マウス胚性幹細胞から脳神経堤細胞を作製するための再現性のあるサイズのニューロスフェアを生成するための三次元(3D) in vitro 分化プロトコルを提示します。この方法論は、以前のプロトコルと比較して変動性を低減し、脳神経堤細胞の発生を研究するためのマルチプレックスアッセイにどのように使用できるかを示します。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
マウス胚性幹細胞から脳神経堤細胞を作製するための再現性のあるサイズのニューロスフェアを生成するための三次元(3D) in vitro 分化プロトコルを提示します。この方法論は、以前のプロトコルと比較して変動性を低減し、脳神経堤細胞の発生を研究するためのマルチプレックスアッセイにどのように使用できるかを示します。
脳神経堤細胞(CNCC)は、外胚葉および間葉系の両方の誘導体を生成する優れた能力により、細胞の運命決定と可塑性を調節するメカニズムの研究に多くの関心を集めています。背側神経上皮に由来するこの細胞集団は、発生中の胚では一過性で比較的まれであるため、機能試験、ゲノムスクリーニング、および生化学アッセイを in vivoで実施することは困難です。これらの制限を克服するために、 in vitro でCNCC開発をモデル化するためのいくつかの方法が開発されています。ニューロスフェア(NS)ベースの培養法は、発達中の前神経上皮を3Dで再現する複雑な微小環境を提供します。これらのシステムにより、同じプレート内で多数のNSを増殖させて大量のCNCCを生成することができますが、生成されたNSは、形状、サイズ、および形成されるCNCCの数に大きなばらつきがあり、定量アッセイの実施が困難になります。このプロトコールは、マウス胚性幹細胞(mESC)から96ウェルフォーマットでNSを生成するための再現性のある方法を概説しています。96ウェルプレートで作製したNSは、脳神経堤細胞(CNCC)を産生し、さらに培養することができます。このアプローチでは、開始細胞の数を制御することで、NS間のサイズと形状のばらつきを減らし、実験間の再現性を向上させます。最後に、この培養システムはいくつかのアプリケーションに適応でき、より高い柔軟性を提供するため、高度にカスタマイズ可能で、実験条件のマルチプレックス化に適しています。
脳神経堤細胞(CNCC)は、発生中の胚の最前部、神経板と表面外胚葉との境界に発生する幹様細胞集団である1。その後、CNCCは上皮間葉転換(EMT)を受け、神経上皮から剥離し、胚のさまざまな場所に向かって背腹側に移動し、そこでさまざまな細胞タイプに分化します2。この細胞集団の研究は、顕著な可塑性3と、頭蓋顔面骨や軟骨4などの外胚葉および間葉系の両方の誘導体に分化する独自の能力を備えているため、非常に興味深いものです。CNCCは胚内で比較的アクセス可能ですが、細胞数が少ない一過性の集団であるため、in vivoでの全身機構研究を行うことは困難です。CNCC細胞株は、これらの制限を克服するために、ここ数年で単離され、特性評価されてきました。特に、O9-1 CNCC細胞株は、遊走性および遊走後の神経堤の発達を研究するための優れたツールです5,6。しかし、この細胞株では、神経堤の誘導と仕様化につながる遊走前の初期の事象を研究することはできません。この点で、胚性幹細胞(ESC)コロニーの分化後に得られるニューロスフェア(NS)7,8と呼ばれる発達中の神経上皮に似た3D構造を使用して、皿中のCNCCを分化するためのin vitro分化プロトコルの開発に重要な進展がありました。これらの3Dプロトコルは、多数のCNCCを堅牢に生成し、生化学的およびゲノムメカニスティック研究の実施を可能にする9,10。NSは、N2B27添加培地中の低接着プレート上で、線維芽細胞増殖因子(FGF)および上皮成長因子(EGF)10,11とともに培養され、細胞増殖を刺激します。これらのプロトコルはペトリ皿で行われ、同じプレートで多数のNSを培養します。成長中のNS内では、細胞は凝集して分裂を続け、成熟時には直径100〜200μmに達します。成熟時(約5日目)、NSは基質に付着し、in vivoの対応物9,12に似たCNCCに分化します。次に、これらのCNCCはEMTを受け、プレート表面に剥離されます。NSのサイズによって形態学的な違いが観察され、大きな球体は栄養素と酸素の利用可能性が低いため、コアで暗く見え、細胞がアポトーシスを受けることになります13。このタイプの手順では、分化の終点で多数のCNCCが生成されますが、いくつかの制限があり、分化プロセス中に発生するさまざまな分子動力学の研究はほぼ不可能です。まず、サイズが異なるESCコロニーを使用すると、各実験の開始細胞数を制御することが難しくなります。その結果、特定のシグナル伝達経路を活性化することで異なる形で進行するさまざまな形状や直径のNSが生成され、細胞分化が変化し、特定の時点で均一なサンプルが形成されなくなります。第二に、同じプレートで複数のNSを培養すると、多くの場合、それらが融合し14、隣接する微小環境、ひいてはそれらの発達に影響を与えるシグナル伝達分子が放出される可能性があります。全体として、これらの手順はサンプルと実験の間に多くのばらつきを生じさせます。
ここでは、非TC処理されたU底96ウェルプレートにマウスESC(mESC)を凝集することにより、CNCCを生成できる単一のNSを生成するこれらの困難を克服する戦略を示します。mESCから開始することで、すでに確立された神経堤細胞株から開始する場合と比較して、CNCC開発の仕様プロセスと初期段階を研究することができます。このプロトコルは、mESCコロニーの脱凝集から始まり、単一細胞懸濁液を得るための後、非TC処理U底96ウェルプレートの各ウェルに特定の数のmESCを播種します。細胞を2日間凝集させた後、非TC処理の平底96ウェルプレートに移し、NSをプレート底に付着させることができます。このプロトコルは、分化プロセス中に各NSの開始細胞数と微小環境を制御することにより、サンプルのばらつきを減らし、実験の再現性を高めます。これは、さまざまな培養条件の影響をテストしたり、遺伝子摂動スクリーニングを実行したりするなど、マルチプレックス実験を設計するための便利なプラットフォームになると考えています。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1. マウスESCコロニーからの1細胞懸濁液の作製
