分化したヒト神経幹細胞(hNSC)上のmiRNAの変化を特徴づける目的で、3次元システム上でのhNSC分化、miRNA PCRアレイによるマイクロRNA発現の変化の評価、およびmiRNAターゲット予測のための計算解析とデュアルルシフェラーゼアッセイによるその検証について説明します。
方法論記事
分化したヒト神経幹細胞(hNSC)上のmiRNAの変化を特徴づける目的で、3次元システム上でのhNSC分化、miRNA PCRアレイによるマイクロRNA発現の変化の評価、およびmiRNAターゲット予測のための計算解析とデュアルルシフェラーゼアッセイによるその検証について説明します。
神経幹細胞(NSCは)特定の局所微小環境下で、ニューロン、アストロサイトおよびオリゴデンドロサイトへの自己再生および分化が可能である。ここでは、現在のストローク障害(NCT01151124とNCT02117635、Clinicaltrials.gov)の臨床試験において、3次元(3D)の分化およびクローンヒト神経幹細胞(hNSC)ラインのmiRNA解析に用いられる方法のセットを提示する。たhNSCは倫理的に承認妊娠初期のヒト胎児皮質から誘導され、条件付きで構築するC-mycER TAMの単一コピーのレトロウイルスの統合を用いて不死化された。私たちは、3D足場および方法PCRアレイを用いたmiRNA発現の関連する変化を定量化するために区別たhNSCの軸索プロセス伸長を測定する方法について説明します。さらに我々は、miRNAの推定標的を選択することを目的とコンピュータ解析を例示する。 SOX5とNR4A3が大幅に選ばのに適したmiRNA推定標的として同定された下方制御する差別hNSCでDのmiRNA。のmiRNA標的の検証は、デュアルレポータープラスミドのトランスフェクションおよびデュアルルシフェラーゼアッセイによってSOX5およびNR4A3の3'UTRで行った。
幹細胞研究はまた、組織工学、発達、細胞生物学、細胞治療、遺伝子治療の分野にまたがる再生医療において中心的な役割を果たしており、生体材料(足場と行列)。幹細胞は、両方の臓器developmentand組織修復において重要である。幹細胞がどのように機能するかを理解することは、新しい幹細胞ベースの治療法1を開発するための極めて重要である。 CTX0E03は妊娠初期ヒト胎児皮質から分離されたクローン、条件付きで不死化したヒト神経幹細胞(hNSC)ライン2である。 CTX0E03は適正製造基準(GMP)3の下で臨床細胞バンクに不可欠な品質特性を定義している。たhNSCは自然発生的に、ニューロン、グリア、およびオリゴデンドロサイトに分化することができると焦点虚血2,4,5のげっ歯類モデルに移植すると神経障害を改善することが証明されている。 CTX0E03たhNSCはストロークdisabilのための臨床試験に現在あるITY(NCT01151124 6とNCT02117635、Clinicaltrials.gov)。
miRNAは、長さが平均22個のヌクレオチドを有し、調節分子7であることが証明され、それらはタンパク質をコードしないが、むしろタンパク質へのそれらの安定性および翻訳を調節、mRNAの3プライム非翻訳領域(3'UTR)に結合する。 miRNAは、開発、増殖、および分化8を含む多くの細胞プロセスの調節に関与することが報告されている。いくつかのmiRNAは、神経幹細胞9の運命および仕様の調節に関与している。
標準的な培養環境の二次元(2D)でのin vivo環境の複雑さが一致しない、ひいてはhNSC分化の誘導および調節は、最適ではない。 インビボで 、細胞が他の作曲3次元(3D)の微小環境に囲まれている多く含む細胞と細胞外のリガンド、コラーゲン、ラミニン、およびその他のマトリックスタンパク質(細胞外マトリックス、ECM)の種類。これまでの研究では、材料の建築の地形はECMを、それらの幾何学影響細胞の表現型と運命10-15を模倣することを報告した。市販の3D足場の数が利用可能です。我々は、細胞が侵入し、16〜18を区別することができますその中に3D空間を提供して厚さ200μmの膜の中に明確に定義された均一なアーキテクチャで設計され、高度に多孔質ポリスチレン足場を使用していました。
本明細書中に2Dおよび3D分化アッセイaxonprocess伸長を評価するために使用される。さらに、我々はさらに、その分化のmiRNAの効果を調べるために臨床グレードhNSCラインのmiRNA発現をプロファイリングするための方法を記載する。示され、ここでの方法は、もともと19に記載されているものに基づいています。
3次元(3D)文化1. HNSC分化
注:以前の出版物2に記載された倫理的に承認組織から、たhNSCを分離して導き出す。この手順に従いながら、倫理的、制度的なガイドラインに従ってください。
