吊り下げドロップ法を用いて、マウス胚性幹細胞を神経細胞に分化する手順について説明する。また、RT-qPCR、免疫蛍光、RNA-seq、フローサイトメトリーを通して包括的なフェノミック解析を行っています。
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吊り下げドロップ法を用いて、マウス胚性幹細胞を神経細胞に分化する手順について説明する。また、RT-qPCR、免疫蛍光、RNA-seq、フローサイトメトリーを通して包括的なフェノミック解析を行っています。
マウス胚性幹細胞を神経系統に分化し、次に分化した細胞を特徴付ける一連のアッセイを行うステップバイステップの手順について述べています。E14マウス胚性幹細胞を使用して吊り下げドロップ法を介して胚体を形成し、次にレチノイン酸によって神経前駆細胞に分化し、最終的にニューロンに分化した。定量的逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT-qPCR)および免疫蛍光実験により、神経前駆物質およびニューロンが、8日目と12日目の分化後に対応するマーカー(神経前駆物質用のネチンとニューロンの神経フィラメント)をそれぞれ示すことが明らかになった。 Sox1 プロモーター主導のGFPレポーターを発現するE14ラインでのフローサイトメトリー実験は、8日目の細胞の約60%がGFP陽性であることを示し、この段階で神経前駆細胞の分化が成功したことを示した。最後に、RNA-seq分析を使用して、世界的な転写変化をプロファイリングしました。これらの方法は、神経細胞の分化中の細胞の同一性遷移を調節する際の特定の遺伝子および経路の関与を分析するのに有用である。
開発中マウス胚盤胞1,2の内細胞塊からの初の導出以来、マウス胚性幹細胞(mESC)は幹細胞自己再生と分化を研究する強力なツールとして用いられてきた3。さらに、mESC分化を研究することは、神経変性疾患などの疾患の治療における幹細胞ベース療法における効率と安全性を向上させる可能性のある分子機構の多大な理解につながる4。動物モデルと比較して、このin vitroシステムは、実際と評価におけるシンプルさ、動物とは対照的に細胞株を維持する際の低コスト、および遺伝子操作における相対的な容易さなど、多くの利点を提供する。しかし、分化された細胞タイプの効率と品質は、多くの場合、mESCの異なるラインと分化方法5、6の影響を受けます。また、分化効率を評価する従来のアッセイは、堅牢性に欠ける選択されたマーカー遺伝子の定性的検査に依存しているため、遺伝子発現の世界的な変化を把握することができません。
ここでは、神経分化の系統的評価にアッセイの電池を使用することを目指しています。選択したマーカーとRNA-seqに対する従来のインビトロ分析を用いて、分化効率とこのプロセス中の転写変化を測定するためのプラットフォームを確立します。既に確立されたプロトコル7に基づいて、吊り下げ低下技術を通じて胚体(EB)を生成し、続いて上端菌量のレチノイン酸(RA)を用いて神経前駆細胞(NPC)を生成し、その後神経誘導培地でニューロンに分化した。分化の効率を調べるために、従来のRT-qPCRおよび免疫蛍光(IF)アッセイに加えて、RNA-seqおよびフローサイトメトリーを実施した。これらの分析は、ステージ固有の分化の進行を包括的に測定します。
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1. mESC文化
2. EB、NPC、およびニューロンの分化
3. mESCと分化セルの特性
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この方法の表現として、E14細胞に対してEB、NPC、およびニューロン分化実験を行いました。E14細胞は、γ照射されたMEF集団が希釈されるまでγ照射MEF(図1A)で培養した。E14細胞の多能性を確認した結果、ナノグおよびOct4マーカーに対してアルカリホスファターゼ(AP)染色(図1B)および後述のRT-qPCR(下記参照)を行うことで、E14細胞の多能性を確認した。 γ照射されたMEFフリーE14細胞を、図2Aに示すプロトコルを用いて分化のために誘導した。簡単に言えば、500個の細胞を含む20μLの分化培地液滴を培養板の蓋に播種した(詳細はプロトコルセクション2参照)。その後、形成されたEJBを回収し、新鮮な分化媒体に懸濁液に入れた。分化の4日目から8日目にかけて、5μM RAを培養プレートに加え、NPCを誘導し、分化されたEBsは円形形状を示し、そのサイズは分化中も増加し続けた(
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マウス胚性幹細胞の神経分化の方法は何十年も確立されており、研究者は以前のプロトコルを変更したり、様々な目的のために新しいプロトコルを作成し続けています7,10,11.一連のアッセイを用いて、マウスやヒトESCの他の系統分化の解析に用いることができるニューロンへのmESCの分化段階の効率と進捗状況を総合的に分析しました。さらに、我々のアプローチは、vitro 8における神経分化に対する特定の遺伝子または経路の影響を評価するのに有用なツールであることが証明された。
我々の方法により、多能性非コミットESCは、レチノイン酸(RA)で処理され、高効率で神経系統にコミットし、ニューロン7をさらに生成するように誘導される。ES細胞の神経細胞への分化を改善し、異質性を低下させるためには、ES細胞を未分化状態
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著者は、競合する財政的利益はないと宣言しています。
この研究は、NIH(1R35GM133496-01)からZ.ガオへの助成金によって支えられた。ライアン・ホッブス博士の切り離し支援に感謝します。ペン州立医科大学の中核施設(ゲノム科学とバイオインフォマティクス、先端光顕微鏡イメージング、フローサイトメトリーなど)に感謝します。また、今村有香先生のRNA-seq解析のお手伝いに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.05% トリプシン + 0.53mM EDTA 1X | コーニング | 25-052-CV | |
