体性幹細胞の増殖を制御することは、彼らの研究と治療における使用を妨げる大きな要因となっている。ここでは、一時的にマウス脳で生成されたニューロンの数を増やすために使用することができます開発と成人期における神経幹細胞の膨張を制御するためのシステムを説明します。
体性幹細胞は、成人期1中に胚発生と組織の恒常性の間に組織形成のための基本となる追加の幹細胞(拡大)以上分化した細胞型(分化)を生成するために分割することができます。現在、多大な努力が、これは再生医療のための新規な1,2戦略を開発するための基本であると考えられているので、差別化への拡張から体性幹細胞のスイッチを制御することに向けて投資されている。しかし、体性幹細胞の研究と利用における主要な課題は、その膨張は制御が非常に困難であることが証明されていることです。
ここでは、神経幹細胞/前駆細胞(完全NSCとも呼ばれる)cdk4/cyclinD1複合体の発現を操作することにより、マウス胚性皮質、大人の海馬の拡大、G1期の主要な調節因子の制御を可能にするシステムを説明細胞周期や体性幹細胞のdifferentiation 3,4。具体的には、2つの異なるアプローチがcdk4/cyclinD1複合体は、in vivoで NSCで過剰発現していることで説明されています。最初のアプローチでは、細胞周期調節因子の過剰発現は、マウス終脳の内腔にcdk4/cyclinD1をコードするプラスミドのエピソーム発現の引き金となって、このようにして、横方向の皮質のNSCに配信するために子宮内エレクトロポレーションで続いて注入することによって得られる導入遺伝子は5-8。二番目のアプローチでは、高度に濃縮HIV由来のウイルスが定位9感染細胞のゲノム内にウイルスコンストラクトの統合後の細胞周期調節因子の恒常的発現の引き金となって、このように、成体マウスの海馬の歯状回に注入される。その基本原理は既に他のビデオ·プロトコル10月14日によって記述された両方のアプローチは、ここで私に最適化された)、iiを組織損傷を減らす)は、非常に特定の脳レジオのターゲット広い部分NS、iii)は、各地域内で操作された細胞の高い数値を得ること、およびiv)は、各細胞内での導入遺伝子の高発現レベルをトリガします。二つのアプローチを用いて導入遺伝子の一過性過剰発現は、Cre発現NSCはそれぞれ9,15、loxP部位が隣接cdk4/cyclinD1を運ぶウイルスに感染における細胞分裂またはタモキシフェン投与に起因するエレクトロプラスミドの自然な希釈によって、すなわち様々な手段によって得られる。
これらのメソッドは、急性および組織特異的マウス脳内の任意の遺伝子の発現を操作するための非常に強力なプラットフォームを提供します。特に、cdk4/cyclinD1複合体の発現を操作することによって、我々のシステムは、最終的には哺乳類の脳で生成されたニューロンの数を増加させる、このように、原子力安全委員会の拡大と分化へのスイッチの時間的に制御することができます。我々のアプローチは、基礎研究のために決定的に重要であると治療のために体性幹細胞を用いてもよい哺乳類の中枢神経系Iのより良い理解を)提供している間は、体幹を使って)成人期、III期)の開発、大戦中に優れた認知機能における成体のニューロン新生の役割、そしておそらく、ⅳ)組織の恒常性を組織形成への細胞の寄与を食い止める神経変性疾患のモデル内のセル。
電界の配信中にその方向性のある移動は、その電荷に依存するので、子宮内エレクトロポレーションでの重要なステップは、DNAの品質と純度です。そのようなエンドトキシンなどの追加荷電分子の除去が含まれていないDNA精製のためのプロトコルは、貧しい人々の配達につながる天然DNAの負電荷のマスキングにつながる可能性があります。明らかに、エレクトロポレーション効率を向上させる対象とすることにできるだけ近い領域に電極を持つ子宮の壁に触れる。同様に重要なのは、これが最適な電界の送達のための基本であるので使用される電極の品質です。眼および/またはこのような血清などの痕跡、脂質、などの有機残基であっても目に見えないミクロの傷は、必然的にその特性を失う電極につながる時間をかけて蓄積されます。オールドおよび/または汚れelectropesエレクトロポレーション効率の急激な低下の原因として最も可能性が高いであり、したがって、Rでなければなりません早くこれが注目されているとしてeplaced。 子宮内エレクトロポレーションでは、比較的簡単ですが、典型的には良好に再現性のある結果を達成するために2〜3週間の訓練を必要とします。それは、発生中の胚のあらゆる臓器や組織に、事実上、適用することができますので、この手法は非常に汎用性があります。確かに、脳のような空洞を含有する臓器が標的としたDNAの比較的大きな体積を注入のしやすさのためにトランスフェクションした細胞の割合が高い可能にするために、特に簡単です。
定位ウイルス注入を設定する際に発生する一般的な問題は、いくつかの感染細胞を持っているおよび/または望ましくない領域を標的とすることである。最初の問題は、主に低力価のウイルスの注入と相関している。文化の通路番号の小さい293T細胞が速く成長し、より高いウイルス価につながる。 CAより古い細胞を用いた。 20継代することはお勧めできませんし、トランスフェクションの手段は80%未満で効率が良いことは保証されませんウイルス産生。ウイルスペレットの再懸濁も重要であり、ウイルス懸濁液は、毛細血管が回避されなければならない閉塞性が均質とウイルス塊を表示しています。ウイルスは温度が下がると長期記憶に非常に敏感です。この理由から、アリコートは永久に-80℃で保存することにし、再凍結することはできませんする必要があります。でも、これらの条件下では、感染性の低下は、ストレージの6-12ヶ月後に観察することができた。学習段階では、各ウイルス製剤のウイルス力価をテストし、長期保管後に再びそれを行うことをお勧めします。脳の望ましくない地域で感染した細胞の存在は、いくつかの練習を必要と定位フレーム、上に、マウスの頭の次善のポジショニングに依存することができます。それ以外の場合は、軟膜表面上で正しく0にリセットすることはできませんので、また、不正確な注射で、その結果、頭蓋骨に穴を開いている間に脳の表面を傷つけないように非常に重要です。座標我々は、このプロトコルで指定したC57/BL6 6から10週齢の雌と呼ばれ、我々はさまざまなひずみ/年齢/性別のためにそれらを最適化することをお勧めします。この技術の買収は、ウイルスを準備したサンプルを分析するために必要な長い段階に起因する子宮内エレクトロポレーションに比べてより多くの時間を必要とするかもしれません。私たちは強く信頼性と再現性となっているウイルスはマウスだけの手術と定位注射後に使用されることをお勧めします。これを達成するための最初のステップは、安楽死させたマウスではそのようなヘキスト33342などの細胞透過性DNA色素を、注入し、直ちに脳を分析することです。
子宮内エレクトロポレーションおよび定位ウイルス注射で急性には、2つの強力なシステムであり、組織特異的に哺乳類の発生と成人期CNS内の遺伝子発現を操作します。細胞の亜集団だけを標的にその制限にもかかわらず、これらのシステムは、前例のない速度を提供し、より多くの従来の方法に比べて、使いやすさは、iトランスジェニックマウスのn特定の手間と時間がかかる世代。しかし、この類似性にもかかわらず、いくつかの相違点は、言及しておくべき二つの手法の間に存在する。最初に、異なる種類の細胞のターゲティングに関しては、 子宮内エレクトロポレーションでこれらの DNAが注入され、心室の境界を定める唯一の細胞であるため、最初に適切な幹細胞(また、放射状グリア細胞と呼ばれる)のトランスフェクションにつながる。細胞分裂の結果として、プラスミドはその後、それらの前駆細胞および/または時間の関数としての皮質を通してトランスフェクトされた細胞の再分配につながる神経細胞の娘細胞にターゲットを絞った、母幹細胞から継承されます。これとは対照的に、成体脳におけるHIVレンチの使用は幹細胞、前駆細胞、神経細胞、ならびに成熟グリア細胞を含む任意の細胞型の同時感染につながる。注目すべきは、より一般的に使用されるレトロウイルスとは対照的に、HIVのレンチを使用することに関しては事実であるそのレンチ統合は、このように大人、静止幹細胞の標的ともできるように、独立して細胞の分裂状態から生じるであろう。
第二に、エレクトロポレーション、ウイルス感染の間にもう一つの重要な違いは、後者によって達成感染細胞のゲノム中のDNAの不可逆的な統合とは対照的に、一過性、エピソーム式は前者によって達成されることである。連続した細胞分裂、エレクトロプラスミドの希釈、および異所性サイクリンD1タンパク質の分解の結果として、各細胞周期に続くだろう。この効果は数ヶ月(未発表データ)持続することが判明した成体脳におけるつつ、胚の発生過程で、NSCの拡張は約2日15のための唯一の最後に示された。
ⅰ)cdk4/cyclinD1開発中に)コミット神経前駆細胞をより長いG1およびIIを持つ細胞に強力な効果を持っているので、第三に、より長い細胞周期を持っている反対は成人期に当てはまる一方、幹細胞よりも、我々の2つの操作は、成人期の発達と幹細胞の間に神経前駆細胞の膨張を、主に、作動させることが判明した。いずれの場合においても神経細胞の増加は、両方の方法によって達成された。
第四に、ウイルス注射だけで簡単に定位座標を変更することによって、成人の脳の多くの異なった地域で、高い信頼性と再現性、実行することができます。これとは対照的に、 子宮内エレクトロポレーションによるそのような中で 、脳幹、海馬、または脊髄などの中枢神経系の特定の領域、の正確なターゲティングは、再現性を達成するのは難しくなります。定位注入は、あらゆる年齢のマウスで行うことができますがさらに、 子宮内エレクトロポレーションでの最適なパフォーマンスはE11からE16に約に制限されています。 E11の前の段階のいずれかの超音波後方散乱顕微鏡18,19または全胚カルトの使用を必要とするでしょうUREシステム17,20。
彼らの研究と操作は、新規な細胞ベースの再生治療の開発に向け基本であると考えられているので、最近では、体性幹細胞の基本的な細胞生物学への関心の高まりが進められている。 cdk4/cyclinD1の過剰発現のための具体的には、我々のプロトコルは一時凌ぎに成体脳で生成されたニューロンの数を増加させるために、 生体内での NSCの拡張( 図3B、Cと4BとC)を増加させるための手段を提供します。我々は、これらの操作は、より良い脳の発達、進化とホメオスタシスならびに認知機能や神経変性または損傷からの回復への貢献にNSCの役割を理解するために、異なるコンテキストの数に重要であるかもしれないと信じています。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、再生治療、ドレスデン工科医科学部とDFG共同研究センターSFB655(サブプロジェクトA20)のセンターによってサポートされていました。 BAはDIGS-BBのプログラム、ドレスデンの交わりによってサポートされていました。我々は博士に感謝します。紀子大隅匡野村、ディーターChichungリー、および子宮内エレクトロポレーションおよび定位ウイルス注射での設定はアップ時の貴重なアドバイスのためにラヴィJagasia。
Material/equipment | Supplier | Catalog # | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Endofree maxi plasmid kit | Qiagen | 12362 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
FastGreen | Sigma | F7258 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
