Summary

Lineage-reprogramação de células pericyte derivados do Adulto Cérebro Humano em neurônios induzidos

Published: May 12, 2014
doi:

Summary

Segmentação células cerebrais residente linhagem-reprogramação direta oferece novas perspectivas de reparação do cérebro. Aqui nós descrevemos um protocolo de como preparar culturas enriquecido para pericitos cerebrais residente do córtex cerebral humano adulto e convertê-las em neurônios induzidos pela expressão mediada por retrovírus de fatores de transcrição Sox2 e Ascl1.

Abstract

Direto linhagem-reprogramação de células não-neuronais em neurônios induzidos (INS) pode fornecer insights sobre os mecanismos moleculares subjacentes a neurogênese e permitir novas estratégias de modelagem in vitro ou a reparar o cérebro doente. Identificar os tipos de células não-neuronais do cérebro residente passíveis de conversão direta em iNs pode permitir o lançamento de uma tal abordagem in situ, ou seja, dentro do tecido cerebral danificado. Aqui, descrevemos um protocolo desenvolvido na tentativa de identificar células derivadas de cérebro humano adulto que cumprir esta premissa. Este protocolo envolve: (1) a cultura de células humanas a partir do córtex cerebral obtido a partir de biópsias de cérebro humano adulto; (2) a expansão in vitro (aproximadamente exigindo 2-4 semanas) e a caracterização da cultura, por imunocitoquímica e citometria de fluxo; (3) o enriquecimento de células activadas por fluorescência (FACS) utilizando anticorpos anti-PDGF receptor β e os anticorpos anti-CD146;(4) a transdução mediada por retrovírus com a transcrição neurogénica factores sox2 e ascl1; (5) e, finalmente, a caracterização dos neurónios resultantes derivados de pericitos induzidas (PdiNs) por imunocitoquímica (14 dias a 8 semanas após a transdução retroviral). Nesta fase, ins podem ser sondado por suas propriedades elétricas por gravação patch-clamp. Este protocolo fornece um procedimento altamente reprodutível para a conversão linhagem in vitro de pericitos cerebrais residente em iNs humanos funcionais.

Introduction

Ao contrário de reprogramação de células somáticas em células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), que por sua vez são dotados de uma infinidade de potenciais de diferenciação, reprogramação direta visa a conversão direta de um tipo específico de célula para outra. No que diz respeito à sua aplicação no contexto de modelagem de doenças e terapias baseadas em células potenciais, ambas as abordagens de reprogramação têm vantagens e desvantagens específicas. Reprogramação em iPSCs (i) fornece uma fonte virtualmente infinita de células; (Ii) permite a engenharia genética; (Iii) dota com um potencial de diferenciação quase ilimitada. No entanto, as principais desvantagens de iPSCs implicar o risco de tumorigenicidade das células indiferenciadas (formação de teratoma, in vivo) e a necessidade de cultivo ex vivo e subsequente transplante se estas células são para ser utilizadas para as terapias à base de células. Por outro lado, a linhagem-reprogramação directa é limitada pelo baixo rendimento das células desejadaso que se correlaciona directamente com o número de células alvo a partir da população, mas possui a vantagem de que as células da linhagem reprogramado parecem apresentar qualquer risco tumorigénico mediante transplante 1,2; Além disso, a reprogramação directa pode mesmo ser alcançado in situ, ou seja, dentro do órgão onde seriam necessários estas células, evitando assim a necessidade de transplante.

Com isto em mente, o nosso laboratório tem buscado a possibilidade de células cerebrais residente reprogramação de linhagem em iNs como uma nova abordagem para terapias à base de células de doenças neurodegenerativas. As células do cérebro residente que pode ser potencialmente considerados alvos celulares para linhagem-reprogramação compreendem diferentes tipos de macroglia (astrócitos, células NG2 e oligodendrócitos), microglia e células-associados microvasos (células endoteliais e pericitos). Temos estudado extensivamente o potencial de reprogramação in vitro de astroglia da cor cerebraltex de início de ratos pós-natal 3-5. Em busca de fontes de células semelhante adequados para linhagem-reprogramação direta no cérebro humano adulto, encontramos uma população de células que podem ser reprogramadas com sucesso em ins e marcas de exposição de pericitos. Aqui, descrevemos um protocolo de como a colheita destas células a partir de biópsias de cérebro de seres humanos adultos, para expandir e enriquecer as células, in vitro, e, finalmente, reprogramar com êxito uma fração substancial destas células in vitro expandido (no intervalo de 25-30%) em ins. A reprogramação pode ser alcançado por co-expressão simultânea mediada por retrovírus de dois factores de transcrição, e sox2 ascl1. Estes PdiNs foram encontrados para adquirir a capacidade de ação repetitiva potencial de queima e de servir como alvos sinápticas para outros neurônios, indicando a sua capacidade de integração em redes neurais. Nosso protocolo fornece um procedimento simples para a conversão de isolamento e linhagem de pericitos cerebrais humanas adultas em Ins. </p>

Protocol

1. Isolamento e cultura de células adultas do cérebro humano Experimentos envolvendo tecido humano deve ser realizado em conformidade com todas as regulamentações governamentais e institucionais relevantes em relação ao uso de material humano para fins de pesquisa. O presente protocolo foi desenvolvido de acordo com a aprovação do comitê de ética da Faculdade de Medicina da LMU de Munique e consentimento informado por escrito de todos os pacientes. Este p…

Representative Results

O primeiro resultado deste protocolo após o estabelecimento com sucesso de uma cultura a partir de um espécime de adulto humano córtex cerebral consiste na identificação da composição da cultura celular. Imunocitoquímica para as proteínas específicas do tipo de célula, revela um elevado grau de heterogeneidade entre as culturas derivadas de uma amostra de pacientes diferentes (Figura 1A). Quantificada por citometria de fluxo, há sempre uma fracção substancial de células que expressam PDGF…

Discussion

O presente protocolo descreve a expansão in vitro e de enriquecimento de células derivadas de pericitos após isolamento a partir do córtex cerebral humano adulto e a posterior conversão em iNs por expressão mediada por retrovirus da transcrição neurogénica factores Sox2 e Ascl1. Tal proporciona um protocolo experimental de sistema in vitro para estudar a linhagem de conversão das células cerebrais residente em neurónios e células gliais, também, potencialmente, com o objectivo em mente qu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Somos gratos ao Dr. Magdalena Götz para ela de entrada durante o desenvolvimento deste protocolo. Agradecemos ao Dr. Marius Wernig (Universidade de Stanford) para generosamente nos fornecer a sequência codificante sox2. Estamos também muito gratos ao Dr. Alexandra Lepier para a produção de vírus. Este trabalho foi apoiado por subsídios da Deutsche Forschungsgemeinschaft (BE 4182/2-2) eo BMBF (01GN1009A) para BB, eo Estado Ministério de Ciências da Baviera, Investigação e das Artes para MK e BBCS recebeu financiamento da binacional SYSTHER- Instituto Virtual INREMOS (Ministérios Federal alemão e esloveno de Educação e Pesquisa) e da DFG (SFB 824).

Materials

anti-CD140b-PE BD Biosciences 558821 use 1:100
anti-CD146-FITC AbD Serotec MCA2141FT use 1:100
anti-CD13-FITC AbD Serotec MVA1270A488T use 1:100
anti-CD34-APC BD Biosciences 560940 use 1:100
anti-PDGFRβ Cell Signaling 3169S use 1:200
anti-CD146 Abcam Ab75769 use 1:400
anti-NG2 Millipore AB5320 use 1:400
anti-SMA Sigma-Aldrich A2547 use 1:400
anti-βIII-tubulin Sigma-Aldrich T8660 use 1:400
anti-MAP2 Sigma-Aldrich M4403 use 1:200
anti-GFAP Sigma-Aldrich G3893 use 1:600
anti-GFP Aves Labs GFP 10-20 use 1:1000
anti-RFP Chromotek 5F8 use 1:500
anti-S100β Sigma-Aldrich S2532 use 1:300
anti-NeuN Millipore MAB377 use 1:200
anti-GABA Sigma-Aldrich A2052 use 1:500
anti-Calretinin Millipore AB5054 use 1:500
anti-vGluT1 SYnaptic SYstems 135511 use 1:1000
Rat IgG1 isotype control FITC AbD Serotec 11-4301-81 use 1:100
Rat IgG1 isotype control PE AbD Serotec 12-4301-81 use 1:100
Rat IgG1 isotype control APC AbD Serotec 17-4301-81 use 1:100
TrypLE Invitrogen 12605-010
DMEM, high glucose, GlutaMAX Invitrogen 61965
B27 serum-free supplement Invitrogen 17504044
fetal calf serum Invitrogen 10106-169 perform heat inactivation by incubation at 56 °C for 30 min
Penicillin-Streptomycin Invitrogen 15140122
HBSS (Hanks Balanced Salt Solution) Invitrogen 24020-091
Dulbecco's PBS without CaCl2 and MgCl2 (D-PBS, 1×; Invitrogen, cat. no. 14190) Invitrogen 14190
HEPES  Sigma-Aldrich H3375
Poly-D-lysine hydrobromide (PDL) Sigma-Aldrich P0899
PFA (paraformaldehyde) Sigma-Aldrich P1648
Bovine serum albumin Sigma-Aldrich A9418
Triton X-100 Sigma-Aldrich T9284
DAPI (4′,6-Diamidin-2-phenylindole) dilactate Sigma-Aldrich 042M4005
Aqua-Poly/Mount Polysciences 18606-20
Polypropylene round-bottom tubes  BD Biosciences 352063
Polystyrene round-bottom tubes with cell-strainer cap  BD Biosciences 352235
24-well plates Orange Scientific 5530305
75 cm2 culture flasks Greiner Bio-One 658175
25 cm2 culture flasks Greiner Bio-One 690175
Disposable pipettes 10 ml Sarstedt #########
Glass Pasteur pipettes (150 mm) Fisherbrand FB50251
Glass coverslips 12 mm diameter Menzel CB00120RA1
Surgical disposable scalpels  B. Braun 5518083
Tissue culture dishes  Greiner Bio-One 633180
Conical tubes 15ml BD Biosciences 352095
Laminar flow hood
Centrifuge and swing-out rotor with adapters for 15 ml and 50 ml tubes Hettich Lab Technology 1406
Flow cytometry cell sorter: FACSAria l with FACSDiva software  BD Biosciences
Humified cell culture incubator Eppendorf Galaxy 170R
Wather bath at 37 °C
FACSFlow sheath fluid  BD Biosciences 342003
Epifluorescence microscope BX61 Olympus
Confocal microscope LSM710 Zeiss

References

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Cite This Article
Karow, M., Schichor, C., Beckervordersandforth, R., Berninger, B. Lineage-reprogramming of Pericyte-derived Cells of the Adult Human Brain into Induced Neurons. J. Vis. Exp. (87), e51433, doi:10.3791/51433 (2014).

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