Denne protokol beskriver en metode til at generere kortikale interneuron ophav og post mitotiske interneuron prækursorer fra mus embryonale stamceller ved hjælp af en modificeret embryoid krop til éncellelag metode. Disse stamfaderen/prækursorer kan være brugt i vitro fluorescently sorteret og transplanteret ind i neonatal neocortex for at studere skæbne bestemmelse eller anvendes til terapeutiske formål.
GABAergic kortikale interneurons er en heterogen population af celler, der spiller en kritisk rolle i regulere produktionen af excitatoriske pyramideformet neuroner samt synkronisering udgange pyramideformet neuron ensembler. Underskud i interneuron funktion har været impliceret i en bred vifte af neuropsykiatriske lidelser, herunder skizofreni, autisme og epilepsi. Afledning af kortikale interneurons fra embryonale stamceller ikke kun giver mulighed for undersøgelse af deres udvikling og funktion, men giver indsigt i de molekylære mekanismer patogenesen af kortikale interneuron-relaterede lidelser. Interneurons har også den bemærkelsesværdige evne til at overleve, overføre og integrere i vært kortikale kredsløb efter transplantation, hvilket gør dem ideelle kandidater til brug i celle-baserede behandlinger. Her præsenterer vi en skalerbar, højeffektive, modificerede embryoid krop til éncellelag metode for fastsættelse af Nkx2.1-udtrykker interneuron ophav og deres afkom fra mus embryonale stamceller (mESCs). Bruger en Nkx2.1::mCherry:Lhx6::GFP dobbelt reporter mESC linje, kan Nkx2.1 ophav eller deres Lhx6-udtrykker post mitotiske afkom isoleres via fluorescens-aktiveret celle sortering (FACS) og efterfølgende brugt i en række downstream applikationer. Vi leverer også metoder til at berige for parvalbumin (PV) og somatostatin (SST) interneuron undergrupper, som kan være nyttige til at studere aspekter af skæbne bestemmelse eller anvendelse i terapeutiske anvendelsesmuligheder, der ville drage fordel af interneuron undergruppe-beriget transplantationscentre.
Både mus og mennesker, omtrent halvdelen af alle kortikale hæmmende interneurons (CIns) stammer senest en forbigående subkortikale struktur kendt som den mediale ganglionære eminence (MGE), hvor neuroepithelial stamfaderen til CIns og andre neuronal og glial undergrupper express transkriptionsfaktor Nkx2.11,2. CIn undergrupper eller undertyper er defineret ved krydsende morfologiske, neurokemiske, elektrofysiologiske og connectivity egenskaber3,4. Den MGE-afledte CIns kan inddeles i hovedsageligt ikke-overlappende undergrupper baseret på deres udtryk for enten PV eller SST, udtryk for som korrelerer med særlig elektrofysiologiske og connectivity tendenser5. Dysfunktion af interneurons, navnlig i PV undergruppe, har været involveret i flere neuropsykiatriske lidelser og sygdomme6,7. Det overordnede mål med denne metode er at fremstille stamceller-afledt mitotiske ophav og vandrende prækursorer beriget til enten PV eller SST CIn skæbne for at studere kortikale interneuron biologi og til brug i celle-baserede behandlinger.
Vi har udviklet en skalerbar, yderst effektiv metode til afledning af Nkx2.1-udtrykker interneuron ophav og deres afkom fra mESCs. Ved hjælp af en Nkx2.1::mCherry:Lhx6::GFP dobbelt reporter mESC linie8, Nkx2.1 ophav eller deres Lhx6-udtrykker post mitotiske afkom kan isoleres via FACS og efterfølgende brugt i en række downstream applikationer. Ved at manipulere en række signaling veje, varighed af kultur og tilstand af neurogenese, kan vi få millioner af fluorescently mærket interneuron prækursorer velegnet til et væld af downstream applikationer.
Selv om flere andre metoder til at generere MGE-lignende ophav fra mESCs9,10,11,12,13,14, vores metode, som bygger på Wnt antagonist XAV-939, er især effektive til at generere Foxg1/Nkx2.1 Co udtrykker telencephalic ophav. Derudover forbedrer mulighed for at vælge til interneuron ophav eller deres post mitotiske Lhx6-udtrykker afkom via vores dual reporter system, høj grad evnen til at generere forskellige ophav og deres afkom.
