Este protocolo permite a conversão rápida e eficiente de pilhas de haste pluripotentes induzidas em neurônios de motor com uma identidade espinal ou craniana, pela expressão ectópica de fatores da transcrição dos vetores induzível de piggybac.
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Artigo de método
Este protocolo permite a conversão rápida e eficiente de pilhas de haste pluripotentes induzidas em neurônios de motor com uma identidade espinal ou craniana, pela expressão ectópica de fatores da transcrição dos vetores induzível de piggybac.
Nós descrevemos aqui um método para obter os neurônios de motor espinal e craniano funcionais das pilhas de haste pluripotentes induzidas humanas (iPSCs). A conversão direta no neurônio motor é obtida por expressão ectópica de módulos alternativos de fatores de transcrição, ou seja, Ngn2, Isl1 e Lhx3 (Nil) ou Ngn2, Isl1 e Phox2a (NIP). Nil e Nip especificam, respectivamente, a identidade da coluna vertebral e do neurônio motor craniano. Nosso protocolo começa com a geração de linhas iPSC modificadas nas quais NIL ou NIP estão estavelmente integrados no genoma através de um vetor de Transposon piggyBac. A expressão dos transgenes é então induzida por doxiciclina e leva, em 5 dias, à conversão de iPSCs em progenitores MN. A maturação subsequente, por 7 dias, leva a populações homogêneas de MNs espinhais ou cranianos. Nosso método tem várias vantagens em relação aos protocolos anteriores: é extremamente rápido e simplificado; Não requer infecção viral ou mais isolamento MN; permite gerar diferentes subpopulações de MN (espinal e craniana) com um grau notável de maturação, como demonstrado pela capacidade de disparar trens de potenciais de ação. Além disso, um grande número de neurônios motores pode ser obtido sem purificação de populações mistas. os neurônios de motor espinal e craniano derivado de IPSC podem ser usados para in vitro a modelagem da esclerose lateral amyotrophic e de outras doenças neurodegenerativas do neurônio de motor. Populações de neurônios motores homogêneos podem representar um recurso importante para a triagem de drogas específicas do tipo celular.
A degeneração do neurônio motor (MN) desempenha um papel causador nas doenças humanas, como a esclerose lateral amiotrófica (ALS) e a atrofia muscular espinhal (SMA). O estabelecimento de sistemas de modelos celulares in vitro adequados, que recapitulam a complexidade do MN humano, é um passo importante para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas. Células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), que são dotadas de notáveis Propriedades de diferenciação plurilinhagem, já foram derivadas de um número de pacientes acometidos por doenças do neurónios motores1,2. Linhas adicionais de iPSC portadores de mutações patogênicas associadas a doenças de MN foram geradas pela edição gênica, a partir do controle de células-tronco pluripotentes "saudáveis"3. Estas linhas representam ferramentas úteis para a modelagem in vitro da doença e a triagem de fármacos, desde que estejam disponíveis métodos adequados para a diferenciação de iPSC em MNs. A justificativa por trás do desenvolvimento deste método é fornecer à comunidade científica interessada em doenças MN com um protocolo de diferenciação rápido e eficiente, dando origem a MNs funcionais maduros. A primeira vantagem desse método é seu cronograma de execução. Outro ponto de força relevante vem da eliminação de qualquer etapa de purificação. Finalmente, o protocolo pode ser usado para gerar duas populações distintas de neurônios motores.
A possibilidade de gerar diferentes subtipos de MNs é particularmente relevante para a modelagem de doenças de MN. Nem todos os subtipos de MN são igualmente vulneráveis em ALS e SMA e o aparecimento de sintomas em diferentes unidades motoras influencia consideravelmente o prognóstico. No ALS, o início espinal com sintomas que começam em membros superiores e mais baixos conduz à morte em aproximadamente 3-5 anos4. Inversamente, o início bulbar, começando com a degeneração de MNs cranianos, tem um prognóstico mais mau. Além disso, a porcentagem do início bulbar é significativamente mais elevada nos pacientes com mutações nas proteínas do RNA-ligação FUS e TDP-43 do que nos indivíduos com mutações SOD15. Quase a totalidade dos protocolos alternativos de diferenciação de MN se baseia na atividade do ácido retinóico (ar), que confere um caráter espinhal para diferenciar iPSCs6,7,8. Isso limita a possibilidade de estudo de fatores intrínsecos, que podem ser protetores em subtipos específicos de Mn9,10.
Consistente com um trabalho precedente em pilhas de haste embrionárias do rato11, nós mostramos recentemente que na expressão ectópica dos iPSCs humanos de Ngn2, de Isl1 e de Lhx3 (Nil) induz uma identidade espinal do MN, quando Ngn2 e Isl1 mais Phox2a (NIP) especific MNScranianos 12. Desenvolvemos, portanto, um protocolo eficiente, levando à produção de MNs humanos dotados de propriedades funcionais em uma reviravolta de 12 dias. O objetivo deste método é obter, em um curto espaço de tempo e sem a necessidade de purificação (por exemplo, por FACS), populações de células altamente enriquecidas para MNs com identidade espinhal ou craniana.
