Name: flow cytometric analysis of multiple mitochondrial parameters in human induced pluripotent stem cells and their neural and glial derivatives
Uploaded: 2021-11-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives at JoVE.com

Vi takker Molecular Imaging Centre og kjernefasiliteten for flowcytometri ved Universitetet i Bergen. Dette arbeidet ble støttet med finansiering fra Norges forskningsråd (Tilskuddsnummer: 229652), Rakel og Otto Kr.Bruuns legat og China Scholarship Council (prosjektnummer: 201906220275).

MERK: Se materialtabellen og tilleggstabellen S1 for oppskrifter av alle medier og løsninger som brukes i denne protokollen.
1. Differensiering av humane iPSC-er i NCSer, dopaminerge (DA) nevroner og astrocytter
<ol><li>Forbered matrisebelagte plater.<ol><li>Tine et hetteglass med 5 ml matriks på is over natten. Fortynn 1 ml matriks med 99 ml kald Advanced Dulbeccos Modified Eagle Medium/Hams F-12 (Advanced DMEM/F12) (1 % sluttkonsentrasjo...

<ol>
	<li>Wang, Y., Xu, E., Musich, P. R., Lin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+dysfunction+in+neurodegenerative+diseases+and+the+potential+countermeasure.">Mitochondrial dysfunction in neurodegenerative diseases and the potential countermeasure.</a> CNS Neuroscience &amp; Therapeutics. 25 (7), 816-824 (2019).</li><li>Chen, A., 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=Nicotinamide+riboside+and+metformin+ameliorate+mitophagy+defect+in+induced+pluripotent+stem+cell-derived+astrocytes+with+POLG+mutations.">Nicotinamide riboside and metformin ameliorate mitophagy defect in induced pluripotent stem cell-derived astrocytes with POLG mutations.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 737304 (2021).</li><li>Liang, K. X., 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=Disease-specific+phenotypes+in+iPSC-derived+neural+stem+cells+with+POLG+mutations.">Disease-specific phenotypes in iPSC-derived neural stem cells with POLG mutations.</a> EMBO Molecular Medicine. 12 (10), 12146 (2020).</li><li>Chen, H., Chan, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+dynamics--fusion,+fission,+movement,+and+mitophagy--in+neurodegenerative+diseases.">Mitochondrial dynamics--fusion, fission, movement, and mitophagy--in neurodegenerative diseases.</a> Human Molecular Genetics. 18, 169-176 (2009).</li><li>Lin, M. T., Beal, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+dysfunction+and+oxidative+stress+in+neurodegenerative+diseases.">Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in neurodegenerative diseases.</a> Nature. 443 (7113), 787-795 (2006).</li><li>Singh, A., Kukreti, R., Saso, L., Kukreti, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+stress:+A+key+modulator+in+neurodegenerative+diseases.">Oxidative stress: A key modulator in neurodegenerative diseases.</a> Molecules. 24 (8), 1583 (2019).</li><li>Kondadi, A. K., Anand, R., Reichert, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+interplay+between+cristae+biogenesis,+mitochondrial+dynamics+and+mitochondrial+DNA+integrity.">Functional interplay between cristae biogenesis, mitochondrial dynamics and mitochondrial DNA integrity.</a> International Journal of Molecular Sciences. 20 (17), 4311 (2019).</li><li>Sterneckert, J. L., Reinhardt, P., Sch&#246;ler, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+human+disease+using+stem+cell+models.">Investigating human disease using stem cell models.</a> Nature Reviews. Genetics. 15 (9), 625-639 (2014).</li><li>Patani, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+stem+cell+models+of+disease+and+the+prognosis+of+academic+medicine.">Human stem cell models of disease and the prognosis of academic medicine.</a> Nature Medicine. 26 (4), 449 (2020).</li><li>Liang, K. X., 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=N-acetylcysteine+amide+ameliorates+mitochondrial+dysfunction+and+reduces+oxidative+stress+in+hiPSC-derived+dopaminergic+neurons+with+POLG+mutation.">N-acetylcysteine amide ameliorates mitochondrial dysfunction and reduces oxidative stress in hiPSC-derived dopaminergic neurons with POLG mutation.</a> Experimental Neurology. , 337 (2021).</li><li>Kikuchi, T., 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=Human+iPS+cell-derived+dopaminergic+neurons+function+in+a+primate+Parkinson's+disease+model.">Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson's disease model.</a> Nature. 548 (7669), 592-596 (2017).</li><li>Juopperi, T. A., 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=Astrocytes+generated+from+patient+induced+pluripotent+stem+cells+recapitulate+features+of+Huntington's+disease+patient+cells.">Astrocytes generated from patient induced pluripotent stem cells recapitulate features of Huntington's disease patient cells.</a> Molecular Brain. 5, 17 (2012).</li><li>Liang, K. X., 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=Stem+cell+derived+astrocytes+with+POLG+mutations+and+mitochondrial+dysfunction+including+abnormal+NAD++metabolism+is+toxic+for+neurons.">Stem cell derived astrocytes with POLG mutations and mitochondrial dysfunction including abnormal NAD+ metabolism is toxic for neurons.</a> bioRxiv. , (2020).</li><li>Liu, Q., 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=Human+neural+crest+stem+cells+derived+from+human+ESCs+and+induced+pluripotent+stem+cells:+induction,+maintenance,+and+differentiation+into+functional+schwann+cells.">Human neural crest stem cells derived from human ESCs and induced pluripotent stem cells: induction, maintenance, and differentiation into functional schwann cells.</a> Stem Cells Translational Medicine. 1 (4), 266-278 (2012).</li><li>Hong, Y. J., Do, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+lineage+differentiation+from+pluripotent+stem+cells+to+mimic+human+brain+tissues.">Neural lineage differentiation from pluripotent stem cells to mimic human brain tissues.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7, 400 (2019).</li><li>Lundin, A., 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=Human+iPS-derived+astroglia+from+a+stable+neural+precursor+state+show+improved+functionality+compared+with+conventional+astrocytic+models.">Human iPS-derived astroglia from a stable neural precursor state show improved functionality compared with conventional astrocytic models.</a> Stem Cell Reports. 10 (3), 1030-1045 (2018).</li><li>Liang, K. X., 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=N-acetylcysteine+amide+ameliorates+mitochondrial+dysfunction+and+reduces+oxidative+stress+in+hiPSC-derived+dopaminergic+neurons+with+POLG+mutation.">N-acetylcysteine amide ameliorates mitochondrial dysfunction and reduces oxidative stress in hiPSC-derived dopaminergic neurons with POLG mutation.</a> Experimental Neurology. 337, 113536 (2021).</li><li>Pendergrass, W., Wolf, N., Poot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficacy+of+MitoTracker+Green&#8482;+and+CMXrosamine+to+measure+changes+in+mitochondrial+membrane+potentials+in+living+cells+and+tissues.">Efficacy of MitoTracker Green&#8482; and CMXrosamine to measure changes in mitochondrial membrane potentials in living cells and tissues.</a> Cytometry. Part A. 61 (2), 162-169 (2004).</li><li>Keij, J. F., Bell-Prince, C., Steinkamp, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Staining+of+mitochondrial+membranes+with+10-nonyl+acridine+orange,+MitoFluor+Green,+and+MitoTracker+Green+is+affected+by+mitochondrial+membrane+potential+altering+drugs.">Staining of mitochondrial membranes with 10-nonyl acridine orange, MitoFluor Green, and MitoTracker Green is affected by mitochondrial membrane potential altering drugs.</a> Cytometry. 39 (3), 203-210 (2000).</li><li>Buckman, J. 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=MitoTracker+labeling+in+primary+neuronal+and+astrocytic+cultures:+influence+of+mitochondrial+membrane+potential+and+oxidants.">MitoTracker labeling in primary neuronal and astrocytic cultures: influence of mitochondrial membrane potential and oxidants.</a> Journal of Neuroscience Methods. 104 (2), 165-176 (2001).</li><li>Zanchetta, L. M., Kirk, D., Lyng, F., Walsh, J., Murphy, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell-density-dependent+changes+in+mitochondrial+membrane+potential+and+reactive+oxygen+species+production+in+human+skin+cells+post+sunlight+exposure.">Cell-density-dependent changes in mitochondrial membrane potential and reactive oxygen species production in human skin cells post sunlight exposure.</a> Photodermatology, Photoimmunology &amp; Photomedicine. 26 (6), 311-317 (2010).</li></ol>

