materials

McIlwain tissue chopper	Mickle Laboratory Engineering Ltd		Cut at 300μm for best results.
Basal Medium Eagle (Gibco)	Life Technologies	41010-026
L-glutamine	Sigma	G7513
penicillin/streptomycin	Sigma	P4333
0.4μm culture insert	Millipore	PICM0RG50
TSS20 Ovodyne electroporator	Intracel	01-916-02	Use 3x10v, 10ms pulses for electroporation.