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1. manutenção de iPSCs humanos
2. geração de NIL e NIP inducible iPSC linhas
3. diferenciação do Neuron motor
4. análise de imunocoloração
5. caracterização funcional via patch-Clamp Recordings
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Uma descrição esquemática do método de diferenciação é mostrada na Figura 1. Os iPSCs humanos (linha3do peso I) foram transfected com EPB-BSD-TT-nil ou EPB-BSD-TT-NIP, gerando, em cima da seleção do blasticidina, linhas de pilha estáveis e induzível12, doravante referidas como IPSC-nil e IPSC-NIP, respectivamente. As células diferenciadoras foram caracterizadas para a expressão do marcador de pluripotência OCT4 e do marcador Pan-neuronal TUJ1. ...
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Este protocolo permite converter eficientemente iPSCs humanos em neurônios de motor espinal e craniano agradecimentos à expressão ectópica de factores linhagem-específicos da transcrição. Estes transgenes são induzível pelo doxiciclina e integrados estàvel no genoma agradecimentos a um vetor Transposon-baseado de piggybac. Em uma população mista, uma ou várias cópias do vetor piggyBac serão aleatoriamente integradas ao genoma de células individuais, aumentando o risco de alterações na integridade do genoma. Além disso, u...
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Os autores não têm nada a divulgar
Os autores desejam agradecer ao Imaging Facility do Center for Life nano Science, Istituto Italiano di tecnologia, por suporte e assessoria técnica. Nós somos gratos aos membros do centro para a ciência Nano da vida para a discussão útil. Este trabalho foi apoiado parcialmente por uma concessão de AriSLA (concessão piloto 2016 "StressFUS") a AR.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 5-Bapta | Sigma-Aldrich | A4926-1G | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| Accutase | Sigma-Aldrich | A6964-100ML | Reagente de dissociação celular |
| anti-CHAT | EMD Millipore | AB144P | Anti-colina acetiltransferase. Anticorpo primário usado em ensaios de imunocoloração. RRID: AB_2079751; Número do lote: 2971003 |
| anti-cabra Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific | A11055 | Anticorpo secundário usado para ensaios de immonofluorescência. RRID: AB_2534102; Número do lote: 1915848 |
| anti-mouse Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A31571 | Anticorpo secundário usado para ensaios de immonofluorescência. RRID: AB_162542; Número do lote: |
| 1757130 anti-Oct4 | BD Biosciences | 611202 | Anticorpo primário usado em ensaios de imunocoloração. RRID: AB_398736; Número de lote: 5233722 |
| anti-Phox2b | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-376997 | Anticorpo primário usado em ensaios de imunocoloração. Número do lote: E0117 |
| anti-coelho Alexa Fluor 594 | Ciências Imunológicas | IS-20152-1 | Anticorpo secundário usado para ensaios de imunofluorescência |
| anti-TUJ1 | Sigma-Aldrich | T2200 | Anticorpo primário usado em ensaios de imunocoloração. RRID: AB_262133 |
| B27 | Miltenyi Biotec | 130-093-566 | Suplemento livre de soro para manutenção de células neuronais |
| Bambanker | Nippon Genetics | NGE-BB02 | Meio de congelamento celular, usado aqui para progenitores de neurônios motores |
| BDNF | PreproTech | 450-02 | Fator Neurotrófico Derivado do Cérebro |
| Blasticidina | Sigma-Aldrich | 203350 | Antibiótico nucleosídeo que inibe a síntese de proteínas em procariontes e eucariotos |
| BSA | Sigma-Aldrich | A2153 | Albumina de soro bovino. Agente bloqueador para evitar a ligação não específica de anticorpos em ensaios de imunocoloração |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C3881 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| Software Clampex 10 | Dispositivos | moleculares Clampex 10 | Sistema de registro de correntes de membrana |
| Corning Matrigel qualificado por hESC Matriz | Corning | 354277 | Preparação da membrana basal reconstituída a partir do sarcoma de camundongo Engelbreth-Holm-Swarm (EHS). Usado para adesão de iPSC a suportes de plástico e vidro |
| CRYOSTEM ACF CONGELAMENTO MÍDIA | Biological Industries | 05-710-1E | Meio de congelamento para iPSCs humanos |
| D-Glucose | Sigma-Aldrich | G5146 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| DAPI pó | Roche | 10236276001 | 4′,6-diamidino-2-fenilindol Mancha fluorescente que se liga à adenina– regiões ricas em timina no DNA usadas para coloração de núcleos em ensaios de immonofluorescência |