P-97 Flaming/Brown pipette puller | Sutter Instruments | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Borosilicate capillaries with filament | Sutter Instruments | BF120-69-10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Table top laboratory animal anesthesia system | VetEquip | 901806 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Isofluran | Baxter | HDG9623 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Germinator 500 glass bead sterilizer | SouthPointe Surgical | GRM5-1460 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Iris forceps | WPI | 15917 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Betaisodona solution | Mundipharma | 1931491 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Pico Pump | WPI | PV820 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
ECM 830 square wave electroporator | Harvard Apparatus | 450052 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Round tweezer electrodes | NEPAGENE | CUY650P1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Suture material | Ethicon | V493H | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Reflex clip applier for wound closure | WPI | 500345 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Temgesic injection solution | Essex Pharma AG | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
DMEM w/Glutamax-I | Invitrogen | 31966021 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Fetal Bovin Serum | Invitrogen | 1027016 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Penicillin/Streptomicin | Gibco | 15140 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Tissue culture dish | Falcon | 353003 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Polyethylenimine 250 ml | Sigma-Aldrich | 40872-7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
n-Butyric acid, sodium salt | Sigma | B 5887 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Tube, thinwall, polyallomer | Beckman | 326823 / 331374 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Model 900 small animal stereotaxic instrument | Kopf Instruments | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
OPMI pico microscope | Zeiss | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
SYS-Micro4 controller and Nanoliter2000 injector | WPI | B203MC4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Glass replacement 3.5 nanoliter | WPI | 4878 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
SR drill general application | Foredam | K2272 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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