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.
Células-tronco neurais (NCCC) são capazes de auto-renovação e diferenciação em neurônios, astrócitos e oligodendrócitos sob microambientes locais específicos. Aqui, apresentamos um conjunto de métodos utilizados para a diferenciação tridimensional (3D) e análise de miRNA de uma célula-tronco neurais (HNSC) linha clonal, atualmente em ensaios clínicos para o AVC deficiência (NCT01151124 e NCT02117635, Clinicaltrials.gov). HNSCs foram derivadas de um córtex de ética aprovado primeiro trimestre humana fetal e condicionalmente imortalizada usando a integração retroviral de uma única cópia do c-mycER TAM construir. Nós descrevemos como medir processo axônio conseqüência de hNSCs diferenciadas em andaimes 3D e como quantificar mudanças associadas na expressão miRNA usando matriz de PCR. Além disso, somos exemplos de análise computacional com o objetivo de selecionar miRNA possíveis alvos. SOX5 e NR4A3 foram identificados como alvo putativo miRNA adequada de selecionado significativamente sub-regularmiRNAs d no HNSC diferenciado. Validação alvo Mirna foi realizada em SOX5 e NR4A3 3'UTRs por dupla transfecção plasmídeo repórter e ensaio de luciferase dual.
Investigação sobre células estaminais desempenha um papel central na medicina regenerativa, que também abrange as disciplinas de engenharia de tecidos, biologia celular do desenvolvimento, terapias celulares, a terapia gênica e biomateriais (andaimes e matrizes). As células-tronco são importantes tanto no órgão reparação tecidual developmentand; a compreensão de como as células-tronco funcionam é fundamental para o desenvolvimento de tratamentos baseados em células estaminais uma nova. CTX0E03 é uma célula estaminal neural humana imortalizadas condicionalmente (HNSC) linha clonal, 2 isolado a partir de córtex primeiro trimestre do feto humano. CTX0E03 definiu características de qualidade que são essenciais para bancos de células clínica em boas práticas de fabricação (BPF) 3. HNSCs pode diferenciar-se espontaneamente em neurônios, glia, e oligodendrócitos e ter sido provada a melhorar déficits neurológicos quando transplantadas em um modelo de roedor de 2,4,5 isquemia focal. O CTX0E03 hNSCs estão actualmente em ensaios clínicos para o AVC disabildade (NCT01151124 6 e NCT02117635, Clinicaltrials.gov).
MiRNAs tem uma média de 22 nucleótidos de comprimento e são comprovados moléculas reguladoras 7, que não codificam proteínas, mas a região não traduzida 3 ligam primordial (3'UTR) de mRNAs, regulando a sua estabilidade e a tradução em proteínas. MiRNAs são relatados para participar na regulação de um número de processos celulares, incluindo o desenvolvimento, proliferação, diferenciação e 8. Vários miARNs têm sido implicados na regulação do destino e especificação de células estaminais neurais 9.
Em bidimensional (2D) meio de cultura padrão a complexidade do ambiente in vivo não é coincidente, e, consequentemente, a indução e regulação da diferenciação HNSC não é óptima. In vivo, as células são rodeados por um microambiente três dimensões (3D), constituído por outros células e ligantes extracelulares, incluindo muitostipos de colagénios, laminina, e outras proteínas da matriz (matriz extracelular, ECM). Estudos anteriores relataram que a topografia arquitetônico dos materiais que imitam as Ações e seu fenótipo celular influência da geometria e destino 10-15. Um certo número de suportes 3D disponíveis comercialmente estão disponíveis; utilizou-se um andaime de poliestireno altamente poroso engenharia com uma arquitetura bem definida e uniforme em uma membrana de 200 um de espessura que proporciona um espaço 3D em células que podem invadir e diferenciar 16-18.
