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방법 논문

돼지 유도 만능 줄기 세포(piPSC)를 신경전구세포(NPC)로 분화

910 조회수

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DOI:

10.3791/62209

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2021년 6월 11일

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이 논문에서

요약

이 프로토콜은 돼지 유도 만능 줄기세포(piPSC)에서 유래한 신경전구세포의 화학적 분화 및 배양 방법을 설명합니다.

초록

iPSC 유래 뉴런은 주로 설치류와 같이 전임상 연구에 사용되는 대부분의 동물 모델이 연구 결과를 임상에 적용할 수 있는 기준을 충족할 수 없는 경우 정신 질환의 신경 발생 및 초기 표현형 변화를 연구하는 데 매력적인 체외 모델입니다. 인간이 아닌 영장류, 송곳니 및 돼지는 주로 인간과의 생리학적, 유전적, 해부학적 유사성으로 인해 생물 의학 연구 및 약물 개발 목적에 더 적합한 모델로 간주됩니다. 돼지 모델은 중개 신경 과학에서 특별한 관심을 불러일으켜 안전성 및 동종 이식 테스트를 가능하게 했습니다. 본 명세서에서는 돼지 iPSC의 생성과 함께 신경전구세포(NPC)로의 추가 분화에 대해 설명합니다. 생성된 세포는 RT-qPCR로 확인된 NPC 마커 Nestin 및 GFAP를 발현했으며 면역형광에 의해 Nestin, b-Tubulin III 및 Vimentin에 대해 양성이었습니다. 이러한 결과는 재생 및 중개 의학 연구를 위한 흥미롭고 적절한 모델인 대형 동물 모델의 화학 억제제로 체외 유도 후 NPC 유사 세포가 생성된다는 증거를 보여줍니다.

서론

많은 연구자들이 인간에 대한 신경 질환의 세포 메커니즘 및 병리학적 발달을 더 잘 이해하는 것을 목표로 하고 있지만, 자기공명영상(MRI)과 같은 비침습적 기술을 인간에게 사용하는 데에는 많은 제한이 있으며, 대부분의 경우 요로 추적 및 세포 내 기록과 같은 침습적 기술을 적용하는 것이 불가능합니다1. 또한 기증자의 장기간의 고통 상태가 뇌에 영향을 미치고 연구를 방해할 수 있기 때문에 좋은 품질의 사후 뇌 조직을 얻는 것도 어렵다2. 따라서 수십 년 동안 중개 연구에서 사용되어 온 동물 모델은 오늘날까지 관련성이 있고 의심스러울 필요가 있습니다. 특정 동물 모델의 선택은 최근 실험 설계 및 계획에서 핵심 질문이 되고 있으며, 일관된 결과를 얻기 위해서는 가장 적절한 모델을 선택하는 데 다양한 종의 생리학뿐만 아니라 중요하게는 연구의 특정 목표에 대한 깊은 지식이 필요하다는 것이 분명해지고 있습니다3.

그러나 동물 모델은 인간의 뇌 구조와 발달을 항복 할 때 종종 한계를 제시하는데, 이는 인간의 뇌가 독특한 발달, 해부학적, 분자적, 유전적 특징을 가지고 ....

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프로토콜

이 실험은 상파울루 대학교 동물 과학 및 식품 공학 학부의 동물 실험 윤리 위원회(허가 번호: n° 5130110517 및 n°4134290716)의 승인을 받았습니다.

참고: 세포 배양 및 배양과 관련된 모든 절차는 통제된 대기(공기 중 38.5°C 및 20% CO2 , 최대 습도)에서 수행됩니다. 세포 계대는 해리 시약으로 5분 배양으로 수행하고, 원심분리(300 x g) 후 세포를 회수하였다.

1. 돼지 섬유아세포를 iPSC로 재프로그래밍(reprogramming)

  1. 실험 준비
    1. 달리 명시되지 않는 한 10% 소 태아 혈청(FBS), 0.1mM 비필수 아미노산 및 1% 항생제(페니실린/스트렙토마이신)가 보충된 Iscove의 Modified Dulbecco's Medium(IMDM)으로 구성된 섬유아세포 및 293 배양 배지를 준비합니다.
    2. 20% 혈청 대체, 0.1mM 비필수 아미노산, 1mM 글루타민, 3.85μM β-메르캅토에탄올, 10ng/mL bFGF 및 1% 항생제가 보충된 저삼투압 DMEM/F12(인간 배아 및 유도 만능 줄기 세....

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결과

piPSC의 특성화
특성화는 재프로그래밍된 세포의 다능성 획득을 결정하는 것을 목표로 했습니다. 이를 위해 배아 형성, 다능성 마커를 위한 면역형광 염색, 유전자 발현 및 배아체(EB)로의 자발적 분화를 수행했습니다.

