$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Neuronalne komórki macierzyste są definiowane jako populacja komórek multipotencjalnych, które mogą się samoodnawiać, aby utrzymać pulę komórek macierzystych i różnicować się w neurony i glej. Są to główne typy komórek w układzie nerwowym i mogą oferować ogromny potencjał terapeutyczny w medycynie regeneracyjnej poprzez przeszczepianie komórek do chorych i uszkodzonych mózgów1,2. Wraz z postępem rozwoju populacja nerwowych komórek macierzystych staje się niejednorodna3,4, a odsetek nerwowych komórek macierzystych w mózgu stopniowo maleje5. Ogólnie rzecz biorąc, embrionalne nerwowe komórki macierzyste i inne nerwowe komórki progenitorowe, zbiorczo nazywane nerwowymi komórkami macierzystymi i progenitorowymi (NSPC), znajdują się w strefach rozrodczych, strefie komorowej i strefie podkomorowej u myszy6. W mózgu embrionalnym nerwowe komórki macierzyste generują neurony bezpośrednio lub pośrednio przez pośrednie komórki progenitorowe (IPC), a u niektórych gatunków przez zewnętrzne progenitory strefy podkomorowej (oRGs)7,8. Specyficzna sygnatura molekularna, morfologia, lokalizacja w niszy komórek macierzystych i potencjał różnicowania określają rolę każdego podtypu w organogenezie mózgu i zastosowaniach klinicznych9. Jednak obecnie dostępne markery powierzchni komórek nie mogą jednoznacznie rozróżniać i oczyszczać różnych podtypów NSPC, co ogranicza zrozumienie i wykorzystanie tych podtypów.
Identyfikacja głównych znaczników powierzchni NSPC jest ograniczona przez trzy główne przeszkody. Pierwszym z nich jest ograniczona liczba komórek NSPC w tkance, co utrudnia przygotowanie próbek białek na powierzchni komórki do powszechnej analizy spektrometrii mas. Drugim ograniczeniem jest trudność w wytwarzaniu czystych podtypów komórek w celu generowania danych dotyczących białek błonowych specyficznych dla podtypu. Wreszcie trzecim wyzwaniem jest niski stosunek białek powierzchniowych komórek do białek całych komórek, co utrudnia ich wykrywanie za pomocą analizy spektrometrii mas.
Aby przezwyciężyć te problemy, opracowaliśmy podejście chemoproteomiczne do selektywnego wzbogacania i identyfikowania białek powierzchniowych komórek w pierwotnych NSPC poprzez metaboliczne znakowanie sialoglykoprotein10. Aby wygenerować wystarczającą liczbę NSPC, skorzystaliśmy z ustalonego protokołu do ekspansji i utrzymania pierwotnych embrionalnych NSPC w niezróżnicowanych stanach in vitro, poprzez kohodowlę NSPC z liniami komórkowymi śródbłonka mózgu myszy przy użyciu przepuszczalnej wkładki macierzy nośnej (np. Transwell) system11. W przeciwieństwie do tego, NPSC hodowane samodzielnie bez komórek śródbłonka generują zróżnicowane potomstwo11,12. W ten sposób próbki białek z tych dwóch systemów hodowli mogą być analizowane porównawczo w celu zidentyfikowania białek, które ulegają zróżnicowanej ekspresji w NSPC i zróżnicowanych neuronach. Ponieważ większość białek powierzchniowych komórek jest modyfikowana przez kwas sjalowy13, nienaturalny analog prekursora kwasu sjalowego N-azydoacetylmannozamin-tetraacylowany (Ac4ManNAz) został użyty do przejęcia wewnętrznego szlaku metabolicznego, tak że endogenne, nowo zsyntetyzowane syloglikany są znakowane grupami azydowymi, generując chemiczny uchwyt14. Poprzez reakcje bioortogonalne za pośrednictwem azydo-alkinów, które sprzężają biotynę z sialoglikanami, białka powierzchniowe komórek mogą być wizualizowane i wzbogacane w celu identyfikacji proteomicznej za pomocą fluoroforu sprzężonego ze streptawidyną lub matrycy14.
Tutaj przeprowadzamy barwienie żelem SDS-PAGE analizy powierzchni sialoglykoproteomu z NSPC rozprężonych w kokulturze śródbłonka i różnicujących komórki w systemie niekokulturowym. Selektywnie oczyszczamy również powierzchniowy sialoglykoproteom w dwóch systemach hodowli w celu porównania proteomicznego. Nasz protokół, w porównaniu z tradycyjnymi protokołami oczyszczania powierzchni komórek opartymi na wirowaniu15, zwiększa skuteczność ekstrakcji poprzez zmniejszenie procedur ekstrakcji białek powierzchniowych poprzez specyficzną koniugację znaczników i oczyszczanie powinowactwa. Tymczasem zwiększa czystość ekstrakcji białek powierzchniowych komórek w oparciu o założenie, że sialilacja zachodzi głównie w białkach powierzchniowych komórki. Chociaż czynniki śródbłonka nie mogą całkowicie zablokować różnicowania ekspandowanych NSPC, badanie porównawcze między kokulturą a kulturą zróżnicowaną zapewnia wygodną metodę wskazania białek powierzchniowych wzbogaconych komórkami macierzystymi bez konieczności analizy białek z NPC oczyszczonych przez FACS16. Uważamy, że to podejście można zastosować do badań białek powierzchniowych w innych układach z odpowiednimi modyfikacjami.