Name: インビトロ ヒト人工多能性幹細胞を用いたダウン症の神経新生のモデリング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-07T12:40:00.000+00:00
Duration: 6 min 38 s
Description: 学ぶ ダウン症の神経新生障害のメカニズムを、ヒトiPSCを用いたモデリングで解明する方法。二相性細胞周期異常の同定により、知的障害の治療戦略開発への新たな知見が得られます。

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<ol><li>Chapman, R. S., Hesketh, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+phenotype+of+individuals+with+Down+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Ment+Retard+Dev+Disabil+Res+Rev%22%5BJournal%5D)">Behavioral phenotype of individuals with Down syndrome.</a> Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 6 (2), 84-95 (2000).</li>
<li>Haydar, T. F., Reeves, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trisomy+21+and+early+brain+development%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Trisomy 21 and early brain development.</a> Trends Neurosci. 35 (2), 81-91 (2012).</li>
<li>Wisniewski, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Down+syndrome+children+often+have+brain+with+maturation+delay%2C+retardation+of+growth%2C+and+cortical+dysgenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Med+Genet+Suppl%22%5BJournal%5D)">Down syndrome children often have brain with maturation delay, retardation of growth, and cortical dysgenesis.</a> Am J Med Genet Suppl. 7, 274-281 (1990).</li>
<li>Guidi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurogenesis+impairment+and+increased+cell+death+reduce+total+neuron+number+in+the+hippocampal+region+of+fetuses+with+Down+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Pathol%22%5BJournal%5D)">Neurogenesis impairment and increased cell death reduce total neuron number in the hippocampal region of fetuses with Down syndrome.</a> Brain Pathol. 18 (2), 180-197 (2008).</li>
<li>Lott, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurological+phenotypes+for+Down+syndrome+across+the+life+span%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Neurological phenotypes for Down syndrome across the life span.</a> Prog Brain Res. 197, 101-121 (2012).</li>
<li>Stagni, F., Giacomini, A., Emili, M., Guidi, S., Bartesaghi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurogenesis+impairment%3A+An+early+developmental+defect+in+Down+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Free+Radic+Biol+Med%22%5BJournal%5D)">Neurogenesis impairment: An early developmental defect in Down syndrome.</a> Free Radic Biol Med. 114, 15-32 (2018).</li>
<li>Golden, J. A., Hyman, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+superior+temporal+neocortex+is+anomalous+in+trisomy+21%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuropathol+Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Development of the superior temporal neocortex is anomalous in trisomy 21.</a> J Neuropathol Exp Neurol. 53 (5), 513-520 (1994).</li>
<li>Gupta, M., Dhanasekaran, A. R., Gardiner, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouse+models+of+Down+syndrome%3A+Gene+content+and+consequences%5BTitle%5D)+AND+%22Mamm+Genome%22%5BJournal%5D)">Mouse models of Down syndrome: Gene content and consequences.</a> Mamm Genome. 27 (11-12), 538-555 (2016).</li>
<li>Wu, Y., West, N. R., Bhattacharyya, A., Wiseman, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+models+for+Down+syndrome-Alzheimer%27s+disease+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neuronal+Signal%22%5BJournal%5D)">Cell models for Down syndrome-Alzheimer's disease research.</a> Neuronal Signal. 6 (1), NS20210054(2022).</li>
<li>Zhao, X., Bhattacharyya, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+models+are+needed+for+studying+human+neurodevelopmental+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Hum+Genet%22%5BJournal%5D)">Human models are needed for studying human neurodevelopmental disorders.</a> Am J Hum Genet. 103 (6), 829-857 (2018).</li>
<li>Takahashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+pluripotent+stem+cells+from+adult+human+fibroblasts+by+defined+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors.</a> Cell. 131 (5), 861-872 (2007).</li>
<li>Takahashi, K., Yamanaka, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+pluripotent+stem+cells+from+mouse+embryonic+and+adult+fibroblast+cultures+by+defined+factors%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.</a> Cell. 126 (4), 663-676 (2006).</li>
<li>Briggs, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration-free+induced+pluripotent+stem+cells+model+genetic+and+neural+developmental+features+of+Down+syndrome+etiology%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells%22%5BJournal%5D)">Integration-free induced pluripotent stem cells model genetic and neural developmental features of Down syndrome etiology.</a> Stem Cells. 31 (3), 467-478 (2013).</li>
<li>Hibaoui, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+and+rescuing+neurodevelopmental+defect+of+Down+syndrome+using+induced+pluripotent+stem+cells+from+monozygotic+twins+discordant+for+trisomy+21%5BTitle%5D)+AND+%22EMBO+Mol+Med%22%5BJournal%5D)">Modeling and rescuing neurodevelopmental defect of Down syndrome using induced pluripotent stem cells from monozygotic twins discordant for trisomy 21.</a> EMBO Mol Med. 6 (2), 259-277 (2014).</li>
<li>Shi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+human+stem+cell+model+of+early+Alzheimer%27s+disease+pathology+in+Down+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">A human stem cell model of early Alzheimer's disease pathology in Down syndrome.</a> Sci Transl Med. 4 (124), 124ra29(2012).</li>
<li>Weick, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deficits+in+human+trisomy+21+iPSCs+and+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Deficits in human trisomy 21 iPSCs and neurons.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (24), 9962-9967 (2013).</li>
<li>Meharena, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Down+syndrome-induced+senescence+disrupts+the+nuclear+architecture+of+neural+progenitors%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Stem+Cell%22%5BJournal%5D)">Down syndrome-induced senescence disrupts the nuclear architecture of neural progenitors.</a> Cell Stem Cell. 29 (1), 116-130.e7 (2022).</li>
<li>Sharma, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biphasic+cell+cycle+defect+causes+impaired+neurogenesis+in+Down+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Genet%22%5BJournal%5D)">Biphasic cell cycle defect causes impaired neurogenesis in Down syndrome.</a> Front Genet. 13, 1007519(2022).</li>
<li>Maclean, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+hematopoiesis+in+trisomy+21+as+revealed+through+in+vitro+differentiation+of+isogenic+human+pluripotent+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Altered hematopoiesis in trisomy 21 as revealed through in vitro differentiation of isogenic human pluripotent cells.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 109 (43), 17567-17572 (2012).</li>
<li>Nehra, S., Sharma, V., Umrani, M., Singhal, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+integration-free+Down+syndrome+and+isogenic+euploid+human+induced+pluripotent+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Res%22%5BJournal%5D)">Generation of integration-free Down syndrome and isogenic euploid human induced pluripotent stem cells.</a> Stem Cell Res. 67, 103041(2023).</li>
<li>Yu, P. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dorsomorphin+inhibits+BMP+signals+required+for+embryogenesis+and+iron+metabolism%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem+Biol%22%5BJournal%5D)">Dorsomorphin inhibits BMP signals required for embryogenesis and iron metabolism.</a> Nat Chem Biol. 4 (1), 33-41 (2008).</li>
<li>Shi, Y., Kirwan, P., Smith, J., Robinson, H. P., Livesey, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+cerebral+cortex+development+from+pluripotent+stem+cells+to+functional+excitatory+synapses%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Human cerebral cortex development from pluripotent stem cells to functional excitatory synapses.</a> Nat Neurosci. 15 (3), 477-486 (2012).</li>
<li>Espuny-Camacho, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pyramidal+neurons+derived+from+human+pluripotent+stem+cells+integrate+efficiently+into+mouse+brain+circuits+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Pyramidal neurons derived from human pluripotent stem cells integrate efficiently into mouse brain circuits in vivo.</a> Neuron. 77 (3), 440-456 (2013).</li>
<li>Gaspard, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+cortical+neurons+from+mouse+embryonic+stem+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Generation of cortical neurons from mouse embryonic stem cells.</a> Nat Protoc. 4 (10), 1454-1463 (2009).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>MEF 培地:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DMEM 高グルコース</td><td>Gibco</td><td>11965-092</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>VWR</td><td>97068-085</td><td>10% 最終濃度</td></tr><tr><td>非必須アミノ酸</td><td>ハイクロン</td><td>SH30238.01</td><td>最終濃度 1X 最終濃度</td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトマイシン</td><td>ハイクロン</td><td>SV30010</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>&beta;-メルカプトエタノール</td><td>Gibco</td><td>21985-023</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td><強>hiPSC 培地:</強></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ノックアウト DMEM/F12</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>12660-012</td><td></td></tr><tr><td>ノックアウト血清交換 (KOSR)</td><td>Gibco</td><td>10828-028</td><td>20% 最終濃度</td></tr><tr><td>非必須アミノ酸</td><td>Hyclone</td><td>SH30238.01</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>35050061</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトマイシン</td><td>Hyclone</td><td>SV30010</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>&β;-メルカプトエタノール (1000X)</td><td>Gibco</td><td>21985-023</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>DDM medium:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Knockout DMEM/F12</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>12660-012</td><td></td></tr><tr><td>非必須アミノ酸</td><td>Hyclone</td><td>SH30238.01</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>35050061</td><td>最終濃度 1X</td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトマイシン</td><td>Hyclone</td><td>SV30010</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>Albumax (10%)</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>11020-021</td><td>0.5 X of 10% Albumax is final concentration</td></tr><tr><td>NPC medium:</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DDM medium</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>N2 Supplement</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>17502048</td><td>最終濃度</td></tr><tr><td>B-27 サプリメント (50X) の 1X からビタミン A を差し引いた</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>12587010</td><td>1X 最終濃度</td></tr><tr><td>神経分化培地 (ND):</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DDM 培地</td><td></td><td></td><td>1/2 体積の</td></tr><tr><td>Neurobasal 培地</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>21103-049</td><td>ボリューム</td></tr><tr><td>N2サプリメント</td><td>Gibcoの1/2&nbsp;</td><td>17502048</td><td>0.5 X 最終濃度</td></tr><tr><td>B-27 サプリメント (50X)</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>17504044</td><td>0.5 X 最終濃度</td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>35050061</td><td>1X ニューロ基礎培地</td></tr><tr><td>ペニシリン/ストレプトマイシン</td><td>ハイクロン</td><td>SV30010</td><td>1X ニューロ基礎培地</td></tr><tr><td><ストロング>抗体および免疫染色用試薬:</ストロング</td>><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>パラホルムアルデヒド</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>158127-500G</td><td>4%</td></tr><tr><td>DPBS、カルシウムなし、マグネシウムなし</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D5652</td><td></td></tr><tr><td>Triton-X-100 Solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>X100-500ML</td><td>0.20%</td></tr><tr><td>BSA</td><td>Hyclone</td><td>A7979-50ML</td><td>1.00%</td></tr><tr><td>精製抗チューブリン &β;-3 (TUBB3) (TUJ1)</td><td>BioLegend</td><td>801202</td><td>1:500 希釈</td></tr><tr><td>Donkey 抗マウス IgG (H+L) 二次抗体、Alexa fluor 594 コンジュゲート</td><td>Life Tech Invitrogen&nbsp;</td><td>A21203</td><td>1:250 希釈</td></tr><tr><td>精製マウス-抗ヒト Ki67</td><td>BD Pharmingen</td><td>550609</td><td>1:100 希釈</td></tr><tr><td>精製抗 PAX6</td><td>BioLegends</td><td>901302</td><td>1:100 希釈</td></tr><tr><td>Alexa fluor 488 ロバ (抗ウサギ)</td><td>Life Tech Invitrogen&nbsp;</td><td>A21206</td><td>1:250</td></tr>希釈<tr><td>DAPI溶液(5 mg/mL)</td><td>Sigma</td><td>D9542</td><td>1:1000</td></tr>希釈<tr><td><強>その他</強</td>><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>細胞剥離液(アキュターゼ)&nbsp;</td><td>ギブコ&nbsp;</td><td>A11105-01</td><td>すぐに使用できる作業溶液</td></tr><tr><td>Rock inhibitor (RI)&nbsp;</td><td>セレチケム&nbsp;</td><td>Y27632</td><td>10 mM/ml 最終濃度</td></tr><tr><td>ドルソモルフィン&nbsp;</td><td>セレチケム&nbsp;</td><td>S7306</td><td>0.125 nM/ml 最終濃度</td></tr><tr><td>DPBS with カルシウムおよびマグニジウム (DPBS+ Ca, Mg)</td><td>Gibco&nbsp;</td><td>14040133</td><td></td></tr><tr><td>カルシウムとマグニジウムを含まないDPBS</td>をすぐに使用できる作業溶液 <td>Gibco&nbsp;</td><td>14190136</td><td>すぐに使える作業溶液</td></tr><tr><td>ゼラチンA型</td><td>シグマ&nbsp;</td><td>G2500-100G</td><td>0.10%</td></tr><tr><td>hESC認証基底膜マトリックス(マトリゲルGFR)&nbsp;</td><td>コーニング&nbsp;</td><td>356230</td><td>1 mg ストックバイアル 希釈 1:240</td></tr><tr><td>トリプシン 0.05%</td> <td>Gibco</td><td>25300054</td><td></td></tr><tr><td>トリパンブルー</td><td>Gibco</td><td>15250-061</td><td>0.40%</td></tr><tr><td>塩基性フィブラブラスト成長因子 (bFGF)</td><td>Peprotech&nbsp;</td><td>100-18B</td><td>25 ng/ml 最終濃度</td></tr><tr><td>コラゲナーゼ&nbsp;</td><td>ギブコ&nbsp;</td><td>17104-019</td><td>1mg/mL 最終濃度</td></tr></tbody></table>