Mens denne metode er meget effektiv til mønster J1-afledte mESCs (SCRC-1010), har vi oplevet svingende held med andre mESC linjer og klonede isolater. For eksempel, Foxg1::venus mESCs (EB3-stammer; Danjo et al. 13) reagerer dårligt til denne protokol og Foxg1 induktion af DD12 er typisk om 1-2%. Af årsager, vi ikke helt forstår, producerer en anden Nkx2.1::mCherry:Lhx6::GFP dual reporter klon (såkaldte JQ59), der blev isoleret samtidigt som den linje, der er beskrevet i denne protoko…
The authors have nothing to disclose.
Vi er taknemmelige for Qing Xu for at udvikle Nkx2.1::mCherry:Lhx6:GFP dual reporter mESC linje som Jennifer Tyson, Asif Maroof og Tim Petros for deres tidlige arbejde på at udvikle denne protokol. Vi takker også CHOP flow flowcytometri kerne for teknisk bistand. Dette arbejde blev støttet af en NIH R01 MH066912 (SA) og F30 MH105045-02 (DT).
Bottle-top vacuum filter system | Corning | CLS430769 | |
Test Tube with Cell Strainer Snap Cap | ThermoFisher | Corning 352235 | |
Mouse embryonic fibroblasts (CF-1 MEF IRR 7M) | MTI-Globalstem | GSC-6101G | 1 vial of 7M MEFs is sufficient for four 10-cm TC plates. References: 29,35 |
FBS | Atlanta Biologicals | S11150H | |
Primocin | Invivogen | Ant-pm-2 | Also known as antimicrobial agent. Do not filter with base media — add after filtration. References: 9,11,36,37 |
N2 supplement-B | Stemcell Technologies | 7156 | Do not filter with base media — add after filtration |
Glutamax (100x) | ThermoFisher | 35050061 | Also known as L-alanine-L-glutamine. References: 9,11,38,39 |
KnockOut Serum Replacement (KSR) | ThermoFisher | 10828028 | Also known as serum-free medium supplement. References: 9,11 |
L-glutamine (100x) | ThermoFisher | 25030081 | |
MEM-NEAA (100x) | ThermoFisher | 11140050 | |
2-Mercaptoethanol | ThermoFisher | 21985023 | |
KnockOut DMEM | ThermoFisher | 10829018 | Also known as non-glutamine containing DMEM. References: 9,11 |
Hyclone FBS | VWR | 82013-578 | Also known as stem cell grade FBS. References: 9,11 |
Tissue culture treated dish (10cm) | BD Falcon | 353003 | |
Non-adherent sterile petri dish (10cm) | VWR | 25384-342 | |
Leukemia inhibitory factor (mLIF) | Chemicon | ESG1107 | Do not freeze, store at 4'C. References: 9,11 |
DMEM/F12 | ThermoFisher | 11330032 | |
0.1% Gelatin Solution | ATCC | ATCC PCS-999-027 | |
Laminin | Sigma | L2020 | |
Poly-L-lysine | Sigma | P6282 | |
Trypsin-EDTA (0.05%) | ThermoFisher | 25300054 | |
Accutase | ThermoFisher | A1110501 | Also known as non-trypsin containing cell dissociation reagent. References: 9,11 |
RQ1 RNase-Free DNase | Promega | M610A | |
LDN-193189 | Stemgent | 04-0074 | Resuspend in DMSO and store at -80'C in single use aliquots |
XAV939 | Stemgent | 04-0046 | Resuspend in DMSO and store at -80'C in single use aliquots |
rhFGF-2 | R&D Systems | 233-FB | Resuspend in PBS with 0.1% BSA and store at -80'C in single use aliquots |
rhIGF-2 | R&D Systems | 291-G1 | Resuspend in PBS with 0.1% BSA and store at -80'C in single use aliquots |
ROCK inhibitor (Y-27632) | Tocris | 1254 | Resuspend in DMSO and store at -80'C in single use aliquots |
Smoothened agonist (SAG) | Millipore | 566660-1MG | Resuspend in H20 and store at -80'C in single use aliquots |
rm Sonic Hedgehog/SHH | R&D Systems | 464-SH-025 | Resuspend in PBS with 0.1% BSA and store at -80'C in single use aliquots |
PKCζ Pseudosubstrate Inhibitor, Myristoylated | EMD Millipore | 539624 | Resuspend in H20 and store at -80'C in single use aliquots |