注:このプロトコルは、ゼラチンコーティングされたTC処理された6ウェルプレートの不活化フィーダーで成長したCK35 mESC(生殖細胞株の伝達に適したmESCライン、その後、 in vivo モデル15を開発するオプションを持つ)の使用に適合しています。TC処理した6ウェルプレートの1ウェルは、約1.5 × 106 mESCを生成する必要があり、これはプロトコルの残りの部分に十分です。これは、必要に応じてスケールアップできます。選択したESC株と維持培養方法、および適切な培地に従って、最初のステップを調整します。このプロトコルは、無菌条件下で実施されます。このプロトコルで使用されるすべての材料、試薬、および機器に関連する詳細については、 材料の表 を参照してください。
2. CNCC鑑別のための平底96ウェルプレートへの移し替え
3. CNCCの通過と保守
注:CNCC継代は、NSの周囲に十分な量の細胞が見えるとすぐに実行できます。これは、早い時点では十分な量のCNCCが提供されないため、7日目という早い時期になる可能性があります。
4. 免疫蛍光染色のためのNS固定とマウント
5. 免疫蛍光法のためのCNCC固定とマウント
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
プロトコールに従って、mESCコロニーを解離し、3000個の細胞を非TC処理U底96ウェルプレートに播種しました。2日目に、凝集したNSを非TC処理された平底96ウェルプレートに移し、付着させました。NS集約プロトコルの簡略化された視覚化を 図1Aに示します。NSを9日目まで培養し、その後免疫蛍光染色のために処理しました。NSからプレート上に移動した細胞をカバースリップに移し、イメージングを行い、CNCC維持培地で13日目まで培養しました。並行して、ペトリ皿でNSを生成するためのプロトコルを、参照および比較ポイントとして実施しました。実験の全体的な目標は、ペトリ皿で実施されたプロトコルで観察されたNS間の変動性を減らすことでした。
TC処理されていない96ウェルプレートで個別に培養した場合、NSは表現型の変動性が減少しました。すべてのNSは5日目に付着し始めますが、付着したNSの割合は非常に変動し、全体として、ペトリ皿で培養した場合、7日目にはそれほど重要ではありませんでした(図1...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
In vitro 3D分化モデルにより、2D細胞培養では観察が困難な、または観察できなかった複雑な細胞相互作用を解析できます。in vitroでのCNCC開発を研究するために、いくつかのモデルが開発されています。これらは一般に、ESCコロニー7,21または組織外植片22,23から直接由来する。これらのシステムは神経堤細胞の生成に効率的であることが証明されていますが、そのような方法は培養方法および微小環境に対して有意な感度を示し、それがNS24内の細胞組成および細胞特性の両方に違いをもたらす。さらに、これらの方法は、ESCコロニーサイズと細胞数の初期不均一性を考慮していません。
これらの制限に対処するた...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者は、利益相反を宣言しません。
Remi Xavier Coux博士には、プライマー設計と細胞培養の専門知識に関するアドバイスをいただき、感謝いたします。この研究は、欧州研究会議(ERC Starting Grant 101039995 - REGENECREST)とFondation pour la Recherche Médicale(Amorçage - AJE202205015403)の支援を受けました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.22 以上 μ;m シリンジフィルター | ClearLine | 146560 | |
| 15 mL 高透明度ポリプロピレン コニカルチューブ | ファルコン | 352096 | |
| 200 & マイクロ;L ClearLine Plus 低結合フィルターチップ | Dutscher | 713263 | |
| 40 & micro;m フィルター | ファルコン | 352340 | |
| 5 mL セロロジカルピペット | スターシュテット | 86.1253.001 | |
| 50 mL 高透明度ポリプロピレン コニカルチューブ | ファルコン | 352070 | |
| アキュターゼ | メルクシグマ | A6964 | |
| アレクサ フルーア 488 ロバ アンチウサギ IgG (H+L) | サーモフィッシャー サイエンティフィック | A21206 | |
| アレクサ フロー 594 ロバ アンチマウスIgG(H + L) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A21203 | |
| レクサフルーア647ロバ抗ヤギIgG(H + L) | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A31571 | |
| 抗生物質-抗真菌溶液 | Merck-Sigma | A5955 | |
| B27 PLUS supplement | Thermofisher Scientific | 17504044 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA) | Merck-Sigma | A9418 | |
| Chloroform | Carlo Erba | 438601 | |
| Collagenase Type IV | Thermofisher Scientific, Gibco | 17104019 | |
| Costar 6 well clear TC treated multiple well plates | コーニング | 3516 | |
| カバーグラス、丸型 | VWR | 〒630-2113 | |
| DMEM ノックアウト | サーモフィッシャー サイエンティフィ | 10829018 | |
| DMEM/F12+Glutamax | サーモフィッシャー サイエンティフィック | 10565018 | |
| DMEM 高グルコース | メルクシグマ | D0822 | |
| DNA LoBind チューブ、2 mL | Eppendorf | 30108078 | |
| DNase/RNase-Free 蒸留水 | Thermofisher Scientific | 10977-035 | |
| Dulbecco'Thermofisher | Scientific | 14190144 | |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 0.5 mL | Eppendorf | 30121023 | |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30120094 | |
| ESGRO mLIF Medium Supplement | Merck-Sigma | ESG1107 | |
| Ethanol 70% | Carlo Erba | 528170 | |
| Fetalウシ血清 | メルクシグマ | F7524 | |
| フィブロネクチン | メルクシグマ | F085-2MG | |
| フルオロマウント-G | インビトロゲン | 00-4958-02 | |
| ゼラチン溶液 | メルクシグマ | ES-006-B | |
| グルタマックス | サーモフィッシャー サイエンティフィック | 35050061 | |
| ヒト EGF | ペプロテック | AF-100-15-500UG | |
| ヒトFGF-塩基性 | Peprotech | 100-18B | |
| ヒト SOX9 抗体 | R&Dsystems | AF3075 | |
| インスリン 牛膵臓由来 | Merck-Sigma | I6634 | |
| iScript cDNA Synthesis Kit | Biorad | 1708891 | |
| Mouse Anti-Human AP-2 alpha Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | 3B5 | |
| Mouse Anti-Human PAX7 Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | PAX7 | |
| N2 supplement | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 17502048 | |
| ニューロベースミディアム | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 21103049 | |
| 非組織培養処理プレート、96ウェル、平底 | ファルコン | 351172 | |
| 非組織培養処理プレート、96ウェル、U底 | ファルコン | 351177 | |
| パラホルムアルデヒド16%溶液、電子 | 顕微鏡科学 | 15710 | |
| Propan-2-ol | Carlo Erba | 415154 | |
| 精製抗チューブリン &β; 3 (TUJ1) 抗体 | バイオレジェンド | MMS-435P | |
| ラピクリア 1.47 | スンジンラボ | RC147001 | |
| ラピクリア 1.52 | スンジンラボ | RC152001 | |
| スコッチ 両面 12.7 mm × 22.8 m | クリアファイバーレス両面テープ | ||
| SensiFAST SYBR No-ROX キット | Meridian Bioscience | BIO-98020 | |
| 滅菌ディスポーザブル外科用メス | Swann-Morton | 05XX | |
| Superfrost Plus 接着顕微鏡スライド | Epredia | J1800AMNZ | |
| Triton X-100 | Thermofisher Scientific | A16046.AP | |
| TRIzol 試薬 | FisherScientific | 15596026 | |
| Trypsine-EDTA (0.05%) | Thermofisher Scientific | 25300054 | |
| Tween-20 | Fisher Scientific | 10113103 | |
| TWIST1 Rabbit mAb (IF Formulated) | 細胞シグナル伝達技術 | E7E2G | |
| &β;-メルカプトエタノール | Thermofisher Scientific |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。