두와 입체 배아 체에서 마우스 배아 줄기 세포의 레티노 산에 의한 신경 분화 분석
1Department of Medicine, Cardeza Vascular Research Center,Sidney Kimmel Medical College, Thomas Jefferson University, 2Department of Molecular Cardiology,Cleveland Clinic Foundation, 3Department of Cancer Biology, Cardeza Vascular Research Center,Sidney Kimmel Medical College, Thomas Jefferson University
Summary
우리는 두 개 또는 세 개의 차원 배양체를 발생시키기위한 뮤린 배아 줄기 세포를 사용하는 기술을 설명한다. 우리는 다음 전구 세포 마커 면역과 면역에 의해 분화의 상태를 분석하기 위해 레티노 산, 방법에 의한 배아 신체 세포의 신경 분화를 유도하는 방법을 설명합니다.
Abstract
배반포 (일반적으로 일 E3.5에서)의 내부 물질로부터 격리 마우스 배아 줄기 세포 (는 ESC)는 초기 배아 발달을 연구하기위한 체외 모델 시스템으로 사용할 수 있습니다. 백혈병 억제 인자 (LIF)가 없을는 ESC를 신경 전구 세포로 분화 기본적. 이들은 인해 초기 단계 배아의 유사성 구형 집합체 배아 체 (EB)을 지칭 삼차원 (3D)에 축적 될 수있다. 교환 사채는 두 가지 차원 (2D) 확장을 성장으로 확장 곳, 피브로넥틴 코팅 커버 슬립에 시드, 또는 그들이 회전 타원체로 성장을 계속하고 3 개 개의 배엽으로 분화 3D 콜라겐 매트릭스에 이식 할 수 있습니다 내배엽, 중배엽과 외배엽. 3 차원 콜라겐 문화는 2D 사채보다 더 밀접하게 생체 내 환경을 모방. 2 차원 EB 문화는 면역과 차별화를 추적하기 위해 면역 블에 의해 분석을 용이하게합니다. 우리는 두 단계 신경 differentia을 개발했다기 프로토콜입니다. 첫 번째 단계에서, 사채 동시에, 레티노 산 (RA)에 대한 노출에 의해 분화 유도되고, 상기 걸이 드롭 방법에 의해 발생하고있다. 두 번째 단계에서, RA의 부재 2D 또는 3D 포맷에서 신경 분화를 진행한다.
Introduction
는 ESC는 배반포의 내부 세포 덩어리로부터 유래. 그들이 기원의 유기체의 모든 세포 유형으로 분화 할 수있는 능력을 가지고 즉,이 세포는 만능이다. ESC 체외 분화 발달 경로와 메커니즘을 조사하는 실험적인 시스템으로 폭 넓은 관심이다. 그것은 세포와 조직 기능 장애의 교정을위한 새로운 치료 방법을 테스트 할 수있는 강력하고 유연한 모델 시스템을 제공합니다. 교환 사채는 초기 배 발생 동안 세포 분화의 여러 측면을 요점을 되풀이. 배아 치사가 어려운 배아 결함 (1, 2)의 셀룰러 기반을 결정하게 될 때 특히 EB를 사용할 수있다. 사채가 매달려 드롭 또는 액체 현탁액 기술 (3) 중 어느 하나를 형성 할 수있다. 전자의 이점은, 따라서 실험 재현성을 용이 일관된 크기 및 밀도 사채를 생성하는 능력이다.
<p c아가씨 = "jove_content는"> 세포 외 기질 (ECM) 접착 단백질과의 상호 작용이 부착 세포의 운동성 및 생존에 영향을 미칠 수있다. 2 차원 배양 시스템에있어서, 피브로넥틴은 종종 기판과 세포 접착을 증가인가된다. 피브로넥틴은 이종 4 인테그린 세포 표면의 10 개 종류로 인식 기저판 성분이다.RA는 신경 분화 (5, 6)을 유도하는 비타민 A의 작은 친 유성 대사 산물이다. RA 고농도 신경 유전자 발현을 촉진하고 EB 형성 7, 8 중 중배엽 유전자 발현을 억제한다. RA는 레티 날 탈수소 효소 (9)에 의해 최종 제품 레티 산화 다음 중 알코올 탈수소 효소, 레티놀, 레티 날에 의해 산화 비타민 의해 제조된다. 신경 분화는 세포질에서 RA의 전송을 필요로 셀룰러 RA 결합 단백질 2 (CRABP2)에 의한 핵. 핵에서, RA는 RAR-RXR 헤테로 10 이루어진 동종 수용체 복합체에 결합한다. 이 전사 공동 활성제의 모집 및 전사 (9), (11)의 시작을 초래한다. 또한, RA 따라서 BMP 및 SMAD 12 시그널링 길항 인산화 (활성) SMAD1의 분해를 촉진시킨다. 이러한 활동 외에, RA는 PAX6 식 신경 분화 13을지지하는 전사 인자를 증가시킨다. RA 시그널링 시르-1 (SIRT1) 핵 니코틴 아마이드 아데닌 다이 뉴클레오타이드 (NAD +)에 의해 변조되고, – 핵으로의 전좌 방해 CRABP2을 deacetylates 의존성 효소, 따라서 RA가 RAR-RXR 헤테로 14 (15)에 결합하여, (16).
