تمايز الخلايا الجذعية الجنينية الماوس في السلائف إينتيرنيورون القشرية
Summary
ويصف هذا البروتوكول وسيلة لتوليد المتكفل إينتيرنيورون القشرية والسلائف الانقسامية بعد إينتيرنيورون من الخلايا الجذعية الجنينية الماوس استخدام أسلوب الهيئة لأحادي الطبقة امبريويد معدلة. سلائف موروث يمكن أن تستخدم في المختبر أو فلوريسسينتلي فرز وزرعها في اللحاء الوليد الجديد لدراسة تحديد مصير، أو المستخدمة في التطبيقات العلاجية.
Abstract
إينتيرنيورونس القشرية جابايرجيك هي عدد سكان غير متجانسة من الخلايا التي تلعب أدواراً حاسمة في تنظيم إنتاج الخلايا العصبية الهرمية ضادات، فضلا عن تزامن نواتج الفرق العصبية الهرمية. العجز في الدالة إينتيرنيورون قد تورطت في مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية، بما في ذلك مرض الفصام والتوحد، والصرع. اشتقاق إينتيرنيورونس القشرية من الخلايا الجذعية الجنينية لا يسمح للدراسة لتنميتها ووظيفة فحسب، بل يوفر نظرة ثاقبة الآليات الجزيئية الكامنة وراء الآلية المرضية للاضطرابات المتصلة إينتيرنيورون القشرية. وقد إينتيرنيورونس أيضا قدرة رائعة على البقاء على قيد الحياة والهجرة والاندماج في المضيف الدوائر القشرية بعد انتهاء الزرع، جعلها مرشحا مثاليا للاستخدام في العلاجات المستندة إلى الخلية. نقدم هنا، قابلة للتحجيم، ذات كفاءة عالية، وتعديل أسلوب الهيئة لأحادي الطبقة امبريويد للإعراب عن Nkx2.1 إينتيرنيورون المتكفل وذرياتهم من الخلايا الجذعية الجنينية الماوس (ميسكس). استخدام خط ©جميع مراسل مزدوج Nkx2.1::mCherry:Lhx6::GFP، Nkx2.1 موروث أو ذرياتهم الانقسامية بعد الإعراب عن Lhx6 يمكن معزولة عن طريق تنشيط fluorescence الخلية الفرز (نظام مراقبة الأصول الميدانية) وبعد ذلك، تستخدم في عدد من التطبيقات المتلقين للمعلومات. كما نقوم بتوفير أساليب لإثراء بارفالبومين (PV) أو سوماتوستاتين (SST) إينتيرنيورون الفرعية، التي قد تكون مفيدة لدراسة الجوانب لتحديد مصير أو للاستخدام في التطبيقات العلاجية التي ستستفيد من إينتيرنيورون إثراء الفريق الفرعي عمليات الزرع.
Introduction
في كل من الفئران والبشر، تقريبا نصف عدد جميع القشرية إينتيرنيورونس المثبطة (قطرية) تنشأ داخل بنية subcortical عابر المعروف نيافة ganglionic الآنسي (MGE)، حيث المتكفل نيوروبيثيليال من قطرية وغيرها من الخلايا العصبية الدبقية مجموعات فرعية تعبر عن عامل النسخ Nkx2.11،2. يتم تعريف مجموعات فرعية CIn أو الأنواع الفرعية المتقاطعة المورفولوجية، الكيميائية العصبية، والكهربية، وربط الخصائص3،4. قطرية المستمدة من MGE يمكن تجميعها في فئات فرعية معظمها غير متداخلة استناداً إلى التعبير عنها أما PV أو درجة حرارة سطح البحر، التعبير عن الذي يرتبط مع النزعات الكهربية واتصال خاص5. خلل إينتيرنيورونس، لا سيما تلك الموجودة في الفريق الفرعي الكهروضوئية، كان متورطا في عدة العصبية اضطرابات وأمراض6،7. والهدف العام لهذا الأسلوب إنتاج المستمدة من الخلايا الجذعية المتكفل الانقسامية والسلائف المهاجرة إثراء لمصير الكهروضوئية أو SST CIn لدراسة البيولوجيا إينتيرنيورون القشرية ولاستخدامها في العلاجات المستندة إلى الخلية.
قمنا بتطوير أسلوب للتحجيم، ذات كفاءة عالية للإعراب عن Nkx2.1 إينتيرنيورون المتكفل وذرياتهم من ميسكس. استخدام Nkx2.1::mCherry:Lhx6::GFP مراسل المزدوج مسك خط8، Nkx2.1 موروث أو يمكن معزولة عن طريق نظام مراقبة الأصول الميدانية ذرياتهم الانقسامية بعد الإعراب عن Lhx6 وبعد ذلك، تستخدم في عدد من التطبيقات المتلقين للمعلومات. عن طريق التلاعب في عدد من مسارات الإشارات، والمدة للثقافة، ووضع للخلايا، يمكننا الحصول على ملايين سلائف إينتيرنيورون المسمى فلوريسسينتلي مناسبة لمجموعة كبيرة من التطبيقات المتلقين للمعلومات.
