Name: three-dimensional quantification of dendritic spines from pyramidal neurons derived from human induced pluripotent stem cells
Uploaded: 2015-10-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Quantification of Dendritic Spines from Pyramidal Neurons Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

This work was funded by the Institut Pasteur, the Bettencourt-Schueller foundation, Centre National de la Recherche Scientifique, University Paris Diderot, Agence Nationale de la Recherche (ANR-13-SAMA-0006; SynDivAutism), the Conny-Maeva Charitable Foundation, the Cognacq Jay Foundation, the Orange Foundation, and the Fondamental Foundation. L.G. is supported by an undergraduate fellowship from the Health Ministry. We acknowledge the help of BitPlane in particular Georgia Golfis, in the early stage of this work.

1. 신경 세포 문화 참고 : 만능 줄기 세포의 섬유 아세포 프로그래밍, 늦게 대뇌 피질의 조상의 지느러미 telencephalon 계통, 유도, 증폭, 및 금융에 대한 헌신 (LCP)는 Boissart 등의 알 4에 설명했다. LCP 유사 세포의 분화 신경 세포는 또한 약간의 수정 Boissart 동부 알 4에 따라 수행 하였다. 또 다른 과정은 뉴런으로 분화 유도 하였다 능성 줄기 세포로의 섬유 모세포의 직접 프로그래밍을 위해 개발되어왔다. 이 피라미드 글루타메이트 성 신경 세포의 선택적 제조 할 수 있으므로,이 프로토콜은 유지되었다. <ol><li> 폴리 오르니 틴 (DPBS에서 1/6로 희석, 주식 농도 0.01 %) DPBS 세 세척 다음 O / N로 커버 글라스 6 웰 배양 판을 취급합니다. 이어서 유동 후드 적어도 10 시간, 라미닌 (1 mg을 / ㎖, DPBS에서 500 배 희석 스톡 농도)를 추가<html> . </li><li> 플레이트 및 저밀도 NSC를 전달 N2 보충제의 (50,000 세포 / cm 2) 유리 DMEM / F12 이루어진 배지 3 ㎖에 커버 슬립 (500 ㎖), 2- 바이알 6 웰 배양 플레이트 (5 ㎖ 각) B27 보충제의 2 병 (각 10ml), 펜 스트렙토 마이신 10 ㎖ (페니실린 = mL 및 스트렙토 마이신 = 10,000 단위 / ㎖ 10,000 단위 /), 2- 머 캅토 에탄올 1 ㎖ (원액 : 50 밀리미터) 및 라미닌 (1 / 500), 성장 인자없이. 중요한 단계 : 셀 클러스터링을 줄이기 위해 느린 회전 움직임 세포를 첨가하여 조심스럽게이 단계를 수행합니다. </li><li> 배지를 제거합니다. 커버 글라스에 부착 된 신경 세포를 유지하고 응집을 방지하기 위해 신선한 라미닌 솔루션의 2 ㎍ / ㎖의를 포함하는 신선한 N2B27 매체를 추가합니다. 3 일마다 매체를 변경합니다. 건조로부터 세포를 방지하기 위해, 새로운 배지를 첨가하기 전에 남아있는 매체 (200 μL)의 일부를 유지한다. 다르게는, 급속하게 진행하고 전체 부피 (3 ㎖)을 변경. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. 렌티 바이러스 형질 도입 참고 : GFP 렌티 바이러스 벡터가 친절하게 파스퇴르 연구소에서 박사 우베 Maskos 연구소 (파리)에서 제공하고 게시 된 프로토콜 (5)에 따라 제조 하였다. GFP의 발현은 마우스 포스 포 키나아제 (PGK) 프로모터에 의해 구동된다. 이 연구를 위해 바이러스 역가 400 NG / μL (PBS 1X에서 원액)이었다. <ol><li> 배양 당 GFP 렌티 바이러스 벡터 웰 (6- 웰 플레이트) 40 ng의 함유 원액 1 μl를 첨가하여 바이러스 입자에 의한 성숙 중 어느 단계에서 인간 IPSC 유래 신경 세포를 형질 도입하고 신선한 배지에서 48 시간 동안 배양한다. 주 :이 프로토콜의 경우, 배양 기간은 척추 구조의 좋은 표시를 허용한다. </li></ol> 3. 면역 형광 주 : 전체 척추 형태의 라벨을 개선하기 위해, 면역 형광 라벨링 투과성이 조건에서 항 GFP 항체를 사용하여 수행 하였다. </p&gt; <ol><li> RT에서 10 분 동안 4 % 파라 포름 알데히드로 커버 슬립에 형질 세포 배양 배지를 제거하고, 수정 후, 1X PBS (10 분마다)을 3 회 반복한다. </li><li> PBS에 Immerge coverslips를 0.05 % 트리톤 (100X)와 RT에서 1 시간 동안 10 %의 말 혈청, 1X PBS 후 3 번 세척 하였다. </li><li> 1X PBS 100 ㎕를 4 % 말 혈청 및 차 항체 (1 / 1,000) GFP에 대해 발생하고, 각 커버 슬립에 1000 배 희석하여 추가로 보충. 어두운 상자 O에 품어 / N 4 ° C에서, 다음 1X PBS로 3 회 세척한다. </li><li> PBS가 트윈 20의 0.5 %로 보충에 알렉사 형석 488 공역 항체 (1/200)을 희석하고, 실온에서 1 시간 동안 배양한다. 