Summary

La indiretto Neuron-astrociti co-coltura saggio: An<em> In Vitro</em> Set-up per l'indagine dettagliata delle Interazioni neuroni-glia

Published: November 14, 2016
doi:

Summary

Questo protocollo descrive l'indiretta co-coltura di neuroni-astrociti per l'analisi compartimenti stagni delle interazioni neuroni-glia.

Abstract

Corretto sviluppo e la funzione neuronale è il presupposto di sviluppo e il cervello adulto. Tuttavia, i meccanismi alla base della formazione altamente controllato e manutenzione di reti neuronali complesse sono state comprese finora. Le questioni aperte in materia di neuroni nella salute e nella malattia sono diversi e si estende da comprendere lo sviluppo di base per indagare le patologie legate umani, per esempio, il morbo di Alzheimer e la schizofrenia. L'analisi più dettagliata dei neuroni può essere eseguita in vitro. Tuttavia, i neuroni sono esigenti cellule e hanno bisogno del sostegno supplementare degli astrociti per la loro sopravvivenza a lungo termine. Questa eterogeneità cellulare è in conflitto con l'obiettivo di analizzare l'analisi di neuroni e astrociti. Presentiamo qui un test di coltura cellulare che consente la co-coltivazione a lungo termine di neuroni primari puri e astrociti, che condividono lo stesso mezzo chimicamente definito, pur essendo fisicamenteseparato. In questa configurazione, le culture sopravvivono per un massimo di quattro settimane e il test è adatto per una varietà di indagini riguardanti l'interazione neuroni-glia.

Introduction

Nel corso degli ultimi decenni, l'interpretazione generale della funzione nevroglia si è evoluta da l'attribuzione di un solo supporto verso un ruolo regolatore attivo per quanto riguarda la funzione neuronale 1. A causa del loro impatto di rilievo sulla omeostasi del cervello in salute e malattia 2, astrociti sono di particolare interesse per la comunità scientifica. Negli ultimi anni, una diversità di studi si sono concentrati sulle interazioni neuroni-glia in vivo e in vitro 3. Tuttavia, la maggior parte dei sistemi di coltura non consentono per l'analisi separata delle due tipi cellulari e dei rispettivi secretomes.

Diversi approcci sfruttano la co-coltivazione diretta dei neuroni e glia per raggiungere la sopravvivenza di lunga durata e fisiologicamente rilevanti di sviluppo della rete neuronale 4-6. Il presente protocollo raggiunge gli stessi obiettivi, mantenendo entrambi i tipi di cellule separate fisicamente 7. Rispetto al conditioned media si avvicina a 8,9, il nostro sistema permette di studiare la comunicazione bidirezionale tra neuroni e astrociti. L'espressione di molecole di segnalazione secrete può essere monitorato mentre le cellule maturare nel mezzo condiviso. Questa opportunità è particolarmente rilevante, come astrociti rilasciano fattori solubili, come le citochine, fattori di crescita e molecole della matrice extracellulare 10,11, regolando così la crescita neuronale e funzionano 7,12. Pertanto, è stato dimostrato che l'aggiunta di trombospondina alle cellule gangliari retiniche in vitro induce la formazione di sinapsi 13. Tuttavia, sono necessari per rendere sinapsi funzionali 13 altri fattori ancora sconosciuti. Inoltre, molecole rilasciate dagli astrociti devono essere identificati al fine di comprendere la base delle interazioni neuroni-glia.

La coltivazione di neuroni primari e astrociti di topo e ratto è stato descritto in precedenza 14-16. Qui noipresentare uno strumento elegante e versatile per combinare entrambi i tipi cellulari in un approccio co-coltura indiretta. Poiché le due culture sono fisicamente separati ancora condividere lo stesso mezzo, l'impatto di neuroni, astrociti e molecole solubili, possono essere analizzate separatamente, creando così un potente strumento per studi di interazione neuroni-glia.

