이 프로토콜은 많은 신경 질환에서 질병 발병에 기여하는 발달 경로를 식별하는 데 사용할 수 있는 강력하고 복제적인 신경 세포 집단을 생성하기 위해 신경 전구 세포를 인간 유도 만능 줄기 세포와 구별할 수 있는 방법을 설명합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 많은 신경 질환에서 질병 발병에 기여하는 발달 경로를 식별하는 데 사용할 수 있는 강력하고 복제적인 신경 세포 집단을 생성하기 위해 신경 전구 세포를 인간 유도 만능 줄기 세포와 구별할 수 있는 방법을 설명합니다.
사후 검사는 많은 질병이 증상이 나타나기 전에 장기간 질병이 진행되기 때문에 질병 시작의 근본적인 원인을 확인하는 데 이상적이지 않습니다. 환자와 건강한 대조군의 섬유아세포는 인간 유도 만능 줄기세포(hiPSC)로 효율적으로 재프로그래밍될 수 있고, 이후 이러한 질병 연구를 위해 신경전구세포(NPC)와 뉴런으로 분화될 수 있기 때문에 이제 환자의 증상이 나타나기 전에 발생한 발달 과정을 요약할 수 있습니다. 우리는 hiPSC를 NPC로 효율적으로 분화할 수 있는 방법을 제시하며, NPC는 기능적 뉴런으로 추가로 분화할 수 있을 뿐만 아니라 강력한 계대, 동결-해동 또는 전이되어 신경구로 성장할 수 있으며, 신속한 유전자 스크리닝을 통해 복제, 이동, 산화 스트레스 및/또는 세포사멸을 포함하여 세포 표현형에 영향을 미치는 분자 요인을 식별할 수 있습니다. 환자 유래 hiPSC NPC는 유전자 발현 조작의 세포 또는 분자 결과의 경험적 테스트에 이상적인 고유한 플랫폼입니다.
우리 (1)에 의해 인간 유도 만능 줄기 세포 (hiPSCs)에서 시험 관내에서 차별화 된 신경 세포 등, 3의 유전자 발현 연구는 hiPSC 신경 세포가 태아보다는 성인 뇌 조직을 닮은 것을 나타냅니다. 현재, hiPSC 기반 모델은 오히려 늦은 기능, 신경 학적 질병보다에 경향의 연구에 더 적합 할 수있다. 우리는 이전의 NPC 분열증 한 기여 분자 경로를 연구하는데 유용한 세포 유형이 될 수 있다는 것을 나타내는, 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 세포의 유전자 서명의 상당 부분이 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 전구 세포 (NPC들)에 보존되었다고보고했다 . 우리와 다른 비정상적인 이주 증가 산화 스트레스 및 반응성 산소 종, 서브 - 임계 환경 스트레스 및 정신 분열증에서 미토콘드리아 기능 부전의 NPC hiPSC 1,4-6 민감도뿐만 아니라 C를 감소 신경 신고되었습니다연 결 성 및 정신 분열증 hiPSC 신경 5,7-10에서 시냅스 기능. 정신 분열증 hiPSC의 NPC에서 벗어난 마이그레이션 및 / 또는 산화 스트레스에 기여하는 분자 요인 또한 정신 분열증 hiPSC 유래 신경 세포의 감소 된 신경 세포의 연결을 기초 경우, NPC의 질병을 담당하는 메커니즘을 연구하는과 강력하고 매우 복제 성 신경 인구 수 있습니다. 하나는 신속하게 많은 수의 세포를 생성 할 수 있습니다 및 신경 세포의 성숙을 위해 몇 주 또는 몇 달을 기다릴 필요가 있기 때문에 또한, NPC 기반의 분석은 큰 환자 코호트 연구에 적합하며 높은 처리량 검사에 더 의무가 있습니다. 우리는 이미 정신 분열증 1 헌팅턴 병 (11) 등 다양한 질환에서 입증 된 바와 같이 hiPSC의 NPC, 잠재적으로 질병의 발병에 기여하는 발달 경로에 대한 프록시 역할을 할 수 있다고 생각합니다.
hiPSCs에서 초기 신경에서의 NPC를 구분하기 위해duction 듀얼 SMAD 억제 (위하여 0.1mM LDN193189 및 10 mM이 SB431542) (12)에 의해 달성된다. 이러한 작은 분자 신호 BMP 및 TGF 반감으로 내배엽과 중배엽 사양은 신경 세포의 분화를 가속화하고 도금의 1 주일 이내에 볼 신경 로제트의 형성을 선도 차단됩니다. 신경 패터닝 아마도 그 후 즉시 신경 로제트 형성 및 기간 동안, 초기에이 과정에서 발생한다. 다른 단서가없는 경우, 이들 신경 원시 세포는 전뇌 전방 형상 (13)의 운명을 가정한다. 즉시 신경 로제트 형성을 다음과 NPC 확장에 걸쳐 진행, 전뇌의 NPC FGF2 8, 14 배양한다. 그들은 이중 혈통 잠재력을 가지고 70~80% III-tubulin에 양성 신경 세포와 20 ~ 30 % glial fibrillary 산성 단백질 (GFAP) 양성 성상 세포 (그림 1)의 신경 인구로 구분 될 수있다. 전뇌 hiPSC 뉴런의 대부분 VGLUT1 양성신경 세포의 약 30 %가 GAD67 양성 (GABA 성) 있지만, 그래서, 아마도 글루탐산이다 (8).