Relata ensaios de diferenciação 2D e 3D são usados para avaliar a excrescência axonprocess. Além disso, nós descrevemos um método para traçar o perfil do miRNA expressão de uma linha HNSC grau clínico para investigar mais profundamente os efeitos de miRNA em sua diferenciação. Os métodos ilustrados aqui são baseadas em que os anteriormente descritos na 19.
O desenvolvimento de novos ensaios in vitro para avaliar e melhorar a diferenciação de células-tronco sempre apresentou um desafio para a investigação de suas funcionalidades e capacidades terapêuticas. A longo prazo e de fixação estável de hNSCs, necessária para o desenvolvimento de um ensaio em 3D robusto diferenciação in vitro, foi tratada por meio de testes de vários substratos em 3D com características diferentes em termos de materiais e estruturas. Como parte do desenvolvimento do ensaio, também avaliamos concentração semeadura de células ideal e identificou a necessidade de os andaimes para ser laminina revestido. Embora nossos hNSCs pode diferenciar espontaneamente ao 4-OHT e fator de crescimento de remoção, a implementação de um sistema de cultura 3D mostrou uma melhora significativa em sua capacidade de diferenciação medida pelo axônio processo de crescimento quando comparado com hNSCs 2D diferenciado padrão.
Para investigar o efeito da difere induzida 3Dntiation na expressão HNSC miRNA foi utilizada uma matriz de PCR. Comparado com o chip de microarray padrão matriz PCR oferece as vantagens de uma quantificação direta e validação de miRNA de interesse. Embora a matriz de PCR é limitado em termos de número total de miARN por matriz, por exemplo, em menos do que 96 aqui, ele pode ser adaptado para incluir especificamente miARNs de interesse, no nosso caso anteriormente reportado no desenvolvimento de células estaminais. A expressão da via focada miRNAs foi perfilado em 3D e 2D hNSCs diferenciados em comparação com hNSCs indiferenciadas. Os miRNAs mais significativamente regulada foram selecionadas e analisadas para avaliar seus mRNAs alvo putativos com o intuito de determinar a sua funcionalidade e interpretação biológica usando algoritmos disponíveis on-line (DIANA Lab, PicTar e TargetScans).
Um único miRNA pode reconhecer centenas de alvos e por esta razão nós validado interações miRNA com 3 'UTR mRNAsthat podem ser candidatos apropriados, em umaregulação xonal. NR4A3, um alvo do hsa-miR-7 e miR-17 da família, é um membro da família de receptores nucleares NR4A que, dependendo do seu nível de expressão, estão envolvidos na diferenciação, sobrevivência, apoptose e regulação do axônio do hipocampo orientação 26. Da mesma forma SOX5, uma meta de hsa-miR-96, é relatado para controlar a progressão do ciclo celular em células progenitoras neurais 27 de comprimento axônio 28, migração, diferenciação pós-migratório, e projeções de neurônios 29. Ambos SOX5 e NR4A3 foram identificados como um ARNm alvo directo de HSA-miR-96, e HSA-miR-7 e 17, respectivamente, por ensaios de luciferase repórter duplo. Duplo de luciferase (Firefly e da Renilla) baseia-se em dois genes repórter diferentes no mesmo plasmídeo e oferece um sistema melhorado que permite a normalização para efeitos causados por transfecção subóptima e efeitos citotóxicos em comparação com um único sistema de plasmídeo da luciferase. Como parte do nosso desenvolvimento do ensaio também otimizado nosso conditi transfecçãoons, a fim de obter alta eficiência.
O protocolsdescribed aqui podem ser exploradas para otimizar ainda mais e caracterizar in vitro HNSC diferenciação que pode beimplemented protocolos intransplantation para estudos pré-clínicos e futuras aplicações clínicas.
The authors have nothing to disclose.
Reconhecemos Julie Heward para ajudar na preparação de hNSCs e Lavaniya Thanabalasundaram pelo apoio técnico com HeLa cultura e transfecção.
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 |