Summary

利用生命病毒介导的人神经元转导研究头塔聚集的体外模型

Published: May 23, 2019
doi:

Summary

该协议详细介绍了用慢病毒结构编码为突变体人类 tau 转换人类神经元培养的过程。诱导的区域性显示 tau 聚合和相关的病理。

Abstract

蛋白 tau 的异常聚集是病因参与了一些神经退行性疾病, 包括阿尔茨海默氏症 (AD)。尽管小鼠的病状模型为研究聚集 tau 的神经毒性机制提供了宝贵的资源, 但越来越明显的是, 由于神经生理学的物种间差异, 小鼠的大脑不适合模拟人类的状况。细胞培养方法的进步使人类神经元培养物可用于体外实验, 并有助于神经疗法的发展。然而, 尽管人类神经元细胞培养的适应性, 体外模型的人类程度病还没有得到广泛的应用。该协议描述了一种细胞模型的 tau 聚集, 其中人类神经元被移植与生命病毒衍生的载体, 代码的病原性突变 tau 融合到一个黄色荧光蛋白 (YFP) 记者。诱导培养产生对硫代黄素呈阳性染色的 tau 集合体, 并显示出神经毒性标志物, 如轴突长度缩短和溶酶体体积增加。这个程序可能是一个有用的和具有成本效益的模型, 研究人类的泰氏病。

Introduction

微管相关蛋白 tau 的病理聚集是许多神经退行性疾病的一个决定性特征, 包括 AD、额叶痴呆 (FTD)、拾取病和进行性核上麻痹 (PSP)1.在非病变状态下, tau 结合并稳定神经元轴突2 中的微管丝。然而, 与疾病相关的 tau 高磷酸化促进 tau 聚集、与微管的离解和神经元毒性3。聚集 tau 的毒性作用可能包括胆碱能4和谷氨酸受体5的异常激活, 导致细胞内钙的失调, 并最终导致细胞死亡。在动物模型中, 减少脑 tau 改善了 AD小鼠 6和重复轻度创伤性脑损伤的小鼠模型7的病理。

越来越多的证据表明, 鼠源 tau 的结构和结合亲和力与人类衍生的 tau 不同, 并且鼠标 tau 不适合模拟人类的 taudiies8。然而, 人类细胞病模型并没有在商业上广泛提供。这项工作的总体目标是描述一个体外模型的 tau 聚集, 其中人体神经元被转化与生命病毒衍生的载体包含突变的人 tau 构造9。Tau 集料导致 lentiviral 构造编码的 TAU 重复域窝藏 P301L 和 V337M 突变融合到 YFP 记者 (Tau-rdllm-yfp), 而控制构造代码的野生类型 (Wt) tau 重复域融合到 YFP 记者 (Tau-Wt-YFP)。用这种方法转化的神经元培养物表达的 tau 大约是非转换培养体的9倍。虽然 tau 表达的多度在 Tau-rdlm-yfp-和 To-wt-yfp 移植细胞之间大致相等, 但只有用 To-rdlm-yfp 显示聚合而传导的神经元。用 To-rdlm-yfp 染色对硫代黄素进行了积极的培养, 并在轴突长度和突触密度上表现出减少。因此, 这种细胞模型可能是研究牛生聚集的有用工具。

Protocol

1. 介质和试剂的制备 在4°C 时解冻培养板的基底膜基质涂层 (不允许基底膜基质升温或固化)。制作1毫升的等价物, 并将其存放在-20°c 或-70°c。 在 10Μg/ml 的无菌磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 中重新构建碱性成纤维细胞生长因子 (bfgf), 并制成 10μl aliquots。将它们存放在4°c。 在一个新的, 未开封的, 500 毫升瓶 DMM/F12 与谷氨酰胺, 加入 B27 (10 毫升), N2 (5 毫升), 青霉素链霉素 (5 毫升)。将这?…

Representative Results

用 YFP 荧光标记了 to-rdlm-yfp 诱导神经元, rdlm 诱导培养物在转导后显示出聚集物。这些内含物染色对硫代黄素呈阳性 (图 1)。如图 1所示, 该协议产生的神经元培养显示硫代黄素阳性 tau 集合体。对于初始实验, 建议通过在培养物中对神经元特异性标记Β-tubulin III 进行免疫标记来确认神经元分化。重要的是, 荧光标记的二级抗体应具有与 YPF (例如 Cy3) 不重叠…

Discussion

该协议描述了一个体外模型的人类神经病, 表现为银-静态阳性聚集物和硫代黄素阳性神经纤维缠结 (Nft) 的生成。此外, 转染细胞表现出诱导的疾病, 如形态缺陷, 减少突触发生, 并增加溶酶体体积。该方案的主要优点是, 它提供了一个可获得的和具有成本效益的神经元病模型, 可用于药物筛选研究, 以及牛毒性分析。这种模型满足了神经退行性研究的物质需求, 因为人类的神经病细胞系还没有得到广?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

作者要感谢阿尔伯特·爱因斯坦医学院的彼得·戴维斯博士提供 PHF-1 和 CP13 抗体, 并感谢西南德克萨斯大学的 Marc Diamon 博士提供 tau 结构。这项工作得到了阿尔茨海默氏症协会 (NIRG-14-332164) 向 s. h. y. 提供的赠款和来自加州再生医学研究所 (TB1-01193) 到 p. r. 的资助。

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

  1. Rojas, J. C., Boxer, A. L. Neurodegenerative disease in 2015: Targeting tauopathies for therapeutic translation. Nature Reviews Neurology. 12 (2), 74-76 (2016).
  2. 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).
  3. Wang, Y., Mandelkow, E. Tau in physiology and pathology. Nature Reviews Neurology. 17 (1), 5-21 (2016).
  4. Gomez-Ramos, A., et al. Characteristics and consequences of muscarinic receptor activation by tau protein. European Neuropsychopharmacology. 19 (10), 708-717 (2009).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Reilly, P., et al. Novel human neuronal tau model exhibiting neurofibrillary tangles and transcellular propagation. Neurobiology of Disease. 106, 222-234 (2017).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Marchenko, S., Flanagan, L. Passaging human neural stem cells. Journal of Visualized Experiments. (7), e263 (2007).
  13. 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).
  14. Asai, H., et al. Depletion of microglia and inhibition of exosome synthesis halt tau propagation. Nature Neuroscience. 18 (11), 1584-1593 (2015).

Play Video

Cite This Article
Aulston, B., Liu, Q., Reilly, P., Yuan, S. H. An In Vitro Model for Studying Tau Aggregation Using Lentiviral-mediated Transduction of Human Neurons. J. Vis. Exp. (147), e59433, doi:10.3791/59433 (2019).

View Video