e_content은 "> 여기에 설명 된 RA 처리 EB 프로토콜을 설계하는 우리의 목표는 신경 전구 세포에 ESC 분화를 조절하는 신호 전달 경로의 체외 분석을 용이하게하기 위해 신경 분화를 최적화하는 것입니다.이 프로토콜의 장점 중 하나의 촉진이다 면역. 3D 사채 의한 세포 기능의 분석은 또한 항체 관통 신경 분화를 공 초점 현미경에 의해 immunolabeling 및 세포 이미징을 용이하게하는 동안 특정 시점에서 2 차원 단층으로 이미지. EB 해리하기 어려운 것은 아니다.Protocol
마우스 배아 섬유 아 세포의 (1) 문화 (MEFs에) MEF 매체를 준비, 15 % 소 태아 혈청 (FBS)으로 보충 된 둘 베코 변성 이글 배지 (DMEM, 고 글루코스). 실온에서 30 분 (RT) 0.5 % 젤라틴 용액 코트 100mm 세포 배양 접시. 세포 계측기를 사용하여 MEFs에를 계산합니다. 젤라틴 용액을 제거하고 즉시 MEF 매체는 37 ° C로 미리 예열 붓는다. 급속 다음, 2 분 동안 37 ° C의 물 배스에서 마이 토마 이?…
Representative Results
Oct4는, Nanog를, 및 SOX2는 ESC 자기 갱신과 다 능성을 부여하는 핵심 전사 인자이다. 우리는 야생형과 SYX 상기에서 RhoA 특정 과거 SYX 인자를 코딩하는 유전자가 파괴되어 유전자 변형 마우스의 균주는 ESC의 신경 분화를 비교하기 위해 상기 프로토콜을 적용 하였다. 우리는 혈관 신생 18 SYX을 내포했다. – / -는 ESC를하고 SYX의 신경 ?…
Discussion
이 프로토콜에서 우리는 생쥐는 ESC의 신경 분화를 연구하는 비교적 간단한 접근 방법을 제시한다. 이전의 프로토콜에서는, RA가 제 2 일 또는 EB 매달려 드롭 (8)의 제 4 일 또는 현탁 배양 물 (7)을 배지에 첨가하고, EB 드롭 집합 (21)에 걸려 각각 또는 직후. 우리가 고안 한 프로토콜에서, RA는 이전 하였다. 현탁 배양에 의해 형성 사채 RA의 초기 도…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 AH에 NIH 보조금 R01 HL119984에 의해 지원되었다
Materials
| Materials | |||
| MEFs | EMD Millipore | PMEF-CF | ESC feeder layer |
| ESC | EMD Millipore | CMTI-2 | |
| Cell culture dish (60 mm) | Eppendorf | 30701119 | Cell culture |
| Cell culture dish (100 mm) | Falcon | 353003 | Cell culture |
| Petri dish (100 mm) | Corning | 351029 | Hanging drops |
| 24-well plate | Greiner Bio-One | 662160 | 2D EBs |
| 6-well plate | Eppendorf | 30720113 | Transfection |
| Dark 1.5 ml centrifuge tube | Celltreat Scientific Products | 229437 | RA stock solution |
| Microscope cover-glass | Fisherbrand | 12-545-80 | Circular, 12 mm diameter |
| Superfrost-plus microscope slides | Fisherbrand | 12-550-15 | |
| 3D collagen culture kit | EMD Millipore | ECM675 | 3D culture |
| Effectene Transfection Reagent | Qiagen | 301427 | Stem cell transfection |
| Microcon Centrifugal Filters (10 kDa) | EMD Millipore | MRCPRT010 | Protein concentration |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| DMEM | Lonza | 12-709F | MEFs culture |
| IMDM | Gibco | 12440-046 | ESCs culture |
| Fetal bovine serum (FBS) | EMD Millipore | ES-009-B | ESCs culture |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | G2625 | Dish coating |
| LIF | R&D Systems | 8878-LF-025 | To maintain ESC pluripotency |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solutions | Gibco | 11140050 | Cell culture |
| 2-Mercaptoethanol | Gibco | 21985023 | Cell culture |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Cell culture |
| Gentamicin | Gibco | 15750060 | Cell culture |
| MycoZap Plus-PR | Lonza | VZA-2022 | Cell culture |
| 0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-072 | Cell culture |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| All-trans-retinoic acid | Sigma-Aldrich | R2625-50MG | Induction of neural differentiation |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A7030-50G | Blocking and antibody dilution |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-100ML | Cell membrane permeabilization |
| Cell strainer | Corning | 352360 | |
| Prolong Gold anti-fade reagent with DAPI | Life Tech. | P36931 | Mounting reagent |
| 16% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | Cell fixation |
| Fibronectin | R&D Systems | 1030-FN | Dish coating |
| PBS | Gibco | 10010049 | |
| Collagenase type I | Worthington Biochem. Corp | LS004196 | EB dissociation |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Primary Antibodies | |||
| Nestin (Rat-401) | Santa Cruz Biotech | sc-33677 | Detection of neural differentiation |
| Oct4 | Santa Cruz Biotech | sc-5279 | Detection of neural differentiation |
| Nanog | Bethyl Laboratories | A300-398A | Detection of neural differentiation |
| Sox2 | Cell Signaling | 3579 | Detection of neural differentiation |
| Tubulin b3 (AA10) | Santa Cruz Biotech | sc-80016 | Detection of neural differentiation |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Secondary Antibodies | |||
| Donkey anti-Mouse-Alexa555 | Life Tech. | A31570 | Immunofluorescence |
| Donkey anti-mouse-Alexa488 | Life Tech. | A21202 | Immunofluorescence |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Instruments | |||
| Wide-field microscope | Nikon | Eclipse TS100 | Cell culture imaging |
| Confocal microscope | Nikon | C2 | Immunofluorescence imaging |
References
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Cite This Article
Yang, J., Wu, C., Stefanescu, I., Horowitz, A. Analysis of Retinoic Acid-induced Neural Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells in Two and Three-dimensional Embryoid Bodies. J. Vis. Exp. (122), e55621, doi:10.3791/55621 (2017).