With the intent of characterizing changes in miRNAs on differentiated human neural stem cells (hNSCs) we describe hNSC differentiation on a three dimensional system,the evaluation of changes in microRNA expression by miRNA PCR array, and computational analysis for miRNA target prediction and its validation by dual luciferase assay.
Le cellule staminali neurali (NSC) sono in grado di auto-rinnovamento e la differenziazione in neuroni, astrociti e oligodendrociti sotto specifici microambienti locali. Qui, vi presentiamo una serie di metodi utilizzati per tridimensionale (3D) la differenziazione e l'analisi miRNA di una cellula staminale neurale umana (hNSC) linea clonale, attualmente in studi clinici per la disabilità ictus (NCT01151124 e NCT02117635, Clinicaltrials.gov). HNSCs sono stati ricavati da un etico approvato primo trimestre corteccia fetale umano e condizionale immortalati con integrazione retrovirale di una singola copia del c-mycER TAM costruire. Descriviamo come misurare processo assonale di hNSCs differenziati sulle impalcature 3D e come quantificare i cambiamenti associati nella espressione dei miRNA con matrice PCR. Inoltre rappresentiamo analisi computazionale, con l'obiettivo di selezionare miRNA target putativi. SOX5 e NR4A3 sono stati identificati come idonei bersaglio putativo miRNA di selezionati in modo significativo down-regolanod miRNA in hNSC differenziata. Validazione del target Mirna è stata effettuata su SOX5 e NR4A3 3'UTRs da dual trasfezione plasmide reporter e doppio test luciferasi.
La ricerca sulle cellule staminali ha un ruolo centrale nella medicina rigenerativa, che si estende anche le discipline di ingegneria dei tessuti, biologia cellulare dello sviluppo, terapie cellulari, terapia genica, e biomateriali (scaffold e matrici). Le cellule staminali sono importanti sia in organo riparazione dei tessuti Sviluppoe; capire come le cellule staminali funzionano è fondamentale per lo sviluppo di trattamenti a base di cellule staminali nuovo 1. CTX0E03 è un clonale, cellule staminali neurali umane condizionalmente immortalato (hNSC) Linea 2 isolati dal primo trimestre corteccia fetale umano. CTX0E03 ha definito le caratteristiche di qualità che sono essenziali per il settore bancario cella clinica in buone pratiche di fabbricazione (GMP) 3. HNSCs possono differenziarsi spontaneamente in neuroni, glia, e oligodendrociti e hanno dimostrato di migliorare i deficit neurologici quando trapiantati in un modello di roditore di focale ischemia 2,4,5. Il CTX0E03 hNSCs sono attualmente in studi clinici per l'ictus Disabillità (NCT01151124 6 e NCT02117635, Clinicaltrials.gov).
MiRNA hanno una media di 22 nucleotidi di lunghezza e hanno dimostrato molecole regolatrici 7, non codificano proteine, ma piuttosto legare 3 prime untranslated regione (3'UTR) di mRNA, regolando la loro stabilità e la traduzione in proteine. MiRNA sono segnalati per partecipare alla regolamentazione di un certo numero di processi cellulari, tra cui lo sviluppo, la proliferazione e la differenziazione 8. Molti miRNA sono stati implicati nella regolazione del destino e la specifica delle cellule staminali neurali 9.
In bidimensionale (2D) cultura ambiente standard complessità dell'ambiente in vivo non corrisponde, e quindi l'induzione e regolazione di hNSC differenziazione non è ottimale. In vivo, le cellule sono circondate da un tridimensionale (3D) microambiente tre composta da altri cellule e ligandi extracellulari, tra cui moltitipi di collagene, laminina, e altre proteine della matrice (matrice extracellulare, ECM). Hanno riferito Studi precedenti che la topografia architettonica dei materiali che mimano ECM e il loro fenotipo cellulare geometria influenza e il destino 10-15. Un certo numero di commercialmente disponibili scaffold 3D sono disponibili; abbiamo usato un ponteggio polistirene altamente porosa progettato con un'architettura ben definita ed uniforme in una membrana di spessore 200 micron che fornisce uno spazio 3D in cui le cellule possono invadere e differenziarsi 16-18.
Ivi saggi di differenziazione 2D e 3D sono utilizzati per valutare axonprocess escrescenza. Inoltre, si descrive un metodo per profilare l'espressione miRNA di una linea di grado hNSC clinica per studiare ulteriormente gli effetti dei miRNA sulla sua differenziazione. I metodi qui illustrati sono basati su quelli originariamente descritti in 19.
Lo sviluppo di nuovi test in vitro per valutare e migliorare la differenziazione delle cellule staminali ha sempre rappresentato una sfida per lo studio delle loro funzionalità e capacità terapeutiche. A lungo termine e l'attaccamento stabile di hNSCs, necessaria per lo sviluppo di un robusto 3D in vitro la differenziazione, è stata affrontata analizzando diversi substrati 3D con caratteristiche diverse in termini di materiali e strutture. Come parte dello sviluppo test abbiamo anche valutato concentrazione ottimale di semina cellulare e identificato l'obbligo per i ponteggi da laminina rivestite. Sebbene i nostri hNSCs possono differenziarsi spontaneamente upon 4-OHT e il fattore di crescita di rimozione, l'implementazione di un sistema di coltura 3D mostrato un miglioramento significativo nella loro capacità di differenziazione come misurato da assonale processo rispetto a hNSCs 2D differenziato standard.
