Method Article
פרוטוקול זה מפרט הליך שבו התרבויות הנוירואליות של האדם מוטדיקות באמצעות בנייה ויראלית קידוד עבור מוטציה האדם האנושי. התמרה של תרבויות התצוגה ביחידות האוניברסיטה והפתווגיות הקשורות.
צבירה חריגה של החלבון טאו מעורב באופן פתולוגי במספר מחלות ניווניות, כולל מחלת אלצהיימר (AD). למרות שדגמי העכבר של טאונופתיה סיפקו משאב בעל ערך לחקירת מנגנוני הנוירורעילים של האוניברסיטה הנצברת, הוא הופך להיות יותר ויותר ברור כי, בשל הבדלים בין מינים נוירופיזיולוגיה, המוח בעכבר אינו מתאים ל מידול המצב האנושי. ההתקדמות בשיטות תרבות התאים הפכו את התרבויות העצבי האנושיות לנגישות לשימוש ניסיוני בתחום החוץ וסייעו בפיתוח הneurotherapeutics. עם זאת, למרות ההסתגלות של תרבויות התאים הנוירואליות האנושית, במודלים של מבחנה של הטאופתיה האנושית עדיין אינם זמינים באופן נרחב. פרוטוקול זה מתאר את המודל התאי של הצבירה של הטאו שבו הנוירונים האנושיים מותמרים עם וקטורים הנגזרים מהאנטי-ויראליות הקוד עבור מוטציה בפתוניים התמזגו לכתב חלבון פלורסנט צהוב (YFP). תרבויות התמרה לייצר אגרגטים טאו הכתם באופן חיובי עבור thioflavin ולהציג סמנים של רעילות נוירולית, כגון אורך האקסון הופחת ונפח ליסוזומגדל. הליך זה עשוי להיות מודל שימושי וחסכוני ללימוד tauopathies אנושיים.
צבירה פתולוגית של המיקרו-מחלות החלבון המקושר היא תכונה מוגדרת של הרבה במחלות ניווניות, כולל לספירה, דמנציה מתקדמת (ftd), מחלת ברים, ושיתוק מוחין גרעיני (PSP)1. במדינה שאינה חולה, מאוגד הטאו ומייצב את החוטים המיקרוסיבים העצביים ב-2. עם זאת, היפרזילציה הקשורים למחלות של הטאו מקדמת את צבירת הטאו, דיסוציאציה ממיקרוטובולים ורעילות עצבית3. ההשפעות הרעילות של הטאו הצבור עשוי להיות כרוך הפעלה חריגה של cholinergic4 ו glutamatergic קולטנים5 וכתוצאה מכך דיסתקנה של סידן תאיים ובסופו של דבר, מוות תאים. במודלים של בעלי חיים, הפחתת המוח המוחי משפרת את הפתולוגיה בעכברי לספירה6 ובדגמי העכבר של פגיעה מוחית טראומטית מתונה וחוזרת7.
ראיות הרכבה מעידות על כך שהמבנה והזיקה המחייבים של הטאו הנגזר מהעכבר נבדלים מטאו שנגזר על ידי האדם והעכבר טאו אינו מתאים לדוגמנות האדם tauopathies8. עם זאת, מודלים של תאי תאים אנושיים אינם זמינים מבחינה מסחרית. המטרה הכוללת של עבודה זו היא לתאר מודל בלתי מתורבת של הצבירה של הטאו שבו הנוירונים האנושיים מותמרים עם וקטורים הנגזרים המכילים מוטציה האדם בונה9. טאו הצבירה גרימת בנייה ויראלי מקודד לתחום החוזר של טאו מחסה P301L ו V337M מוטציות התמזגו כתבת YFP (טאו-RDLM-YFP) תוך שליטה בונה קוד עבור מסוג פראי (Wt) טאו לחזור התחום התמזגו לכתב YFP (טאו-Wt-YFP). התרבויות הנוירואליות משדיקות בשיטה זו מבטאות כתשע פעמים יותר טאו מאשר תרבויות שאינן מנתמרים. למרות שכמות הביטוי של הטאו מתבטאת במידה רבה בין התאים של טאו-RDLM-YFP-ובין טאו-אווט-יfp, רק נוירונים מותמרים ביחידות התצוגה של הטאו-RDLM. התרבויות התמרה את האור בעזרת טאו-rdlm-yfp באופן חיובי עבור thioflavin ולהציג הנחות באורך סיבי וצפיפות סינפטית. לכן, המודל התאי הזה עשוי להיות כלי שימושי לחקר הצבירה של הטאו בתוך מבחנה.
1. הכנת מדיה וריאגנטים
2. בנייה ויראלית
הערה: לפני תחילת העבודה עם מבנים לנטינגיניים, ודא שהמעבדה אושרה להשתמש בסוכני רמת בטיחות 2 (BSL-2). יתר על כן, BSL-2 ביגוד תרבות, ציוד הגנה אישית (PPE), ושיטות השמטה יש להשתמש כאשר עובדים עם וקטורים לעדשה.