그런 다음 1X PBS에서 3 회 세척하고 형광 현미경을위한 매체를 장착하여 유리 슬라이드에 커버 슬립을 탑재합니다. </li></ol> 4. 수지상 척추 영상 <ol><li> 공 초점 레이저 주사 현미경을 통해 공 촛점 이미징을 수행합니다. </li><li> 피라미드 형태의 건강한 뉴런을 선택차 전체 수지상 arborization 및 별도의 실험 조건에 따라 최소 10 뉴런을 정량화. 수상 돌기 당 100 ㎛ - 60 정량화. </li><li> 20 μW 주위 샘플 레벨 전형적인 피크 파워와 NA는 대물 1.3 = 40X 오일 및 GFP 여​​기 대 488 nm의 레이저 선을 사용하여 이미지를 획득. 80 nm의 주위에 설정 픽셀 크기가 제대로 돌기 쪽을 샘플링합니다. 주 : 잡음 덴 드라이트 및 등뼈의 적절한 분할을 손상하지 않는 이미지에 대한 후속 호출을 분석. 상술 한 공간 샘플링 및 전력 설정과 함께, 우리는 3.15 μS의 화소 드웰 시간은 이미지를 구축 할 수있는 충분한 광자를 수집하기에 충분한 것을 관찰했다. 희미한 샘플 화질 2-4 스캔을 평균함으로써 개선 될 수있다. 여러 XY 타일의 인수는 다음 함께 처리하기 전에 스티치해야 관심 영역을 커버하기 위해 필요할 수있다. </li><li> 와, Z-스택을 획득, 전체 신경 세포의 볼륨을 샘플링Z는 20 ~ 30 Z 슬라이스를 산출, 150 나노 미터에서 300 나노 미터에 이르기까지 간격. 참고 :이 설정으로 달성 측면 공간 해상도는 234 나노 미터이며, 축 방향 해상도가 591 ㎚이다. 여기서 선택된 샘플링은 적절하지만 축 해상도가 묘화 될 수있는 쪽의 최소 크기보다 큰 경우로, 분석 돌기로부터 측 방향으로 연장되는 쪽을 선호. </li></ol> 돌기 쪽 5. 3D 정량화 주 : 다음 섹션 구체적 분석 Imaris 소프트웨어의 사용을 설명한다. 다른 구현은 유사한 결과를 제공 할 수 NeuronStudio 15 MetaMorph로부터 8 포함한 존재한다. 다음 키 설정을 사용 : <ol><li> 전처리 단계로서, 소프트웨어에 의해 제공되는 화상 처리 시설을 통해 가우시안 필터링을 사용한다. 이미지 처리&gt; Smoo 통해 가우시안 필터링을 수행일&gt; 가우시안 필터. XY의 픽셀 크기와 동일하게 필터 폭을 설정한다. </li><li> 소프트웨어 필라멘트 추적기 모듈을 이용하여, 덴 드라이트의 반자동 추적을 수행한다. <ol><li> 우선, 소프트웨어의 슬라이스 탭 거리 도구를 사용하여, 덴 드라이트 직경 견적. </li><li> 능가 탭에서 필라멘트 도구를 클릭합니다. 더 나은 안정성,이 프로토콜은 반 자동화 된 추적에 의존; 건너 뛰기 자동 생성을 클릭합니다. 모듈 인터페이스는 이제 그리기 탭을 보이고있다. 여기에있어서, 덴 드라이트 형 등 및 입력 예상 수지상 AutoPath 지름을 선택한다. </li><li> 상자에 커서를 회전, 포인터의 선택 모드를 사용합니다. 수상 돌기 시작 지점에 Shift 키를 마우스 오른쪽 단추로 클릭합니다. 주 : 소프트웨어가 초기 계산을 수행한다. </li><li> 수상 돌기를 따라 포인터를 이동합니다. 시작점에서 (대표파란색 영역으로서 ED), 대부분 수지상 경로를 나타내는 황색 라인이 도시되어있다. 수상 돌기의 엔드 포인트에서 Shift 키를 왼쪽 클릭합니다. </li></ol></li><li> 자동화 된 쪽이 분할을 수행합니다. 주 : 추적 수지상 등뼈가 모듈 인터페이스에 의해 자동으로 발견된다. <ol><li> 모듈 인터페이스에서 작성 탭을 클릭합니다. 다시 드롭 목록에서 덴 드라이트의 직경을 다시 선택하고 보관할 데이터 상자를 선택합니다. 그런 다음 다시 클릭합니다. </li><li> 분할 된 볼륨이 덴 드라이트 실제 용적에 대응되도록 임계 값을 설정한다. 알고리즘으로,. 거리지도에서 최단 거리를 선택하고 다음 버튼을 클릭합니다. </li><li> 가장 작은 척추 헤드 직경 및 최대 길이를 결정, 다시 소프트웨어의 슬라이스 탭의 거리 도구를 사용하여, 다시 능가 탭에 와서 매개 변수를 입력합니다. F또는이 프로토콜은 약 200 값 - 최소 직경 300 nm의 최대 길이 4 μm의 좋은 출발점이다. 허용 지점 쪽이 상자를 선택하지 마십시오. 다음 버튼을 클릭합니다. </li><li> 등뼈를 나타내는 파란색 점은 실제 척추 머리에 지역화 있도록 종자 포인트 임계 값을 조정합니다. 다음 버튼을 클릭합니다. 참고 : 핵심 계산은 현재 수행되고 길어질 수 있습니다. </li></ol></li><li> 모듈 인터페이스의 도구 탭으로 이동하여 척추를 분류. 분류 등뼈를 클릭합니다. 메시지가 사용자 인터페이스에서 다음과 같이 자신의 형태에 의해 정의 된 네 개의 클래스가 있다는 것을 확인하십시오 스터 : 길이 &lt;1 μm의; 버섯 : 길이 (척추)&gt; 3, 최대 폭 (머리)&gt; 폭 (목) × 2 의미; 긴 얇은 : 평균 폭 (머리) ≥ 평균 폭 (목) Filopodia 같은 : 길이 ≤ 4 μm의 (NO 머리). 참고 : 미주리dule 인터페이스 분류의 결과를 포함하는 4 개의 필라멘트 새로운 객체를 생성한다. </li><li> 수출 통계 데이터 :이 네 객체 인터페이스 중 하나에서, 통계 탭으로 이동합니다. 버튼을 파일로 내보내기 모든 통계를 클릭합니다. 참고 : 다른 통계 값이 수상 돌기 위해 내보낼 수 있습니다 (.. 예를 들면, 길이, 면적, 등등 직경, 분기 깊이, 분기 각도, 볼륨을 의미), 그리고 척추 (예 :, 진 직도, 첨부 파일, 길이와 별개의 볼륨의 영역 척추 부품, 척추 직경, 밀도, 등.) </li></ol>