1.1)3D培養は、12ウェルプレートを使用して、
軸索プロセスの伸長の1.2)測定
2. miRNA発現幹細胞を用いたと発生経路集束のmiRNA PCRアレイ
2.1)のmiRNA全RNA抽出
2.2)のmiRNA cDNAを準備
2.3)幹細胞および発生経路は、miRNA PCRアレイの集束
miRNAのターゲット予測とレポータープラスミドトランスフェクションおよびDdualルシフェラーゼアッセイによる標的mRNAの検証のための3.コンピュータ分析。
3.1)のmiRNAターゲット予測のためのコンピュータ解析
レポータープラスミドトランスフェクションおよびデュアルルシフェラーゼアッセイによる標的mRNAの3.2)の検証。
注:ターゲットmRNAの検証のための3 'UTRルシフェラーゼレポーターは、以前に25を説明してきた。
図1では、伝統的な平面培養(2D)と比較し、軸索プロセス伸長測定をexpressedas 3D足場にhNSC分化の調査と定量化を可視化される。 図2にrepresentedtheワークフローであり、幹細胞および発生経路を使用して、miRNAの定量の結果は、未分化の対照と比較して、2Dおよび3D分化したhNSCにおけるmiRNAの差次的発現を調べるためのmiRNA PCRアレイを当てた。 miRNAは、分化および未分化たhNSCの間の比較分析、およびターゲットの予測のための計算分析後、SOX5およびNR4A3(NOR1)は、推定上の標的mRNAとして同定された。 3'UTR mRNA上のmiRNAおよびそれらの推定上の部位との間の直接の相互作用を研究するために、我々は、A、ホタルルシフェラーゼレポーター遺伝子の下流に挿入SOX5またはNR4A3 3'UTR配列のいずれかを含む2市販のプラスミドを使用 ND正規化のための同じプラスミドウミシイタケルシフェラーゼ遺伝子に含む。 3 'UTRルシフェラーゼ活性のダウンレギュレーションの代表的な結果を図3に示されている。

図1:3D足場上たhNSCの分化、および軸索プロセスES伸長の測定(A)β3チューブリン(緑)、ヘキスト(青)代表顕微鏡写真で対比原子核のための標準的なICC染色後は、取得したと軸索プロセスの測定であった画像解析ソフトウェアを用いて行った。 (B)1(1W)または3週間(3W)のための2Dおよび3D区別たhNSCで行われる軸索のプロセス伸長の測定を報告するダイアグラム。COM /ファイル/ ftp_upload / 52410 / 52410fig1highres.jpg「ターゲット= "_空白">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2:差別たhNSCにおけるmiRNAプロファイリングの概略ワークフローの全RNA、miRNAを含むが、3D足場および標準2D文化、または未分化制御上の差別たhNSCのいずれかから抽出した。総RNA 250ngのは、ヒト細胞の分化および発達miScriptのmiRNA PCRアレイを有するmiRNAの定量に適したcDNAに成熟miRNAの選択的変換を容易にする方法でレトロ転写した。 SNORD61、SNORD68、SNORD72、SNORD95、SNORD96A、およびRNU6-2の地理平均2-ΔΔCT法に基づくデータ解析に使用した。有意な変化はSTAに畳む+/- 1.5およびダウンレギュレーションのように定義されたtisticallyかなりの程度。データはclustergramとして表される結果で利用可能なウェブベースのソフトウェアを用いて分析した。 図3 19から変更。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3:miRNA標的の検証は、デュアルルシフェラーゼレポーター試験を用いてmRNAを予測した。 (A)miRNAの直接の標的として3'UTR配列を検証するためのツールとして使用するデュアルルシフェラーゼレポータープラスミドの代表的な図。 (B)トランスフェクション効率を示す代表的な顕微鏡写真。 (C) の信号は、人間の3&#から、相対ルシフェラーゼ活性として表現39; UTR記者ofSOX5とNR4A3遺伝子が大幅にそれぞれHSA-のmiR-96の存在下でのノックダウン、およびHSA-MIR-7と17のmiRNA模倣された。 図5 19から変更。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| DIANALAB | PicTar | TargetScan | |||
| miRNAの | 標的遺伝子 | 標的部位は/遺伝子が見つかりました。 | 精度 | スコア | 集計P CT |
| HSA-のmiR-96 | SOX5 | 1214/763 | 1 | 6.74 | 0.94 |