Per studiare l'effetto di differe 3D indottantiation sull'espressione hNSC miRNA abbiamo usato un array di PCR. Rispetto ai chip di microarray standard di matrice PCR offre i vantaggi di una quantificazione diretta e validazione di miRNA di interesse. Sebbene l'array PCR è limitata in termini di numero totale di miRNA per elemento, per esempio qui meno di 96, può essere adattato per includere specificamente miRNA di interesse, nel nostro caso precedentemente riportato nello sviluppo delle cellule staminali. L'espressione del pathway concentrata miRNA è stata profilata in 3D e 2D hNSCs differenziati rispetto a hNSCs indifferenziati. I più significativamente down-regolato miRNA sono stati selezionati e analizzati per valutare i loro presunti mRNA bersaglio con l'intento di determinare la loro funzionalità e interpretazione biologica mediante algoritmi disponibili online (DIANA Lab, PicTar, e TargetScans).
Un singolo miRNA può riconoscere centinaia di obiettivi e per questo motivo abbiamo convalidato interazioni miRNA con 3 'UTR mRNAsthat possono essere candidati idonei in unregolazione xonal. NR4A3, un obiettivo della HSA-miR-7, e miR-17 famiglie, è un membro della famiglia dei recettori nucleari NR4A che, a seconda del loro livello di espressione, sono coinvolti nella differenziazione, sopravvivenza, apoptosi e la regolamentazione del assone ippocampale guida 26. Analogamente SOX5, un obiettivo di HSA-miR-96, è segnalato per controllare la progressione del ciclo cellulare in progenitori neurali 27 lunghezza assone 28, migrazione, differenziazione post-migratori, e proiezioni di neuroni 29. Sia SOX5 e NR4A3 sono stati identificati come bersaglio mRNA diretta di HSA-miR-96, e HSA-miR-7 e 17, rispettivamente, dal doppio saggi luciferasi giornalista. Doppia luciferasi (lucciola e Renilla) si basa su due differenti geni reporter nella stessa plasmid e offre un sistema perfezionato che consente di normalizzazione per effetti causati dalla trasfezione subottimale e effetti citotossici rispetto ad un unico sistema plasmide luciferasi. Come parte del nostro sviluppo test abbiamo anche ottimizzato il nostro trasfezione conditions per ottenere un'elevata efficienza.
Il protocolsdescribed qui può essere sfruttata per ottimizzare ulteriormente e caratterizzare la differenziazione in vitro hNSC che possono beimplemented protocolli intransplantation per gli studi pre-clinici e future applicazioni cliniche.
The authors have nothing to disclose.
Riconosciamo Julie Heward per aiutare nella preparazione di hNSCs, e Lavaniya Thanabalasundaram per il suo supporto tecnico con HeLa coltura e trasfezione.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
DMEM:F12 | Invitrogen | 21331-020 | For RMM medium preparation |
Human Albumin Solution | Baxter health care limited | 1501052 | For RMM medium used at a final concentration of 0.03% |
Transferrin, Human recombinant | Sigma | T8158 | For RMM medium used at a final concentration of 5 µg/ml |
Putrescine DiHCl | Sigma | P5780 | For RMM medium used at a final concentration of 16.2 µg/ml |
Insulin, Human recombinant | Sigma | I9278 | For RMM medium used at a final concentration of 5 µg/ml |
Progesterone | Sigma | P6149 | For RMM medium used at a final concentration of 60 ng/ml |
L-Glutamine | Invitrogen | 25030-24 | For RMM medium used at a final concentration of 2 mM |
Sodium Selenite | Sigma | S9133 | For RMM medium used at a final concentration of 40 ng/ml |
bFGF | Peprotech | AF-100-15 | To be added to RMM medium, used at a final concentration of 10 ng/ml |
EGF | Peprotech | AF-100-188 | To be added to RMM medium, used at a final concentration of 20 ng/ml |
4-OHT | Sigma | H7904 | To be added to RMM medium, used at a final concentration of 100 nM |
Laminin | AMS Biotech | 3400-010-10 | |
TrypZean/EDTA | Lonza | BE02-034E | |
Water for irrigation | Baxter Healthcare | UKF7114 | |
Defined Trypsin Inhibitor (DTI) (store -20°C) | Invitrogen | R007-100 | |
Alvetex 12 well plate | Reinnervate Ltd | AVP002 | |
Ethanol | Merck | 1.00986.1000 | |
βIII tubulin antibody | Sigma | T8660 | |
Hoechst | Sigma | B2261 | |
miRNeasy mini kit | Qiagen | 217004 | |
RNase free DNase | Qiagen | 79254 | |
Chloroform | Sigma | C7559-5VL | |
miScript II RT Kit | Qiagen | 218160 | |
SYBR green PCR kit | Qiagen | 218073 | |
Cell Development & Differentiation miScript miRNA PCR Array | Qiagen/ SABiosciences | MIHS-103Z | |
Lightcycler 480 white 96 plate | Roche | 4729692001 | |
Lightcycler 480 sealing foil | Roche | 4729757001 | |
Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-027 | |
Vector NR4A3 miRNA 3' UTR target clones | GeneCopeia | HmiT019538-MT0 | |
Vector SOX5 miRNA 3' UTR target clones | GeneCopeia | HmiT017632-MT01 | |
Allstars negative control siRNA AF 488 (Qiagen). | Qiagen | 1027284 | MiRNA transfection control |
Luc-Pair miR Luciferase Assay | GeneCopeia | LPFR-M010 | |
Lightcycler 480 | Roche | ||
GloMax 96 microplate luminometer | Promega |