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

この作品は、痙性対麻痺財団、ブレイザー財団、NIH(R21NS109837)によって支援されました。

1. iPSCからのテランサレンスグルタミン酸作動性ニューロンの生成
注: iPSCを維持するための詳細なプロトコルと、それらの分化を脳細胞のグルタミン酸作動性ニューロンに分ける方法は、前述の18と同様です。ここで、ヒト多能性幹細胞の分化中の重要なプロセスが導入され、強調表示される。
<ol><li>ヒト胚性幹細胞(hESC)培地中のマウス胚性線維芽細胞...

<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. M., 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=Live+Imaging+Mitochondrial+Transport+in+Neurons.">Live Imaging Mitochondrial Transport in Neurons.</a> Neuromethods. 123, 49-66 (2017).</li><li>Chazotte, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Labeling+mitochondria+with+fluorescent+dyes+for+imaging.">Labeling mitochondria with fluorescent dyes for imaging.</a> Cold Spring Harbor Protocols. 2009 (6), 4948 (2009).</li><li>Meijering, E., Dzyubachyk, O., Smal, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+cell+and+particle+tracking.">Methods for cell and particle tracking.</a> Methods in Enzymology. 504, 183-200 (2012).</li><li>Bros, H., Hauser, A., Paul, F., Niesner, R., Infante-Duarte, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+Mitochondrial+Movement+Within+Neurons:+Manual+Versus+Automated+Tracking+Methods.">Assessing Mitochondrial Movement Within Neurons: Manual Versus Automated Tracking Methods.</a> Traffic. 16 (8), 906-917 (2015).</li><li>Calkins, 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. M., Kawarai, T., Orlacchio, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hereditary+spastic+paraplegia:+clinical-genetic+characteristics+and+evolving+molecular+mechanisms.">Hereditary spastic paraplegia: clinical-genetic characteristics and evolving molecular mechanisms.</a> Experimental Neurology. 261, 518-539 (2014).</li><li>Blackstone, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+pathways+of+hereditary+spastic+paraplegia.">Cellular pathways of hereditary spastic paraplegia.</a> Annual Review of Neuroscience. 35, 25-47 (2012).</li><li>Boisvert, E. M., Denton, K., Lei, L., Li, X. 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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=Designed+benzothiadiazole+fluorophores+for+selective+mitochondrial+imaging+and+dynamics.">Designed benzothiadiazole fluorophores for selective mitochondrial imaging and dynamics.</a> Chemistry. 20 (47), 15360-15374 (2014).</li><li>Yamakoshi, 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=A+sensitive+and+specific+Raman+probe+based+on+bisarylbutadiyne+for+live+cell+imaging+of+mitochondria.">A sensitive and specific Raman probe based on bisarylbutadiyne for live cell imaging of mitochondria.</a> Bioorganic &amp; Medicinal Chemistry Letters. 25 (3), 664-667 (2015).</li><li>Neumann, S., Chassefeyre, R., Campbell, G. E., Encalada, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=KymoAnalyzer:+a+software+tool+for+the+quantitative+analysis+of+intracellular+transport+in+neurons.">KymoAnalyzer: a software tool for the quantitative analysis of intracellular transport in neurons.</a> Traffic. 18 (1), 71-88 (2017).</li><li>Chen, M., 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=A+new+method+for+quantifying+mitochondrial+axonal+transport.">A new method for quantifying mitochondrial axonal transport.</a> Protein &amp; Cell. 7 (11), 804-819 (2016).</li><li>De Vos, K. J., Sheetz, M. 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. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Difference+Tracker:+ImageJ+plugins+for+fully+automated+analysis+of+multiple+axonal+transport+parameters.">Difference Tracker: ImageJ plugins for fully automated analysis of multiple axonal transport parameters.</a> Journal of Neuroscience Methods. 193 (2), 281-287 (2010).</li><li>Reis, G. F., 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=Molecular+motor+function+in+axonal+transport+in+vivo+probed+by+genetic+and+computational+analysis+in+Drosophila.">Molecular motor function in axonal transport in vivo probed by genetic and computational analysis in Drosophila.</a> Molecular Biology of the Cell. 23 (9), 1700-1714 (2012).</li><li>Broeke, J. 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=Automated+quantification+of+cellular+traffic+in+living+cells.">Automated quantification of cellular traffic in living cells.</a> Journal of Neuroscience Methods. 178 (2), 378-384 (2009).</li><li>Welzel, O., Knorr, J., Stroebel, A. M., Kornhuber, J., Groemer, T. 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J., 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=Guidelines+for+the+use+and+interpretation+of+assays+monitoring+autophagy.">Guidelines for the use and interpretation of assays monitoring autophagy.</a> Autophagy. 12, 1 (2016).</li><li>Metivier, D., 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=Cytofluorometric+detection+of+mitochondrial+alterations+in+early+CD95/Fas/APO-1-triggered+apoptosis+of+Jurkat+T+lymphoma+cells.+Comparison+of+seven+mitochondrion-specific+fluorochromes.">Cytofluorometric detection of mitochondrial alterations in early CD95/Fas/APO-1-triggered apoptosis of Jurkat T lymphoma cells. Comparison of seven mitochondrion-specific fluorochromes.</a> Immunology Letters. 61 (2-3), 157-163 (1998).</li><li>Scaduto, R. C., Grotyohann, L. 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>

本稿では、赤蛍光色素とImageJソフトウェアを用いて神経軸索におけるミトコンドリア輸送と形態を解析する方法について説明し、いずれも神経変性疾患における軸索変性とミトコンドリア形態を研究するユニークなプラットフォームを提供する。プロトコルには、ミトコンドリアの染色、生細胞イメージング、画像の分析など、いくつかの重要なステップがあります。この方法では、ミトコ?...

ミトコンドリアの運動性と分布は、偏光ニューロンにおける可変および特殊なエネルギッシュな要求を満たす上で重要な役割を果たします。ニューロンは、Ca2+バッファリングとイオン電流に高レベルのエネルギーを必要とするシナプスの形成を通じてターゲットと接続するために非常に長い軸索を拡張することができます。ソマから軸索へのミトコンドリアの輸送は、ニューロンの軸索およびシナプス機能をサポートするために重要です。空間的および時間的に動的なミトコンドリア運動は、毎秒数マイクロメートルの速度で速い軸索輸送によって1.
具体的には、キネシンやダイネインなどのモーターまたはアダプタータンパク質は、ミトコンドリア2,3の動きを制御するために微小管に沿って速いオルガネラ輸送に関与する。正常な神経活動は、新たに組み立てられたミトコンドリアを神経細胞の体から遠位軸(前向き軸索輸送)に適切に輸送し、遠位軸から細胞体に戻ってミトコンドリアを逆輸送する必要があります。.最近の研究では、不適切なミトコンドリアの割り当てが神経細胞欠損および運動ニューロン変性疾患4、5と強く関連することが示されている。したがって、神経変性におけるミトコンドリアの役割を解剖するためには、生きた培養における軸索に沿ったミトコンドリアの動きを調べる方法を確立することが重要である。
ミトコンドリアの追跡を調べて分析する際には、(1)すべてのフレームの背景からミトコンドリアを特定すること、(2)すべてのフレーム間の接続を分析して生成するという2つの主な課題があります。第1の課題を解決する際に、ミトトラッカー色素や蛍光融合ミトコンドリアターゲティングタンパク質(例えば、mito-GFP)6,7,8などのミトコンドリアを背景から区別するために蛍光標識アプローチが広く用いられている。フレーム間の関連性を分析するために、いくつかのアルゴリズムとソフトウェアツールが、以前の研究9で説明されました。最近の論文では、研究者は4つの異なる自動化ツール(例えば、Volocity、イマリス、wrMTrck、および差トラッカー)をミトコンドリア輸送を定量化するために比較しました。その結果、トラック長、ミトコンドリア変位、運動継続時間、および速度の不一致にもかかわらず、これらの自動化ツールは、処理10後の輸送差を評価するのに適していることを示した。これらのツールに加えて、ImageJ用の統合プラグイン「マクロ」(リートドルフとザイツによって書かれた)は、ミトコンドリア輸送11の分析に広く使用されています。この方法は、前向きと逆行方向の両方の速度を含むミトコンドリアの動きを分析するために使用できるキモグラフを生成します。
ミトコンドリアは、生理学的および病理学的状態の両方に応答して、数と形態の絶えず変化する非常にダイナミックなオルガネラです。ミトコンドリアの核分裂と融合は、ミトコンドリアの形態とホメオスタシスをしっかりと調節します。ミトコンドリア核分裂と融合の不均衡は、ミトコンドリアの機能を損ない、神経活動や神経変性の異常をもたらす可能性がある、非常に短いまたは長いミトコンドリアネットワークを誘導することができます。ミトコンドリアの輸送や形態の障害は、アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病、遺伝性痙攣対麻痺(HSP)12、13、14、15などの様々な神経変性疾患に関与している。HSPは、下肢筋16、17を制御するコルチコ脊柱およびそれに続く障害の変性を特徴とする遺伝性神経障害の異種群である。本研究では、iPSC由来前脳ニューロンを用いて、HSPにおけるミトコンドリアの輸送および形態を評価する。この方法は、生きた培養における神経軸索のミトコンドリアダイナミクスを調べるためのユニークなパラダイムを提供する。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<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