| 0.1% ゼラチン | Sigma | G1890-100G | 脱イオン水で調製 |
| 16% パラホルムアルデヒド | Thermo Scientific | 28908 | 1X PBS |
| 40-μm cell strainer | Falcon | 352340 | |
| Albumax | Thermo Fisher Scientific | 11020021 | |
| AlexaFluor 488 ヤギ抗マウス IgG (H+L) | Invitrogen | A11001 | 抗体を 1:500 で希釈しました IF |
| アルカリホスファターゼ染色キット II | Stemgent | 00-0055 | |
| AzuraQuant Green Fast qPCR Mix LoRox | Azura Genomics | AZ-2105 | |
| B27 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 17504044 | |
| BD FACSCanto | BD | 657338 | |
| bFGF | Sigma | 11123149001 | |
| BioAnalyzer 高感度DNAキット | Agilent | 5067-4626 | |
| Chir99021 | ケイマンケミカルズ | 13122 | |
| クロロホルム | C298-500 | フィッシャー化学 | |
| DAPI | Invitrogen | R37606 | |
| DMEM | Corning | 10-017-CM | |
| DMEM/F12 培地 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11320033 | |
| EB バッファー | Qiagen | 19086 | |
| エタノール | 111000200 | Pharmco | 脱イオン水で希釈 |
| ウシ胎児血清 | アトランタBiologicals | S10250 | |
| Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| HiSeq 2500 シーケンシングシステム | Illumina | SY-401-2501 | |
| Isopropanol | BDH1133-4LG | BDH VWR 分析 | 脱イオン水で希釈 |
| L-グルタミン | Thermo Fisher Scientific | 25030024 | |
| LIF | N/A | N/A | MEF上清から採取 |
| m18srRNAプライマー | IDTDNA | N/A | 5'-GCAATTATTCCCCATGAACG-3' 5'-GGCCTCACTAAACCATCCAA-3'MEM |
| 非必須アミノ酸 | コーニング | 25-025-Cl | |
| mNanogプライマー | IDTDNA | N/A | 5'-AGGCTTTGGAGACAGTGAGTGGTG-3' 5'-TGGGTAAGGGTGTTCAAGCACT-3' |
| mNes プライマー | IDTDNA | N/A | 5'-AGTGCCCAGTTCTAGTGGTGTCC-3' 5'-CCTCTAAAATAGAGTGGTGAGGGTTG-3'mNeuroD1 |
| プライマー | IDTDNA | N/A | 5'-CGAGTCATGAGTGCCCAGCTTA-3' 5'-CCGGGAATAGTGAAACTGACGTG-3'mOct4 |
| プライマー | IDTDNA | N/A | 5'-AGATCACTCACATCGCCAATCA-3' 5'-CGCCGGTTACAGAACCATACTC-3'mPax6 |
| プライマー | IDTDNA | N/A | 5'-CTTGGGAAATCCGAGACAGA-3' 5'-CTAGCCAGGTTGCGAAGAAC-3'N2 |
| supplement | Thermo Fisher Scientific | 17502048 | |
| Nestin 一次抗体 | Millipore | MAB5326 | 用に 1:200 で希釈しました |
| ニューロフィラメント 一次抗体 | DSHB | 2H3 | |
| NEXTflex Illumina Rapid Directional RNA-Seq Library Prep Kit | BioO Scientific | NOVA-5138-07 | |
| PD0325901 Cayman Chemicals | 13034 | ||
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Corning | 30-002-Cl | |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) | N/A | N/A | 脱イオン水で調製- |
| 塩化カリウム | P217-500G | VWR | |
| -リン酸カリウム一塩基性無水物 | 0781-500G | VWR | |
| -塩化ナトリウム | BP358-10 | フィッシャーバイオ試薬 | |
| -リン酸ナトリウム、二塩基性、七水和物 | SX0715-1 | ミリポア | |
| ランダムヘキサマープライマー | サーモサイエンティフィック | DMSO | |
| レチノイン酸 | Σ | R2625 | |
| 1X PBS | |||
| SuperScript III Reverse Transcriptase | Invitrogen | 18064022 | |
| Tissue-Tek O.C.T. 化合物 | Sakura | 4583 | |
| TriPure単離試薬 | Sigma-Aldrich | 11667165001 | |
| TruSeq Rapid | Illumina | 20020616 | |
| &β;-メルカプトエタノール | フィッシャーバイオ試薬 | BP176-100 |
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