마우스 배아 줄기 세포에서 신경 전조및 뉴런의 분화 및 특성화
Summary
우리는 매달려 드롭 방법을 사용하여 신경 세포로 마우스 배아 줄기 세포의 체외 분화에 대한 절차를 설명합니다. 또한 RT-qPCR, 면역형광, RNA-seq 및 유동 세포종을 통해 포괄적인 현상 분석을 수행합니다.
Abstract
우리는 마우스 배아 줄기 세포를 뉴런 혈통으로 배양하고 분화하기 위한 단계별 절차를 설명하고, 분화된 세포를 특징짓는 일련의 에세이를 따릅니다. 상기 E14 마우스 배아 줄기세포는 매달려 있는 낙하 방법을 통해 배아체를 형성하기 위해 사용되었고, 그 후 망막산에 의해 신경 전구 세포로 분화하도록 유도하고, 마지막으로 뉴런으로 분화하였다. 정량적 역전사 폴리머라제 연쇄 반응(RT-qPCR) 및 면역형광 실험은 신경 전조자와 뉴런이 각각 8일째와 12일째에 대응하는 마커(신경 전조자 및 뉴런용 신경필라멘트용 네신틴)를 나타낸다는 것을 밝혔다. Sox1 프로모터 중심의 GFP 리포터를 발현하는 E14 라인에 대한 유동 세포 측정 실험은 8일째에 세포의 약 60%가 GFP 양성인 것으로 나타났으며, 이는 이 단계에서 신경 전구 세포의 성공적인 분화를 나타낸다. 마지막으로, RNA-seq 분석은 글로벌 전사적 변화를 프로파일로 사용되었다. 이러한 방법은 신경 분화 시 세포 정체성 전이를 조절하는 특정 유전자 및 경로의 개입을 분석하는 데 유용합니다.
Introduction
개발 중인 마우스 발아세포1,2,마우스 배아 줄기세포(mESC)의 내세포 질량으로부터의 첫 번째 파생이후 줄기세포자가재생 및분화3을연구하는 강력한 도구로 사용되고 있다. 더욱이, mESC 분화를 연구하면 신경퇴행성 질환4와같은 질환 치료에 줄기세포 기반 치료의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있는 분자 메커니즘에 대한 엄청난 이해를 이끌어 낸다. 동물 모델에 비해, 이 체외 시스템은 실용성 및 평가의 단순성, 동물과 대조적으로 세포주를 유지하는 데 드는 저렴한 비용, 유전자 조작의 상대적 용이성을 포함하여 많은 이점을 제공합니다. 그러나, 분화된 세포 유형의 효율 및 품질은 종종 다른 선인 mESC뿐만 아니라 분화 방법5,6에의해 영향을 받는다. 또한, 분화 효율을 평가하는 전통적인 분석은 견고성이 결여되어 유전자 발현의 글로벌 변화를 파악하지 못하는 선택된 마커 유전자의 질적 검사에 의존한다.
여기서 우리는 신경 분화의 체계적인 평가를 위해 애사의 배터리를 사용하는 것을 목표로합니다. 선택된 마커와 RNA-seq에 대한 기존의 체외 분석을 모두 사용하여 이 공정 중 전사적 변화뿐만 아니라 분화 효율을 측정하는 플랫폼을 구축합니다. 이전에 확립된 프로토콜7에기초하여, 우리는 매달려 있는 낙하 기술을 통해 배아 체(EBs)를 생성하고, 신경 전구세포(NPC)를 생성하기 위해 망막산(RA)의 초생리적 양을 이용한 유도를 거쳐 신경 유도 배지를 가진 뉴런으로 분화하였다. 분화의 효율을 검사하기 위해 기존의 RT-qPCR 및 면역 형광 (IF) 분석 외에도 RNA-seq 및 유동 세포 측정을 수행했습니다. 이러한 분석은 단계별 분화의 진행을 종합적으로 측정합니다.
Protocol
1. mESC 문화 10cm 조직 배양 처리 플레이트를 0.1% 젤라틴으로 코팅하고 젤라틴이 15-30분 이상 을 세울 수 있도록 한 후 이를 꺼낼 수 있습니다. 종자 γ 조사 마우스 배아 섬유아데스 (MEFs) 하루 전에 미리 온난 한 mESC 배지에서 mESC를 배양하기 전에 (덜벡코의 수정 된 이글 매체 (DMEM) 15% 태아 소 혈청 (FBS), 비 필수 아미노산, β-메르카토에탄올, L-글루타민, 페니실린/연쇄절제술신, 피루바?…
Representative Results
우리의 방법의 표현으로, 우리는 E14 세포에 EB, NPC 및 신경 분화 실험을 수행했습니다. E14 세포는 γ 조사된 MEF 인구가 희석될 때까지 γ 조사된 MEF(도1A)에서배양되었다. 우리는 나노그 및 Oct4 마커에 대한 알칼리 인파타아제 (AP) 염색(도 1B)및 이후 RT-qPCR (아래 참조)을 수행하여 E14 세포의 자통을 확인했다. γ 조사된 MEF-없는 E14 세포는 <strong c…
Discussion
마우스 배아 줄기 세포의 신경 분화 방법은 수십 년 동안 확립되어 왔으며 연구자들은 이전 프로토콜을 수정하거나 다양한 목적을 위해 새로운 프로토콜을 계속 생성하고있다7,10,11. 우리는 마우스 또는 인간 ESC의 다른 혈통 분화의 분석에 사용될 수 있는 신경에 mESC의 분화 단계의 효율성 그리고 진행을 종합적으로 분석하기 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH (1R35GM133496-01)에서 Z. Gao에 대한 보조금에 의해 지원되었습니다. 우리는 단면에 도움을 준 라이언 홉스 박사에게 감사드립니다. 우리는 게놈 과학 및 생물 정보학, 고급 빛 현미경 검사영상, 유동 세포측정을 포함한 의학의 펜실베니아 주립 대학의 핵심 시설에 감사드립니다. 우리는 또한 RNA-seq 분석에 있는 도움을 주셔서 유카 이마무라 박사에게 감사드립니다.
Materials
| 0.05% Trypsin + 0.53mM EDTA 1X | Corning | 25-052-CV | |
| 0.1% Gelatin | Sigma | G1890-100G | Prepared in de-ionized water |
| 16% Paraformaldehyde | Thermo Scientific | 28908 | Diluted in 1X PBS |
| 40-μm cell strainer | Falcon | 352340 | |
| Albumax | Thermo Fisher Scientific | 11020021 | |
| AlexaFluor 488 goat anti-mouse IgG (H+L) | Invitrogen | A11001 | Antibody was diluted at 1:500 for IF |
| Alkaline Phosphatase Staining Kit II | Stemgent | 00-0055 | |
| AzuraQuant Green Fast qPCR Mix LoRox | Azura Genomics | AZ-2105 | |
| B27 supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
| BD FACSCanto | BD | 657338 | |
| bFGF | Sigma | 11123149001 | |
| BioAnalyzer High Sensitivity DNA Kit | Agilent | 5067-4626 | |
| Chir99021 | Cayman Chemicals | 13122 | |
| Chloroform | C298-500 | Fisher Chemical | |
| DAPI | Invitrogen | R37606 | |
| DMEM | Corning | 10-017-CM | |
| DMEM/F12 medium | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | |
| EB buffer | Qiagen | 19086 | |
| Ethanol | 111000200 | Pharmco | Diluted in de-ionized water |
| Fetal bovine serum | Atlanta Biologicals | S10250 | |
| Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| HiSeq 2500 Sequencing System | Illumina | SY-401-2501 | |
| Isopropanol | BDH1133-4LG | BDH VWR Analytical | Diluted in de-ionized water |
| L-glutamine | Thermo Fisher Scientific | 25030024 | |
| LIF | N/A | N/A | Collected from MEF supernatant |
| m18srRNA primers | IDTDNA | N/A | 5'-GCAATTATTCCCCATGAACG-3' 5'-GGCCTCACTAAACCATCCAA-3' |
| MEM Non-essential amino acids | Corning | 25-025-Cl | |
| mNanog primers | IDTDNA | N/A | 5'-AGGCTTTGGAGACAGTGAGGTG-3' 5'-TGGGTAAGGGTGTTCAAGCACT-3' |
| mNes primers | IDTDNA | N/A | 5'-AGTGCCCAGTTCTAGTGGTGTCC-3' 5'-CCTCTAAAATAGAGTGGTGAGGGTTG-3' |
| mNeuroD1 primers | IDTDNA | N/A | 5'-CGAGTCATGAGTGCCCAGCTTA-3' 5'-CCGGGAATAGTGAAACTGACGTG-3' |
| mOct4 primers | IDTDNA | N/A | 5'-AGATCACTCACATCGCCAATCA-3' 5'-CGCCGGTTACAGAACCATACTC-3' |
| mPax6 primers | IDTDNA | N/A | 5'-CTTGGGAAATCCGAGACAGA-3' 5'-CTAGCCAGGTTGCGAAGAAC-3' |
| N2 supplement | Thermo Fisher Scientific | 17502048 | |
| Nestin primary antibody | Millipore | MAB5326 | Antibody was diluted at 1:200 for IF |
| Neural basal | Thermo Fisher Scientific | 21103049 | |
| Neurofilament primary antibody | DSHB | 2H3 | |
| NEXTflex Illumina Rapid Directional RNA-Seq Library Prep Kit | BioO Scientific | NOVA-5138-07 | |
| PD0325901 | Cayman Chemicals | 13034 | |
| Penicillin/streptomycin | Corning | 30-002-Cl | |
| Phosphate-buffered saline (PBS) | N/A | N/A | Prepared in de-ionized water |
| – Potassium chloride | P217-500G | VWR | |
| – Potassium phosphate monobasic anhydrous | 0781-500G | VWR | |
| – Sodium chloride | BP358-10 | Fisher Bioreagents | |
| – Sodium phosphate, dibasic, heptahydrate | SX0715-1 | Milipore | |
| Random hexamer primer | Thermo Scientific | SO142 | |
| Retinoic acid | Sigma | R2625 | Prepared in DMSO |
| Sodium pyruvate | Corning | 25-000-Cl | |
| Sucrose | Sigma | 84097 | Diluted in 1X PBS |
| SuperScript III Reverse Transcriptase | Invitrogen | 18064022 | |
| Tissue-Tek O.C.T. compound | Sakura | 4583 | |
| TriPure Isolation Reagent | Sigma-Aldrich | 11667165001 | |
| TruSeq Rapid | Illumina | 20020616 | |
| β-mercaptoethanol | Fisher BioReagents | BP176-100 |
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Citer Cet Article
Hanafiah, A., Geng, Z., Wang, Q., Gao, Z. Differentiation and Characterization of Neural Progenitors and Neurons from Mouse Embryonic Stem Cells. J. Vis. Exp. (159), e61446, doi:10.3791/61446 (2020).