وبالرغم من وجود عدة طرق أخرى لتوليد مثل MGE موروث من ميسكس9،10،11،12،،من1314، لدينا أسلوب، والذي يعتمد على Wnt خصم XAV-939، كفاءة خاصة في توليد Foxg1/Nkx2.1 المشترك معربا عن موروث تيلينسيفاليك. وباﻹضافة إلى ذلك، القدرة على تحديد إينتيرنيورون موروث أو ذرياتهم الانقسامية بعد الإعراب عن Lhx6 عن طريق نظامنا مراسل المزدوج، يعزز بشكل كبير قدرة على توليد فروعه المتميزة وذرياتهم.
Protocol
Representative Results
Discussion
بينما يكون هذا الأسلوب فعالة للغاية في الزخرفة المستمدة من J1 ميسكس (سكرك-1010)، شهدنا نجاح متغير مع خطوط مسك ويعزل الاستنساخ الأخرى. على سبيل المثال، Foxg1::venus ميسكس (EB3 المشتقة؛ دانجو et al. 13) الاستجابة ضعيفة لهذا البروتوكول وتحريض Foxg1 من DD12 عادة ما يقارب 1-2%. للأسباب التي لا نفهم …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن ممتنون “شو تشينغ” على تطوير Nkx2.1::mCherry:Lhx6:GFP مراسل المزدوج مسك خط فضلا عن تايسون جنيفر والتوقيع عاصف، وتروس تيم لعملهم في وقت مبكر في المساعدة على تطوير هذا البروتوكول. ونشكر أيضا ختم التدفق الخلوي الأساسية للمساعدة التقنية. أيد هذا العمل MH066912 R01 المعاهد الوطنية للصحة (SA) و F30 MH105045-02 (DT).
Materials
| 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 |
Referências
- Jones, E. G. The origins of cortical interneurons: mouse versus monkey and human. Cereb Cortex. 19, 1953-1956 (2009).
- Wonders, C. P., Anderson, S. A. The origin and specification of cortical interneurons. Nature reviews. Neuroscience. 7 (6), 687-696 (2006).
- Ascoli, G. A., et al. Petilla terminology: nomenclature of features of GABAergic interneurons of the cerebral cortex. Nature reviews. Neuroscience. 9, 557-568 (2008).
- DeFelipe, J., et al. New insights into the classification and nomenclature of cortical GABAergic interneurons. Nature reviews. Neuroscience. 14, 202-216 (2013).
- Xu, X., Roby, K. D., Callaway, E. M. Immunochemical characterization of inhibitory mouse cortical neurons: three chemically distinct classes of inhibitory cells. J Comp Neurol. 518, 389-404 (2010).
- Inan, M., Petros, T. J., Anderson, S. A. Losing your inhibition: Linking cortical GABAergic interneurons to schizophrenia. Neurobiol Dis. 53, 36-48 (2013).
- Benes, F. M., Berretta, S. GABAergic interneurons: implications for understanding schizophrenia and bipolar disorder. Neuropsychopharmacology. 25, 1-27 (2001).
- Tyson, J. A., Goldberg, E. M., Maroof, A. M., Petros, T. P., Anderson, S. A. Duration of culture and Sonic Hedgehog signaling differentially specify PV versus SST cortical interneuron fates from embryonic stem cells. Development. 142, 1267-1278 (2015).
- Au, E., et al. A modular gain-of-function approach to generate cortical interneuron subtypes from ES cells. Neuron. 80, 1145-1158 (2013).
- Petros, T. J., Maurer, C. W., Anderson, S. A. Enhanced derivation of mouse ESC-derived cortical interneurons by expression of Nkx2.1. Stem Cell Res. 11, 647-656 (2013).
- Cambray, S., et al. Activin induces cortical interneuron identity and differentiation in embryonic stem cell-derived telencephalic neural precursors. Nat Commun. 3, 841 (2012).
- Chen, Y. J., et al. Use of “MGE Enhancers” for Labeling and Selection of Embryonic Stem Cell-Derived Medial Ganglionic Eminence (MGE) Progenitors and Neurons. PloS one. 8, e61956 (2013).
- Danjo, T., et al. Subregional specification of embryonic stem cell-derived ventral telencephalic tissues by timed and combinatory treatment with extrinsic signals. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 31, 1919-1933 (2011).