3. האדם מתאים גזע עצבי האנושי
הערה: NSCs הם בדרך כלל נזרע ב-100,000 – 150000 תאים/cm2 והNSCs המסחרי הזמין ביותר נמכרים כמו 1 x 106 תאים/בקבוקון. פרוטוקול זה הותאם במיוחד עבור 10 ס מ מנות תרבות התא (אם כי בגדלים אחרים של מנות ניתן להשתמש); לכן, אם בשימוש NSCs מסחרית, הNSCs עשוי להיות מורחב על ידי להיות מתורבת בגיל שש-היטב מנות על מנת לגרום מספיק תאים לזרעים 10 ס"מ מנות. פרוטוקול זה ניתן להתאמה לחילופין עבור מגוון רחב של מידות התרבות תאים (אבל זה לא מכיל הוראות passaging NSCs כמו פרוטוקולים אלה זמינים במקומות אחרים11,12).
4. התמרה ואחזקה של תרבויות נירואליות
5. הדמיה של תאים
6. שיטות אופציונליות
טאו-RDLM-YFP-התמרה הנוירונים הייתה מתוייגת בעזרת YFP, ו RDLM-התמרה תרבויות הציג אגרגטים לאחר התמרה. אלה הכללות מוכתם חיובי עבור thioflavin (איור 1). כפי שאיור 1 ממחיש, פרוטוקול זה מייצר תרבויות נוירואליות המציגות את האגרגטים החיוביים של הטאו. עבור ניסויים ראשוניים, מומלץ כי בידול עצבי הוא אישר על ידי אימונויניום לסמן את העצב הספציפי β-טובולין III בתרבויות. חשוב מכך, פלואור מתויג באמצעות נוגדנים משניים צריך להיות הספקטרום עירור/פליטה כי אינו חופף עם זה של YPF (Cy3, למשל). למרות הפלורסנט הצהובה אגרגטים הניאון יהיה גלוי בהעדר של כתמים, thioflavin צריך לשמש גם עבור הדמיה כדי לאשר את האות הניאון הוא צבור טאו ולא פסולת סלולרית. בנוסף, הדוגמה באיור 1 אינה כוללת כתמים של dapi כדי לתייג את גרעיני התא כעירור/פליטה של dapi חופפים לאלה של thioflavin-S; כתמי גרעינים חלופיים יש להשתמש עם thioflavin-S אם הצורך.
איור 1: Thioflavin כתמים של תרבויות התמרה. נוירונים מרוטרים עם ה-"טאו-RDLM-YFP-וירוס" היו קבועים ואימונויניום עם β-טובולין III (אדום). בנוסף, יחידות הטאו (אות YFP בירוק) היו מוכתמות עבור thioflavin (כחול). קנה מידה של פסים = 25 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
פרוטוקול זה מתאר את הדור של מודל בלתי מתורבת של טאונופתיה האנושית שמוצגים כסף-כתם חיובי אגרגטים ו thioflavin-חיובי נוירופיבריליאן סבך. יתר על כן, תאים התמרה להציג הפתולוגית המושרה טאו כגון פגמים מורפולוגיים, synaptogenesis מופחתת, ונפח ליסוזוממוגבר. היתרון העיקרי של פרוטוקול זה הוא שהוא מספק מודל נגיש וחסכוני של טאונופתיה עצבית, שניתן להשתמש בו ללימודי סינון סמים, כמו גם לניתוח רעילות של הטאו. מודל זה ממלא את הצורך החומרי במחקר ניווניות כמו קווי התאים של טאונופתיה אנושיים עדיין לא זמין באופן נרחב והשימוש של הטאו טרנסגניים מפני העכבר הנגזרים הנוירונים דורש גידול בעלי חיים והוא מוגבל בשל הבדלים עצביים מאפיינים בין מינים.
בנוסף לאלה המפורטים לעיל, קיימים מספר שלבים קריטיים להצלחת הליך זה. ראשית, לוודא את סיכוייו הנגיפי הנכון משמש כי אם סיכוייו הנגיפי נמוך מדי, התרבויות לא יוצרים אגרגטים. שנית, ודא שתרביות המועצה לבטחון לאומי נשמרות כראוי ואינן חורגות מ-~ 80% זרימה. גידול יתר של NSCs יגרום לבידול מוקדמת. אחרון, לחכות 4 שבועות מלא עבור תרבויות עצבי להבדיל לאחר נסיגה מדיה bFGF מן NSCs. משך זה הוא הכרחי כדי להבטיח התבגרות של הנוירונים.
