הגירה, כימותרפיה-אטרקציה, ושיתוף התרבות Assays בשביל הגזע האנושי תאים הנגזרת האנדותל והנוירונים
Summary
אנו מציגים שלושה פשוטים מחוץ לגוף הרחב, שיטת ההגירה למרחקים ארוכים, שיטת ההגירה של תרבות השיתוף, והטיפול בטיפול בכימותרפיה-הערכת באופן קולקטיבי את התפקודים של תאי גזע אנושיים שמקורם בתאים אנדותקיים וה אינטראקציה עם האינטרנוירונים הבינכולינרגיות.
Abstract
תפקידה של ואסילטורה המוח בפיתוח מערכת העצבים והאטיולוגיה של הפרעות במוח הוא צובר יותר ויותר תשומת לב. המחקרים האחרונים שלנו זיהו אוכלוסייה מיוחדת של תאים כלי דם, תאי האנדותל החדרית, כי לשחק תפקיד קריטי בהגירה והפצה של האינטרנוירונים במוח הקדמי של GABAergic במהלך פיתוח עובריים. זה, ביחד עם הפונקציות האוטונומיות שלהם הסלולר, מרמז על תפקידים חדשניים של תאי המוח הנוירותל בפתולוגיה של הפרעות נפשיות כמו סכיזופרניה, אפילפסיה, ואוטיזם. כאן, תיארנו שלושה שונים בתוך מבחנה מחוץ לספר כי באופן קולקטיבי להעריך את הפונקציות של תאי האנדותל החדרית והאינטראקציה שלהם עם משולבת GABAergic. השימוש באלה אומר, במיוחד בהקשר אנושי, יאפשר לנו לזהות את הקשר בין תאי האנדותל החדרית והפרעות במוח. מאמר זה הם פשוט, עלות נמוכה, הניתנים לצפיה, וניתן להתאים בקלות לכל סוג תא חסיד.
Introduction
תאי האנדותל יוצרים את הציפוי של כלי הדם ומתווכים בתפקודים חשובים הכוללים תחזוקה של חדירות הקיר, רגולציה של זרימת הדם, צבירת טסיות דם והיווצרות כלי דם חדשים. במוח, תאי האנדותל מהווים חלק ממכשול מוחי קריטי ששולט בחוזקה על חילופי חומרים בין המוח לבין מחזור הדם1. המחקרים שלנו בעשור האחרון זיהו תפקידים נוירוגניים הרומן של תאים אנדותל המוח כי יש השלכות משמעותיות על התפתחות המוח והתנהגות2,3,4,5. הראינו כי העכבר מתחלקים מראש המוח הוא vascularized על ידי שני סוגי המשנה ברורים של כלי, כלי הקיבול ואת כלי הקיבול, כי שונים באנטומיה, מקור, ופרופיל התפתחותי2. תאים אנדותל בטנה תת אלה שני כלי הקיבול להראות הבדלים שונים פרופילים גנים שלהם ביטוי. בעוד בתאי האנדותל המהירה ביותר לבטא גנים הקשורים דלקת ותגובה חיסונית, תאים אנדותל המוח מועשר באופן ייחודי ביטוי של גנים הקשורים בדרך כלל נוירוגנזה, הגירה עצבית, כימוטווניות, ו אקסון הדרכה3. תאים המוח הבין-חדרית גם הבית הספר מסלול מאותת הרומן, כי הוא נבדל מתוך מסורתית עצביים המסורתית נגבה מסלול5. במקביל עם הביטוי הגנטי שלה, תאי האנדותל החדרית נמצאו כדי לווסת הגירה והפצה של הביננוירונים GABAergic בקליפת המוח המתפתח. במהלך פיתוח עובריים, תאי האנדותל החדרית עוברים הגירה למרחקים ארוכים לאורך מעבר-הדרגתי של הבנגאני-על כדי להקים את רשת כלי הדם הפריחדרית2,3. מסלול נדידה זה משתקף יום מאוחר יותר על ידי האינטרנוירונים. הגירה האינטרנוירונים אינטראקציה גופנית עם הרשת מראש בנוי כלי דם periventricular ולהשתמש בו כמו מחבל להגיע ליעד הסופי שלהם בקליפת המוח. בנוסף למשחק כמצע פיזי, תאי האנדותל החדרית משמשים כמקור לאותות הניווט לצורך העברת נוירונים. מדריכי הגירה של התאים הבין-מנחים להגירה ומסדיר את דפוסי ההפצה הסופיים4. פגמים בהגירה והפצה משויכים להפרעות נוירופסיכיאטריות כגון אוטיזם, אפילפסיה, סכיזופרניה ודיכאון6,7,8,9,10. לכן, לימוד של פונקציות תא אנדותל המוח והשפעתם על הגירה הבין-תאית בהקשר האנושי הופך קריטי לטיפול בפתוגנזה של הפרעות אלה.
יצרנו תאים אנושיים בעלי כדוריות המוח האנטי-חדרית מתאי גזע עובריים אנושיים במעבדה שלנו11, באמצעות תא גזע המושרה pluriפוטנטי (ipsc) טכנולוגיה12,13. כדי לאמת אם תאי הגוף האנושי הפריבאלי מחקים בנאמנות את תאי האנטי-בתים של העכבר, ועל מנת לאמוד את השפעתם על הגירה בין-חדרית, פיתחנו שלושה בתוך מבחנה: שיטת הגירה ארוכת שנים, שיטת הגירה של תרבות שותפה, ושיטת הכימותרפיה-אטרקציה. כאן אנו מתארים פרוטוקולים עבור אלה שאומר בפרוטרוט. כל שלושת התוספות מבוססים על השימוש בתוספים לתרבות הסיליקון כדי ליצור טלאי מלבני קטן של תאים (של ממדים קבועים) מוקפים בשטח נטול תאים. מרחק ההעברה מוערך על-ידי מדידת המרחק בין המיקומים הסופיים של תאים מהגבול של התיקון המלבני שהותווה ביום 0. בתוך שיטת ההגירה ארוכת הטווח, תאי האנדותל האנושיים הקיימים מתפעינים כטלאי במרכז המנה 35 מ”מ, והמרחקים שבהם התאים מחושבים במשך זמן ארוך. בשנת שיתוף תרבות הגירה התיקון, תאים אנושיים המוח האנושי שיתוף הזרע עם interneurons אנושיים כמו תיקון אחד בצלחת 35 mm. התקנה זו מאפשרת בדיקה של ההשפעה של אינטראקציות פיזיות ישירות של שני סוגי תאים אלה על שיעור ההגירה של האינטרנוירונים. שיטת הכימותרפיה-אטרקציה מודדת את הגירה של האינטרנוירונים בתגובה לרמזים אטרקטיביים לכימותרפיה המופרשים על-ידי תאי האנדותל האנושיים. האינטרנוירונים הם שנזרע כטלאי מלבני, עם תאי האדם הפריתאלי האנושי ושליטה בתאי האנדותל שאינם הפריקיים שנזרע כטלאים בגודל דומה בכל צד. כל אחד מתיקוני התא מופרדים על-ידי פער ללא תא של 500 μm. תגובה של האינטרנוירונים מוערך על ידי כימות מספר התאים שהועברו לעבר תאים אנדותל החדרית לעומת שליטה בתאי אנדותל שאינם הפריחדרית.
הספק האלה מספקים הערכה איתנה של פונקציות התא האנושי הפריציאלי והשפעתם על הגירה בין-תאית. כיוונון הרומן של שיטת העברת היקף ושיתוף תרבות בינעירוניות מספק שטח פנוי לתא בטווח סנטימטרים (~ 1-1.5 ס מ) כדי לאפשר זיהוי של הגירה למרחקים ארוכים. סיכום של התכונות של בחני שלנו לעומת הפופולרי אחרים בחני מוצגת בטבלה 1. באופן קולקטיבי, בחני המתואר כאן ישמש פלטפורמה להערכת “חולה” תאים אנדותל המוח הביננוירונים שנוצר מ iPSCs של הפרעות בראש כמו סכיזופרניה, אוטיזם או אפילפסיה. מספר זה יכול לשמש גם כדי לקבוע כיצד תנאים שונים (למשל, מעכבי, ליגנדס, RNAi) משפיעים על העברת תאים. לבסוף, מספר זה יכול להיות ממוטב עבור סוגי תאים אחרים כדי למדוד הגירה למרחקים ארוכים, כימותרפיה-הגירה או תא התא ההגירה מתווכת.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן, תיארנו שלושה בתוך מבחנה שאומרת שביחד מספקים הערכה כמותית של המאפיינים הייחודיים לתא האנושי. מאמר זה יהיה בעל ערך בהשגת תובנות מכניסטיות לאינטראקציה של תאים אנושיים המוח האנושי עם האינטרנוירונים האנושיים. ניסויים באמצעות ליגרים, מעכבי, או תאים עם האתר הספציפי של הגן או ביטוי יתר יזהה …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי פרסים מן המכון הלאומי לבריאות הנפש (R01MH110438) והמכון הלאומי של הפרעות נוירולוגיות שבץ (R01NS100808) ל AV.
Materials
| Accutase dissociation solution | Millipore Sigma | SCR005 | Cell dissociation solution (for periventricular endothelial cells, step 1.4) |
| Anti-human β-Tubulin antibody | Biolegend | 802001 | |
| Anti-human CD31 antibody | Millipore Sigma | CBL468 | |
| Anti- MAP2 antibody | Neuromics | CH22103 | |
| Anti-active Caspase 3 antibody | Millipore Sigma | AB3623 | |
| Control human endothelial cells | Cellular Dynamics | R1022 | |
| Control endothelial Cells Medium Supplement | Cellular Dynamics | M1019 | |
| Cryogenic vials | Fisher Scientific | 03-337-7Y | |
| DMEMF/12 medium | Thermofisher Scientific | 11320033 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| E6 medium | Thermofisher Scientific | A1516401 | |
| FGF2 | Thermofisher Scientific | PHG0261 | |
| Fibronectin | Thermofisher Scientific | 33016-015 | |
| Freezing Container | Thermofisher Scientific | 5100 | |
| GABA | Sigma-Aldrich | A2129 | |
| Hemacytometer | Sigma-Aldrich | Z359629 | |
| Human GABAergic neurons | Cellular Dynamics | R1013 | |
| Human GABAergic neurons base medium | Cellular Dynamics | M1010 | |
| Human GABAergic neuron Neural supplement | Cellular Dynamics | M1032 | |
| Laminin | Sigma | L2020 | |
| Matrigel | Corning | 356230 | Basement membrane matrix |
| Mounting Medium | Vector laboratories | H-1200 | |
| poly-L-ornithin | Sigma | p4957 | |
| PBS | Thermofisher Scientific | 14190 | |
| Trypan blue | Thermofisher Scientific | 15250061 | |
| TrypLE | Thermofisher Scientific | 12563011 | Cell dissociation solution (for GABAergic interneurons and endothelial cells, sections 3 and 4) |
| VEGF-A | Peprotech | 100-20 | |
| VascuLife VEGF Medium Complete Kit | Lifeline Cell Technologies | LL-0003 | Component of control human endothelial cell medium |
| 2-well silicone culture-Insert | ibidi | 80209 | |
| 3-well silicone culture-Insert | ibidi | 80369 | |
| 35 mm dish | Corning | 430165 | |
| 15-ml conical tube | Fisher Scientific | 07-200-886 | |
| 4% PFA solution | Fisher Scientific | AAJ19943K2 | |
| 6-well tissue culture plate | Fisher Scientific | 14-832-11 | |
| Inverted phase contrast microscope | Zeiss | Zeiss Axiovert 40C | |
| Fluorescent microscope | Olympus | FSX-100 |
References
- Sweeney, M. D., Zhao, Z., Montagne, A., Nelson, A. R., Zlokovic, B. V. Blood-Brain Barrier: From Physiology to Disease and Back. Physiological Reviews. 99 (1), 21-78 (2019).
- Vasudevan, A., Long, J. E., Crandall, J. E., Rubenstein, J. L., Bhide, P. G. Compartment-specific transcription factors orchestrate angiogenesis gradients in the embryonic brain. Nature Neuroscience. 11 (4), 429-439 (2008).
- Won, C., et al. Autonomous vascular networks synchronize GABA neuron migration in the embryonic forebrain. Nature Communications. 4, 2149 (2013).
- Li, S., Haigh, K., Haigh, J. J., Vasudevan, A. Endothelial VEGF sculpts cortical cytoarchitecture. The Journal of Neuroscience. 33 (37), 14809-14815 (2013).
- Li, S., et al. Endothelial cell-derived GABA signaling modulates neuronal migration and postnatal behavior. Cell Research. 28 (2), 221-248 (2018).
- Lewis, D. A., Levitt, P. Schizophrenia as a disorder of neurodevelopment. Annual Review of Neuroscience. 25, 409-432 (2002).
- Lewis, D. A., Hashimoto, T., Volk, D. W. Cortical inhibitory neurons and schizophrenia. Nature Reviews Neuroscience. 6 (4), 312-324 (2005).
- Marin, O. Interneuron dysfunction in psychiatric disorders. Nature Reviews Neuroscience. 13 (2), 107-120 (2012).
- Levitt, P., Eagleson, K. L., Powell, E. M. Regulation of neocortical interneuron development and the implications for neurodevelopmental disorders. Trends in Neurosciences. 27 (7), 400-406 (2004).
- Treiman, D. M. GABAergic mechanisms in epilepsy. Epilepsia. 42 (3), 8-12 (2001).
- Datta, D., Subburaju, S., Kaye, S., Vasudevan, A. Human forebrain endothelial cells for cell-based therapy of neuropsychiatric disorders. Proceedings of 22nd Biennial Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience. , (2018).
- Bellin, M., Marchetto, M. C., Gage, F. H., Mummery, C. L. Induced pluripotent stem cells: the new patient?. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 13 (11), 713-726 (2012).
- Ardhanareeswaran, K., Mariani, J., Coppola, G., Abyzov, A., Vaccarino, F. M. Human induced pluripotent stem cells for modelling neurodevelopmental disorders. Nature Reviews Neurology. 13 (5), 265-278 (2017).
- Stubbs, D., et al. Neurovascular congruence during cerebral cortical development. Cerebral Cortex. 19 (1), 32-41 (2009).
- Vissapragada, R., et al. Bidirectional crosstalk between periventricular endothelial cells and neural progenitor cells promotes the formation of a neurovascular unit. Brain Research. 1565, 8-17 (2014).
- JoVE Science Education Database. Cell Biology. The Transwell Migration Assay. Journal of Visualized Experiments. , (2019).
- Renaud, J., Martinovic, M. G. Development of an insert co-culture system of two cellular types in the absence of cell-cell contact. Journal of Visualized Experiments. 113, e54356 (2016).
- Guan, J. L. In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro. Nature Protocols. 2 (2), 329-333 (2007).
- Nelson, R. D., Quie, P. G., Simmons, R. L. Chemotaxis under agarose: a new and simple method for measuring chemotaxis and spontaneous migration of human polymorphonuclear leukocytes and monocytes. The Journal of Immunology. 115 (6), 1650-1656 (1975).
- Zigmond, S. H. Ability of polymorphonuclear leukocytes to orient in gradients of chemotactic factors. Journal of Cell Biology. 75 (2), 606-616 (1977).
- Zicha, D., Dunn, G., Jones, G. Analyzing chemotaxis using the Dunn direct-viewing chamber. Methods in Molecular Biology. 75, 449-457 (1997).
- Kim, B. J., Wu, M. Microfluidics for mammalian cell chemotaxis. Annals of Biomedical Engineering. 40 (6), 1316-1327 (2012).