Protocol

Gli esperimenti con i topi erano in conformità con la legge tedesca e la Società tedesca per le linee guida Neuroscience di allevamento. La cura degli animali e di utilizzo comitati del Università della Ruhr a Bochum hanno concesso i permessi appropriati. 1. Preparazione e coltivazione di corticale astrociti Nota: Completate queste fasi del protocollo almeno 7 d prima di procedere alle fasi successive, come le colture di astrociti dovrebbero svilupparsi in monos…

Representative Results

L'analisi delle colture neuronali tramite il sistema di co-coltura indiretta è multiforme e può essere eseguita in diverse fasi della cultura stagionatura. A causa del fatto che le cellule possono essere mantenute fino a 4 settimane, indagini a lungo termine delle culture sono possibili. Lo schema del pannello centrale sinistro della figura 1 mostra la configurazione co-coltivazione. Con l'uso di que…

Discussion

L'obiettivo principale del protocollo attuale è quello di colture neuronali e astrociti completamente separati, mentre li mantenendo in mezzo condiviso. Per questo motivo, la purezza delle colture ottenute vanno verificate all'inizio del procedimento. Si consiglia l'uso di tubulina specifica dei neuroni, neurofilamenti o proteine ​​NeuN come marcatori neuronali, GFAP come marcatore astrociti, O4 antigene come marcatore degli oligodendrociti precursore e proteine ​​Iba1 per identificare microglia. </…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The present work was supported by the German research foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG: GRK 736, Fa 159/22-1; the research school of the Ruhr University Bochum (GSC98/1) and the priority program SSP 1172 “Glia and Synapse”, Fa 159/11-1,2,3).

Materials

Reagents
B27 Gibco (Life Technologies) 17504-044
Cell culture grade water MilliQ
Cell culture grade water MilliQ
Cytosine-ß-D arabinofuranoside (AraC) Sigma-Aldrich C1768 CAUTION: H317, H361
DMEM Gibco (Life Technologies)  41966-029
DNAse Worthington LS002007
Gentamycin Sigma-Aldrich G1397 CAUTION: H317-334
Glucose Serva 22700
HBSS Gibco (Life Technologies) 14170-088
HEPES Gibco (Life Technologies) 15630-056
Horse serum Biochrom AG S9135
L-Cysteine Sigma-Aldrich C-2529
MEM Gibco (Life Technologies) 31095-029
Ovalbumin Sigma-Aldrich A7641 CAUTION: H334
Papain Worthington 3126
PBS self-made 
Poly-D-lysine Sigma-Aldrich P0899
Poly-L-ornithine Sigma-Aldrich P3655
Sodium pyruvate Sigma-Aldrich S8636
Trypsin-EDTA Gibco (Life Technologies) 25300054
Equipment
24 well plates Thermoscientific/Nunc 142475
24-wells plate (for the  indirect co-culture) BD Falcon 353504
Binocular Leica MZ6
Cell-culture inserts BD Falcon 353095
Centrifuge Heraeus Multifuge 3S-R
Counting Chamber Marienfeld 650010
Forceps FST Dumont (#5) 11254-20
glass cover slips (12 mm) Carl Roth (Menzel- Gläser) P231.1
Incubator Thermo Scientific Heracell 240i
Micro tube (2 ml) Sarstedt 72,691
Microscope Leica DMIL
Millex Syringe-driven filter unit Millipore SLGV013SL
Orbital shaker New Brunswick Scientific Innova 4000
Parafilm Bemis PM-996
Petri dishes (10 cm) Sarstedt 833,902
pipette (1 ml) Gilson Pipetman 1000
Sterile work bench The Baker Company Laminar Flow SterilGARD III
Surgical scissors FST Dumont 14094-11
Syringe Henry Schein 9003016
T75 flask Sarstedt 833,911,002
tube (15 ml) Sarstedt 64,554,502
Water bath GFL Water bath type 1004

