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Method Article
从小鼠视网膜获得的Müller神经胶质细胞原代培养物是研究microRNA处理后神经胶质转化为视网膜祖细胞的非常强大和可靠的工具。在随后应用 体内 方法之前,可以测试单个分子或组合。
穆勒神经胶质细胞(MG)是神经视网膜中的主要神经胶质细胞,可以作为视网膜神经元的再生源。在鱼类等低等脊椎动物中,MG驱动的再生自然发生;然而,在哺乳动物中,需要用某些因素或遗传/表观遗传操作进行刺激。由于MG仅占视网膜细胞群的5%,因此需要允许专门研究该细胞群的模型系统。这些模型系统之一是可重复的原代MG培养物,可用于各种应用,包括分子/因子筛选和鉴定,化合物或因子的测试,细胞监测和/或功能测试。该模型用于研究小鼠MG 在通过 转染人工miRNA或其抑制剂补充或抑制microRNA(miRNA)后转化为视网膜神经元的潜力。将MG特异性报告小鼠与免疫荧光标记和单细胞RNA测序(scRNA-seq)结合使用,证实在这些培养物中发现的80%-90%的细胞是MG.使用该模型,发现miRNA可以将MG重新编程为视网膜祖细胞(RPC),随后分化为神经元样细胞。该技术的优点是,在 体内 应用之前,可以测试miRNA候选物的效率和结果。
米勒神经胶质细胞(MG)是神经视网膜中的主要神经胶质细胞。与中枢神经系统其他部位的其他神经胶质细胞相比,它们具有相似的功能,例如维持水和离子稳态,滋养神经元和保护组织。MG还有另一个迷人的特征:虽然它们是成熟的神经胶质细胞,但它们仍然在发育后期表达视网膜祖细胞(RPC)中的许多基因1,2。这种相似性被认为是视网膜损伤3,4后鱼视网膜中自然发生的基于MG的神经元再生的原因。在此过程中,MG重新进入细胞周期并解分化成RPC,然后分化成所有六种类型的视网膜神经元。虽然这种现象自然发生在鱼类中,但哺乳动物MG不会转化为神经元5,6。但是,它们可以重新编程。已经证明多种因素可以将MG重新编程为RPC /神经元;这些因素包括参与鱼类再生的基本螺旋-环-螺旋(bHLH)转录因子阿科特-斯库特同源物1(Ascl1)7,8。在小鼠中, Ascl1 仅在视网膜发生期间在RPC中表达,但在成熟的MG或视网膜神经元中不存在9。
直接 在体内 重编程细胞不仅在方法学上具有挑战性,而且还需要获得机构动物护理和使用委员会的批准。要获得批准,需要有关使用或改变的因子,浓度,脱靶效应,潜在机制,毒性和效率的初步数据。细胞培养系统允许在 体内 模型中使用之前测试这些标准。此外,由于MG仅占整个视网膜细胞群10的约5%,MG培养物允许研究其功能11 以及它们的行为,包括迁移12,13,增殖14,对损伤/损伤的应激反应15,16,它们与其他细胞类型的相互作用,如小胶质细胞17 或视网膜神经节细胞(RGC)18, 或他们的神经源性潜力19,20,21。许多研究人员使用永生细胞系进行研究,因为它们具有无限的增殖潜力,并且可以轻松维持和转染。然而,原代细胞比永生化细胞更适合生物学相关测定,因为它们具有真正的细胞特征(基因和蛋白质表达),更重要的是,它们代表发育的某个阶段,因此具有"年龄"。动物的年龄(以及因此从动物获得的细胞的年龄)是细胞重编程中特别关键的因素,因为细胞可塑性随着发育阶段的推进而降低22。
该协议详细描述了如何用miRNA重新编程原代MG作为研究再生的当前 体外 方法。该MG原代培养模型建立于2012年,用于评估MG在P53敲除小鼠(trp53-/-小鼠)23中的细胞增殖特征。结果表明,培养的MG保持其神经胶质特征(即 通过 免疫荧光标记评估的S100β,Pax6和Sox2蛋白的表达),并且它们类似于 体内 MG(FACS纯化的MG的微阵列)23。此后不久,使用病毒载体20以不同的方法验证和确认了神经胶质mRNA和蛋白质表达。几年后,通过使用MG特异性 Rlbp1CreERT:tdTomatoSTOPFL / fl 报告小鼠24,证实在这些培养物中发现的绝大多数细胞是MG。此外,对FACS纯化的MG和培养的原代MG中一组miRNA的定量表明,在生长阶段,培养的MG中mRNA的水平变化不大。然而,较长的培养周期会导致miRNA水平的变化,从而导致mRNA水平和蛋白质表达的变化,因为miRNA是翻译调节因子25。
2013年,该MG培养模型用于测试各种转录因子,这些转录因子具有将MG重新编程为视网膜神经元20的能力。Ascl1被发现是一种非常强大和可靠的重编程因子。通过病毒载体过表达Ascl1诱导形态学变化,神经元标志物的表达以及神经元电生理特性的获得。更重要的是,从这些首次体外实验中获得的见解和结果已成功转移到体内应用22,26中,证明初级MG培养物代表了在体内实施之前进行初始因子筛选和神经胶质特征评估的坚实可靠的工具。
几年前,已经证明,在视网膜神经元中高度表达的富含脑的miRNA miR-124可以在培养的MG21中诱导Ascl1表达。通过Ascl1报告小鼠可视化活细胞中的Ascl1表达(Ascl1CreERT:td多马托斯托普夫特/fl)。报告小鼠是一种基因工程小鼠,其DNA中插入了报告基因。这个报告基因编码一种报告蛋白,在这项研究中,这是一种红色荧光蛋白tdTomato。该报告蛋白报告目的基因的表达,在这种情况下,Ascl1。换句话说,表达Ascl1的细胞将变成红色。由于Ascl1仅在RPC9中表达,因此该Ascl1CreERT:td多马托斯托普弗/fl小鼠允许跟踪MG转化为表达RPC的Ascl1,这意味着转换细胞将表达红色荧光tdtomato报告蛋白。这是不可逆的标记,因为这些细胞的DNA被改变。因此,任何随后的神经元分化都将被可视化,因为tdTomato标签保留在分化细胞中。如果表达MG衍生的RPC(带有tdTomato标签)的Ascl1分化成神经元,这些神经元仍将具有红色标签。因此,该小鼠不仅可以标记MG衍生的RPC以进行活细胞成像,还可以允许这些MG衍生的(红色)RPC的命运映射和谱系追踪。最近,鉴定了RPC中的一组miRNA,并使用Ascl1CreERT:tdTomatoSTOPFL / fl RPC报告基因小鼠的MG培养物来筛选和测试这些miRNA对重编程能力和效率的影响27。一种候选者RPC-miRNA miR-25被发现能够将培养的MG重新编程为Ascl1表达(Ascl1-番茄+)细胞。这些重编程的细胞随着时间的推移采用神经元特征,包括神经元形态(小体细胞和短或长精细过程),通过scRNA-Seq测量的神经元转录本的表达,以及通过免疫荧光标记27验证的神经元蛋白的表达。
在这里,该协议详细介绍了如何从适应先前工作21,24,27的P12小鼠中生长和转染MG。为该方案选择的是上述miRNA miR-25,这是一种在RPC中高度表达的miRNA,在MG或视网膜神经元中表达水平低。为了过表达miR-25,使用小鼠miR-25模拟物,即人工miRNA分子。作为对照,选择来自秀丽隐杆线虫的miRNA的模拟物,它们在哺乳动物细胞中没有功能。MG转换为RPC的可视化是通过RPC报告小鼠(Ascl1CreERT:tdTomatoSTOPFL / fl),具有混合背景的小鼠(C57BL / 6,S129和ICR菌株)完成的。然而,这种培养可以用所有小鼠品系进行,包括野生型品系。在过去几年中,对原始方案进行了修改,以减少生长阶段的持续时间和整个培养期,并确保更健壮的神经胶质细胞状态,并最大限度地减少细胞变性的程度,这在长时间的培养期间发生。常规转染时间窗口也从3小时延长至2天。如前所述,尽管目前的方案将MG培养物描述为再生研究的工具,但该方法不仅可用于测试重编程因子,还可以适用于其他应用,包括关于MG迁移或增殖行为的研究,损伤/细胞损伤相关范例,和/或潜在机制和途径的鉴定。
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涉及动物受试者的程序已获得纽约州立大学眼科学院机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
注意:该培养方案包括三个阶段:生长、转染和转化阶段。 图1给出了带有时间表的整体协议摘要。
1. 培养基和所有所需试剂的制备
注:所有步骤都需要在A2或B2生物安全柜(BSC)中执行。在生长阶段,使用高血清生长培养基,其由补充有表皮生长因子(EGF)的基础神经元培养基组成。对于转换阶段,使用补充神经元补充剂的低血清神经生理学基础培养基来确保神经元分化和存活。
2. 小鼠和组织提取
注意:对于这些重新编程研究,阿斯克莱1CreERT:td多马托单胞胎鼠标是通过将阿斯克莱1克瑞特小鼠(阿斯克拉1-克里特:贾克斯#012882)与一只叔丁点穴位/fl小鼠(B6.Cg-gt(ROSA)26Sortm14(CAG-td多马托)Hze/J:贾克斯#007914)杂交而产生的。此鼠标具有混合背景(C57BL/6、S129 和 ICR 应变)。该小鼠的基因型如图1A所示。所有菌株都可用于该方案。
3. 视网膜解离
注意:所有后续步骤(直到细胞收获)都需要在A2或B2生物安全柜(BSC)中进行。
4. 成长阶段
注意:生长阶段的持续时间约为4-5天(图1B)。为了将液体添加到含有细胞的孔中,移液器需要指向孔壁,并且需要缓慢释放液体以避免细胞脱离。不要直接移液在细胞顶部。
5. 用聚-L-鸟氨酸(Poly-O)和层粘连蛋白涂层制备盖玻片
注意:仅当执行免疫荧光标记和共聚焦激光扫描显微镜时,才需要此步骤。圆形玻璃盖玻片(直径12毫米)是正确成像所必需的。涂层方案也可以在神经元介质数据表中找到(参见 材料表)。
6. 细胞通道以清除神经元幸存者
注意:细胞传代需要去除神经元细胞,而不是增加细胞群。神经胶质细胞只分裂几次,通过后不会进一步生长。不要稀释细胞悬浮液。12孔板的一个汇合孔的细胞可以分布到12孔板的一个孔或24孔板的两个孔上。当使用涂层盖玻片时,只有大约三分之一的盖玻片被涂覆。因此,位于24孔板中的六个盖玻片,具有汇合细胞(〜80%-90%)可以从12孔板的融合细胞的一孔中获得。也可以选择其他比率来增加或减少细胞密度。对于该协议,使用一只 Cre +报告小鼠[一个实验,两个处理:miR-25或对照-miR;技术重复n = 3(每次处理三个盖玻片),生物重复n = 1]。技术和生物重复的数量可以根据实验设计以不同的方式定义。
7. 转染
注意:转染阶段仅包括转染介质中的3小时阶段(转染程序在转染试剂随附的转染手册中描述)和延长阶段,其中转染试剂和miRNA仍然存在,但添加了具有所需补充的神经元培养基(总持续时间为2天; 图 1B)。在该协议中,将转染六个孔:三个孔将接收重编程miRNA miR-25,三个孔将接收对照miRNA。
8. 单元格转换
注意:细胞转换阶段的持续时间约为5-6天(图1B),但可以延长周期。
9. 细胞收获:免疫荧光标记的固定
注意:细胞可以收获用于其他下游应用,包括散装或scRNA-Seq,RT-qPCR或蛋白质印迹。
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该协议描述了如何从P12小鼠视网膜中生长MG,以及如何使用 Ascl1CreERT:td多巴托斯托普/fl RPC报告小鼠将这些细胞用miR-25重新编程为视网膜神经元。该方法在先前的工作中详细报告了其他合适的miRNA(模仿物或抑制剂,作为单分子或组合)以将MG重新编程为RPC,然后采用神经元细胞特征27。该方法已被修改以更快地生长培养物,从而最大限度地减少人工环境随时...
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该协议描述了如何从解离的小鼠视网膜中生长MG,以使用miRNA进行重编程研究。如先前各种研究所显示和证实的那样,在这些培养物中发现的绝大多数(80%-90%)细胞是MG20,23,24。这种方法是一种非常可靠和可靠的技术,如果正确遵循协议21,27,可以很容易地重现结果。然而,培养?...
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华盛顿大学已经与发明人尼古拉斯·约斯塔德,斯蒂芬妮·沃尔和托马斯·雷赫申请了包括本报告中一些发现的专利。该专利的标题为"刺激视网膜再生的方法和组合物"。
作者感谢Ann Beaton博士和所有实验室成员对手稿的意见。特别感谢Tom Reh博士,朱莉娅·波拉克博士和Russ Taylor博士在西雅图华盛顿大学的博士后培训期间将MG主要文化作为筛选工具介绍给S.G.W.。该研究由帝国创新计划(EIP)资助给S.G.W.和纽约州立大学验光学院向S.G.W.的启动资金资助,以及美国国家眼科研究所(NEI)向S.G.W.颁发的R01EY032532奖。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Animals | |||
Ascl1-CreERT mouse Ascl1tm1.1(Cre/ERT2)Jejo/J | Jax laboratories | #012882 | Ascl1-CreERT mice were crossed with tdTomato mice |
tdTomato-STOPfl/fl mouse B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm14(CAG-tdTomato)Hze/J | Jax laboratories | #007914 | Genotyping is requried to identify Ascl1CreER positive mice |
Reagents | |||
(Z)-4-Hydroxytamoxifen, ≥98% Z isomer | Sigma-Aldrich | H7904-5MG | reconstituted in ethanol, frozen aliquots |
16 % Paraformaldehyde (PFA) aqueous solution | VWR | 100504-782 | 2% PFA made with Phosphate-buffered saline (PBS), frozen aliquots |
Alexa Fluor 488 - AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 711-546-152 | dilution 1:500 |
Alexa Fluor 647 - AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Goat IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 705-606-147 | dilution 1:500 |
Anti-human Otx2 Antibody, R&D Systems | Fisher Scientific | AF1979 | dilution 1:500 |
Anti-rabbit MAP2 antibody | Sigma-Aldrich | M9942-200UL | dilution 1:250 |
Anti-Red Fluorescent Protein (RFP) antibody | Antibodies-Online | ABIN334653 | dilution 1:500 |
Ascorbic Acid | STEMCELL Technologies | 72132 | reconstituted in PBS, frozen aliquots |
B-27 Supplement | Fisher Scientific | 17-504-044 | frozen aliquots |
Brain Phys Neuronal Medium | STEMCELL Technologies | 05790 | used as neuronal medium in section 1.2, store at 4 °C (https://cdn.stemcell.com/media/files/pis/10000000225-PIS_02.pdf?_ga=2.153046205.562651831. 1643231638-1407032920.163831 5521&_gac=1.124727416.1643 231640.Cj0KCQiA_8OPBhDtAR IsAKQu0gbfxhGZMTOU9mHFY dHNsuLirnQzunvMEuS9wA08uY -26yfSbGvNhHEaArodEALw_wcB) |
Click-iT EdU Alexa Fluor 647 Imaging Kit | Fisher Scientific | C10340 | reconstitute following manual, 4°C |
Dibutyryl-cAMP | STEMCELL Technologies | 73886 | reconstituted in Dimethyl sulfoxide (DMSO), frozen aliquots |
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | MT-25950CQC | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Fisher Scientific | MT35010CV | frozen aliquots |
Gibco Opti-MEM Reduced Serum Medium, GlutaMAX Supplement | Fisher Scientific | 51-985-034 | store at 4 °C |
Gibco TrypLE Express Enzyme (1X), phenol red | Fisher Scientific | 12-605-028 | used as solution containing trypsin, store at 4 °C |
HBSS | Fisher Scientific | 14-025-134 | store at 4 °C |
Laminin mouse protein, natural | Fisher Scientific | 23-017-015 | frozen aliquots, (https://cdn.stemcell.com/media/files/pis/10000000225-PIS_02.pdf?_ga=2.153046205.562651831. |
L-Glutamine | Fisher Scientific | 25-030-081 | frozen aliquots |
miRIDIAN microRNA Mimic Negative Control | Horizon | CN-001000-01-50 | reconstituted in RNase free water (200 µM), frozen aliquots |
miRIDIAN microRNA Mouse mmu-miR-25-3p mimic | Horizon | C-310564-05-0050 | reconstituted in RNase free water (200 µM), frozen aliquots |
N-2 Supplement | Fisher Scientific | 17-502-048 | frozen aliquots |
Neurobasal Medium | Fisher Scientific | 21-103-049 | used for growth medium in section 1.1, store at 4 °C |
Papain Dissociation System | Worthington Biochemical | LK003153 | reconstituted in Earle's Balanced Salt Solution, frozen aliquots |
Penicillin Streptomycin | Fisher Scientific | 15-140-122 | frozen aliquots |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Fisher Scientific | 20-012-043 | |
Poly-L-ornithine hydrobromide | Sigma-Aldrich | P4538-50MG | reconstituted in steriled water, frozen aliquots |
Recombinant Human BDNF Protein | R&D Systems | 248-BDB-050/CF | reconstituted in steriled PBS and FBS, frozen aliquots |
Recombinant Mouse EGF Protein | Fisher Scientific | 2028EG200 | reconstituted in steriled PBS, frozen aliquots |
Recombinant Rat GDNF Protein | Fisher Scientific | 512GF010 | reconstituted in steriled PBS, frozen aliquots |
Rhodamine Red 570 - AffiniPure F(ab')2 Fragment Donkey Anti-Rat IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 712-296-150 | dilution 1:1,000 |
Slide Mounting Medium | Fisher Scientific | OB100-01 | |
Transfection Reagent (Lipofectamine 3000) | Fisher Scientific | L3000015 | store at 4 °C |
plasticware/supplies | |||
0.6 mL microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 50-408-120 | |
1.5 mL microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 50-408-129 | |
10 µL TIP sterile filter Pipette Tips | Fisher Scientific | 02-707-439 | |
100 µL TIP sterile filter Pipette Tips | Fisher Scientific | 02-707-431 | |
1000 µL TIP sterile filter Pipette Tips | Fisher Scientific | 02-707-404 | |
2.0 mL microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 50-408-138 | |
20 µL TIP sterile filter Pipette Tips | Fisher Scientific | 02-707-432 | |
Adjustable-Volume Pipettes (2.5, 10, 20, 100, 200, & 1000 µL) | Eppendorf | 2231300008 | |
Disposable Transfer Pipets | Fisher Scientific | 13-669-12 | |
Multiwell Flat-Bottom Plates with Lids, No. of Wells=12 | Fisher Scientific | 08-772-29 | |
Multiwell Flat-Bottom Plates with Lids, No. of Wells=24 | Fisher Scientific | 08-772-1 | |
PIPET sterile filter 10ML Disposable Serological Pipets | Fisher Scientific | 13-676-10J | |
PIPET sterile filter 50ML Disposable Serological Pipets | Fisher Scientific | 13-676-10Q | |
PIPET sterile filter 5ML Disposable Serological Pipets | Fisher Scientific | 13-676-10H | |
Powder-Free Nitrile Exam Gloves | Fisher Scientific | 19-130-1597B | |
Round coverslips (12 mm diameter, 0.17 - 0.25 mm thickness) | Fisher Scientific | 22293232 | |
Vacuum Filter, Pore Size=0.22 µm | Fisher Scientific | 09-761-106 | |
equipment | |||
1300 B2 Biosafety cabinet | Thermo Scientific | 1310 | |
All-in-one Fluorescence Microscope Keyence BZ-X 810 | Keyence | 9011800000 | |
Binocular Zoom Stereo Microscope | Vision Scientific | VS-1EZ-IFR07 | |
Disposable Petri Dishes (100 mm diameter) | VWR | 25384-088 | |
Dumont #5 Forceps - Biologie/Titanium | Fine Science Tools | 11252-40 | |
Dumont #55 Forceps - Biologie/Inox | Fine Science Tools | 11255-20 | |
Dumont #7 curved Forceps - Biologie/Titanium | Fine Science Tools | 11272-40 | |
Eppendorf Centrifuge 5430 R | Eppendorf | 2231000508 | |
Fine Scissors-sharp | Fine Science Tools | 14058-11 | |
McPherson-Vannas Scissors, 8 cm | World Precision Instruments | 14124 | |
Metal bead bath | Lab Armor | 74309-714 | |
Nutating Mixer, Electrical=115V, 60Hz, Speed=24 rpm | VWR | 82007-202 | |
Silicone coated dissection Petri Dish (90 mm diameter) | Living Systems Instrumentation | DD-ECON-90-BLK-5PK | |
Tweezers, economy #5 | World Precision Instruments | 501979 | |
Water Jacketed CO2 Incubator | VWR | 10810-744 |
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