- Watanabe, K., et al. Directed differentiation of telencephalic precursors from embryonic stem cells. Nat Neurosci. 8, 288-296 (2005).
- Tyson, J. A., et al. Duration of culture and sonic hedgehog signaling differentially specify PV versus SST cortical interneuron fates from embryonic stem cells. Development. 142, 1267-1278 (2015).
- Maroof, A. M., et al. Directed differentiation and functional maturation of cortical interneurons from human embryonic stem cells. Cell Stem Cell. 12, 559-572 (2013).
- Tischfield, D. J., Kim, J., Anderson, S. A. Atypical PKC and Notch Inhibition Differentially Modulate Cortical Interneuron Subclass Fate from Embryonic Stem Cells. Stem Cell Reports. 8, 1135-1143 (2017).
- Liodis, P., et al. Lhx6 activity is required for the normal migration and specification of cortical interneuron subtypes. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 27, 3078-3089 (2007).
- Du, T., Xu, Q., Ocbina, P. J., Anderson, S. A. NKX2.1 specifies cortical interneuron fate by activating Lhx6. Development. 135, 1559-1567 (2008).
- Marin, O., Anderson, S. A., Rubenstein, J. L. Origin and molecular specification of striatal interneurons. Journal of Neuroscience. 20, 6063-6076 (2000).
- Xu, Q., Wonders, C. P., Anderson, S. A. Sonic hedgehog maintains the identity of cortical interneuron progenitors in the ventral telencephalon. Development. 132, 4987-4998 (2005).
- Glickstein, S. B., Alexander, S., Ross, M. E. Differences in cyclin D2 and D1 protein expression distinguish forebrain progenitor subsets. Cereb Cortex. 17, 632-642 (2007).
- Petros, T. J., Bultje, R. S., Ross, M. E., Fishell, G., Anderson, S. A. Apical versus Basal Neurogenesis Directs Cortical Interneuron Subclass Fate. Cell Rep. 13, 1090-1095 (2015).
- Xu, Q., Tam, M., Anderson, S. A. Fate mapping Nkx2.1-lineage cells in the mouse telencephalon. J Comp Neurol. 506, 16-29 (2008).
- Wonders, C. P., et al. A spatial bias for the origins of interneuron subgroups within the medial ganglionic eminence. Dev Biol. 314, 127-136 (2008).
- Inan, M., Welagen, J., Anderson, S. A. Spatial and temporal bias in the mitotic origins of somatostatin- and parvalbumin-expressing interneuron subgroups and the chandelier subtype in the medial ganglionic eminence. Cereb Cortex. 22, 820-827 (2012).
- Flames, N., et al. Delineation of multiple subpallial progenitor domains by the combinatorial expression of transcriptional codes. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 27, 9682-9695 (2007).
- Fogarty, M., et al. Spatial genetic patterning of the embryonic neuroepithelium generates GABAergic interneuron diversity in the adult cortex. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 27, 10935-10946 (2007).
- Eiraku, M., et al. Self-organized formation of polarized cortical tissues from ESCs and its active manipulation by extrinsic signals. Cell Stem Cell. 3, 519-532 (2008).
- Colasante, G., et al. Rapid Conversion of Fibroblasts into Functional Forebrain GABAergic Interneurons by Direct Genetic Reprogramming. Cell Stem Cell. 17, 719-734 (2015).
- Xu, Q., Cobos, I., De La Cruz, E., Rubenstein, J. L., Anderson, S. A. Origins of cortical interneuron subtypes. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 24, 2612-2622 (2004).
- Southwell, D. G., et al. Interneurons from embryonic development to cell-based therapy. Science. 344, 1240622 (2014).
- Tyson, J. A., Anderson, S. A. GABAergic interneuron transplants to study development and treat disease. Trends Neurosci. 37, 169-177 (2014).
- Donegan, J. J., et al. Stem cell-derived interneuron transplants as a treatment for schizophrenia: preclinical validation in a rodent model. Mol Psychiatry. , (2016).
- Deglincerti, A., et al. Self-organization of human embryonic stem cells on micropatterns. Nat Protoc. 11, 2223-2232 (2016).
- Chambers, S. M., et al. Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling. Nat Biotechnol. 27, 275-280 (2009).
- Wang, J., et al. Isolation and cultivation of naive-like human pluripotent stem cells based on HERVH expression. Nat Protoc. 11, 327-346 (2016).
- Zeltner, N., et al. Capturing the biology of disease severity in a PSC-based model of familial dysautonomia. Nat Med. 22, 1421-1427 (2016).
- Blahos, J., et al. A novel site on the Galpha -protein that recognizes heptahelical receptors. J Biol Chem. 276, 3262-3269 (2001).