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	<li>Durand, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SHANK3+mutations+identified+in+autism+led+to+modification+of+dendritic+spine+morphology+via+an+actin-dependent+mechanism.">SHANK3 mutations identified in autism led to modification of dendritic spine morphology via an actin-dependent mechanism.</a> Molecular Psychiatry. 17 (1), 71-84 (2013).</li><li>Arenallo, J. I., Espinosa, A., Fairen, A., Yuste, R., Defelipe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-synaptic+dendritic+spines+in+neocortex.">Non-synaptic dendritic spines in neocortex.</a> Neuroscience. 145, 464-469 (2007).</li><li>Benavides-Piccione, R., Fernaud-Espinosa, I., Robles, V., Yuste, R., DeFelipe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-based+comparison+of+human+dendritic+spine+structure+using+complete+three-dimensional+reconstructions.">Age-based comparison of human dendritic spine structure using complete three-dimensional reconstructions.</a> Cerebral Cortex. 23 (8), 1798-1810 (2013).</li><li>Boissart, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+from+human+pluripotent+stem+cells+of+cortical+neurons+of+the+superficial+layers+amenable+to+psychiatric+disease+modeling+and+high-throughput+drug+screening.">Differentiation from human pluripotent stem cells of cortical neurons of the superficial layers amenable to psychiatric disease modeling and high-throughput drug screening.</a> Translational Psychiatry. 3, 1-11 (2013).</li><li>Avale, M. 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The authors have nothing to disclose.

피라미드 신경 세포의 형태 학적 특성의 정량화 소프트웨어에 의존했다. 필라멘트 트레이서 인터페이스는 뉴런 및 등뼈의 분할을 위해 사용하고, XT 모듈들은 분석을 위해 사용 하였다. 우리의 기술의 정확성을 분석하기 위해, 우리는 먼저 배양 6, 7 및 인간 뇌 조직 3 쥐 성숙한 피라미드 신경 세포를 사용하여 게시 된 것과 측정 형태 학적 파라미터 (길이, 면?...

대뇌 피질의 피라미드 뉴런의 돌기 쪽은 설치류, 영장류, 그리고 인간의 뇌에서 이러한 신경 세포 아형의 기저와 혀끝의 수상 돌기를 따라 분포되어 작고 얇은 돌기 있습니다. 그들은 대부분의 흥분성 시냅스의 사이트이며, 학습과인지 과정의 주요 기능을 표시합니다. 인간 돌기 쪽의 상세한 구조는 기술적으로 전자 현미경 (2)에 의해 연구되었다. 그러나, 이러한 방법은 시간이 많이 소요하고 무거운 부하를 나타냅니다. 최근 돌기 쪽의 형태의 3 차원 (3D)는 크게 재구성 척추 수동 분석 (3)에 결합 된 특정 소프트웨어를 사용하여 인간의 뇌 피질에서보고되었다. 면역 결합 녹색 형광 단백질 (GFP) 기술을 형광 현미경에 의해 식별 및 척추 모양 측정 정확한 도구를 나타낸다. 이 방법은 쉽게 배양 신경에 적용 할 수있다. 하우버전, 데이터는 유도 만능 줄기 세포 (IPSC)에서 파생 된 인간의 신경 세포에 척추 성숙과 형태의 분석보고되지 않았다. 이 연구의 목적은 시험 관내에서 배양 된 신경 세포에서 돌기 척추 촬상을 허용하는 프로토콜을 기술 하였다. Imaris 소프트웨어 필라멘트 추적기 모듈과 GFP 표지, 공 초점 현미경 및 3D 분석은 본 프로토콜에 사용 하였다. II 신경 줄기 세포로부터의 IV (NSC)에 층의 피질 글루타메이트 성 신경 세포를 획득하는 데 필요한 배양 단계는 여기서 설명 간략하다. 인간의 NSC 생산을위한 전체 프로토콜은 이미 다른 곳에서 4 게시되었습니다.

<table><tbody><tr><td>D-PBS (1x), sans Calcium, Magnesium et Phenol Red</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>14190169</td><td></td></tr><tr><td>Poly-L-Ornithine Solution Bioreagent</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P4957</td><td></td></tr><tr><td>Mouse laminin</td><td>Dutscher Dominique</td><td>354232</td><td></td></tr><tr><td>N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Supplement</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>17502048</td><td></td></tr><tr><td>B-27 Supplement w/o Vitamin A (50x)</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>12587010</td><td></td></tr><tr><td>DMEM/NUT.MIX F-12 W/GLUT-I</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>31331028</td><td></td></tr><tr><td>Neurobasal Med SFM</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>21103049</td><td></td></tr><tr><td>2-mercaptoethanol</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>31350-010</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-Steptomycin</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>GFP Rabbit Serum Polyclonal Antibody</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>A-6455</td><td></td></tr><tr><td>Horse serum</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>16050130</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 Goat Anti-Rabbit&amp;nbsp;</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>A11034</td><td></td></tr><tr><td>Polyclonal Anti-betaIII tubulin Antibody</td><td>Millipore</td><td>AB9354</td><td></td></tr><tr><td>Coverglass 13 mm</td><td>VWR</td><td>631-0150</td><td></td></tr><tr><td>Prolong Gold Antifade Reagent with DAPI</td><td>Gibco/ Life Technologies</td><td>P36931</td><td></td></tr><tr><td>Tween(R) 20 Bioextra, Viscous Liquid</td><td>Sigma Aldrich Chimie</td><td>P7949</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma Aldrich Chimie</td><td>X100-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Human Fibroblasts</td><td>Coriell Cell Line Biorepository</td><td>GM 4603 and GM 1869</td><td>Coriell Institute for Medical Research, Camden, NJ, USA</td></tr><tr><td>Confocal laser scanning microscope</td><td>Zeiss (Germany)</td><td>LSM 700</td><td></td></tr><tr><td>Imaris Software</td><td>Bitplane AG, Zurich</td><td>6.4.0 version</td><td>Filament Tracer and Imaris XT modules are necessary</td></tr><tr><td>Huygens Software</td><td>Huygens software, SVI, Netherlands</td><td>Pro version</td><td>Optional (for deconvolution testing)</td></tr></tbody></table>

three-dimensional quantification of dendritic spines from pyramidal neurons derived from human induced pluripotent stem cells

돌기 쪽은 중추 신경계의 흥분성 시냅스의 후 시냅스 구획에 해당하는 작은 돌기입니다. 그들은 수상 돌기를 따라 배포됩니다. 이들의 형태는 신경 세포의 활동에 크게 의존, 그들은 동적입니다. 돌기 쪽은 표면과 시냅스 밀도의 수준에서 글루타메이트 수용체 (AMPA와 NMDA 수용체)을 표현한다. 각각의 척추는 신경 세포가 독립적으로 주 및 지역 활동을 제어 할 수 있습니다. 척추 모폴로지 광범위 생체 내 접근법과 설치류로부터 얻어지는 신경 조직 배양을 모두 사용하여, 뇌 피질의 글루타메이트 피라미드 세포에서 연구되어왔다. 설치류 배양 뉴런과 일차원 정량 분석 1에 도시 된 바와 같이 신경 병리학 적 조건은, 변경된 척추 유도 및 성숙에 관련 될 수있다. 본 연구는 인간의 cortic를 사용하여 척추 형태학의 3D 정량 분석​​을위한 프로토콜을 설명신경줄 기세포 (늦은 피질 전구 세포)로부터 유래 된 알 뉴런. 이러한 세포는 처음에 유도 된 다 능성 줄기 세포로부터 얻었다. 이 프로토콜은 다른 배양 기간에서 척추 모폴로지의 분석이 가능하고, 정신 질환 환자로부터 수득 된 것과 제어 개체로부터 얻은 유도 된 다 능성 줄기 세포 사이와 비교 가능.

<html> 본 연구는 IPSC에서 파​​생 된 피라미드 신경 세포의 배양 수상 돌기의 척추 정량 표준화 된 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 척추 인간의 신경 세포에 성숙 표준 설치류 신경의 문화 쪽의 성숙뿐만 아니라에서 생체 내 동물 모델과의 가능한 비교 분석을 할 수 있습니다. 도 1a는 피라미드 피질 뉴런의 생산을 허용 문화의 상이한 단계의 구조를...

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Three-dimensional Quantification of Dendritic Spines from Pyramidal Neurons Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells

피라미드 신경 세포의 돌기 쪽은 포유류의 뇌 피질에있는 대부분의 흥분성 시냅스의 사이트입니다. 이 방법은 유도 된 다 능성 줄기 세포로부터 유래 된 인간 피질 피라미드 글루타메이트 성 뉴런의 척추 모폴로지의 3D 정량 분석​​을 설명한다.

인간 유도 만능 줄기 세포에서 파생 된 피라미드 뉴런에서 돌기 쪽의 3 차원 정량화

Dendritic spines are small protrusions that correspond to the post-synaptic compartments of excitatory synapses in the central nervous system. They are ...

three-dimensional-quantification-dendritic-spines-from-pyramidal

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

11.4K 조회수.  Institut Pasteur.  피라미드 신경 세포의 돌기 쪽은 포유류의 뇌 피질에있는 대부분의 흥분성 시냅스의 사이트입니다. 이 방법은 유도 된 다 능성 줄기 세포로부터 유래 된 인간 피질 피라미드 글루타메이트 성 뉴런의 척추 모폴로지의 3D 정량 분석​​을 설명한다. 

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Generation of Integration-free Human Induced Pluripotent Stem Cells Using Hair-derived Keratinocytes

Recent advances in reprogramming allow us to turn somatic cells into human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Disease modeling using patient-specific hiPSCs allows the study of the underlying mechanism for pathogenesis, also providing a platform for the development of in vitro drug screening and gene therapy to improve treatment options. The promising potential of hiPSCs for regenerative medicine is also evident from the increasing number of publications (>7000) on iPSCs in recent years. Various cell types from distinct lineages have been successfully used for hiPSC generation, including skin fibroblasts, hematopoietic cells and epidermal keratinocytes. While skin biopsies and blood collection are routinely performed in many labs as a source of somatic cells for the generation of hiPSCs, the collection and subsequent derivation of hair keratinocytes are less commonly used. Hair-derived keratinocytes represent a non-invasive approach to obtain cell samples from patients. Here we outline a simple non-invasive method for the derivation of keratinocytes from plucked hair. We also provide instructions for maintenance of keratinocytes and subsequent reprogramming to generate integration-free hiPSC using episomal vectors.

This manuscript provides a step-by-step procedure for the derivation and maintenance of human keratinocytes from plucked hair and subsequent generation of integration-free human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) by episomal vectors.

헤어 유래 각질 세포를 사용하여 통합없는 인간 유도 만능 줄기 세포의 생성

Recent advances in reprogramming allow us to turn somatic cells into human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Disease modeling using ...

연구

발생학

Feeder-free Derivation of Melanocytes from Human Pluripotent Stem Cells

Human pluripotent stem cells (hPSCs) represent a platform to study human development in vitro under both normal and disease conditions. Researchers can direct the differentiation of hPSCs into the cell type of interest by manipulating the culture conditions to recapitulate signals seen during development. One such cell type is the melanocyte, a pigment-producing cell of neural crest (NC) origin responsible for protecting the skin against UV irradiation. This protocol presents an extension of a currently available in vitro Neural Crest differentiation protocol from hPSCs to further differentiate NC into fully pigmented melanocytes. Melanocyte precursors can be enriched from the Neural Crest protocol via a timed exposure to activators of WNT, BMP, and EDN3 signaling under dual-SMAD-inhibition conditions. The resultant melanocyte precursors are then purified and matured into fully pigmented melanocytes by culture in a selective medium. The resultant melanocytes are fully pigmented and stain appropriately for proteins characteristic of mature melanocytes.

This work describes an in vitro differentiation protocol to produce pigmented, mature melanocytes from human pluripotent stem cells via a neural crest and melanoblast intermediate stage using a feeder-free, 25 day protocol.

인간 다 능성 줄기 세포에서 멜라닌 세포의 공급이없는 유도

Human pluripotent stem cells (hPSCs) represent a platform to study human development in vitro under both normal and disease conditions. Researchers can ...

Analysis of Dendritic Spine Morphology in Cultured CNS Neurons

Dendritic spines are the sites of the majority of excitatory connections within the brain, and form the post-synaptic 
compartment of synapses. These structures are rich in actin and have been shown to be highly dynamic. In response to classical Hebbian plasticity 
as well as neuromodulatory signals, dendritic spines can change shape and number, which is thought to be critical for the refinement of neural 
circuits and the processing and storage of information within the brain. Within dendritic spines, a complex network of proteins link extracellular 
signals with the actin cyctoskeleton allowing for control of dendritic spine morphology and number. Neuropathological studies have demonstrated that 
a number of disease states, ranging from schizophrenia to autism spectrum disorders, display abnormal dendritic spine morphology or numbers. 
Moreover, recent genetic studies have identified mutations in numerous genes that encode synaptic proteins, leading to suggestions that these 
proteins may contribute to aberrant spine plasticity that, in part, underlie the pathophysiology of these disorders. In order to study the potential 
role of these proteins in controlling dendritic spine morphologies/number, the use of cultured cortical neurons offers several advantages. Firstly, 
this system allows for high-resolution imaging of dendritic spines in fixed cells as well as time-lapse imaging of live cells. Secondly, this in 
vitro system allows for easy manipulation of protein function by expression of mutant proteins, knockdown by shRNA constructs, or pharmacological 
treatments. These techniques allow researchers to begin to dissect the role of disease-associated proteins and to predict how mutations of these 
proteins may function in vivo.

Numerous recent studies have identified mutations in synaptic proteins associated with brain pathologies. Primary cultured cortical neurons offer great flexibility in examining the effects of these disease-associated proteins on dendritic spine morphology and motility.

교양 CNS의 뉴런의 돌기 스파인 형태론 분석

Dendritic spines are the sites of the majority of excitatory connections within the brain, and form the post-synaptic 
compartment of synapses. These ...

신경과학

Imaging Dendritic Spines of Rat Primary Hippocampal Neurons using Structured Illumination Microscopy

Dendritic spines are protrusions emerging from the dendrite of a neuron and represent the primary postsynaptic targets of excitatory inputs in the brain. Technological advances have identified these structures as key elements in neuron connectivity and synaptic plasticity. The quantitative analysis of spine morphology using light microscopy remains an essential problem due to technical limitations associated with light's intrinsic refraction limit. Dendritic spines can be readily identified by confocal laser-scanning fluorescence microscopy. However, measuring subtle changes in the shape and size of spines is difficult because spine dimensions other than length are usually smaller than conventional optical resolution fixed by light microscopy's theoretical resolution limit of 200 nm.
Several recently developed super resolution techniques have been used to image cellular structures smaller than the 200 nm, including dendritic spines. These techniques are based on classical far-field operations and therefore allow the use of existing sample preparation methods and to image beyond the surface of a specimen. Described here is a working protocol to apply super resolution structured illumination microscopy (SIM) to the imaging of dendritic spines in primary hippocampal neuron cultures. Possible applications of SIM overlap with those of confocal microscopy. However, the two techniques present different applicability. SIM offers higher effective lateral resolution, while confocal microscopy, due to the usage of a physical pinhole, achieves resolution improvement at the expense of removal of out of focus light. In this protocol, primary neurons are cultured on glass coverslips using a standard protocol, transfected with DNA plasmids encoding fluorescent proteins and imaged using SIM. The whole protocol described herein takes approximately 2 weeks, because dendritic spines are imaged after 16-17 days in vitro, when dendritic development is optimal. After completion of the protocol, dendritic spines can be reconstructed in 3D from series of SIM image stacks using specialized software.

This article describes a working protocol to image dendritic spines from hippocampal neurons in vitro using Structured Illumination Microscopy (SIM). Super-resolution microscopy using SIM provides image resolution significantly beyond the light diffraction limit in all three spatial dimensions, allowing the imaging of individual dendritic spines with improved detail.

구조적 조명 현미경을 사용하여 쥐 차 해마 신경 세포의 돌기 쪽 이미징

Dendritic spines are protrusions emerging from the dendrite of a neuron and represent the primary postsynaptic targets of excitatory inputs in the brain. ...

Assessment of Dendritic Arborization in the Dentate Gyrus of the Hippocampal Region in Mice

Dendritic arborization has been shown to be a reliable marker for examination of structural and functional integrity of neurons. Indeed, the complexity and extent of dendritic arborization correlates well with the synaptic plasticity in these cells. A reliable method for assessment of dendritic arborization is needed to characterize the deleterious effects of neurological disorders on these structures and to determine the effects of therapeutic interventions. However, quantification of these structures has proven to be a formidable task given their complex and dynamic nature. Fortunately, sophisticated imaging techniques can be paired with conventional staining methods to assess the state of dendritic arborization, providing a more reliable and expeditious means of assessment. Below is an example of how these imaging techniques were paired with staining methods to characterize the dendritic arborization in wild type mice. These complementary imaging methods can be used to qualitatively and quantitatively assess dendritic arborization that span a rather wide area within the hippocampal region.

We describe two methods for visualization and quantification of dendritic arborization in the hippocampus of mouse models: real-time and extended depth of field imaging. While the former method allows sophisticated topographical tracing and quantification of the extent of branching, the latter allows speedy visualization of the dendritic tree.

쥐의 해마 영역의 치아 이랑 (dentate gyrus)에서 수지상 Arborization의 평가

Dendritic arborization has been shown to be a reliable marker for examination of structural and functional integrity of neurons. Indeed, the complexity ...

3D Modeling of Dendritic Spines with Synaptic Plasticity

Computational modeling of diffusion and reaction of chemical species in a three-dimensional (3D) geometry is a fundamental method to understand the mechanisms of synaptic plasticity in dendritic spines. In this protocol, the detailed 3D structure of the dendrites and dendritic spines is modeled with meshes on the software Blender with CellBlender. The synaptic and extrasynaptic regions are defined on the mesh. Next, the synaptic receptor and synaptic anchor molecules are defined with their diffusion constants. Finally, the chemical reactions between synaptic receptors and synaptic anchors are included and the computational model is solved numerically with the software MCell. This method describes the spatiotemporal path of every single molecule in a 3D geometrical structure. Thus, it is very useful to study the trafficking of synaptic receptors in and out of the dendritic spines during the occurrence of synaptic plasticity. A limitation of this method is that the high number of molecules slows the speed of the simulations. Modeling of dendritic spines with this method allows the study of homosynaptic potentiation and depression within single spines and heterosynaptic plasticity between neighbor dendritic spines.

The protocol develops a three-dimensional (3D) model of a dendritic segment with dendritic spines for modeling synaptic plasticity. The constructed mesh can be used for computational modeling of AMPA receptor trafficking in the long-term synaptic plasticity using the software program Blender with CellBlender and MCell.

시냅스 가소성을 가진 수지상 척추의 3D 모델링

Computational modeling of diffusion and reaction of chemical species in a three-dimensional (3D) geometry is a fundamental method to understand the ...

Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture

It has been reported that the size and shape of dendritic spines is related to their structural plasticity. To identify the morphological structure of pyramidal neurons and dendritic spines, a ballistic labeling technique can be utilized. In the present protocol, pyramidal neurons are labeled with DilC18(3) dye and analyzed using neuronal reconstruction software to assess neuronal morphology and dendritic spines. To investigate neuronal structure, dendritic branching analysis and Sholl analysis are performed, allowing researchers to draw inferences about dendritic branching complexity and neuronal arbor complexity, respectively. The evaluation of dendritic spines is conducted using an automatic assisted classification algorithm integral to the reconstruction software, which classifies spines into four categories (i.e., thin, mushroom, stubby, filopodia). Furthermore, an additional three parameters (i.e., length, head diameter, and volume) are also chosen to assess alterations in dendritic spine morphology. To validate the potential of wide application of the ballistic labeling technique, pyramidal neurons from in vitro cell culture were successfully labeled. Overall, the ballistic labeling method is unique and useful for visualizing neurons in different brain regions in rats, which in combination with sophisticated reconstruction software, allows researchers to elucidate the possible mechanisms underlying neurocognitive dysfunction.

We present a protocol to label and analyze pyramidal neurons, which is critical for evaluating potential morphological alterations in neurons and dendritic spines that may underlie neurochemical and behavioral abnormalities.

뇌 슬라이스와 기본 세포 배양에서 피라미드 뉴런의 탄도 라벨링

It has been reported that the size and shape of dendritic spines is related to their structural plasticity. To identify the morphological structure of ...

Rapid Golgi Stain for Dendritic Spine Visualization in Hippocampus and Prefrontal Cortex

Golgi impregnation, using the Golgi staining kit with minor adaptations, is used to impregnate dendritic spines in the rat hippocampus and medial prefrontal cortex. This technique is a marked improvement over previous methods of Golgi impregnation because the premixed chemicals are safer to use, neurons are consistently well impregnated, there is far less background debris, and for a given region, there are extremely small deviations in spine density between experiments. Moreover, brains can be accumulated after a certain point and kept frozen until further processing. Using this method any brain region of interest can be studied. Once stained and cover slipped, dendritic spine density is determined by counting the number of spines for a length of dendrite and expressed as spine density per 10 &#181;m dendrite.

The protocol describes a modification of the rapid Golgi method, which can be adapted to any part of the nervous system, for staining neurons in the hippocampus and medial prefrontal cortex of the rat.

해마와 전두엽 피질의 Dendritic Spine Visualization을위한 빠른 골지 얼룩

Golgi impregnation, using the Golgi staining kit with minor adaptations, is used to impregnate dendritic spines in the rat hippocampus and medial ...

<meta charset="utf8"></head><body>Neurolucida 360을 사용한 수지상 척추 분석 프로토콜

Dendritic Spine Quantification Using an Automatic Three-Dimensional Neuron Reconstruction Software

Synaptic connections allow for the exchange and processing of information between neurons. The post-synaptic site of excitatory synapses is often formed on dendritic spines. Dendritic spines are structures of great interest in research centered around synaptic plasticity, neurodevelopment, and neurological and psychiatric disorders. Dendritic spines undergo structural modifications during their lifespan, with properties such as total spine number, dendritic spine size, and morphologically defined subtype altering in response to different processes. Delineating the molecular mechanisms regulating these structural alterations of dendritic spines relies on morphological measurement. This mandates accurate and reproducible dendritic spine analysis to provide experimental evidence. The present study outlines a detailed protocol for dendritic spine quantification and classification using Neurolucida 360 (automatic three-dimensional neuron reconstruction software). This protocol allows for the determination of key dendritic spine properties such as total spine density, spine head volume, and classification into spine subtypes thus enabling effective analysis of dendritic spine structural phenotypes.

<meta charset="utf8"></head><body>저자 스포트라이트: Optimizing Dendritic Spine Analysis for Balanced Manual and Automated Assessment in the Hippocampus CA1 Apical Dendrites (해마 CA1 정점 수상돌기에서 균형 잡힌 수동 및 자동

Dendritic spines are post-synaptic compartments of most excitatory synapses. Alterations to dendritic spine morphology occur during neurodevelopment, aging, learning, and many neurological and psychiatric disorders, underscoring the importance of reliable dendritic spine analysis. This protocol describes quantifying dendritic spine morphology accurately and reproducibly using automatic three-dimensional neuron reconstruction software.

자동 3차원 뉴런 재구성 소프트웨어를 사용한 수지상 척추 정량화

Synaptic connections allow for the exchange and processing of information between neurons. The post-synaptic site of excitatory synapses is often formed ...

인간 유도 만능 줄기 세포에서 파생 된 피라미드 뉴런에서 돌기 쪽의 3 차원 정량화

요약

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헤어 유래 각질 세포를 사용하여 통합없는 인간 유도 만능 줄기 세포의 생성

인간 다 능성 줄기 세포에서 멜라닌 세포의 공급이없는 유도

교양 CNS의 뉴런의 돌기 스파인 형태론 분석

구조적 조명 현미경을 사용하여 쥐 차 해마 신경 세포의 돌기 쪽 이미징

쥐의 해마 영역의 치아 이랑 (dentate gyrus)에서 수지상 Arborization의 평가

시냅스 가소성을 가진 수지상 척추의 3D 모델링

뇌 슬라이스와 기본 세포 배양에서 피라미드 뉴런의 탄도 라벨링

해마와 전두엽 피질의 Dendritic Spine Visualization을위한 빠른 골지 얼룩

자동 3차원 뉴런 재구성 소프트웨어를 사용한 수지상 척추 정량화

자동 3차원 뉴런 재구성 소프트웨어를 사용한 수지상 척추 정량화