نموذج في المختبر لدراسة التجميع تاو باستخدام لينتيفيرال-بوساطة الخلايا العصبية البشرية
Summary
هذا البروتوكول تفاصيل الاجراء الذي يتم محول الثقافات العصبية البشرية مع لينتيفيرال ثوابت الترميز لمتحولة تاو الإنسان. الثقافات محوله عرض المجاميع تاو والامراض المرتبطة بها.
Abstract
التراكم الشاذ من البروتين تاو يشارك بشكل مرضي في عدد من الامراض التنكسية ، بما في ذلك مرض الزهايمر (AD). علي الرغم من ان نماذج الفئران من تواعتلال قدمت موردا قيما للتحقيق في أليات العصبية من تاو المجمعة ، فانه أصبح من الواضح علي نحو متزايد انه ، بسبب الاختلافات بين الأنواع في الفيزيولوجيا العصبية ، والدماغ الماوس غير مناسب نمذجة الحالة الانسانيه. التقدم في أساليب ثقافة الخلية جعلت ثقافات الخلايا العصبية البشرية في متناول للاستخدام التجريبي في المختبر وساعدت في تطوير المداواة العصبية. ومع ذلك ، علي الرغم من التكيف مع الثقافات خليه الخلايا العصبية البشرية ، في المختبر نماذج من الاعتلال البشري ليست متاحه علي نطاق واسع حتى الآن. يصف هذا البروتوكول نموذجا خلويا لتجميع تاو الذي يتم فيه توصيل الخلايا العصبية البشرية بالمتجات المشتقة من لينتيفيرال التي تم دمجها بالشفرة المتحولة بشكل باثوجيوكلي مع مراسل البروتين الفلوري الأصفر (YFP). الثقافات المحولة تنتج المجاميع تاو ان وصمه عار إيجابيا لثيوفلافين وعرض علامات السمية العصبية ، مثل انخفاض طول اكسنال وزيادة حجم الليسومال. وقد يكون هذا الاجراء نموذجا مفيدا وفعالا من حيث التكلفة لدراسة الامراض البشرية.
Introduction
التراكم المرضي من البروتين المرتبط بالبولية الصغيرة تاو هو سمه مميزه للعديد من الامراض التنكسية ، بما في ذلك AD ، الخرف الجبهي الامامي (FTD) ، ومرض البيك ، والشلل التقدمي التقدمي (PSP)1. في حاله غير المريضة ، تاو يربط ويستقر خيوط ميكروتوبولي في محاور الخلايا العصبية2. ومع ذلك ، والمرتبطة بالمرض فرط فوسفونات تاو يعزز تجميع تاو ، التفكك من الأنابيب الدقيقة ، وسميه الخلايا العصبية3. الآثار السامة لل تاو المجمعة قد تنطوي علي تفعيل الشاذة من الكوليني4 ومستقبلات جلوتاميلجيك5 مما ادي إلى خلل في الكالسيوم داخل الخلايا و, في نهاية المطاف, موت الخلية. في النماذج الحيوانية ، والحد من الدماغ تاو يحسن علم الامراض في الفئران AD6 وفي نماذج الماوس من المتكررة خفيفه أصابه الدماغ الرضية7.
تثبت الادله المتصاعدة ان البنية والصلة الملزمة لل tau المشتقة من الفاره تختلف عن المشتقة البشرية تاو وان الماوس تاو غير مناسب لنمذجة الإنسان8. ومع ذلك ، فان نماذج اعتلال الخلايا البشرية ليست متاحه تجاريا علي نطاق واسع. الهدف العام لهذا العمل هو وصف نموذج في المختبر من تجميع تاو فيه الخلايا العصبية البشرية محوله مع ناقلات المشتقة من لينتيفيرال التي تحتوي علي متحولة الإنسان تاو يبني9. تاو التجميعية المسببة للينتيفيرال يبني رموز للمجال التكرار تاو إيواء P301L والطفرات الV337Mه تنصهر إلى مراسل YFP (تاو-RDLM-YFP) في حين ان التحكم بإنشاء التعليمات البرمجية للمجال البرية من نوع (Wt) تاو تكرار تنصهر إلى مراسل YFP (تاو-Wt-YFP). الثقافات العصبية محوله باستخدام هذه الطريقة التعبير عن حوالي تسع مرات أكثر تاو من الثقافات غير المحولة. وعلي الرغم من ان مقدار تعبير تاو المعبر عنه يساوي تقريبا بين الخلايا المحولة من تاو-RDLM-YFP-و Tau-Wt-YFP ، فان الخلية العصبية الوحيدة المحولة مع المجاميع العرض تاو-RDLM-YFP. الثقافات محوله مع تاو-rdlm-yfp وصمه عار إيجابيا لثيوفلافين وعرض التخفيضات في طول محواري وكثافة متشابك. ولذلك ، قد يكون هذا النموذج الخلوي أداه مفيده لدراسة تجميع تاو في المختبر.
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا البروتوكول توليد نموذج في المختبر لاعتلال الأمعاء البشرية الذي يسلك المجاميع الايجابيه للبقع الفضية والتشابك العصبي الليفي ثيوفلافين الإيجابي (NFTs). وعلاوة علي ذلك ، تعرض الخلايا المحولة الامراض التي يسببها تاو مثل العيوب المورفولوجية ، وانخفاض synaptogenesis ، وزيادة حجم الليسومال. وا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود المؤلفون ان يشكروا الدكتور بيتر ديفيس في كليه البرت اينشتاين للطب لتوريد الأجسام المضادة PHF-1 و CP13 والدكتور مارك دايموند في جامعه تكساس ، جنوب غرب ، لتوفير ثوابت تاو. وقد دعم هذا العمل بمنح من جمعيه الزهايمر (NIRG-14-322164) إلى S.H.Y. ومن معهد كاليفورنيا للطب التجديدي (TB1-01193) إلى شعبي
Materials
| 10 cm culture dishes | Thermofisher | 12556002 | |
| 15 ml tubes | Biopioneer | CNT-15 | |
| 16% paraformaldehyde | Thermofisher | 50-980-487 | |
| 24 well culture plates | Thermofisher | 930186 | |
| 50ml tubes | Biopioneer | CNT-50 | |
| 70% ethanol in spray bottle | Various sources | NA | |
| B27 supplement | Thermofisher | 17504044 | |
| Basement membrane matrix (Matrigel) | Corning | 356231 | |
| Basic FGF | Biopioneer | HRP-0011 | |
| Bovine serum albumin | Sigma | A7906 | |
| Cell culture incubator | Various sources | NA | |
| Centrifuge | Various sources | NA | |
| DMEM-F12 culture media with glutamine | Thermofisher | 10565042 | |
| Ethanol (50% concentration or higher) | Various sources | NA | |
| Flourescently labeled secondary antibodies | Various Sources, experiment dependent | NA | |
| Fluorescent microscope | Various sources | NA | |
| Glass coverslips | Thermofisher | 1254581 | |
| Glass slides | Thermofisher | 12-550-15 | |
| Human neural stem cells | Various sources | NA | |
| Lentiviral vectors | Various sources | custom order | |
| Mounting media | Thermofisher | P36934 | |
| N2 supplement | Thermofisher | 17502048 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermofisher | 15140122 | |
| Phosphate buffered saline | Thermofisher | 14190250 | |
| Primary antibodies | Various Sources, experiment dependent | NA | |
| Rocking or rotating platform | Various sources | NA | |
| Sterile cell culture hood | Various sources | NA | |
| Thioflavin S | Sigma | T1892-25G | |
| Triton X-100 | Thermofisher | BP151-100 | |
| Water bath | Various sources | NA |
References
- Rojas, J. C., Boxer, A. L. Neurodegenerative disease in 2015: Targeting tauopathies for therapeutic translation. Nature Reviews Neurology. 12 (2), 74-76 (2016).
- Kadavath, H., et al. Tau stabilizes microtubules by binding at the interface between tubulin heterodimers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (24), 7501-7506 (2015).
- Wang, Y., Mandelkow, E. Tau in physiology and pathology. Nature Reviews Neurology. 17 (1), 5-21 (2016).
- Gomez-Ramos, A., et al. Characteristics and consequences of muscarinic receptor activation by tau protein. European Neuropsychopharmacology. 19 (10), 708-717 (2009).
- Warmus, B. A., et al. Tau-mediated NMDA receptor impairment underlies dysfunction of a selectively vulnerable network in a mouse model of frontotemporal dementia. Journal of Neuroscience. 34 (49), 16482-16495 (2014).
- DeVos, S. L., et al. Tau reduction in the presence of amyloid-beta prevents tau pathology and neuronal death in vivo. Brain. 141 (7), 2194-2212 (2018).
- Cheng, J. S., et al. Tau reduction diminishes spatial learning and memory deficits after mild repetitive traumatic brain injury in mice. PLOS ONE. 9 (12), e115765 (2014).
- Ando, K., et al. Accelerated human mutant tau aggregation by knocking out murine tau in a transgenic mouse model. The American Journal of Pathology. 178 (2), 803-816 (2011).
- Reilly, P., et al. Novel human neuronal tau model exhibiting neurofibrillary tangles and transcellular propagation. Neurobiology of Disease. 106, 222-234 (2017).
- Kfoury, N., Holmes, B. B., Jiang, H., Holtzman, D. M., Diamond, M. I. Trans-cellular Propagation of Tau Aggregation by Fibrillar Species. The Journal of Biological Chemistry. 287 (23), 19440-19451 (2012).
- Yuan, S. H., et al. Cell-surface marker signatures for the isolation of neural stem cells, glia and neurons derived from human pluripotent stem cells. PLOS ONE. 6 (3), e17540 (2011).
- Marchenko, S., Flanagan, L. Passaging human neural stem cells. Journal of Visualized Experiments. (7), e263 (2007).
- Lathuiliere, A., et al. Motifs in the tau protein that control binding to microtubules and aggregation determine pathological effects. Scientific Reports. 7 (1), 13556 (2017).
- Asai, H., et al. Depletion of microglia and inhibition of exosome synthesis halt tau propagation. Nature Neuroscience. 18 (11), 1584-1593 (2015).