| HSA-MIR-183 | DUSP10 | 190分の302 | 0.72 | 4.75 | 0.85 |
| HSA-のmiR-302A | NR4A3 | 473分の863 | 0.84 | 3.05 | NF |
| HSA-MIR-182 | FOXN3 | 1358/794 | 0.94 | NF | 0.96 |
| HSA-のmiR-7 | NR4A3 | NF | NF | 1.61 | 0.17 |
| HSA-のmiR-7 | FOXN3 | 136分の399 | 0.17 | NF | 0.88 |
| HSA-MIR-20A | NR4A3 | 1650/841 | 0.85 | 5.87 | 0.63 |
| NR4A3 | 1955/973 | 0.9 | 5.87 | 0.63 | |
| HSA-のmiR-17 | NR4A3 | 1928/961 | 0.9 | 5.38 | 0.63 + 0.37 |
| HSA-MIR-20A | EIF4G3 | 1650/841 | 0.97 | NF | NF |
| HSA-MIR-20B | EIF4G3 | 1955/973 | 0.94 | NF | NF |
| HSA-のmiR-17 | EIF4G3 | 1928/961 | 0.94 | NF | NF |
表1:miRNAのターゲット予測mRNAのリスト 。 miRNAの代表表は、予測的遺伝子を標的、およびアルゴリズム分析(予測イオン/スコア/集計それぞれダイアナ·ラボ、PicTar、およびTargetScanを使用して提供される)。 表3 19から変更された。
幹細胞の分化を評価し、改善するためのインビトロアッセイ新しい開発は、常にそれらの機能性および治療 機能の調査のための課題を提示した。長期及びin vitro分化アッセイにおける強固な3Dの開発に必要なたhNSCの安定した取り付けは、材料や構造の点で特性の異なる複数の3Dの基板をテストすることによって対処されました。アッセイ開発の一環として、我々はまた、最適な細胞播種濃度を評価し、足場がラミニンは、被覆されるための要件を特定した。私たちたhNSC自発的に4-OHT及び増殖因子を除去すると分化することができるものの、標準的な2D分化したhNSCと比較した場合、軸索伸長工程によって測定されるように、3D培養システムの実装は、それらの分化能力の有意な改善を示した。
3D誘起differeの影響を調査するために、我々は、PCR配列を使用hNSC miRNA発現にntiation。標準チップマイクロアレイPCRアレイと比較して興味のあるmiRNAの直接定量と検証の利点を提供しています。 PCRアレイは96より少なく、ここで例えばアレイ当たりのmiRNAの総数の用語に制限されるが、それは以前に幹細胞の発生に報告我々の場合、特に関心のmiRNAを含むように調整することができる。経路当てmiRNAの発現は、未分化たhNSCと比べて3Dと2D区別たhNSCで紹介した。最も有意にダウンレギュレートされたmiRNAを選択し、オンラインで利用可能なアルゴリズム(DIANAラボ、PicTar、およびTargetScans)を使用して、それらの機能および生物学的解釈を決定することを意図し、その推定標的mRNAを評価するために分析した。
シングルmiRNAは、ターゲットの数百人を認識することができ、この理由のため、我々は中の適切な候補となり得る3 'UTR mRNAsthatとのmiRNAの相互作用を検証xonal規制。 NR4A3、HSA-のmiR-7の目標、及びmiR-17ファミリーは、それらの発現レベルに応じて、海馬軸索の分化、生存、アポトーシスおよび調節に関与している、NR4Aファミリー核内受容体のメンバーである指導26。同様SOX5、HSA-のmiR-96の標的は、神経前駆体27の軸索の長さ28、マイグレーション後遊走、分化、およびニューロン29の投影における細胞周期の進行を制御することが報告されている。 SOX5およびNR4A3両方は、デュアルルシフェラーゼレポーターアッセイにより、それぞれ直接標的HSA-は、miR-96、およびHSA-のmiR-7及び17のmRNAとして同定された。デュアルルシフェラーゼ(ホタルおよびウミシイタケ)は同じプラスミド内の2つの異なるレポーター遺伝子に依存しており、単一のルシフェラーゼプラスミド系と比較して次善のトランスフェクションおよび細胞毒性効果による影響のために正規化を可能にする改良されたシステムを提供しています。私たちのアッセイ開発の一環として、我々はまた、当社のトランスフェクションconditiを最適化順番にアドオンは、高効率を得ることができる。
protocolsdescribedはここにさらに最適化し、前臨床試験および将来の臨床応用のためのintransplantationプロトコルをbeimplementedことがin vitroで hNSC分化を特徴づけるために利用することができる。