| DAPT | AdipoGen | AG-CR1-0016-M005 | Inibidor da gama secretase |
| Dispase | Gibco | 17105-041 | Reagente para dissociação suave de iPSCs humanas |
| DMEM/F12 | Sigma-Aldrich | D6421-500ML | Meio basal para cultura de células |
| Doxiciclina | Sigma-Aldrich | D9891-1G& nbsp; | Usado para induzir a expressão de transgenes dos vetores epB-Bsd-TT-NIL e epB-Bsd-TT-NIP |
| DS2U | WiCell | UWWC1-DS2U | Linha iPSC humana comercial |
| E.Z.N.A Total RNA Kit | Omega bio-tek | R6834-02 | Kit para extração total de RNA de células eucarióticas cultivadas |
| GDNF | PreproTech | 450-10 | Fator Neurotrófico Derivado de Glial |
| Gibco Linha HiPSC Episomal | Thermo Fisher Scientific | A18945 | Linha iPSC humana comercial |
| Glutamax | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | Uma alternativa à L-glutamina com maior estabilidade. Melhora a saúde celular. |
| Hepes | Sigma-Aldrich | H4034 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| iScript Transcrição Reversa Supermix para RT-qPCR | Kit de 1708841 Bio-Rad | para análise de expressão gênica usando qPCR em tempo real | |
| iTaqTM Universal SYBR Green Supermix | Bio-Rad | 172-5121 | Master mix de reação pronto para uso otimizado para PCR quantitativo baseado em corante (qPCR) em qualquer instrumento de PCR em tempo real |
| Produtos químicos K-Gluconato | Sigma-Aldrich | G4500 | para soluções eletrofisiológicas |
| Produtos químicos KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | para soluções eletrofisiológicas |
| Ácido L-ascórbico | LKT Laboratories | A7210 | Usado em cultura de células como antioxidante |
| Laminina | Sigma-Aldrich | 11243217001 | Promove a fixação e o crescimento de células neurais in vitro |
| Microscópio confocal de varredura a laser | Olympus | iX83 FluoView1200 | Microscópio confocal para aquisição de imagens de imunocoloração |
| Mg-ATP | Sigma-Aldrich | A9187 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| Meio de montagem | Ibidi | 50001 | Solução de montagem utilizada para ensaios de microscopia confocal e imunofluorescência |
| Amplificador de grampo de remendo multiclamp | Molecular Devices | 700B | Sistema de registo de correntes de membrana |
| Na-GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 71376 | produtos químicos para soluções eletrofisiológicas |
| NEAA | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | Aminoácidos Não Essenciais. Usado como suplemento para meio de cultura celular, para aumentar o crescimento e a viabilidade celular. |
| Neon 100 μ Kit | L Thermo Fisher Scientific | MPK10096 | Kit de eletroporação de células |
| Neon Sistema de transfecção | Thermo Fisher Scientific | MPK5000 | Sistema de eletroporação de células |
| Meio neurobasal | Thermo Fisher Scientific | 21103049 | Meio basal projetado para manutenção e maturação de longo prazo de populações de células neuronais sem a necessidade de uma camada alimentadora de astrócitos |
| NutriStem-XF/FF | Biological Industries | 05-100-1A | Meio de cultura iPSC humano |
| Paraformaldeído | Microscopia Eletrônica Sciences | 157-8 | Usado para fixação celular em ensaios de imunocoloração |
| PBS | Sigma-Aldrich | D8662-500ML | Tampão de fosfato de Dulbecco Salino, com cálcio, com magnésio |
| PBS Ca2+/Mg2+ livre | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | Tampão de Fosfato Dulbecco's Saline, sem Cálcio, sem |
| Penicilina/Estreptomicina de Magnésio | Sigma-Aldrich | P4333-100ML | Solução de penicilina/estreptomicina usada para prevenir a contaminação da cultura de células por bactérias. |
| poli-ornitina | Sigma-Aldrich | P4957 | Promove a fixação e o crescimento de células neurais in vitro |
| SU5402 | Sigma-Aldrich | SML0443-5MG | Inibidor seletivo do receptor 2 do fator de crescimento endotelial vascular (VEGFR-2) |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | 4-(1,1,3,3-Tetrametilbutil)fenil-polietilenoglicol, t-Octylphenoxypolyetoxyethanol, Polietilenoglicol éter terc-octilfenílico. Usado para permeabilização celular em ensaios de imunocoloração |
| Microscópio vertical | Microscópio Olympus | BX51VI | para gravação eletrofisiológica equipado com câmera CoolSnap Myo |
| Y-27632 (Inibidor de ROCK) | Enzo Life Sciences | ALX-270-333-M005 | Inibidor seletivo permeável à célula da proteína quinase (ROCK) contendo bobina enrolada associada a Rho. Aumenta a sobrevivência do iPSC |
| μ-Slide 8 Well | Ibidi | 80826 | Suporte para alto– análise microscópica final de células fixas |
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