생성된 세포 군집은 piPSC16, 17 에서 예상할 수 있듯이 잘 정의된 경계를 가진 세포 클러스터에서 평평하고 조밀한 형태를 나타내며 섬유아세포 형태와는 매우 다릅니다. 이들은 알칼리성 인산가수분해효소 양성(그림 3)이었고 OCT4, SOX2에 대해 양성이었으며 SSEA1 및 TRA 1-60 염색에 대해 부분적으로 양성이었습니다(그림 4). 이 세포는 EB를 형성할 수 있었고 내인성 다능성 유전자 OCT4

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토론

이 프로토콜을 통해 섬유아세포는 OCT4, SOX2, c-MYC 및 KLF4의 외인성 발현을 사용하여 체외 에서 재프로그래밍되었습니다. 재프로그래밍된 세포는 20회 이상의 계대 동안 시험관 내에서 유지되었습니다. 이러한 계통을 화학적 억제제를 사용하여 신경 분화에 투여했을 때, RT-qPCR로 확인된 신경 전구 세포의 마커 Nestin 및 GFAP을 발현했으며 면역형광에 의해 Nestin, β-Tubulin III 및 Vimentin에 대해 양성이었습니다. 흥미롭게도, NPC와 같은 세포로 분화하는 데 사용되는 재프로그래밍된 돼지 섬유아세포의 배아 특성으로 인해 Nesten의 존재와 발현은 재프로그래밍 및 분화의 모든 단계에서 다른 수준에서 감지되었습니다. 실제로, Nespin의 시공간 발현은 인간과 돼지의 신생아 및 태아 섬유아세포에서 보고되었습니다.

여.......

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공개 사항

저자는 공개할 내용이 없습니다.

감사의 글

Kristine Freude 교수는 프로토콜 및 과학적 토론에 도움을 준 공로를 인정받았습니다. 이 작업은 상파울루 연구 재단 (FAPESP) (# 2015 / 26818-5, # 2017 / 13973-8 및 # 2017 / 02159-8), 국립 과학 기술 개발위원회 (CNPq # 433133 / 2018-0) 및 고등 교육 인력 개선을위한 조정 (CAPES) (자금 조달 코드 001).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
293FTInvitrogen# R70007
6 웰 플레이트Costar# 3516
anti-B-Tubulin IIIabcam# ab7751
anti-NANOGabcam# ab77095
anti-NESTINMillipore# ABD69
anti-OCT4Santa Cruz 생명공학# SC8628
anti-SOX2abcam# ab97959
anti-SSEA1Millipore# MAB4301
anti-TRA1-60Millipore# MAB4360
anti-VIMENTINabcam# ab8069
B27-Minus Vitamin ALife Technologies# 12587010
DMEM/F-12Life Technologies# 11960
당나귀 안티 염소 488Invitrogen#  A11055
EGFSigma# E9644
Fetal Bovine SerumGibco# 10099
FGF2Peprotech# 100-18B
GlutaMAXGibco# 35050-061
GlutamineGibco# 25030-081
염소 안티-마우스 594Invitrogen#  A21044
염소 안티-토끼 488Invitrogen# A11008
헥사디메트린 브로마이드시그마 알드리치# 107689
HighCapacity  kitLife Technologies# 4368814
IMDMGibco# 12200-036
KnockOut DMEM/F-12Gibco# 12660-012
Knockout 세럼 교체용Gibco# 10828-028
LDN-193189Sigma-Aldrich# SML0559
Leukocyte 알칼리 인산가수분해효소 키트Sigma Aldrich# 86R
Lipofectamine P3000™Invitrogen# L3000-015
MatrigelCorning# 354277
Mitomycin CSigma Aldrich# M4287-2MG
N2Life Technologies# 17502048
Nanodrop ND-1000Nanodrop Technologies, Inc.
Neurobasal mediumLife Technologies# 21103049
비필수 아미노산Gibco# 11140-050
페니실린-스트렙토마이신Gibco# 15140-122
Revita CellGibco# A2644501
Rnaseout Life Technologies# 10777019 SB431542
Stemgent# 72232
StemPro AccutaseGibco# A11105-01
SW28 로터Beckman Coulter# 342207
TrizolLife Technologies# 15596026
TrypLE ExpressGibco# 12604-021
β-mercaptoethanolGibco# 21985-023

참고문헌

  1. Clowry, G., Molnár, Z., Rakic, P. Renewed focus on the developing human neocortex. Journal of Anatomy. 217 (4), 276-288 (2010).
  2. Mungenast, A. E., Siegert, S., Tsai, L. -H. Modeling Alzheimer's disease with human induced pluripotent stem (iPS) cells. M....

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