למרות שההליך המתואר לעיל הוא שיטה יעילה להפקת מודל טאונופתיה של הפריה חוץ גופית, קיימות מספר מגבלות הקשורות לפרוטוקול זה. ראשון, כפי שמתואר קודם לכן, שיטה זו מייצרת בתרי האדם בתאי גזע המושרה האנושי pluriפוטנטי, אך לא עובריים (E18), הנגזרות הנוירונים. גם לאחר שימוש שלוש פעמים יותר וירוס לשנות את הנוירונים עכברוש מאשר שימש הנוירונים האדם, מכרסמים תאים תרבויות נשאר שלילי עבור thioflavin כתמים, אשר מציע כי שיטה זו לא ניתן להתאים עבור תרבויות מכרסמים. ההבדלים בין תאי עכבר מתתמרים לבין הנוירונים האנושיים עשויים להיות בשל הנטייה המוגברת של הטאו האנושי כלפי צבירת13. המגבלה השנייה של הליך זה היא שלמרות שאגרגטים באוניברסיטת תל-אביב מיוצרים בתרבויות, שינויים בתאי זירחון בין התאים בטאו-RDLM ו-טאו-Wt-YFP-התרבויות לא ניתן לגילוי באמצעות חלבון PHF-1 (המזהה את טאו (מ404) ו-CP13 נוגדנים (המאתרות את הטאו ב-Ser 202). ממצאים אלה מראים כי הצבירה של הטאו בתרבויות האוניברסיטה-RDLM-YFP בשל P301L ו V337M כרוך מנגנון כי הוא עצמאי של היפרלציה, או את רמת הזירחון טאו אנדוגניים הוא תחת הרמה לזיהוי על ידי בכתם חיסוני. בשל היעדר הבדלים PHF-1 ו CP13 החיסונית בין הטאו-RDLM-YFP ו-טאו-Wt-YFP תרבויות, לא ברור אם מודל זה יהיה שימושי עבור מחקרים ניתוח ההשפעות של טאו קינאז/פוספאטואז פעילות על פתולוגיה. עם זאת, שני הנוגדנים PHF-1 ו CP13 לזהות אזורים מחוץ לתחום החוזר מחסה את המוטציות; לפיכך, נוגדנים נוספים המוגדלים נגד אתרי הזילציה השונים עשויים להועיל ללימודים עתידיים.
בנוסף לתרבות התא assays, מודל זה עשוי להיות כלי רב ערך למחקרים מעבר לפרדיגמת תרבות התא. למשל, אקסוזומים מבודדים מאמצעי התקשורת של תאים מתתמרים מכילים מינים רעילים של הטאו. אקסוזומים הם הסוד הקטן ושלפוחיות שפורסמו כמעט כל סוג תא, ו האקסוזומים היו מעורבים בשנת הפצת הטאו14. טאו-RDLM עצבי הגוף מכילים את הטאו האנושי אשר מוכרים על ידי כתמים מערביים9, ו האקסוזומים אלה מספיקים כדי לייצר הכללות טאו במוח העכבר נאיבי. ההכללות הללו הן מערכת חיסונית עבור נוגדנים ספציפיים של האדם (K9JA), אבל לא ברור אם ההכללות כוללות מצבור העכבר טאו. הממצא תיאר כאן כי ההליך אינו מייצר thioflavin-חיובי מכתים אגרגטים בנוירונים מכרסמים מציע כי ההכללות נצפתה במוח העכבר מורכבים כולו של האדם טאו, למרות מחקרים עתידיים נדרשים לאשר הרכב בהפקדות vivo.
בהתחשב בתפקיד לכאורה של הטאו הנגזר אקסוחלק ב tauopathies, המודל המתואר כאן עשוי להיות משאב שימושי לבדיקת התפקיד של האקסוחלק הנגרמת ניוון שמקורם באוניברסיטת טאו. לסיכום, הליך זה מייצר מודל בלתי מתורבת של הטאונופתיה האנושית שיש לו יתרונות משמעותיים על פני מערכות עצבי העכבר הטרנסגניים והוא יכול להיות מועסק למגוון ניתוחים פרה-קליניים.
. למחברים אין מה לגלות
המחברים רוצים להודות לד ר פיטר דייויס במכללת אלברט איינשטיין לרפואה בגין אספקת הנוגדנים PHF-1 ו-CP13 ו ד ר מארק דיאמונד באוניברסיטת טקסס, בדרום-מערב, למתן מבנים של הטאו. עבודה זו נתמכת על ידי מענקים של האגודה לאלצהיימר (נירנברג g-14-322164) כדי S.H.Y. ומהמכון קליפורניה לרפואה רגנרטיבית (TB1-01193) ליחסי ציבור
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 cm culture dishes | Thermofisher | 12556002 | |
15 mL tubes | Biopioneer | CNT-15 | |
16% paraformaldehyde | Thermofisher | 50-980-487 | |
24 well culture plates | Thermofisher | 930186 | |
50 mL 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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved