Summary

Ein verbesserter grüner Fluoreszenzprotein-basierter Assay zur Untersuchung des Neuriten-Auswuchses in primärneuronen

Published: October 19, 2019
doi:

Summary

In diesem Bericht beschreiben wir ein einfaches Protokoll zur Untersuchung des Neuritenauswüchss in embryonalen kortikalen Neuronen von Ratten durch Co-Transfecting mit EGFP und dem Protein von Interesse.

Abstract

Neuritenwachstum ist ein grundlegendes Ereignis bei der Bildung der neuronalen Schaltkreise während der Entwicklung des Nervensystems. Schwere Neuritenschäden und synaptische Dysfunktion treten bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen und altersbedingten Degeneration nen auf. Die Untersuchung der Mechanismen, die das Neuritenwachstum regulieren, würde nicht nur wertvolles Licht auf die Entwicklungsprozesse des Gehirns werfen, sondern auch auf solche neurologischen Störungen. Aufgrund der geringen Transfektionseffizienz ist es derzeit schwierig, die Wirkung eines bestimmten Proteins auf das Neuritenwachstum in primären Säugetierneuronen zu untersuchen. Hier beschreiben wir eine einfache Methode zur Untersuchung des Neuritenauswuchses durch die Kotransfektion von primären kortikalen Neuronen der Ersten Ratte mit EGFP und einem Protein von Interesse (POI). Diese Methode ermöglicht die Identifizierung von POI transfizierten Neuronen über das EGFP-Signal, und so kann die Wirkung des POI auf das Neuritenwachstum genau bestimmt werden. Dieser EGFP-basierte Assay bietet einen bequemen Ansatz für die Untersuchung von Wegen zur Regulierung des Neuritenwachstums.

Introduction

Neurite, einschließlich Axone und Dendriten, sind die Projektionen von Neuronen, die an der Etablierung der neuronalen Netze beteiligt sind. Das dynamische Wachstum von Neuriten ist für die Neuroentwicklung unerlässlich. Die zugrunde liegenden Regulierungsmechanismen bleiben jedoch unklar. Insbesondere neuritäre Schäden werden oft bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen und nach Hirnverletzungen beobachtet1. Daher würde die Untersuchung der Rolle vermeintlicher Moleküle in verschiedenen neuriteren Auswuchs-Regulierungswegen unser Verständnis des Prozesses verbessern. Darüber hinaus kann es neue therapeutische Ziele für verschiedene neurologische Störungen offenbaren. Neuronale Zelllinien sind wertvolle Modelle für die Untersuchung neuronaler Prozesse einschließlich Neuritenwachstum, da sie leicht zu manipulieren und transfektsind 2,3. Es wurde jedoch berichtet, dass genetische Drift in einigen häufig verwendeten Zelllinien auftritt, was zu Variationen ihrer physiologischen Reaktionen führen könnte4. Darüber hinaus wurde eine differenzielle Proteinexpression zwischen neuronalen Zelllinien und primären Neuronen gezeigt. Zum Beispiel, PC12, eine neuronale Zelllinie aus Derbe rinder Nebennieren, die weit verbreitet für die Untersuchung von Neuritenauswachsen verwendet wird2,3, nicht ausdrücken NMDA-Rezeptoren5. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass die reduzierte Reaktionsfähigkeit der Maus Neuroblastom Linie Neuro-2a zu Neurotoxinen im Vergleich zu primären Neuronen ist aufgrund der mangelnden Expression bestimmter Membranrezeptoren und Ionenkanäle6. Daher sind primäre Neuronen ein wünschenswerteres und repräsentativeres Modell für die Untersuchung des Neuritenwachstums. Jedoch, die Verwendung von primären Neuronen wird durch ihre geringe Transfektion Effizienz behindert7.

Hier beschreiben wir eine Methode, die die Kotransfektion des Proteins von Interesse (POI) und EGFP in primäre kortikale Neuronen der Ratte beinhaltet. Das EGFP dient als morphologischer Marker zur Identifizierung erfolgreich transfizierter Neuronen und ermöglicht die Messung von Neuriten. Wir validierten diese Methode, indem wir Verbindungen/Moleküle verwendet haben, von denen berichtet wurde, dass sie das Neuritenwachstum modulieren. Darüber hinaus wurde FE65, ein neuronales Adapterprotein, das nachweislich das Neuritenwachstum stimuliert, verwendet, um diesen Ansatz zu veranschaulichen8,9. Dieses Protokoll beinhaltet (1) die Isolierung von primären kortikalen Neuronen von embryonalen Tag 18 (E18) Rattenembryonen, (2) die Kotransfektion von Neuronen mit EGFP und dem POI (FE65 in dieser Studie) und (3) die Bildgebung und Analyse der Neuronen mit Hilfe der Bildverarbeitung Software ImageJ mit dem NeuronJ Plugin10,11.

Protocol

Alle verfahren entsprachen den ethischen Standards der Ethikkommission für Tierversuche der Chinesischen Universität Hongkong. 1. Herstellung von Coverlips Legen Sie einen sterilen 18 mm runden Abdeckungsslip in jeden Brunnen einer 12-Well-Gewebekulturplatte. Beschichten Sie den Deckelschlupf mit 5 g/ml Poly-D-Lysin-Lösung in einem befeuchteten 37 °C-Inkubator für mindestens 1 h. Die Poly-D-Lysin-Lösung von der Gewebekulturplatte absaugen und die beschichtet…

Representative Results

Um diese Methode zu testen, verwendeten wir Cyto D und den Nervenwachstumsfaktor NGF, die nachweislich das Neuritenwachstum bzw.14,15,16hemmen und stimulieren. Die Neuritenlänge der mit EGFP transfizierten Neuronen wurde nach der Behandlung mit Cyto D oder NGF gemessen. Die Transfektionseffizienz von EGFP auf die Neuronen betrug 2,7% (1.068 Neuronen gezählt). Wie in Abbildu…

Discussion

Wie bereits erwähnt, PC12 und seine Subklonen sind weit verbreitet für das Studium der Neuritenerweiterung verwendet, weil sie ausgezeichnete Transfektionseffizienz2,3haben. Im Gegensatz dazu haben primäre Neuronen eine niedrige Transfektionsrate, was ein großes Hindernis für die Untersuchung von Neuriten-Auswuchsregulatoren durch Transfektion7darstellt. Hier beschreiben wir ein praktisches Protokoll zur Quantifizierung des Neuritenwa…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde durch Mittel des Research Grants Council Hong Kong, health and Medical Research Fund (Hong Kong), CUHK Direct Grant Scheme, des United College Endowment Fund und des TUYF Charitable Trust unterstützt.

Materials

#5 tweezers Regine 5-COB
18 mm Circle Cover Slips Thermo Scientific CB00180RA Sterilize before use.
B27 Supplement Gibco 17504044
Cytochalasin D Invitrogen PHZ1063 Dissolved in DMSO.
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G8270
Dimethyl Sulfoxide Sigma-Aldrich D2650
Dissecting Scissors, 10 cm World Precision Instruments 14393
Dissecting Scissors, 12.5 cm World Precision Instruments 15922
EndoFree Plasmid Maxi Kit QIAGEN 12362
Fluorescence Mounting Medium Dako S302380
Lipofectamine 2000 Transfection Reagent Invitrogen 11668019
Neurobasal Medium Gibco 21103049
NGF 2.5S Native Mouse Protein Gibco 13257019
Nugent Utility Forceps, 10mm, Straight Tip World Precision Instruments 504489
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich P6148
pEGFP-C1 Clontech #6084-1
pCI FE65 Please see references 8 and 15
PBS Tablets Gibco 18912014
Penicillin-Streptomycin Gibco 15140122
Poly-D-lysine hydrobromide Sigma-Aldrich P7280
Spatula Sigma-Aldrich S4147
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red Gibco 25300062
Trypan Blue Solution, 0.4% Gibco 15250061

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Cite This Article
Chan, W. W. R., Li, W., Chau, D. L. D., Lau, K. An Enhanced Green Fluorescence Protein-based Assay for Studying Neurite Outgrowth in Primary Neurons. J. Vis. Exp. (152), e60031, doi:10.3791/60031 (2019).

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