SCI 干细胞国际 1687 - 9678 1687 - 966 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2014/182737 182737年 研究文章 维护和神经元分化的鸡肉诱导多功能干细胞样细胞 http://orcid.org/0000 - 0003 - 0606 - 1456 鲁伊 1 Rossello 里卡多 1、2 春春 1 凯斯勒 Joeran 3 戴维森 伊恩 4 http://orcid.org/0000 - 0001 - 5165 - 6518 Hochgeschwender 乌特 5 贾维斯 埃里希·D。 1 Boheler 肯尼斯·R。 1 系神经生物学 杜克大学医学中心和霍华德休斯医学研究所 邮政信箱3209年,达勒姆,27710年数控 美国 duke.edu 2 学院中和母亲SUAGM Sistema大学安娜·g·门德斯,邮政信箱21345,圣胡安,公关00928 - 1345 美国 suagm.edu 3 Max-Delbruck分子医学中心 柏林勃兰登堡学校再生疗法 Hochbau 31.1, 13125年柏林 德国 bsrt.de 4 生物学系 波士顿大学 02215年LSEB 406年波士顿 美国 bu.edu 5 Neurotransgenic实验室 杜克大学医学中心 邮政信箱3209年,达勒姆,27710年数控 美国 duke.edu 2014年 11 1 2015年 2014年 16 06 2014年 08年 10 2014年 11 1 2015年 2014年 版权©2014鲁伊·戴et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

多能干细胞有可能成为成年人的身体,任何细胞包括神经元和神经胶质。禽流感干细胞可以用来研究问题,如声乐学习,很难与传统小鼠模型研究。诱导多能干细胞)的细胞则是分化的细胞重新编程为多能干细胞状态,通常使用诱导基因或其他分子。我们最近成功地生成禽流感iPSC-like细胞使用哺乳动物基因,克服局限性的产生和使用,则在相同物种(Rossello et al ., 2013)。然而,没有建立最佳的细胞培养条件禽流感万能干细胞细胞系建立长期,因此研究神经元分化 在体外。这里我们提出一个有效的维护方法鸡iPSC-like细胞并分化成神经元动作电位产生。

1。介绍

多能干细胞是未分化的细胞,有可能成为成人的身体的任何细胞类型。他们有两个主要特点。首先,与分化的体细胞,干细胞自我更新和增殖能力。其次,他们有能力分化成体细胞具有截然不同的特性。目前有两种主要的方法,可用于获取或创建干细胞 在体外。第一个是分离出胚胎干细胞(ESC)从早期胚胎。第二个是诱导多能干细胞(万能)从体细胞如成纤维细胞、第一次展示了可能的结合四个转录因子:Oct4、Sox2, Klf4,原癌基因( 1]。

尽管ESCs和万能干细胞可以分化成体细胞,有区别这两种类型的干细胞是否仍然引起关注的问题则可以完全概括多能胚胎干细胞的特征。这些包括集成的基因改变的细胞则包含重组病毒载体转录因子进入宿主基因( 2)和表观遗传修饰,如DNA甲基化和组蛋白激活( 3]。即使在重组之后,则仍然保留内存的组织,他们来自(尽管可能局限于早期的段落),这可能会限制它们分化成其他类型的细胞( 4, 5]。有时,分化限制增加万能的段落的数量减少( 6]。因此,ESCs和万能,因为可能的差异是很重要的验证任何线的万能的微分和发育特性生成。

鸟类的重要生物研究开发,包括神经发育( 7]。一个使用鸡作为模式生物的优势是能够监测其胚胎的发展 蛋中蛋。然而,研究鸟类的一个限制是很少有细胞系可用于研究细胞的功能。因此,我们的目标之一是建立禽流感干细胞可以用来研究神经元的功能。朝着这一目标,我们最近成功地使用哺乳动物同源染色体的iPSC诱导转录因子诱导部分iPSC-like细胞在动物王国,鸟,鱼, 果蝇( 8]。我们可以表演 在活的有机体内整合和分化的细胞在鸟类和鱼类,但无法获得稳定的细胞系,许多段落幸存下来。我们开发新媒体条件下,允许我们保持同样的禽类细胞近20通道,和我们能够分化成神经元 在体外

2。材料和方法

开始的成纤维细胞和初始iPSC-like细胞一样的细胞Rossello et al。 8]。但是,与研究,在这项研究中转导的第一周后我们比较在不同介质条件下细胞的生长。在之前的研究中,有关,引文提到目前的研究是未发表的结果做准备。

2.1。胚胎成纤维细胞提取

所述Rossello et al。 8),获得胚胎成纤维细胞,新鲜鸡蛋孵化在37°C 2 - 4天,小鼠胚胎收集胚胎第12天。胚胎提取和腹部和头部分离钳。剩余的胚胎分离,使胰蛋白酶化与0.25%胰蛋白酶EDTA (Gibco)在37°C到单个细胞悬液。胰蛋白酶是KO中和后DMEM (Gibco 10829)加上15%的边后卫(HyClone)。细胞5 - 7分钟1500 rpm旋转,上层清液吸气。细胞被镀在15厘米细胞培养板,每板1胚胎KO DMEM + 15%的边后卫和孵化39°C(鸡)或37°C(鼠标),分别在5%的股份有限公司2大气与21%的氧气。两天的潜伏期后,细胞通过一次在一个1:4稀释和冷冻或转染两天后,如下所述。

2.2。诱导多功能干细胞转导和文化

所述Rossello et al。 8)、鸡肉或小鼠胚胎成纤维细胞转导2我+修改中(见下文)STEMCCA病毒载体包含鼠标Oct4、Sox2, Klf4,原癌基因的基因据ViraDuctin慢病毒转导工具包(ltv - 201) [ 9]。我们通常转导12 - 24独立成纤维细胞复制文化12-well细胞培养板(康宁,3.8厘米2)。细胞转导塞斯克媒体一周后,然后通过在许多不同的媒体组合条件的试验和错误4为每个条件独立复制,其中五个比较(表内报告 1,见下文)。由于不同媒体条件下同时进行4井12 - 24孔板,这对实验板控制,孵化器,或其他变量。

成分的五使媒体提出了研究条件。

媒体名称 BRL-C。+ 塞斯克 2我+ 塞斯克2我+ 2我+国防部。
KO DMEM 82% 87% 82% 87% 82%
的边后卫 15% 10% 15% 10% 15%
Na丙酮酸(100毫米) 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米
Glutamax(100倍) 2毫米 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米
不必要的氨基酸(100倍) 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米
Beta-mercaptoethanol 0.005毫米 0.005毫米 0.005毫米 0.005毫米 0.005毫米
青霉素、链霉素(100倍) 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米 1毫米
核苷(100倍) 1毫米 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
生活 - - - - - - 1000 U /毫升 1000 U /毫升 1000 U /毫升 50 U /毫升
PD0325901 - - - - - - - - - - - - 0.5μM 0.5μM 1μM
CHIR99021 - - - - - - - - - - - - 3μM 3μM 3μM
A83-01 - - - - - - - - - - - - 0.5μM 0.5μM 1μM
rhIL6 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - -
rhsILR6a - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - -
rmSCF - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - -
rhIGF1 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - -
rhFGF2 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - - 1纳克/毫升 - - - - - -

媒体都是相似的一组标准的细胞培养基成分对青霉素(KO DMEM /链霉素),但存在和不同浓度的一些成分,以及生活,2我+抑制剂(PDO325901、CHIR99021和A83-01),细胞因子和重组人类或鼠标因素(rh或rm)抑制细胞分化。

2.3。增长的媒体环境

BRL条件媒体+(布法罗鼠肝)。90% KO DMEM(σ)+ 10%的边后卫的先决条件(Hyclone)和水牛鼠肝细胞3天来创建BRL条件媒体。然后每100毫升BRL条件媒体,我们添加了以下标准细胞培养成分(生成总数150毫升):KO DMEM(15毫升)的边后卫(7.5毫升),100毫米丙酮酸钠(1.5毫升),100 x不必要的氨基酸(1.5毫升;σ),100 x Penicillin-Streptomycin(1.5毫升,σ),100 x核苷(1.5毫升,微孔),100 x Glutamax (250 μL,生活技术),和beta-mercaptoethanol (190 μL,σ)来生成“BRL条件+”媒体,与最终的浓度列在表中 1。这种介质用于种植鸡原始生殖细胞(包括;( 10),除了我们省略了鸡血清。

塞斯克(鸡胚胎干细胞)媒体。这个媒介是基于Samarut和疼痛 11),它是用来支持鸡ESCs扩散。它是用来培养我们最初iPSC-like禽细胞持续了报告的第五段Rossello et al。 8]。它由标准媒体的边后卫和Glutamax浓度的差异和生活(微孔LIF2010)和下面的重组细胞因子(表补充道 1):rhIL6 (Peprotech 200 - 06), rhsIL6Ra (Peprotech 200 - 06 - r), rmSCF (Peprotech 250 - 03), rhIGF1 (Peprotech 100 - 11),和rhFGF2 (Peprotech 100 - 18 - b)。从人类生活的目的和重组细胞因子(h)和鼠标(m)抑制分化。

2我+(3抑制剂)+ 人生如果媒体我+ (2)。2我+媒介是基于 12- - - - - - 14),包含3在哺乳动物细胞的化学物质抑制细胞分化。标准3 i和生活媒体包括生活激活STAT3 CHIR99021 GSK3抑制,抑制MEK PD0325901, PD184352抑制FGF受体酪氨酸激酶。我们发现用A83-01代替PD184352,抑制及,导致健康寻找增殖殖民地( 13]。在我们的实验中,我们使用标准的媒体条件(除了的边后卫上升到15%,因为我们观察到细胞增殖快的边后卫在15%),然后添加生活+三个抑制剂:PD0325901 (Stemgent) CHIR99021 (Stemgent)和A83-01 (Tocris Biosci) ( 12]。

塞斯克和2我+媒体。这个媒介是塞斯克和2 +(表 1)。我们使用标准的媒体环境,包括15%的边后卫的水平,然后添加生活,2我+ (PD0325901, CHIR99021, A83-01)和重组蛋白(rhIL6, rhsIL6Ra, rmSCF、rhIGF1 rhFGF2)在同一浓度。

修改2我+媒体禽细胞。我们尝试各种浓度的变化的生活和我2 +分子获得修改2媒介禽细胞的扩散。这种媒介生成以同样的方式作为我们2我+媒体(表 1),但降低了生活(从1000 U /毫升50 /毫升),增加PD0325901(从0.5 μ米1 μCHIR99021(3米),没有变化 μ从0.5 M),增加A83-01 ( μ米1 μ米)。这个媒介是用于种植更增生性iPSC-like禽细胞持续过去20篇报道( 8和本文的时间仍然激增。

2.4。生成和维护控制鼠标iPSC

我们在家鼠万能干细胞冷冻股票细胞用于控制实验。他们根据协议中描述生成Rossello et al。 8]。细胞解冻后,他们在与鸡iPSC-like培养细胞与塞斯克或修改2我+媒体。

2.5。有丝分裂抑制成纤维细胞细胞培养的喂食器

小鼠成纤维细胞被扩大,使胰蛋白酶化、辐照和储存在液氮整除。辐照细胞解冻并根据需要镀一到五天前使用。一夜之间,成纤维细胞提取鸡被镀在~ 70% confluency所需的细胞培养板上种植鸡iPSC-like细胞。然后mitotically灭活细胞和mitomycin-C(σm - 0503)的浓度为10 μg / mL的媒体为2.5小时39°C。之后,这些细胞被洗3次,1 xpbs (Gibco)和孵化鸡iPSC-like所需一夜之间在媒体上的增长。鸡iPSC-like细胞使胰蛋白酶化(Gibco, 25200 - 056),然后旋转下来镀到mitotically灭活鼠标或鸡成纤维细胞与新媒体。

2.6。从成纤维细胞机械提取iPSC-Like殖民地

鸡iPSC-like细胞培养的干细胞和self-proliferating成纤维细胞用0.25%胰蛋白酶孵化EDTA (Gibco)在室温下30秒,同时轻轻来回摇摆的盘子。胰蛋白酶是修改2我+媒体和中和后板放置在解剖显微镜下。500 μL吸管,然后干细胞殖民地与纤维母细胞分离和抽取到吸管小费。提取的殖民地被放入细胞培养板上的好大约在3 - 5个殖民地每22.1毫米或6.35毫米12-well板或96孔板,分别(康宁)用新鲜修改2 i +媒体。提取的殖民地被培养其他鸡iPSC-like细胞在39°C, 5%的公司2,21%的氧气。

2.7。碱性磷酸酶染色

细胞培养皿或玻璃幻灯片和4%多聚甲醛固定水在室温下10分钟。他们然后用三羟甲基氨基甲烷马来酸盐缓冲液洗2 - 3次(30毫米三pH值9.0)和碱性磷酸酶染色活动30分钟在室温下与刚做好的解决方案包含Naphtol-AS-MX-phosphate(σN5000)和快速红色TR盐(σF2768)与MgCl三羟甲基氨基甲烷马来酸盐缓冲液2(10%)。他们然后用PBS停止洗的颜色反应和盖玻片Vectashield HardSet安装介质包含DAPI(向量实验室,h - 1500)。

2.8。神经元分化

我们试图从鸡iPSC-like生成神经元细胞使用两个不同的协议:(1)干细胞技术ES-Cult装备,使用菜胚状体体方法准确描述(干细胞技术,猫# 28706;生产终止);和(2)一个分化方法修改( 15]。2媒体使用的修改补充,N2 (Gibco 17502 - 048)和B27 (Gibco 17502 - 048),通常用于结合生活(白血病抑制因子)来维持的ESCs的多能性和祖细胞。生活的主要成分是文化条件,帮助细胞保持未分化状态。N2和B27没有生活是用来维持神经元文化和刺激干细胞和祖细胞分化成神经元。使用的方法李et al。 15),有三个步骤。

我们首先形成拟胚体(EBs) 6厘米板块包含iPSC-like细胞用0.25%胰蛋白酶+ EDTA使胰蛋白酶化(Gibco)。胰蛋白酶是淬火和细胞在1500 rpm。细胞被resuspended在 胚状体的身体形成媒体(见下文)和镀超低附着6-well细胞培养板(干细胞技术,猫# 27145)大约106细胞每4天。2天内,细胞聚集成EBs培养4天以上时,在某些情况下,EBs开始显示cardiac-like节拍零星的节奏。增加细胞浓度每增加了EBs的大小和数量。

经过4天的EB形成,他们小心翼翼地转移到15毫升管和允许接受15 - 30分钟通过重力管的底部。媒介是小心地吸气,以便不打扰EBs。然后resuspended EBs 过渡的媒体(见下文)和镀到poly-L-ornithine和层粘连蛋白镀膜玻璃盖玻片(BD BioCoat 1232 c71)复制24-well细胞培养板。2到3天后文化EBs上完全的盖玻片。

然后我们继续培养细胞 N2B27神经元分化的媒体(见下文),7 - 10天获得功能神经元。根据需要,2/3rd培养基的新鲜N2B27媒体所取代。

胚状体的身体形成媒体。这是标准的培养基没有细胞增殖抑制剂(表 1)。的具体浓度标准成分KO DMEM(81%)的边后卫(15%)、丙酮酸钠(1毫米),不必要的氨基酸(1毫米),Glutamax(1毫米),beta-mercaptoethanol(0.005毫米)和青霉素和链霉素(1毫米)。

过渡的媒体。这个媒介是1:1的混合物标准媒体(表 1,从KO DMEM青霉素、链霉素)和神经分化N2B27媒体基于李et al。( 15),但没有额外的视黄酸。N2B27介质是由1:1的混合物N2和B27媒体,分别存储在使用前。氮气介质由DMEM / F12 (99%, Gibco), N2 (1%, Gibco 100 x)和BSA (0.01%, Fisher);B27由neurobasal媒体(96%,Gibco), B27 (2%, Gibco 50 x) Glutamax(1毫米),青霉素和链霉素(1毫米)和beta-mercaptoethanol(0.005毫米)。所有成分的最终浓度1:1混合过渡媒体N2B27和标准媒体KO DMEM(40.5%)的边后卫(7%)、丙酮酸钠(1毫米),不必要的氨基酸(1毫米),Glutamax(1毫米),beta-mercaptoethanol(0.005毫米),青霉素和链霉素(1毫米),DMEM / F12(24.5%)、氮气(0.25%,Gibco 100 x) neurobasal媒体(24%),B27 (0.5%, Gibco 50 x)。

N2B27神经元分化的媒体。这种媒介是一样的N2B27上面所描述的那样,最终浓度的DMEM / F12(49%)、氮气(0.5%)、BSA (0.005%)、neurobasal媒体(48%),B27 (1%, Gibco 50 x) Glutamax(0.5毫米),青霉素和链霉素(1毫米)和beta-mercaptoethanol(0.005毫米)。

2.9。免疫细胞化学

区分神经元上玻璃盖玻片和4%多聚甲醛固定15分钟,用水洗1 x PBS。细胞被permeabilized triton x - 100 1 0.3% PBS 30分钟在室温和阻塞以适当的血清或1% BSA在室温1小时。细胞与初级孵化抗体(NeuN微孔MAB377;MAB1637 TU-20,微孔;或巢蛋白、微孔MAB353) 1小时1:100稀释在PBS然后二次抗体1:1000稀释一小时如下:NeuN加上一个AlexaFluor488荧光二次抗体(分子探针);TU-20巢蛋白和加上一个anti-mouse免疫球蛋白二次抗体(σ,A3562)然后用快速反应蓝色RR盐(σFBS25)。细胞生长的盖玻片被安装在载玻片上包含DAPI Vectashield越来越多的媒体。我们量化NeuN标记细胞通过计算所有细胞的数量在100 x视图从三个独立的复制,这个数字除以总DAPI标记细胞,然后平均的值。

2.10。电生理学

盖玻片与神经元被转移到现场录制室包含标准细胞外液(140 mM:氯化钠、3氯化钾、2 CaCl21.25 MgCl21.25不2阿宝4、20 d -葡萄糖和10玫瑰)。建立了全细胞记录在一个正直的显微镜使用DIC光学(奥林巴斯BX51WI LUMPLFLN40XW目标)。记录吸量管电阻从3到6 MΩ和系列电阻< 20 MΩ。数据测量和获得b Axoclamp 700放大器和Digidata 1440(分子设备)。内部电极的解决方案包含,毫米,135 K葡萄糖酸,2 MgCl2EGTA NaGTP 2 MgATP, 0.5, 0.5, 10玫瑰,和10磷酸肌酸(pH值7.35)。细胞是由电流注入试验动作电位的存在。

2.11。定量实时聚合酶链反应

细胞被剥离下来,RNA提取使用标准工具(Promega SV总RNA隔离系统,Z3105)。鸡iPSC-like细胞生长在我们修改2 i +媒体条件下,控制纤维母细胞生长在同样的媒体,和鸡分化神经元生长在微分媒体。RNA是量化使用NanoDrop 2000 C(热科学、沃尔瑟姆,MA)和存储在−80°C。互补DNA(互补)生产(10 μL 2 x RT缓冲区1 μL 20 x上标2酶;应用生物系统公司)使用MJ四分体系统运行逆转录周期(周期:37°C 60分钟,95°C 5分钟,4°C持有)。互补脱氧核糖核酸被用作模板进行基因表达分析使用BioRad Cx96实时机器与定制TaqMan引物探针(由应用生物系统公司)或自定义引物1 μL SYBR绿色(BioRad) 20 μL反应包含1 μ模板(L ~ 2 μ克/ μL), 10 μL 2 x基因表达主人混合(BioRad大力神,CA)。区分相对神经干细胞基因的表达,不同引物生成的鼠标和鸡物种,使用不重叠的序列。探针包括鸡特定Nanog (ID NM_001146142.1基因5′-CAGCAGACCTCTCCTTGACC-3′,牧师引物3′-TTCCTTGTCCCACTCTCACC-5′), Oct4 (ID NM_001110178基因5′-GGGAAGATGTTCAGCCAGAC-3′,牧师引物3′-GTCTGGTTCTGCAACCGGCG-5′),和Sox2 (ID NM_205188.1基因5′-TTTCCTAGGGAGGGGTATGAA-3′,牧师引物3′-GCAGAGAAAAGGGAAAAAGGA-5′)来确定鸡iPSC-like具备干细胞的细胞;克莱斯勒(双肾上腺皮质激素ID NM_204335基因5′-CGCTGAAAACCGCTTCAGAT-3′,牧师引物3′-ACTGCTCGAGGTCCCATTTG-5′),巢蛋白(ID NM_205033.1基因5′-GCAGAGCCAGAGCGCACCAA-3′,牧师引物3′-CAGGCTCAGCCCCACTGTGC-5′),和beta-tubulin三世(ID NM_001031598基因5′-GGCCTCCTCTCACAAGTACG-3′,牧师引物3′-AAATGAAGTTGTCGGGGCGG-5′)神经特异性;和GMFB(神经胶质成熟因子B基因ID XM_418091.4 5′-CGGGCAGGATGGATTTCTCT-3′,牧师引物3′-GTACTCATTGGCCTCGTGCT-5′)胶质特异性。所有的引物进行了测试和显示效率水平90%以上,符合MIQE指南( 16]。每个也包含10 x RT缓冲区(200毫米Tris-HCl / pH值8.4;500毫米氯化钾),MgCl 25毫米2,1 μL的互补产品,10毫米核苷酸,iTaq DNA聚合酶。骑自行车的rt - pcr条件如下:48°C 10分钟和95°C十分钟,其次是40 95°C的周期15秒(变性)和60°C 1分钟(退火)。没有模板控制分析运行对于每个引物组,探针和端粒酶试验。18 s rRNA内生控制运行每个样本(TAQMAN男人底漆:猫#真核18 s rRNA HS99999901_S1;应用生物系统公司)。所有的反应都在五胞胎。结果规范化内生18 s rRNA表达式(ABI)和对照组的基因表达水平使用DDCT方法( 17]。方差分析是为每一个物种内的基因表达的变化。统计显著性测定 P = 0.05

2.12。MTT试验

MTT试验执行标准工具包(Promega SV细胞非放射性细胞增殖测定效价96,G4000)。鸡成纤维细胞和鸡iPSC-like细胞生长在修改2我+媒体。在每个通道后,细胞培养24小时,装备染料溶液添加到每个好和孵化设备协议在37°C为4个小时。之后,增溶缓冲区是添加到每个好/协议和孵化一夜之间,在570 nm和吸光度是阅读。

3所示。结果 3.1。维护鸡iPSC-Like细胞

第一部分我们的研究的目的是找到条件允许我们成长禽流感iPSC-like细胞过去5通道,我们很难在塞斯克媒体( 8]。不同介质条件尝试用各种各样的细胞,包括鸡胚胎干细胞来自伯特兰痛苦,鸡从Marie-Cecile van de Lavoir原始生殖细胞,和鸡肉iPSC我们推导出自己。这里我们报告五个媒体条件比较的目的,使用前面生成的iPSC-like细胞生长在塞斯克媒体包括前面的条件作为基准。对于我们的通用协议,鸡胚胎成纤维细胞转染与STEMCCA磁带包含四个转录因子诱导老鼠,和nontransfected鸡胚胎成纤维细胞被用作控制,在标准媒体条件复制12 - 24井。1周后,细胞通过一次,然后转移到保持最初的四个分化抑制媒体条件复制4:BRL-conditioned另外,塞斯克,2我+,塞斯克,2我+(表 1:看到部分 2详细的媒体作品)。先前的研究显示,我们的结果验证(图中未显示),BRL-conditioned ( 18)和塞斯克媒体( 11维持鸡)是足够的原始生殖细胞(包括)和鸡的ESCs,分别,2我+介质足够维持老鼠干细胞 在体外( 12]。

在我们的实验中,在所有媒体条件下鸡细胞开始形成小iPSC-like殖民地1 st-2nd通道内的增殖细胞(图 1),而成纤维细胞没有。然而,第二和第五章节之间有差异条件(量化表 2)。殖民地BRL-conditioned媒体非常小和黑暗,贫穷,和他们所有人很快开始衰老的第二通道(几周)。衰老特征是看到一些没有剩余的殖民地或增殖的细胞。塞斯克和2细胞i +媒体一直持续到第四段,但在只有~ 50 - 70%的复制,然后他们开始衰老的第五段(表 2)。塞斯克的细胞没有成长更好的我+ + 2,在只有50%的细胞通道6然后停止增长(表 2)。然后我们产生许多其他修改的2我+媒体(2 i + Mod)生活通过系统地降低和增加抑制剂(0.5 μ在媒体上的增量)。我们测试了不同配方的媒体鸡iPSC-like细胞上,我们可以清楚地识别出哪个媒体辅助细胞的增长的第三或第四通道。我们发现降低生活和增加两种抑制剂(PD0325901和A83-01)导致鸡群出现更健康和更大的已经通过第二段与第一段(图 1(e))和增长近20通道(表8所示 2)和一个相似的速度作为我们的鼠标iPSC控制(表 2)。我们老鼠生长良好,增殖的细胞则殖民地塞斯克和修改后的2我+媒体(表 2),这表明与鸡的差异使用塞斯克媒体可能反映了物种差异。

诱导多能干细胞的通道在不同介质条件下生存。

通道 鼠标
BRL-C。+ 塞斯克 2我+ 塞斯克2我+ 2我+国防部。 塞斯克 2我+国防部。
1 2/4 四四 四四 四四 2/2 四四 1/1
2 0/2 四四 3/4 四四 8/8 四四 四四
3 - - - - - - 3/4 2/2 3/4 四四 四四 四四
4 - - - - - - 四四 2/2 2/2 四四 四四 四四
5 - - - - - - 0/4 0/2 1/2 3/4 四四 四四
6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0/2 四四 四四 四四
7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 四四 四四 四四
8 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 四四 四四 四四

每一行表示一段从以前行。分数的分子表明文化(井/板)的数量在通道,分母代表文化始于这一段的数量。“-”符号表明没有细胞存活那一段。在每个通道,如果文化高度增殖,每个或盘细胞扩展到4其他井/盘子;如果他们有一个低水平的扩散,他们只扩大到2人;如果他们没有扩散,必然通过未稀释的从一个到另一个,直到开始衰老的细胞。细胞的分母立即劣质表明细胞分裂的比率。我们尝试增加或减少细胞浓度对于那些文化停止增殖,但这并没有阻止他们开始衰老。鸡iPSC-like细胞在我们修改2我+媒体我+ mod。(2)和我们自己的鼠标iPSC KO-DMEM媒体都让它过去20通道(没有显示)。

鸡iPSC-like细胞生长在不同介质条件下的例子在第二段增长。(一)鸡iPSC-like细胞生长在BRL-conditioned媒体。细胞变得黑暗,脱离底部的盘子。他们没有生存过去第二通道。(b)细胞生长在塞斯克媒体最初激增但开始拆卸板后第二通道。他们没有生存过去的第四段。(c)鸡iPSC-like细胞生长在塞斯克和2我+媒体没能活下来过去的第四段。(d)鸡iPSC-like细胞生长在我过去6通道+媒体没有生存。(e)鸡iPSC-like细胞生长在修改2我+媒体。殖民地远远大于殖民地种植在其他3媒体条件下,比例尺是同样的调整。

与其他媒体条件下,我们发现鸡的形态学iPSC-like殖民地反复修改2我+媒体通过三个不同的发展阶段。当细胞最初转导,殖民地表现出明显的形状与肤色的中心(图 2(一)),代表鸡胚胎干细胞的形态 8]。大约4 - 5通道后,殖民地在其他媒体条件下开始开始衰老,修改我的殖民地+中失去色素和成纤维细胞开始出现在殖民地的边缘(图 2(c))。殖民地在每个后续段落将持续开始以稳定的速度增长(需要1:2稀释每2 - 3周)第一次没有成纤维细胞,然后将几天后出现。当我们把成纤维细胞在外围机械500 μL吸管( n = 5 ),这个阶段的细胞停止增殖。当我们镀在mitomycin-C-treated或辐照鼠标或馈线鸡成纤维细胞( n = 3 每个),茎状的细胞增殖更显著下降。因此,我们能够保持增长的唯一途径是让细胞修改2 i +媒体产生周围成纤维细胞在生长在这个阶段。然而,8-9th通道后,大多数的殖民地(> 65%±12%)开始失去发展成纤维细胞的形态(图 2(e)),尽管,尽管在我们普通鼠标则和ESCs,仍有少量的纤维母细胞分化文化井。最后,大约12通道后,细胞殖民地开始像老鼠的形态和扩散的细胞则以相似的速度(每7天~ 1:4稀释)和文献中报道小鼠( 3]。我们到目前为止已经能够保持这段的鸡iPSC-like细胞一年多来,而不是1:每2 - 3周2稀释前阶段。所有的殖民地在三个阶段仍然碱性磷酸酶染色阳性(数字 2(b), 2(d) 2(f))和内源性表达鸡同源染色体的干细胞诱导基因(也看到Rossello et al。 8]);周围成纤维细胞没有对碱性磷酸酶染色。因此,我们修改2我+媒体禽细胞不断实现我们的目标的持续增长与发展创造条件的禽流感iPSC-like细胞。

鸡iPSC-like细胞形态发展的三个阶段修改2我+媒体。(一)第一阶段:鸡iPSC-like细胞集落在第四段特征黑暗的中心。在(a) (b)与殖民地与碱性磷酸酶染色。(c)第二阶段:殖民地是轻的8通道与干细胞的成纤维细胞辐射殖民地。(d)与殖民地在(c)和碱性磷酸酶染色;分化成纤维细胞不与碱性磷酸酶染色。箭头,殖民地;箭头,纤维母细胞。(e)第三阶段:10通道,下面大的殖民地,和更少的成纤维细胞或两边。(f)与殖民地如(e)和碱性磷酸酶染色。

殖民地整个三个阶段也表达了内生鸡同源染色体的干细胞诱导基因(图 3;也看到Rossello et al。 8])和正常核型的最后阶段(见Rossello et al。 8])。我们检查了高度增殖的殖民地。使用中存在3鸡特定探测器与多能性,我们发现相对于nontransduced成纤维细胞,高度增殖的鸡仍然iPSC-like细胞表达高水平的内生Nanog, Oct4、Sox2(图 3);内源性klf-4很低,如早期在正常鸡ESC(图 3;( 8])。因为鸡iPSC-like细胞转导Oct4鼠标同系物,Sox2,原癌基因,和klf-4鸡同系物的表达显著增加,包括Nanog nontransduced基因,表明内生多功能机械仍活跃在最后阶段。同样,MTT检测表明,鸡iPSC-like细胞保留了相当高的扩散(代谢)(图的能力 4)。

中存在的鸡肉iPSC-like细胞在第七段和分化神经元相比,鸡胚胎成纤维细胞。cNanog、cOct4 cSox2鸡同源染色体的基因通常表达干细胞相对于纤维母细胞;鸡Sox2,克莱斯勒、巢蛋白和beta-tubulin三世在神经元和胶质细胞GMFB。分化的神经元文化使用感应后10天。在图中没有显示值低于0.4(仅可检测)。克莱斯勒和微管蛋白没有(零)检测到表达鸡iPSC-like细胞培养2我+修改媒体。cNanog和cOct4没有检测到表达分化神经元。神经胶质成熟因子0.72±0.21相对表达式和巢蛋白在prpsc 0.0047±0.00034。的值是 n = 3 独立的复制。误差线,SEM。 P < 0.05 相对于纤维母细胞的控制。

MTT测定鸡iPSC-like细胞相比,鸡胚胎成纤维细胞。他们通过成纤维细胞光密度显著降低,随着时间的推移,而鸡iPSC-like细胞生长在修改2我+保留他们的代谢潜力无论通道数。

3.2。神经元分化的鸡肉iPSC-Like细胞

我们把细胞,让它过去5日8日,12日和20段落修改2我+媒体和试图分化成神经元。我们第一次尝试了协议由干细胞技术,ES-Cult(干细胞技术,猫# 29706;终止),但发现,尽管他们能够为鼠标,生成neuronal-like出现细胞分化的老鼠细胞的密度稀疏,禽流感拟胚体(第一步)麻烦将这些盘子。然后我们尝试和修改的方法李et al。 15),没有额外的视黄酸,用我们的鸟类标准媒体组合。我们发现,在这个修改神经元分化培养基,鸡iPSC-like分化的细胞经历了五个不同的阶段。

在第一阶段,当鸡iPSC-like细胞(图 5(a))被放置在身体胚状体的形成中、在超低附着盘子,他们脱离底部的板块,成为色素,并组成了一个三维球,也就是说,EB(图 5(b))。当这些EBs然后放入神经过渡媒体对玻璃盖玻片poly-L-ornithine和层粘连蛋白好几天,他们依附于盖玻片,开始变平,(图 5(c))。当他们被放置在N2B27媒体,在接下来的7天内,细胞迁移距离EB和神经突形成过程(图 5(d))。12到14天后N2B27媒体,这些分化细胞神经元形态(图显示清楚 5(e))。剩下的细胞在原始EBs自己了neurobasal-like形态、rosette-like结构(图 5(d);( 19])。

鸡iPSC-like细胞分化(ciPSC),生长在修改2我+媒体,为神经元。(a)未分化的鸡iPSC-like细胞修改2 i +媒体通道10。(b)拟胚体悬浮培养中胚状体的身体媒体,2天后开始分化的协议。(c)附加胚状体的身体在媒体转型,6天后开始分化。(d)神经突产物(箭头)N2B27媒体天9年初以来分化。(e)开发的神经元(箭头)N2B27媒体15天。

我们已经发现,区分细胞白天7表示NeuN(图 6(我)),一个神经核抗原( 20.]。甚至这样的一些细胞还没有明确的神经过程,表明细胞神经元前体细胞。NeuN标记细胞往往位于远离neurobasal细胞(图 6(f))。的colocalization NeuN细胞核染色(绿色)和DAPI染色(蓝色)表明表达的抗原是正确地主要在细胞的细胞核和细胞质在较小程度上(数据 6(h)和 6(我);( 20.])。在这个阶段,NeuN标记细胞的密度为56%(±11.6%)细胞分化的5日或8通道和56.3%(±5.46%)细胞分化的12日和20的段落。相比之下,井只有开始鸡iPSC-like细胞在一个类似的密度介于0和2 NeuN标记细胞在整个。

神经元分化神经元的标记染色。((a) - (c))相衬下鸡iPSC-like未分化细胞(a)或与DAPI荧光(b)和NeuN (c)污渍。((d) - (f))神经元分化相衬下鸡iPSC-like细胞(d)或与DAPI荧光(e)和NeuN (f)污渍在第七天。((g) - (h))特写的单个细胞NeuN和DAPI标记。特写镜头,我们选择一个地区较少NeuN标记细胞为了显示标记和未标记细胞的对比。箭头,强烈的例子标记NeuN细胞;箭头,适度NeuN标记细胞的例子。控制iPSC-like细胞几乎没有标记细胞(只有0 - 2 /整个或板)。

经过14天的神经分化,细胞巢蛋白染色,中间丝蛋白,即优先表达在神经元的胞浆soma(图 7(c)) 21),彩色beta-tubulin III (TU-20),这些标签神经元微管通常表达神经元轴突和树突(图 7(d))。TU-20标签允许我们想象的神经过程,在那里可以看到细胞形成连接或至少通过这些过程彼此联系在长距离在盖玻片(图 7(d))。如此长的过程只有在旧文化从14天左右开始。开始鸡iPSC-like细胞没有显示分化过程,没有污点NeuN,巢蛋白,或TU-20(图 6(c)和数字 7(一)和 7(b))。这些结果说明在展览神经元分化的细胞形态和细胞抗原没有出现在开始。

更充分地分化神经元的神经标记染色。(a)和(b)巢蛋白和beta-tubulin三世(TU-20) nondifferentiated鸡iPSC-like细胞的标记。iPSC-like细胞有闪亮的外表下所使用的灯光设置。(c)和(d)从鸡iPSC-like分化神经元细胞染色阳性巢蛋白和beta-tubulin三世14天(紫色标签)。

神经元分化细胞的身份进一步支持中存在的神经元与神经元标记doublecortin,巢蛋白和beta-tubulin三世鸡iPSC-like细胞(图 3)明显高于相对表达iPSC和纤维母细胞或iPSC-like控制。我们还发现大大增强表达胶质标记神经胶质细胞成熟分化因子β(GMFB)比成纤维细胞和ciPSC-like细胞。这表明,除了神经元,一些鸡肉iPSC-like细胞可以分化成胶质细胞在神经元分化的媒体。

我们下一个测试是否分化细胞表现出膜兴奋性神经元的特征。我们从视觉控制下的培养细胞全细胞记录,选择与多极neuron-like细胞形态(图 8(一个))。我们patch-clamped 4细胞,3表现出强烈的动作电位。符合神经细胞表型,分化细胞超极化静止膜电位之间的68年和65−−mV。然后我们去极化电流注入current-clamp模式评估动作电位的存在(图 8 (b))。这个持续生成列车诱发的过度动作电位阈值的大约40−−33 mV,高度从78年到86年mV。峰值是快速(宽度一半max, 1.5微秒),还显示突出after-hyperpolarizations(数字 8 (b) 8 (c))。超极化电流注入产生的分级膜电位的变化表明433兆欧姆的输入电阻。我们记录显示每一个多极细胞类似的发射特性。因此,差异化iPSC-like细胞显示几个电生理特性的神经元细胞类型的说明。

全细胞current-clamp神经元分化的录音鸡从iPSC-like生成细胞动作电位放电。(一)DIC图像显示单个细胞(箭头)在全细胞记录吸管配置(箭头)。(b)膜电位反应产生的电流注入。超阈值的去极化电流导致训练过度的动作电位。(c)展开图的单个动作电位超极化后说明窄的宽度和强度。

4所示。讨论

我们的研究展示了一种有效的方式来生成和维护鸡iPSC-like细胞并分化成神经元。之前的研究结果表明,困难过去少数细胞增殖的文章不一定是由于细胞是否万能,但由于媒体条件具体个别物种。然而,我们的研究结果也表明,媒体环境可以帮助过渡细胞从一个潜在的部分更高度增殖的重新编程状态。鸡肉iPSC-like细胞保持在修改2 i +禽流感媒体发达通过三个不同形态阶段的细胞通道:增长缓慢,更与分化成纤维细胞快速增长,迅速发展成纤维细胞。我们假设周围成纤维细胞分化从iPSC-like细胞并帮助维持增殖干细胞在早期阶段,作为演示了一些人类[ 22)和小鼠ESC线( 23]。这是最有可能的原因协议维护人类干细胞受益coculturing细胞与成纤维细胞( 22]。在这种情况下,人们认为干细胞,通过不对称分裂,创建自己的利基区分馈线细胞,使干细胞的进一步扩散。缺乏增长我们的鸡细胞在小鼠和鸡馈线表明性的鸡鸡成纤维细胞可能是特定生产因素支持干细胞。总的来说,不同阶段表明,在合适的条件下,iPSC发展可以是一个渐进的过程。我们不知道物种小鼠和鸡之间的差异反映了不同哺乳动物和鸟类,但一些初步结果表明,这种情况可能至少部分;持续维护iPSC-like细胞实验,我们来自斑马雀(songbird)表明,芬奇在我们修改2我+细胞比其他媒体更增生性(未发表的观察)。

我们遇到的一个主要发现,本文增加了细胞增殖能力,当我们生活在媒体的数量条件降低了近20倍。生活需要被认为是一个不定积分因子,维持多能性干细胞和删除制药业启动干细胞分化( 24, 25]。我们发现,当我们生活在文化媒体的数量,减少一些鸡肉iPSC-like细胞将分化和形成一个利基更多的干细胞将进一步增多。我们相信,这是转型的原因在鸡iPSC-like细胞变成完全不灭的。同样,我们倾斜远离标准3 i媒体代替PD183452抑制FGF受体酪氨酸激酶,A83-01,抑制及,发现这是一个令人愉快的替代培养鸡和老鼠iPSC-like细胞( 13]。代替PD184352 MEK抑制剂PD0325901更有效,应等人发现“我”CHIR99021和PD184352在保持高效多能老鼠胚胎干细胞。丁和他的同事们介绍A83-01, TGF-betaRI的选择性抑制剂,ALK4, ALK7,生成老鼠和人类万能干细胞自我更新状态接近老鼠胚胎干细胞( 26]。不同于小鼠ES和iPS细胞,老鼠和人类细胞则在2我介质仍然导致了分化,这是成功地阻止A83-01之外的。这意味着与鼠标外胚层干细胞和更像老鼠和人类万能,鸡iPSC-like细胞需要激活,不鉴定及抑制/激活素途径。

从鸡iPSC-like细胞,我们能够不断生成神经元动作电位产生强度的过程,在最后阶段花了14天变得成熟和功能活跃。另一个与我们并行研究[ 27)能够区分鹌鹑iPSC-like细胞与神经元细胞结构但没有测试如果这些细胞功能。14天相当于初级胚胎神经元从晚期妊娠大鼠或小鼠和所花费的时间(10至14天) 在体外老鼠干细胞成为神经元能够射击动作电位( 15]。因此,这个最后阶段与出生后神经元成熟;前面的妊娠期间将神经前体发展阶段。

5。结论

本研究有助于进步的一系列实验表明,可以创建相同iPSC-like细胞分化和控制 在体外。禽流感iPSC-like细胞的分化成神经元开辟了可能性研究命运和功能的神经元从一个鸟类物种移植到另一个物种。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢伯特兰痛苦和Marie-Cecile van de Lavoir鸡胚胎干细胞样本,讨论,和协议的一些媒体条件下,和增加克莱因公爵病毒载体的核心high-titer慢病毒制剂,理查德·穆尼使用他的实验室空间和设备的电生理学记录,Malavika基于援助的录音,迈克尔贝德用他的实验室空间,纳塔莉亚Alenina协议和讨论了细胞增殖实验。他们也感谢匿名审稿人的意见修改2我媒体对鸡的影响的解释与老鼠的细胞。这项研究是在部分实现本科荣誉鲁伊·戴的研究论文。资金支持的项目是美国国立卫生研究院董事先锋奖和霍华德·休斯医学研究所的埃里希·d·贾维斯P30NS061789(呃),种子格兰特波多黎各大学的医学科学校园(400100420002)和杜克大学研究支持办公室和德意志崛起支持鲁伊·戴。

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