このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
培養ショウ ジョウバエ 脳外植体において静止期神経幹細胞を再活性化する方法が確立されている。この方法を用いて、神経幹細胞の静止、入口および退出の調節において、全身性シグナルの役割を組織内因性シグナルから切り離すことができる。
神経幹細胞(NSC)は、増殖、分化、アポトーシスを受け、さらには静止に出入りする能力を有する。これらのプロセスの多くは、NSC内因性遺伝プログラムとNSC外因性因子(局所的および全身的)との間の複雑な相互作用によって制御される。遺伝子モデル生物である ショウジョウバエのメラノガスターでは、神経芽細胞(NB)として知られるNSCsは、胚から幼虫への移行中に静止から増殖に切り替わります。この間、幼虫は卵の殻から出てきて這い回り始め、食事の栄養素を探します。動物の摂食に応答して、脂質貯蔵能力を有する内分泌器官である脂肪体はシグナルを生成し、循環血リンパに全身的に放出される。脂肪体由来シグナル(FBDS)に応答して、 ショウジョウバエ インスリン様ペプチド(Dilps)が産生され、脳神経分泌ニューロンおよびグリアから放出され、NBおよびそれらのグリアおよび気管ニッチにおけるPI3キナーゼ成長シグナル伝達の下流活性化をもたらす。これは、NBが静止から増殖にどのように切り替わるかについての現在のモデルであるが、FBDS外因性手がかりの性質は依然として解明されていない。NB外因性全身の手がかりが静止からの出口をどのように調節するかをよりよく理解するために、動物給餌前に初期の幼虫脳をインビトロで培養する方法が開発された。この方法を用いると、外因性因子を培養培地に供給し、NBがアッセイされて静止状態から脱退することができる。我々は、外因性インスリンが全脳外植体の静止からNBを再活性化するのに十分であることを見出した。この方法は大規模なスクリーンに適しているため、NBの静止と拡散の決定を調節する追加の外因性手がかりを特定することを目指しています。NSCの増殖決定を調節する遺伝子および経路は進化的に保存されているため、このアッセイの結果は、診療所における再生療法の改善に関する洞察を提供する可能性がある。
幹細胞は、再生医療での使用の可能性のために大きな関心事です1,2。多くの動物、特に長命の動物は、成体組織内で幹細胞を維持しています。これらの常在幹細胞は、組織の恒常性を維持するために機能し、身体的傷害または疾患後の修復に利用される3,4。成体動物におけるほとんどの幹細胞は静止状態であり、細胞周期停止および成長シグナル伝達の不活性化を特徴とする比較的休眠状態である5。外因性の手がかりに応答して、幹細胞は静止状態から抜け出し、細胞周期に入り、組織型に特異的な娘の子孫を生成し始める。例えば、効果的な免疫応答をマウントするために、抗原提示細胞は静止期のナイーブT細胞を誘導して細胞周期に入り、クローン的に拡張する6。骨格筋損傷に応答して、筋衛星幹細胞は細胞周期に入り、損傷した筋原線維を置き換えるために娘筋芽細胞を生成する5,7。静止幹細胞が外因性シグナルに応答することは明らかであるが、多くの場合、外因性手がかりの性質および手がかり誘導幹細胞活性化のメカニズムは不明のままである。静止幹細胞が外因性の手がかりにどのように反応し、細胞周期に入るかについてのより良い理解を得ることは、診療所におけるより良い幹細胞療法の開発に役立ち、科学的知識を増加させるでしょう。
何十年もの間、モデル生物は、発生中および成人期の幹細胞増殖を調節する遺伝子および細胞シグナル伝達経路を明らかにするために使用されてきた。ショウジョウバエでは、神経芽細胞(NB)として知られる神経幹細胞(NSC)が発達中分裂し、最終的に統合するすべてのニューロンとグリアが生成され、脳機能に必要な神経回路を形成します8,9。他の幹細胞と同様に、NBは自己再生するために非対称的に分裂し、場合によっては対称的に分裂して幹細胞プールを拡張する。NBは胚発生時に特定され、そのほとんどは母親の栄養貯蔵量の減少と同時に、終わりに向かって静止状態に入る(図1)。胚発生が完了すると、幼虫は孵化し、摂食を開始する。動物摂食に応答して、NBは静止から再活性化し、細胞分裂を再開する10、11、12、13、14、15、16。ショウジョウバエのCNSは比較的単純であり、NBは定義された時間に静止に出入りするため、ショウジョウバエを使用して静止、出入りの調節を調査することは理想的であることが証明される。
図1:発生時間にわたるCB NB(中枢脳神経芽細胞、赤)およびMB NB(キノコ体神経芽細胞、青)の相対増殖。 胚発生の終わりに、ほとんどのNB(赤い線)は増殖を停止し、静止状態に入る。孵化したばかりの幼虫が最初の完全な食事を消費するまで、静止は続きます。この方法論の焦点の時間は、赤い円(1、静止および2、再活性化)で示されます。MB NB(青)は、発達中枢脳NBのサブセットであり、発達中(脳半球あたり4つ)に継続的に分裂する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
動物摂食に応答して、PI3キナーゼおよびTOR成長シグナル伝達経路は、NBsおよびそれらのグリアおよび気管ニッチにおいて活性になる10、11、15、16。食事性栄養素が取り出されるか、またはPI3キナーゼのレベルが低下すると、NBは再活性化に失敗し、グリアおよび気管の成長も減少する10,11,15,16。現在のモデルは、NB再活性化が脂肪体による幼虫の成長に結合され、動物摂食に応答して全身シグナルを放出すると仮定している12、17、18。このシグナルは、とらえどころのないままであり、脳内のショウジョウバエインスリン様ペプチド(Dilps)の発現および放出を促進する可能性が高く、NBおよびそれらのグリアおよび気管ニッチにおけるPI3キナーゼの下流活性化をもたらす。全身の手がかりの性質をよりよく理解するために、我々は培養された脳外植体において静止性NBを再活性化する方法を開発した。この方法を使用すると、NBsの再活性化を、動物全体の全身的手がかりの非存在下でアッセイすることができる。外因性因子は、培養培地に再供給され得、そしてチミジン類似体EdUの組み込みに基づいてアッセイされたNB再活性化である。この方法を用いて、我々は、外因性インスリンが脳外植体における静止性NBを再活性化するのに十分であると決定した。今後の研究は、脳外植体におけるNB静止を正または負に調節する追加因子を特定することを目的としている。
ショウ ジョウバエ 幼虫コレクション
注:開始する前に、イーストプレート、グレープペースト、フライコンドミニアムを準備してください。
図2:ショウ ジョウバエ の成虫の男性と女性の反転フライボトル(コンドミニアム)の視覚的表現。 ペットボトルには、酸素交換のために18G針で生成された小さな穿刺があります。瓶の口を寒天ブドウ果汁キャップで密封し、反転させて25°Cのインキュベーターに保管する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
2. 培地・器具作製
3. 解剖と脳文化
図3:ショウ ジョウバエ の幼虫をSSMでガラスの時計皿に入れた。 鉗子は解剖のために適切に配置されています。幼虫の脳の位置(濃い灰色)は口のフック(黒)の後部にあり、両方とも幼虫の内部に示されている。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:脳培養および免疫染色。 (A)1mLのSSMを含む12ウェル培養皿中の全脳。次いで、培養皿を25°Cのインキュベーターに入れ、免疫染色中に脳外植体を保持する(B)72ウェルミニトレイに入れる。脳を洗浄し、溶液を10μLに設定したP20マイクロピペットを用いて移す。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
4. 増殖アッセイ、脳固定、抗体染色
5. 脳の取り付けとイメージング
図5:幼虫脳内の顕微鏡スライド、向き、および細胞型を示す模式図。 (A)幼虫脳が装着され、画像化の準備が整った顕微鏡スライドの視覚的表現。(B)組織の配向に使用するガイドラインも示されている。(C)共焦点顕微鏡でイメージング可能な顕微鏡スライド。(D)幼虫の脳内の細胞型のいくつかを示す漫画。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
6. データ解析
孵化したばかりのオレゴンR野生型脳を解剖し、シュナイダー培地(SSM)にインスリンを補給して24時間培養した。組織は、プロトコールに従って固定および染色された。NBsを検出するためにデッドパン(Dpn)に対して生成された一次抗体および細胞膜を標識するために落書きが用いられた。チミジン類似体5-エチニル-2'-デオキシウリジン(Edu)を添加し、S相の侵入およびNB再活性化を検出した。培養?...
脳外植体を培養するためにここで記載した方法は、ほとんどの実験室環境で実施することができる。必要なツール、手順、データ収集はシンプルで簡単です。この方法では、細胞シグナル伝達カスケードおよびNBの再活性化および増殖を調節する外因性因子に関連するものを含む、様々な仮説を検定することができる。ここで、野生型オレゴンR動物を用いて、我々は、外因性インスリンが、?...
著者は競合する利害関係を持っていません。
我々は、LSAMP Bridges to Doctorate Program for Funding(CNK)並びにNIH/NIGMS(R01-GM120421及びR35-GM141886)を認める。図1のコナー・サイプ博士に感謝しています。また、Siegrist のラボメンバーの皆さんの継続的なサポートとメンターシップにも感謝します。特に、Chhavi SoodとGary Teetersが原稿を注意深く読み、コメントを提供してくれたことに感謝します。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 µL Pipette tips | Denville Sci | P2102 | |
1000 µL Pipette tips | Denville Sci | P2103-N | |
1000 µL Pipettor | Gilson | P1000 | |
16% paraformaldehyde (10 x 10 mL) | Electron Microscopy Sciences | 2912.60.0000 | Used for Fixation of Larval Brains |
20 µL Pipette | Gilson | P20 | |
200 µL Pipette tips | Denville Sci | 1158U56 | |
24-well multiwell culture plates | Fisher Scientific | 50-197-4477 | |
35 mm Petri dishes | Fisher Scientific | 08-757-100A | Grape Plate Ingredients |
4 °C refrigerator | Fisher Scientific | Provides an ideal temperature for >24 h incubations in antibody solution | |
63x Objective | Lecia | ||
Active dry yeast | Most supermarkets | ||
Agarose | Fisher Scientific | 214010 | Grape Plate Ingredients |
Click-iT EdU Cell Proliferation Kit for Imaging, Alexa Fluor 647 dye | Thermo Fisher Scientific | C10340 | to label proliferating cells |
Confocal Microscope | Leica | SP8 | |
Coverslips 22 mm x 22 mm x 1 mm , 10 pack of 4 oz | Fisher Scientific | 12-544-10 | Two Coverslips are super glued to the ends of the microscope slide. This creates a space that allows for the brains to float in antifade while being imaged. |
Coverslips, 22 mm x 50 mm x 1 mm | Fisher Scientific | 12-545E | The coverslip is placed on two square coverslips on the microscope slide ensuring that the brain in the antifade does not move while imaging. |
Dissecting microscope | Zeiss | Stemi 2000 | |
Ethanol 200 proof (100%), Decon Labs, 1 gallon bottle | Fisher Scientific | 2701 | Used to wash off the larvae before the 24 hr hold in culture medium |
Fetal Bovine Serum (10%) | Sigma | F4135-100ML | Supplement for cell culture media. |
Fine forceps for dissection | Fine Science Tools | 11295-20 | Forcepts used in disections. They work best when sharpened. |
Fly Bottles for Crossing | Genessee Scientific | 32-130 | This bottle is used as a container that lets the flies lay eggs on the grape plate. |
Glass Dissection Dish (3 well) | These are no longer available | ||
Glutathione | Sigma | G6013 | Provides oxidative protection during cell culture. |
Goat Serum | Sigma | G9023- 10ML | Blocking Agent |
Grape Plates | Made in house | Made in house | Grape juice/agarose plates for collecting freshly hatched eggs |
Image J | Imagej.net/fiji/downloads | Free Download: https://fiji.sc | Imaging platform that is used to count cells and Edu reactivation |
Incubator | Thermo Fisher Scientific | Ensures that the temperature, humidity, and light exposure is exactly the same throughout experiment. | |
Insulin | Sigma | I0516 | Independant variable of the experiment |
Laminar flow hood | For aliquoting culture media | ||
L-Glutamine | Sigma | G7513 | Provides support during cell culture |
Nunc 72-well Microwell Mini Trays | Fisher Scientific | 12-565-154 | Immunostaining steps are performed in this tray |
Parafilm | Fisher Scientific | S37440 | Film used to seal plates in order to prevent evaporation |
Pen-Strep | Sigma | P4458-100ml | Antibiodics used to prevent bacterial contamination of cells during culture. |
Phosphate Buffer, pH7.4 | Made in house | Made in house | Solvent used to wash the brains after fixing and staining steps |
Pick | Fine Science Tools | 10140-01 | Used to pick larvae off of the grape plate |
Propionic acid | Fisher Scientific | A-258 | Grape Plate Ingredients |
Rabbit 405 | Abcam | ab175653 | Antibodies used for immunostaining |
Rat 555 | Abcam | ab150166 | Antibodies used for immunostaining |
Rb Scribble | A Gift from Chris Doe | Antibodies used for immunostaining | |
Rt Deadpan | Abcam | ab195173 | Antibodies used for immunostaining |
Schneiders Culture Medium | Life Tech | 21720024 | Contains nutrients that help the cells grow and proliferate |
SlowFade Diamond Antifade (5 x 2 mL) | Life Tech | S36963 | Reagent that provides protection against fading fluorophores |
Sterile Water | Autoclave Milli-Q water made in house | Needed for Solutions | |
Sucrose | Fisher | S2-12 | Grape Plate Ingredients |
Superfrost Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-544-7 | |
Superglue | Most supermarkets | ||
Tegosept | Genesee Scientific | 20-259 | Grape Plate Ingredients |
Triton-X 100 | Sigma | T9284-100ML | PBT |
Welch's 100% grape grape juice | Most supermarkets | Grape Plate Ingredients |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved