Name: analyzing mitochondrial transport and morphology in human induced pluripotent stem cell-derived neurons in hereditary spastic paraplegia
Uploaded: 2020-02-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Analyzing Mitochondrial Transport and Morphology in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neurons in Hereditary Spastic Paraplegia at JoVE.com

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Spastic Paraplegia, dalla Blazer Foundation e dal NIH (R21NS109837).

1. Generazione di neuroni glutamatergici telencefali da iPSC
NOTA: Il protocollo dettagliato per il mantenimento degli iPSC e la loro differenziazione nei neuroni glutamatergici telencefali sono simili a quelli descritti in precedenza18. In questo caso, il processo critico durante la differenziazione delle cellule staminali pluripotenti umane viene introdotto ed evidenziato.
<ol><li>Coltura iPSCs su alimentatori fibroblasti embrionali murini (MEF) in cellule staminali...

<ol>
	<li>Brown, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+transport+of+membranous+and+nonmembranous+cargoes:+a+unified+perspective.">Axonal transport of membranous and nonmembranous cargoes: a unified perspective.</a> Journal of Cell Biology. 160 (6), 817-821 (2003).</li><li>Morris, R. L., Hollenbeck, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+transport+of+mitochondria+along+microtubules+and+F-actin+in+living+vertebrate+neurons.">Axonal transport of mitochondria along microtubules and F-actin in living vertebrate neurons.</a> The Journal of Cell Biology. 131 (5), 1315-1326 (1995).</li><li>Schwarz, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+trafficking+in+neurons.">Mitochondrial trafficking in neurons.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 5 (6), (2013).</li><li>Magrane, J., Cortez, C., Gan, W. B., Manfredi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+mitochondrial+transport+and+morphology+are+common+pathological+denominators+in+SOD1+and+TDP43+ALS+mouse+models.">Abnormal mitochondrial transport and morphology are common pathological denominators in SOD1 and TDP43 ALS mouse models.</a> Human Molecular Genetics. 23 (6), 1413-1424 (2014).</li><li>Alami, N. H., 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=Axonal+transport+of+TDP-43+mRNA+granules+is+impaired+by+ALS-causing+mutations.">Axonal transport of TDP-43 mRNA granules is impaired by ALS-causing mutations.</a> Neuron. 81 (3), 536-543 (2014).</li><li>Wang, X., Schwarz, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+axonal+transport+of+mitochondria.">Imaging axonal transport of mitochondria.</a> Methods in Enzymology. 457, 319-333 (2009).</li><li>Course, M. 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S., Antenor-Dorsey, J. A., O'Malley, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+parkinsonian+mimetic,+MPP+,+specifically+impairs+mitochondrial+transport+in+dopamine+axons.">The parkinsonian mimetic, MPP+, specifically impairs mitochondrial transport in dopamine axons.</a> Journal of Neuroscience. 31 (19), 7212-7221 (2011).</li><li>Shirendeb, U. P., 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=Mutant+huntingtin's+interaction+with+mitochondrial+protein+Drp1+impairs+mitochondrial+biogenesis+and+causes+defective+axonal+transport+and+synaptic+degeneration+in+Huntington's+disease.">Mutant huntingtin's interaction with mitochondrial protein Drp1 impairs mitochondrial biogenesis and causes defective axonal transport and synaptic degeneration in Huntington's disease.</a> Human Molecular Genetics. 21 (2), 406-420 (2012).</li><li>Lo Giudice, T., Lombardi, F., Santorelli, F. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+and+quantification+of+mitochondrial+dynamics+in+living+animal+cells.">Visualization and quantification of mitochondrial dynamics in living animal cells.</a> Methods in Cell Biology. 80, 627-682 (2007).</li><li>Denton, K. R., Xu, C. C., Li, X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Axonal+Phenotypes+with+Human+Pluripotent+Stem+Cells.">Modeling Axonal Phenotypes with Human Pluripotent Stem Cells.</a> Methods in Molecular Biology. 1353, 309-321 (2016).</li><li>Andrews, S., Gilley, J., Coleman, M. 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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+mitochondrial+membrane+potential+using+fluorescent+rhodamine+derivatives.">Measurement of mitochondrial membrane potential using fluorescent rhodamine derivatives.</a> Biophysical Journal. 76, 469-477 (1999).</li><li>Liu, X., Yang, L., Long, Q., Weaver, D., Hajnoczky, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Choosing+proper+fluorescent+dyes,+proteins,+and+imaging+techniques+to+study+mitochondrial+dynamics+in+mammalian+cells.">Choosing proper fluorescent dyes, proteins, and imaging techniques to study mitochondrial dynamics in mammalian cells.</a> Biophysics Reports. 3 (4), 64-72 (2017).</li><li>Zhou, B., Lin, M. Y., Sun, T., Knight, A. L., Sheng, Z. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+mitochondrial+transport+in+neurons.">Characterization of mitochondrial transport in neurons.</a> Methods in Enzymology. 547, 75-96 (2014).</li></ol>

Questo articolo descrive un metodo per analizzare il trasporto mitocondriale e la morfologia negli assoni neuronali utilizzando il tinrito fluorescente rosso e il software ImageJ, entrambi che forniscono una piattaforma unica per studiare la degenerazione assonale e la morfologia mitocondriale nella malattia neurodegenerativa. Ci sono diversi passaggi critici nel protocollo, tra cui la colorazione dei mitocondri, l'imaging delle cellule vive e l'analisi delle immagini. In questo metodo, un coloranti fluorescente è stato...

La motilità e la distribuzione mitocondriali svolgono un ruolo vitale nel soddisfare le richieste energetiche variabili e specializzate nei neuroni polarizzati. I neuroni possono estendere gli assoni estremamente lunghi per connettersi con gli obiettivi attraverso la formazione di sinapsi, che richiedono alti livelli di energia per il buffering di Ca2 o più. Il trasporto di mitocondri da soma ad assone è fondamentale per supportare la funzione assonale e sinaptica dei neuroni. Il movimento mitocondriale a livello spaziale e temporale è condotto dal trasporto assonale veloce a velocità di diversi micrometri al secondo1.
In particolare, le proteine motorie o adattatori, come la cinesina e la dineina, partecipano al trasporto rapido di orgelli lungo i microtubuli per controllare il movimento dei mitocondri2,3. L'attività neuronale normale richiede un corretto trasporto dei mitocondri appena assemblati dal soma neuronale all'assone distale (trasporto assonale anterogrado) e il trasporto inverso dei mitocondri dall'assone distale al corpo cellulare (trasporto retrogrado). Recenti studi hanno indicato che l'allocazione mitocondriale impropria è fortemente associata a difetti neuronali e malattie degenerative del motoneurone4,5. Pertanto, per sezionare il ruolo dei mitocondri nella neurodegenerazione, è importante stabilire metodi per esaminare il movimento mitocondriale lungo gli assoni nelle culture vive.
Ci sono due sfide principali nell'esaminare e analizzare il tracciamento dei mitocondri: (1) identificare i mitocondri dallo sfondo in ogni fotogramma e (2) analizzare e generare le connessioni tra ogni fotogramma. Nel risolvere la prima sfida, un approccio di etichettatura a fluorescenza è ampiamente usato per distinguere i mitocondri dallo sfondo, come la tintura MitoTracker o la trasfezione di proteine bersaglio mitocondriali fusa di fluorescenza (ad esempio, mito-GFP)6,7,8. Per analizzare l'associazione tra i frame, diversi algoritmi e strumenti software sono stati descritti negli studi precedenti9. In un recente articolo, i ricercatori hanno confrontato quattro diversi strumenti automatizzati (ad esempio, Volocity, Imaris, wrMTrck e Difference Tracker) per quantificare il trasporto mitocondriale. I risultati hanno mostrato che, nonostante le discrepanze nella lunghezza della pista, nello spostamento mitocondriale, nella durata del movimento e nella velocità, questi strumenti automatizzati sono adatti per valutare la differenza di trasporto dopo il trattamento10. Oltre a questi strumenti, un plugin integrato "Macros" per ImageJ (scritto da Rietdorf e Seitz) è stato ampiamente utilizzato per l'analisi del trasporto mitocondriale11. Questo metodo genera kymografi che possono essere utilizzati per analizzare il movimento mitocondriale, compresa la velocità sia in direzione anterograda che retrogrado.
I mitocondri sono organelli altamente dinamici che cambiano costantemente in numero e morfologia in risposta sia a condizioni fisiologiche che patologiche. La fissione mitocondriale e la fusione regolano strettamente la morfologia mitocondriale e l'omeostasi. Lo squilibrio tra fissione mitocondriale e fusione può indurre reti mitocondriali estremamente brevi o lunghe, che possono alterare la funzione mitocondriale e provocare attività neuronali anormali e neurodegenerazione. Il trasporto mitocondriale alterato e la morfologia sono coinvolti in varie malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson, la malattia di Huntington e la paraplegia spastica ereditaria (HSP)12,13,14,15. HSP è un gruppo eterogeneo di disturbi neurologici ereditari caratterizzati dalla degenerazione del tratto corticospinale e dalla conseguente incapacità di controllare i muscoli degli arti inferiori16,17. In questo studio, i neuroni del prosencefalo derivati da iPSC vengono utilizzati per valutare il trasporto mitocondriale e la morfologia nell'HSP. Questo metodo fornisce un paradigma unico per esaminare le dinamiche mitocondriali degli assoni neuronali nelle culture vive.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Accutase Cell Detachment Solution</td>
			<td>Innovative Cell Technologies</td>
			<td>AT104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biosafety hood</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>1300 SERIES A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A-7906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brain derived neurotrophic factor (BDNF)</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>450-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Sorvall Legend X1R/ 75004261</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslips</td>
			<td>Chemiglass Life Sciences</td>
			<td>1760-012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclic AMP (cAMP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D0627</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17105-041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dorsomorphin</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S7146</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s modified eagle medium with F12 nutrient mixture (DMEM/F12)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>10-092-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>16141-002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibroblast growth factor 2 (FGF2, bFGF)</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-18B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geltrex LDEV-Free Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A1413201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gem21 NeuroPlex Serum-Free Supplement</td>
			<td>Gemini</td>
			<td>400-160</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Bottom Dishes</td>
			<td>MatTek</td>
			<td>P35G-0.170-14-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9&#39;&#39; glass pipetes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>14673-043</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glial derived neurotrophic factor (BDNF)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D0627</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX-I</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050-061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>H3149</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin growth factor 1 (IGF1)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>M7512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Knockout Serum Replacer</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A31815</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>L-6274</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M3148-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoTracker CMXRos</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>M7512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurobasal medium</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>21103-049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non Essential Amino Acids</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11140-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 NeuroPle Serum-Free Supplement</td>
			<td>Gemini</td>
			<td>400-163</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus microscope IX83</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX83-ZDC2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Corning</td>
			<td>21-031-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phase contrast microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>CKX41/ IX2-SLP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 well plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>353046</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 well plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>353047</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-L-ornithine hydrobromide (polyornithine))</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB431542</td>
			<td>Stemgent</td>
			<td>04-0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 50ml Disposable Vacuum Filtration System 0.22 &#956;m Millipore Express&#174; Plus Membrane</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SCGP00525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stericup 500/1000 ml Durapore 0.22 &#956;M PVDF</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SCGVU10RE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tbr1 antibody (1:2000)</td>
			<td>Chemicon</td>
			<td>AB9616</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin inhibitor</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17075029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 ml tubes</td>
			<td>Phenix</td>
			<td>SS-PH50R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 ml tubes</td>
			<td>Phenix</td>
			<td>SS-PH15R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T25 flasks (untreated)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10861-572</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plugins for softwares</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio-formats Package</td>
			<td><a href="http://downloads.openmicroscopy.org/bio-formats/5.1.0/" target="_blank">http://downloads.openmicroscopy.org/bio-formats/5.1.0/</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiji software</td>
			<td><a href="https://fiji.sc/" target="_blank">https://fiji.sc/</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kymograph Plugin</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MultipleKymograph.class</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MultipleOverlay.class</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WalkingAverage.class</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>StackDifference.class</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straighten_.jar</td>
			<td><a href="https://imagej.nih.gov/ij/plugins/straighten.html" target="_blank">https://imagej.nih.gov/ij/plugins/straighten.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tsp050706.txt</td>
			<td><a href="https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html" target="_blank">https://www.embl.de/eamnet/html/body_kymograph.html</a></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyzing mitochondrial transport and morphology in human induced pluripotent stem cell-derived neurons in hereditary spastic paraplegia

I neuroni hanno richieste intense di alta energia al fine di sostenere le loro funzioni. Trasporto mitocondriale alterato lungo gli assoni è stato osservato nei neuroni umani, che possono contribuire alla neurodegenerazione in vari stati di malattia. Anche se è difficile esaminare le dinamiche mitocondriali nei nervi umani vivi, tali paradigmi sono fondamentali per studiare il ruolo dei mitocondri nella neurodegenerazione. Descritto qui è un protocollo per l'analisi del trasporto mitocondriale e della morfologia mitocondriale negli assoni neuronali del prosencefalo derivati dalle cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC). Gli iPSC sono differenziati in neuroni glutamatergici telencefali utilizzando metodi consolidati. I mitocondri dei neuroni sono macchiati con MitoTracker CMXRos, e il movimento mitocondriale all'interno degli assoni viene catturato utilizzando un microscopio di imaging a cellule vive dotato di un'incubatrice per la coltura cellulare. Le immagini time-lapse vengono analizzate utilizzando un software con plugin "MultiKymograph", "Bioformat importer" e "Macros". Kymographs di trasporto mitocondriale sono generati, e la velocità mitocondriale media nelle direzioni anterograde e retrogrado è letto dal kymografo. Per quanto riguarda l'analisi morfologia mitocondriale, lunghezza mitocondriale, area, e proporzioni sono ottenuti utilizzando l'ImmagineJ. In sintesi, questo protocollo consente la caratterizzazione del traffico mitocondriale lungo gli assoni e l'analisi della loro morfologia per facilitare gli studi sulle malattie neurodegenerative.

In questo caso, gli iPSC umani sono stati differenziati in neuroni glutamanogici telencefali, che sono stati caratterizzati dall'immunostaining con i marcatori di tubulina Tbr1 e .III (Figura 1A). Per esaminare il trasporto assonale dei mitocondri, queste cellule sono state macchiate di colorante fluorescente rosso ed è stata eseguita l'imaging time-lapse. Dal momento che ImageJ è prontamente disponibile e più facile da ottenere, il trasporto mitocondriale è stato ulteri...

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Analyzing Mitochondrial Transport and Morphology in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neurons in Hereditary Spastic Paraplegia

Il trasporto mitocondriale alterato e la morfologia sono coinvolti in varie malattie neurodegenerative. Il protocollo presentato utilizza neuroni del prosencefalo derivati da cellule staminali pluripotenti indotte per valutare il trasporto mitocondriale e la morfologia nella paraplegia spastica ereditaria. Questo protocollo consente la caratterizzazione del traffico mitocondriale lungo gli assoni e l'analisi della loro morfologia, che faciliterà lo studio delle malattie neurodegenerative.

Analisi del trasporto mitocondriale e della morfologia nei neuroni derivati dalle cellule staminali indotte dall'uomo in paraplegia ereditaria

Neurons have intense demands for high energy in order to support their functions. Impaired mitochondrial transport along axons has been observed in human ...

La disfunzione mitocondriale è alla base di molte malattie neurodegenerative. Il nostro protocollo fornisce uno strumento importante per esaminare la dinamica mitocondriale negli assoni, facilitando lo studio delle malattie neurologiche che coinvolgono la degenerazione assonale. Combinando l'etichettatura mitocondriale, l'imaging di cellule vive e la tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte, il nostro protocollo può essere utilizzato per caratterizzare il traffico mitocondriale lungo gli assoni umani e per analizzarne le morfologie.Il trasporto mitocondriale e la morfologia compromessi possono essere osservati nelle colture di cellule staminali e nei modelli animali di malattie neurodegenerative fornendo potenziali obiettivi terapeutici per il trattamento di queste malattie. Dopo il giorno trentacinque di coltura, dissociare le neurosfere differenziate dalle cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo in piccoli ammassi con 1 mg/ml di soluzione di distacco cellulare per due minuti a 37 gradi Celsius. Al termine dell'incubazione raccogliere i grappoli cellulari per centrifugazione e rimosogliere il pellet in un millilitro di NDM.Placcare circa cinque grappoli di cellule in cento microlitri di media per poliornitina e lattosio deidrogenasi elevando il fattore di crescita ridotto privo di virus matrice di membrana basale rivestita 35 millimetri di vetro piatti di fondo. Quindi aggiungere un millilitro di NDM integrato con B27, monofosfato di adenosina ciclica, fattore di crescita insulino-simile, fattore neurotrofico derivato dal cervello umano e fattore neurotrofico derivato dalle cellule gliali ad ogni coltura. Per visualizzare i mitocondri lungo gli assoni dei neuroni delencefalo, per prima cosa macchiare i neuroni con 50 coloranti fluorescenti rossi nanomolari in NDM per tre minuti a 37 gradi Celsius seguiti da due lavaggi in NDM caldo.Quindi, posizionare la coltura sul palco di un microscopio a fluorescenza e selezionare l'obiettivo 40X. Sotto il campo di fase identificare gli assoni in base alle loro caratteristiche morfologiche. Per distinguere la direzione del movimento mitocondriale lungo gli assoni identificare chiaramente i corpi cellulari dei neuroni.Dopo aver distinto il corpo cellulare e l'assone, regolare il tempo di esposizione e la messa a fuoco dei mitocondri negli assoni e catturare il trasporto mitocondriale all'interno degli assoni ogni cinque secondi per un totale di cinque minuti. Per analizzare il trasporto mitocondriale in ImageJ aprire Fiji e selezionare il plug-in Bio-Formats. Utilizzare l'importatore bio-formati per importare le immagini time-lapse della serie tiff e selezionare ImageJ standard e Aprire tutte le serie.Controllare la scala automatica dei canali divisi e fare clic su OK tenendo presente il numero di fotogramma e le dimensioni delle immagini in pixel. Dopo aver regolato la luminosità e il contrasto per tutti i 60 fotogrammi, utilizzate la linea segmentata per disegnare una linea dal corpo cellulare all'assone terminale. Per generare il Kymograph, selezionare il plugin Kymograph multiplo e selezionare la larghezza della linea.Per misurare la distanza, i valori di tempo e la velocità per i mitocondri in movimento aperti tsp050607. txt nel plug-in macro. E disegna una linea segmentata sulla traccia del movimento mitocondriale sul kymografo dalla regione superiore a una inferiore.Dopo aver tracciato la linea aperta leggere le velocità da tsp nel plugin macro per leggere le velocità segmentate corrispondenti alla linea. Aprire quindi l'immagine originale e usare lo strumento linea per disegnare una linea lungo la barra di scala. Selezionare analizza per misurare la lunghezza della linea e convertire il dx ora e le unità di distanza dai pixel ai micrometri.Quindi cambia il tempo da pixel a secondi. Per analizzare la lunghezza mitocondriale e l'area all'interno degli assoni in ImageJ, installare il plug-in JAR punto di sottolineatura raddrizzare e aprire l'immagine axon di interesse. Convertire l'immagine a 32 bit in otto bit e utilizzare lo strumento linea segmentata per tracciare l'assone.Selezionare il plug-in JAR di sottolineatura Raddrizza e impostare la larghezza della linea larga del filamento su 50 pixel. Traccia di nuovo l'assone per generare un assone raddrizzata e regola la soglia dell'immagine. Selezionare l'ellisse e i descrittori di forma per l'adattamento perimetrale delle misure impostate per impostare la misurazione e utilizzare la funzione linea per misurare la barra di scala nell'immagine originale, come illustrato.In Analizza e per impostare la scala immettere la distanza in pixel di distanza nota e l'unità di lunghezza per impostare la scala. Quindi seleziona globale per impostare l'impostazione della scala su tutte le immagini. Infine, selezionate analizzare e analizzare le particelle per determinare l'area e selezionare i risultati della visualizzazione per visualizzare la misurazione risultante.Dopo la differenziazione in neuroni glutattergici telencefalici le cellule possono essere caratterizzate dalla loro espressione t-B-R uno e beta tre marcatori di tubulina. La colorazione con colorante fluorescente rosso e l'imaging time-lapse consente la valutazione del trasporto assonale dei mitocondri. Un singolo mitocondrio può rimanere statico o muoversi in direzione anterograda o retrograda all'interno di un assone.La velocità del movimento mitocondriale lungo l'assone può essere quantificata come illustrato. Ad esempio, utilizzando software di analisi disponibili in commercio, la percentuale di mitocondri motile è significativamente ridotta nei neuroni S-P-G-3-A rispetto ai neuroni di tipo selvaggio. Per analizzare la lunghezza dell'area mitocondriale e le proporzioni gli assoni possono raddrizzare nel software di analisi delle immagini e selezionare regolando la soglia.La larghezza della lunghezza perimetrale dell'area mitocondriale e le proporzioni possono quindi essere ottenute dall'assone raddrizzare. Ad esempio sia la lunghezza mitocondriale che le proporzioni sono significativamente ridotte negli assoni neuronali S-P-G 15 rispetto agli assoni di tipo selvaggio di controllo. È importante riscaldare il mezzo e l'incubatore del microscopio per lavare delicatamente le cellule e consentire alle cellule di stabilizzarsi per venti minuti prima dell'imaging.Dopo l'imaging a cellule vive le colture possono essere fissate e sottoposte ad immunosottenzione per esaminare l'espressione di altre proteine di interesse. È difficile esaminare la dinamica mitocondriale nei nervi umani vivi. Questa tecnica fornisce lo strumento unico per lo studio della dinamica mitocondriale e della degenerazione nervosa nelle malattie neurologiche.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuromodulation and Mitochondrial Transport: Live Imaging in Hippocampal Neurons over Long Durations

Neuromodulazione e mitocondriale di trasporto: Imaging Live in neuroni dell&#39;ippocampo oltre durate a lungo

To understand the relationship between mitochondrial transport and neuronal function, it is critical to observe mitochondrial behavior in live cultured ...

Ricerca

Neuroscienze

Efficient Derivation of Human Neuronal Progenitors and Neurons from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

Derivazione efficiente di progenitori neuronali umane e Neuroni pluripotenti da cellule staminali embrionali umane con induzione piccole molecole

There is a large unfulfilled need for a clinically-suitable human neuronal cell source for repair or regeneration of the damaged central nervous system ...

The Specification of Telencephalic Glutamatergic Neurons from Human Pluripotent Stem Cells

La specifica di telencefalici neuroni glutamatergici di cellule staminali umane pluripotenti

Here, a stepwise procedure for efficiently generating telencephalic glutamatergic neurons from human pluripotent stem cells (PSCs) has been described. The ...

Analyzing Dendritic Morphology in Columns and Layers

Analizzando dendritiche Morfologia in colonne e strati

In many regions of the central nervous systems, such as the fly optic lobes and the vertebrate cortex, synaptic circuits are organized in layers and ...

Modelling Zika Virus Infection of the Developing Human Brain In Vitro Using Stem Cell Derived Cerebral Organoids

Modelling Zika Virus Infection of the Developing Human Brain In Vitro Using Stem Cell Derived Cerebral Organoids

Modellazione di infezione del Virus di Zika dello sviluppo del cervello umano In Vitro utilizzando cellule staminali derivate Organoids cerebrale

The recent emergence of Zika virus (ZIKV) in susceptible populations has led to an abrupt increase in microcephaly and other neurodevelopmental conditions ...

Method for High Speed Stretch Injury of Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Neurons in a 96-well Format

Metodo per il pregiudizio elasticizzato ad alta velocità dell'essere umano ha indotto i neuroni derivati da cellule staminali pluripotenti in un formato a 96 pozzetti

Traumatic brain injury (TBI) is a major clinical challenge with high morbidity and mortality. Despite decades of pre-clinical research, no proven ...

Compartmentalization of Human Stem Cell-Derived Neurons within Pre-Assembled Plastic Microfluidic Chips

Compartimentazione dei neuroni derivati da cellule staminali umane all'interno di chip microfluidici in plastica pre-assemblati

Use of microfluidic devices to compartmentalize cultured neurons has become a standard method in neuroscience. This protocol shows how to use a ...

Post-differentiation Replating of Human Pluripotent Stem Cell-derived Neurons for High-content Screening of Neuritogenesis and Synapse Maturation

Replatazione post-differenziazione dei neuroni derivati da cellule staminali pluripotenti umane per lo screening ad alto contenuto di neuritogenesi e maturazione delle sinapsi

Neurons differentiated in two-dimensional culture from human pluripotent stem-cell-derived neural progenitor cells (NPCs) represent a powerful model ...

Conversion of Human Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) into Functional Spinal and Cranial Motor Neurons Using PiggyBac Vectors

Conversion of Human Induced Pluripotent Stem Cells iPSCs into Functional Spinal and Cranial Motor Neurons Using PiggyBac Vectors

Conversione di cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (IPSC) in neuroni motore spinale e cranico funzionale utilizzando vettori PiggyBac

We describe here a method to obtain functional spinal and cranial motor neurons from human induced pluripotent stem cells (iPSCs). Direct conversion into ...