インビトロ ヒト人工多能性幹細胞を用いたダウン症の神経新生のモデリング

In Vitro Modeling of Down Syndrome Neurogenesis Using Human-Induced Pluripotent Stem Cells

特異化したヒトiPS細胞を、シングルセル懸濁液として適格なマトリックスコーティング皿に播種し、bFGFを除去することで分化を開始しました。非外胚葉分化を阻害するために、BMPシグナル伝達阻害剤であるドルソモルフィンをDIV 2-1821から添加した。神経原性段階から前駆細胞をさらに分化させるために、単一細胞懸濁液を適格なマトリックス(図1)上に低密度で再播種し、さらに6〜10週間、早期の神経分化を観察しました。神経分化段階(ステージ2)の後、85日目の分析では、DS培養におけるTUBB3+ニューロンの有意な減少が、同質正倍数体細胞を持つニューロンと比較して明らかになりました(図2A)。定量では、DS培養におけるTUBB3+ニューロンの約2倍の減少が示されました(図2B)。このことは、DS細胞が神経細胞の分化が減少していることを示しており、これはDS胎児の脳切片からの観察と一致しており、この研究で使用された <em...

Down syndrome (DS), caused by an extra copy of chromosome 21, is a leading cause of intellectual disability. One of the key factors contributing to this ...

in-vitro-modeling-down-syndrome-neurogenesis-using-human-induced

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

捨てられた人間の胎児皮質組織から神経幹細胞の単離および培養上シンプルで信頼性の高い方法が記載されている。既知のヒト神経疾患から派生した培養物は、病理学、細胞及び分子過程の特性だけでなく、薬理学的有効性を評価するためのプラットフォームを提供するために使用することができます。...

廃棄されたヒト胎児脳組織から神経幹細胞の生成

この手順では、人間の発達の間に観察されるものと類似しているチェックポイントを通過することによって終脳のニューロンを生成します。細胞は、自発的に区別するために許可されている神経系統に向かってそれらをプッシュする要因にさらされて、分離され、最終分化と成熟を可能にするためにカバーガラス上にメッキが施されています。...

ヒト多能性幹細胞から終脳のグルタミン酸作動性ニューロンの仕様

私たちは、発生生物学からの知識と公開された研究に基づいて、ヒト胚性幹細胞とヒト人工多能性幹細胞の両方からA9中脳ドーパミン作動性ニューロンを効率的に生成するための最適化されたプロトコルを開発しました。これは、パーキンソン病の疾患モデリングと細胞補充療法に役立ちます。...

ヒト多能性幹細胞からドーパミン作動性ニューロンの分化を監督

このプロトコルは、神経前駆細胞がヒト人工多能性幹細胞からどのように分化できるかを説明しています。これにより、多くの神経障害における疾患の病因に寄与する発生経路を特定するために使用できる、堅牢で複製的な神経細胞集団を生成することができます。...

神経疾患の研究のための生成および使用方法hiPSC派生のNPCへのガイド

神経上皮組織の前例のない複雑さのために、人間の脳の発達をモデル化することが妨げられてきました。ここでは、ヒトの脳発生の初期のイベントを明らかにし、in...

初期の神経発達障害をモデル化するためのiPSC由来のヒト脳オルガノイドの生成

ここでは、無血清胚様体（SFEB）と呼ばれるヒト誘導多能性幹細胞（hiPSC）から3次元（3-D）システムを開発するためのプロトコールを報告する。この3-Dモデルは、器質型のスライス培養のように、ヒトの皮質の発達をモデル化するため、および神経回路を発達させる生理学的な質問のために使用することができる。...

生理学的に関連性のあるアッセイを用いた3-D幹細胞培養物の調査のためのHiPSC由来の無血清胚様体の開発

ヒト皮膚由来線維芽細胞を誘発ニューロン前駆細胞(iNIC)に再プログラムするプロトコルと、その後の誘導アストロサイト(iA)への分化について説明する。この方法は、iNPCとiAを大量に高速かつ再現可能に生成します。...

線維芽細胞からニューロン前駆細胞への直接変換とアストロサイトへの分化を用いた神経疾患のインビトロモデリング

このプロトコルは、核軟部によるエピソームプラスミドの送達を通じた胎児組織線維芽細胞からの統合自由なiPSCの生成と、iPSC特性評価および神経分化に用いられる方法の記述を記述する。...

ターナー症候群(45XO)の胎児細胞による、その症候群に伴う神経障害の下流モデリングのための人工多能性幹細胞の生成

ヒト誘導多能性由来のアストロサイトとニューロンおよびそれらの共培養を電気生理学的記録のために脊髄に分化させる方法を記載する。...

領域特異的ヒト多能性幹細胞由来アストロサイトおよびニューロンを用いたALSモデリングのための電気生理学的基盤の確立

本プロトコールは、小脳発生の初期段階を調査するための人工多能性幹細胞からの小脳細胞の2D単層の生成を説明する。...

ヒト小脳発生 のin vitro での2次元構造モデリング

学ぶ ダウン症の神経新生障害のメカニズムを、ヒトiPSCを用いたモデリングで解明する方法。二相性細胞周期異常の同定により、知的障害の治療戦略開発への新たな知見が得られます。

インビトロヒト人工多能性幹細胞を用いたダウン症の神経新生のモデリング

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