すべての著者は、従業員、株式および/ またはReNeuron株式会社またはその親会社におけるストックオプション保有者である。 本研究は、ReNeuron(RENE.L)によってサポートされていました。
我々は、HeLa培養およびトランスフェクションと彼女の技術的なサポートのためたhNSCの準備で助けるためのジュリーHeward、およびLavaniya Thanabalasundaramを認める。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| DMEM:F12 | Invitrogen | 21331-020 | RMM培地 |
| 用ヒトアルブミン溶液 | バクスター・ヘルスケア・リミテッド | 1501052 | 最終濃度 0.03% |
| トランスフェリン、ヒト組換え | シグマ | T8158 | 最終濃度 5 & マイクロで使用される RMM 培地の場合。g/ml |
| プトレシン DiHCl | シグマ | P5780 | 濃度 16.2 & microで使用されるRMM培地用;g/ml |
| インスリン、ヒト組換え体 | シグマ | I9278 | 濃度 5&マイクロで使用されるRMM媒体用。g/ml |
| プロゲステロン | Sigma | P6149 | 最終濃度 60 ng/ml |
| L-グルタミン | Invitrogen | 25030-24 | 最終濃度 2 mM |
| 亜セレン酸ナトリウム | Sigma | S9133 | 最終濃度40 ng/ml bFGFで使用したRMM培地 |
| 用 | Peprotech | AF-100-15 | RMM培地に添加し、最終濃度10 ng/ml EGFで使用 |
| nbsp; | Peprotech | AF-100-188 | RMM培地に添加し、最終濃度20 ng/mLで使用 |
| 4-OHT | Sigma | H7904 | RMM培地に添加し、最終濃度100 nMで使用 |
| Laminin | AMS Biotech | 3400-010-10 | |
| TrypZean/EDTA | Lonza | BE02-034E | |
| 灌漑用水 | Baxter Healthcare | UKF7114 | |
| Defined Trypsin Inhibitor (DTI) (store -20°C) | Invitrogen | R007-100 | |
| Alvetex 12ウェルプレート | Reinnervate Ltd | AVP002 | |
| エタノール | メルク | 1.00986.1000 | |
| &ベータ;IIIチューブリン抗体 | Σ | T8660 | |
| Hoechst Σ | B2261 | ||
| miRNeasy mini kit | Qiagen | ||
| RNaseフリーDNase | キアゲン | 79254 | |
| クロロホルム | シグマ | C7559-5VL | |
| miScript II RT キット | キアゲン | 218160 | |
| SYBRグリーンPCRキット | Qiagen | ||
| 細胞開発&Differentiation miScript miRNA PCR Array | Qiagen/ SABiosciences | MIHS-103Z | |
| Lightcycler 480 white 96 plate | Roche | ||
| Lightcycler 480 シーリングホイル | ロシュ | ||
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-027 | |
| ベクター NR4A3 miRNA 3' UTR ターゲットクローン | GeneCopeia | HmiT019538-MT0 | |
| ベクター SOX5 miRNA 3' UTR ターゲットクローン | GeneCopeia | HmiT017632-MT01 | |
| Allstars ネガティブ コントロール siRNA AF 488 (Qiagen)。 | キアゲン | 1027284 | MiRNAトランスフェクションコントロール |
| Luc-Pair miR ルシフェラーゼアッセイ | GeneCopeia | LPFR-M010 | |
| Lightcycler 480 | Roche | ||
| GloMax 96 マイクロプレートルミノメーター | プロメガ |
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