References

  1. Volterra, A., Meldolesi, J. Astrocytes, from brain glue to communication elements: the revolution continues. Nat Rev Neurosci. 6, 626-640 (2005).
  2. Barreto, G. E., Gonzalez, J., Torres, Y., Morales, L. Astrocytic-neuronal crosstalk: implications for neuroprotection from brain injury. Neurosci Res. 71, 107-113 (2011).
  3. Araque, A., Carmignoto, G., Haydon, P. G. Dynamic signaling between astrocytes and neurons. Annu Rev Physiol. 63, 795-813 (2001).
  4. Dityatev, A., et al. Activity-dependent formation and functions of chondroitin sulfate-rich extracellular matrix of perineuronal nets. Dev Neurobiol. 67, 570-588 (2007).
  5. Robinette, B. L., Harrill, J. A., Mundy, W. R., Shafer, T. J. In vitro assessment of developmental neurotoxicity: use of microelectrode arrays to measure functional changes in neuronal network ontogeny. Front Neuroeng. 4, 1 (2011).
  6. Voigt, T., Opitz, T., de Lima, A. D. Synchronous Oscillatory Activity in Immature Cortical Network Is Driven by GABAergic Preplate Neurons. J Neurosci. 21 (22), 8895-8905 (2001).
  7. Geissler, M., Faissner, A. A new indirect co-culture set up of mouse hippocampal neurons and cortical astrocytes on microelectrode arrays. J Neurosci Methods. 204, 262-272 (2012).
  8. Yu, C. Y., et al. Neuronal and astroglial TGFbeta-Smad3 signaling pathways differentially regulate dendrite growth and synaptogenesis. Neuromolecular Med. 16, 457-472 (2014).
  9. Yu, P., Wang, H., Katagiri, Y., Geller, H. M. An in vitro model of reactive astrogliosis and its effect on neuronal growth. Methods Mol Biol. 814, 327-340 (2012).
  10. Kucukdereli, H., et al. Control of excitatory CNS synaptogenesis by astrocyte-secreted proteins Hevin and SPARC. PNAS. 108, E440-E449 (2011).
  11. Pyka, M., Busse, C., Seidenbecher, C., Gundelfinger, E. D., Faissner, A. Astrocytes are crucial for survival and maturation of embryonic hippocampal neurons in a neuron-glia cell-insert coculture assay. Synapse. 65, 41-53 (2011).
  12. Navarrete, M., Araque, A. Basal synaptic transmission: astrocytes rule!. Cell. 146, 675-677 (2011).
  13. Christopherson, K. S., et al. Thrombospondins are astrocyte-secreted proteins that promote CNS synaptogenesis. Cell. 120, 421-433 (2005).
  14. Kaech, S., Banker, G. Culturing hippocampal neurons. Nat Protoc. 1, 2406-2415 (2006).
  15. Geissler, M., et al. Primary hippocampal neurons, which lack four crucial extracellular matrix molecules, display abnormalities of synaptic structure and function and severe deficits in perineuronal net formation. J Neurosci. 33, 7742-7755 (2013).
  16. Dzyubenko, E., Gottschling, C., Faissner, A. Neuron-Glia Interactions in Neural Plasticity: Contributions of Neural Extracellular Matrix and Perineuronal Nets. Neural Plast. 2016, 5214961 (2016).
  17. McCarthy, K. D., de Vellis, J. Preparation of separate astroglial and oligodendroglial cell cultures from rat cerebral tissue. J Cell Biol. 85, 890-902 (1980).
  18. Pyka, M., et al. Chondroitin sulfate proteoglycans regulate astrocyte-dependent synaptogenesis and modulate synaptic activity in primary embryonic hippocampal neurons. Eur J Neurosci. 33, 2187-2202 (2011).
  19. Eroglu, C. The role of astrocyte-secreted matricellular proteins in central nervous system development and function. J Cell Commun Signal. 3, 167-176 (2009).
  20. Ethell, I. M., Ethell, D. W. Matrix metalloproteinases in brain development and remodeling: synaptic functions and targets. J Neurosci Res. 85, 2813-2823 (2007).
  21. Theocharidis, U., Long, K., ffrench-Constant, C., Faissner, A., Dityatev, A. l. e. x. a. n. d. e. r., Wehrle-Haller, B. e. r. n. h. a. r. d., Asla, P. i. t. k. &. #. 2. 2. 8. ;. n. e. n. . Prog Brain Res. 214, 3-28 (2014).
  22. Dityatev, A., Rusakov, D. A. Molecular signals of plasticity at the tetrapartite synapse. Curr Opin Neurobiol. 21, 353-359 (2011).
  23. Ippolito, D. M., Eroglu, C. Quantifying synapses: an immunocytochemistry-based assay to quantify synapse. JoVe. , (2010).

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Gottschling, C., Dzyubenko, E., Geissler, M., Faissner, A. The Indirect Neuron-astrocyte Coculture Assay: An In Vitro Set-up for the Detailed Investigation of Neuron-glia Interactions. J. Vis. Exp. (117), e54757, doi:10.3791/54757 (2016).

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