ニューロンは、その機能をサポートするために高エネルギーのための強い要求を持っています。.軸索に沿ったミトコンドリアの輸送がヒトのニューロンで観察され、様々な疾患状態で神経変性に寄与する可能性がある。生きている人間の神経におけるミトコンドリアのダイナミクスを調べることは困難であるが、そのようなパラダイムは神経変性におけるミトコンドリアの役割を研究するために重要である。ここで説明する、ヒト人工多能性幹細胞(iPSC)に由来する前脳神経軸索におけるミトコンドリア輸送およびミトコンドリア形態を解析するためのプロトコルである。iPSCは、確立された方法を使用して、テレンスファリックグルタミン酸作動性ニューロンに分化される。ニューロンのミトコンドリアはMitoTracker CMXRosで染色され、軸索内のミトコンドリア運動は細胞培養用インキュベーターを備えた生細胞イメージング顕微鏡を用いて捕捉される。タイムラプス画像は、「マルチキモグラフ」、「バイオフォーマットインポーター」、「マクロ」プラグインを使用してソフトウェアを使用して分析されます。ミトコンドリア輸送のカイモグラフが生成され、前向きおよび逆行方向における平均ミトコンドリア速度がキモグラフから読み取られる。ミトコンドリア形態解析に関しては、ミトコンドリアの長さ、面積、およびアスペクト比がImageJを用いて得られます。要約すると、このプロトコルは、軸索に沿ったミトコンドリア人身売買の特徴付けとそれらの形態の分析を可能にし、神経変性疾患の研究を容易にする。

ここで、ヒトiPSCは、Tbr1およびβIIIチューブリンマーカーによる免疫染色によって特徴付けられたテレンスファリックグルタミン酸作動性ニューロンに分化した(図1A)。ミトコンドリアの軸索輸送を調べるために、これらの細胞を赤色蛍光色素で染色し、タイムラプスイメージングを行った。ImageJは容易に入手でき、入手しやすいので、ミトコンドリア輸送は...

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

ミトコンドリアの輸送および形態の障害は、様々な神経変性疾患に関与している。提示されたプロトコルは、遺伝性痙攣対麻痺におけるミトコンドリア輸送および形態を評価するために、誘導多能性幹細胞由来前脳ニューロンを使用する。このプロトコルは、軸索に沿ったミトコンドリア人身売買の特徴付けとその形態の分析を可能にし、神経変性疾患の研究を容易にする。

遺伝性痙性対麻痺におけるヒト人工多能性幹細胞由来ニューロンにおけるミトコンドリア輸送と形態学の解析

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

ミトコンドリアの機能不全は、多くの神経変性疾患の根底にあります。我々のプロトコルは、軸索のミトコンドリアダイナミクスを調べるための重要なツールを提供し、軸索変性を伴う神経疾患の研究を促進する。ミトコンドリア標識、生きた細胞イメージング、誘導多能性幹細胞技術を組み合わせることで、当社のプロトコルを使用して、ヒト軸索に沿ったミトコンドリア人身売買を特徴付け、その形態を解析することができます。ミトコンドリアの輸送および形態の障害は、これらの疾患を治療するための潜在的な治療標的を提供する神経変性疾患の幹細胞培養および動物モデルにおいて観察することができる。培養の35日目の後、ヒト誘発多能性幹細胞と分化した神経球を、摂氏37度で2分間、1mg/mlの細胞剥離液を有する小さなクラスターに解離する。インキュベーションの終わりに遠心分離によって細胞クラスターを収集し、NDMの1ミリリットルでペレットを再懸濁します。ポリオルニチンとラクトースデヒドロゲナーゼあたり100マイクロリットルの細胞の約5つのクラスターをプレートし、ウイルスフリーの成長因子基底膜マトリックスを上昇させ、35ミリメートルガラス底皿をコーティングした。次に、B27を添加したNDMの1ミリリットルを添加し、環状アデノシン一リン酸、インスリン様成長因子、ヒト脳由来神経栄養因子およびグリア細胞由来神経栄養因子を各培養に添加する。前脳ニューロンの軸索に沿ってミトコンドリアを視覚化するには、まずNDMで50ナノモル赤色蛍光色素を37°Cで3分間染色し、次いで暖かいNDMで2回の洗剤を行います。次に、培養物を蛍光顕微鏡のステージに置き、40Xの目的を選択します。位相場下では、その形態学的特性に基づいて軸索を特定する。軸索に沿ったミトコンドリアの動きの方向を区別するために、ニューロンの細胞体を明確に識別する。細胞体と軸索を区別した後、軸索中のミトコンドリアの露出時間と焦点を調整し、軸索内のミトコンドリア輸送を5秒ごとに合計5分間捕獲する。ImageJでミトコンドリア輸送を分析するには、フィジーを開き、バイオフォーマットプラグインを選択します。バイオフォーマットインポーターを使用して、tiffシリーズのタイムラプス画像をインポートし、標準のImageJを選択して、すべてのシリーズを開きます。自動スケール分割チャンネルを確認し、[OK] をクリックして、ピクセル単位で画像のフレーム番号とサイズをメモします。60 フレームの明るさとコントラストを調整した後、セグメント化された線を使用して、セル本体から端子軸索に線を引きます。キモグラフを生成するには、複数のキモグラフプラグインを選択し、線幅を選択します。移動ミトコンドリアオープンtsp050607の距離、時間値および速度を測定する。マクロプラグインの txt。そして、上位から劣った領域に上からキモグラフ上のミトコンドリアの動きの痕跡の上にセグメント線を描きます。線を描画した後、マクロプラグインのtspから読み取り速度を開き、線に対応するセグメント化された速度を読み取ります。次に、元のイメージを開き、線ツールを使用して、スケール バーに沿って線を描画します。線の長さを測定し、dx と距離の単位をピクセルからマイクロメートルに変換するには、[解析]を選択します。次に、時間をピクセルから秒に変更します。ImageJで軸索内のミトコンドリアの長さと面積を分析するには、ストレートアンダースコアドットJARプラグインをインストールし、対象の軸索画像を開きます。32 ビットイメージを 8 ビットに変換し、セグメント化された線ツールを使用して軸索をトレースします。ストレートアンダースコアJARプラグインを選択し、フィラメント幅の幅を50ピクセルに設定します。軸索を再度トレースして、まっすぐな軸索を生成し、画像のしきい値を調整します。測定を設定するには、境界の測定を選択して楕円とシェイプ記述子を設定し、線関数を使用して元のイメージのスケール バーを測定します( を参照)。[分析とスケールを設定するには、ピクセルの既知の距離とスケールを設定する長さの単位を入力します。次に、[グローバル] を選択して、すべてのイメージにスケール設定を設定します。最後に、分析と分析のパーティクルを選択して領域を決定し、結果の測定結果を表示する結果を選択します。テレンスファリックグルタミン酸細胞への分化後、細胞は、それらのT-B-R1およびβ3個のチューブリンマーカー発現によって特徴づけることができる。赤色蛍光色素とタイムラプスイメージングによる染色により、ミトコンドリアの軸索輸送の評価が可能です。単一のミトコンドリアは、静電気を保つことができるか、軸索内の進続方向または逆行方向に移動することができます。軸索に沿ったミトコンドリア運動の速度は、図示のように定量化することができる。例えば市販の分析ソフトウェアを用い、野生型ニューロンと比較してS-P-G-3-Aニューロンにおいて、モチルミトコンドリアの割合が有意に低下する。ミトコンドリア領域長さおよびアスペクト比軸索を解析するために、画像解析ソフトウェアで矯正し、閾値を調整して選択することができる。ミトコンドリア面積の周囲長さ幅とアスペクト比は、その後、まっすぐな軸索から得ることができます。例えばミトコンドリア長とアスペクト比の両方が、野生型軸索を制御するのと比較してS-P-G15ニューロン軸索において有意に減少する。培地と顕微鏡インキュベーターを温めて細胞を優しく洗い、細胞がイメージング前に20分間安定するようにすることが重要です。生細胞イメージング後、培養物を固定し、免疫染色を行い、目的の他のタンパク質の発現を調べることができる。生きている人間の神経のミトコンドリアダイナミクスを調べることは困難です。この技術は、神経疾患におけるミトコンドリアダイナミクスおよび神経変性の研究のためのユニークなツールを提供します。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

ニューロモデュレーションとミトコンドリア輸送：長時間にわたって海馬ニューロンのライブイメージング

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

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

小分子の誘導と多能性ヒト胚性幹細胞からヒト神経前駆細胞と神経細胞の効率的な導出

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

ヒト多能性幹細胞から終脳のグルタミン酸作動性ニューロンの仕様

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

列およびレイヤーで樹状形態を分析します

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

脳オルガノイドを派生開発人間の脳の培養幹細胞を使用してジカ ウイルス感染症をモデル化

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

人間の高速ストレッチ損傷法による 96 ウェル形式で多能性幹細胞由来神経細胞

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

組み立て済みプラスチックマイクロ流体チップ内のヒト幹細胞由来ニューロンの区分化

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

ニューウトジェネシスとシナプス成熟の高含有量スクリーニングに対するヒト多能性幹細胞由来ニューロンの分化後再形成

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

PiggyBac ベクターを用いたヒト誘導多能性幹細胞 (iPSCs) の機能的脊髄および頭蓋運動ニューロンへの変換

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