NPC가 일상적으로 일관된 차별화 프로파일을 유지하고, 염색체 이상을 축적하지 않고있는 동안, 시험관 내에서 10 배 이상 계대. 그룹 계대 엔피씨 (15)는, 그러나, 우리 10 구절을 넘어, 엔피씨가 성상 세포 분화 경향이 커지고있다 찾을보다 40 배 신고되었습니다. NPC의 여러 동결 해빙을 잘 견딜 단순히 비 접착 성 판에서 배양하여 neurosphere를로 성장으로 전환 할 수 있습니다. NPC가 효율적 생화학 연구를 위해 충분한 물질을 수득 신속한 유전 섭동 분자 세포의 평가 결과, 쉽게 확장을 가능 바이러스 벡터로 형질 도입된다. 또한, 때문에 바이러스 벡터는 허용 강력한 과발현 제어 또는 환자 파생 neur 중 및 / 또는 질병 관련 유전자의 최저,알 세포는 하나의 이러한 유전 적 조작에 대한 배경의 영향을 테스트하기 위해이 플랫폼을 사용할 수있다. 시냅스 또는 성숙한 뉴런을 필요로하는 활동 기반의 분석에 적합하지 않지만, NPC의 환자 유래 신경 세포의 많은 간단한 분자 또는 생화학 적 분석을위한 실용적인 대안이 될 수있다.
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1. hiPSC 차별화 신경 전구 세포에
신경 근엽 2. 수확
참고 : 우리는 신경 근엽이 효소 신경 장미 선택 시약 (20) 또는 유사한 선택 시약을 사용하여 수확하는 것이 좋습니다. 신경 로제트 수동 6 자 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌 코팅 플레이트, 생에 뽑힐 수 있지만의 방법론은 더 NPC들에 대한 풍부하고 비 신경 세포 유형을 고갈 하루 20 따기의 두 번째 라운드가 필요할 수 있습니다, 사용자의 기술에 의존, 마스터에 광범위한 교육을 받아,.
신경 전구 세포의 3. 확장
참고 : hiPSC의 NPC Matrigel- 또는 폴리 -L- 오르니 틴 / 라미닌 코팅 된 플레이트 중 하나에 성장시킬 수있다. 우리는 일반적으로 Matrige를 사용L 플레이트들이보다 신속하게 준비하고 저렴한 비용으로 할 수있다.
4. NPC 형질 도입
5. Neurosphere 마이그레이션 분석
참고 : 엔피씨의 효소 분해 다음 자발적으로 neurosphere를 양식 - 세포 NPC 미디어에 정지에서 배양하는 경우, (NPC 확장에 사용되는 것과 동일한 방식으로는 3.3-3.6 단계).
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신경 로제트는 apico - 기초 극성 (그림 1)와 neuroepithelial 세포의 원형 클러스터로서의 특성 외관에 의해, 시야 현미경을 사용하여, 형태 학적으로 식별 할 수 있습니다. NPC가 매우 높은 세포 밀도에서 일반적으로 배양 있지만, 바로 계대에 따라 약간 피라미드 모양의 소마와 바이폴라 신경 돌기 구조는 볼 (그림 1D)입니다. III-tubulin의 얼룩은 NPC들 중 일부 비율이 지속적으로 문화 (그림 1 층)에서 신경 세포의 분화를 시작하는 것을 나타내는 모든 NPC 인구도 볼 수 있지만 검증의 NPC, 세포의 대부분에 네 스틴 및 SOX2을 표현한다. 이러한 LMX1A 및 FOXA2으로 중뇌 마커 (그림 1G-I)하지 않는 상태에서 이러한 SOX2 및 PAX6, 및 TBR2 같은 전뇌 신경 전구 세포 등의 신경 줄기 세포의 마커는, 또한, NPC들로 표현된다. 크고 평평한 섬유 아세...
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우리는 NPC들에 hiPSCs는 신경 세포의 종류가있는 hiPSC 유래 신경 세포의 유전자 서명의 상당 부분이 보존되고 그 잠재적으로 질병의 발병 기전 (8)에 기여하는 발달 경로에 대한 프록시 역할을 할 수있다 구별하는 기준에 방법을 설명했다 (11). 우리가 자세히 것처럼 또한, NPC가 우리가 질병 소인의 분자 생화학 적 연구에 적합 할 수있다 생각 견고 복제 성 쉽게 형질 신경 인구입니다.
우리가 분화하는 상세한 방법 및 배양 전뇌 무늬의 NPC를 갖지만, 그들은 쉽게 다른 세포 운명으로 패터닝의 NPC를 생성하도록 구성 될 수있다. 예를 들어, 부동 사채 먼저 NPC 미디어의 확장과 20 ng의 보충 신경 미디어에서 차별화 할 수 있습니다 0.5 ㎎ / ㎖의 DKK1, 10 mM의 SB431542, 0.5 ㎎ / ㎖ 소량과, 해마의 NPC가 생성됩니다 1mM의 cyclopamine로 치료하는 경우 / ㎖ WN...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
Kristen Brennand는 뉴욕 줄기세포 재단(New York Stem Cell Foundation)의 Robertson 연구원입니다. 브레넌트 연구소는 Brain and Behavior Young Investigator Grant, National Institute of Health(NIH) 보조금 R01 MH101454 및 New York Stem Cell Foundation의 지원을 받습니다.
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