Her er protokoller for å generere iPSC-avledede nevroner og astrocytter og evaluere flere aspekter av mitokondriell funksjon ved bruk av flowcytometri. Disse protokollene tillater effektiv konvertering av humane iPSCs til både nevroner og glial astrocytter og detaljert karakterisering av mitokondriell funksjon, hovedsakelig i levende celler. Protokollene gir også en samfarging av flowcytometribasert strategi for å anskaffe og analysere flere mitokondrielle funksjoner, inkludert volum-, MMP- og mitokondrielle ROS-niv?...

Mitokondrier er essensielle organeller som finnes i nesten alle eukaryote celler. Mitokondrier er ansvarlige for energiforsyningen ved å produsere adenosintrifosfat (ATP) via oksidativ fosforylering og fungerer som metabolske mellomledd for biosyntese og metabolisme. Mitokondrier er dypt involvert i mange andre viktige cellulære prosesser, som ROS-generasjon, celledød og intracellulær Ca2+ regulering. Mitokondriell dysfunksjon har vært assosiert med ulike nevrodegenerative sykdommer, inkludert Parkinsons sykdom (PD), Alzheimers sykdom (AD), Huntingtons sykdom (HS), Friedreichs ataksi (FRDA) og amyotrofisk lateralsklerose (ALS)1. Økt mitokondriell dysfunksjon og mtDNA-abnormitet antas også å bidra til menneskelig aldring 2,3.
Ulike typer mitokondriell dysfunksjon forekommer i nevrodegenerative sykdommer, og endringer i mitokondriell volum, MMP-depolarisering, produksjon av ROS og endringer i mtDNA-kopinummer er vanlige 4,5,6,7. Derfor er evnen til å måle disse og andre mitokondrielle funksjoner av stor betydning når man studerer sykdomsmekanismer og tester potensielle terapeutiske midler. Videre, i lys av mangelen på dyremodeller som trofast replikerer menneskelige neurodegenerative sykdommer, er etablering av egnede in vitro-modellsystemer som rekapitulerer den menneskelige sykdommen i hjerneceller et viktig skritt mot en større forståelse av disse sykdommene og utviklingen av nye terapier 2,3,8,9.
Humane iPSCer kan brukes til å generere forskjellige hjerneceller, inkludert nevronale og ikke-nevronale celler (dvs. gliaceller), og mitokondriell skade assosiert med nevrodegenerativ sykdom er funnet i begge celletyper 3,10,11,12,13. Passende metoder for iPSC-differensiering i nevrale og glialinjer er tilgjengelige14,15,16. Disse cellene gir en unik menneskelig / pasient plattform for in vitro sykdom modellering og narkotika screening. Videre, da disse er avledet fra pasienter, gir iPSC-avledede nevroner og gliaceller sykdomsmodeller som gjenspeiler hva som skjer hos mennesker mer nøyaktig.
Til dags dato er få praktiske og pålitelige metoder for å måle flere mitokondrielle funksjonelle parametere i iPSCs, spesielt levende nevroner og gliaceller, tilgjengelige. Bruken av flowcytometri gir forskeren et kraftig verktøy for å måle biologiske parametere, inkludert mitokondriell funksjon, i enkeltceller. Denne protokollen gir detaljer for generering av forskjellige typer hjerneceller, inkludert nevrale stamceller (NSC), nevroner og gliaastrocytter fra iPSCs, samt nye flowcytometribaserte tilnærminger for å måle flere mitokondrielle parametere i forskjellige celletyper, inkludert iPSCs og iPSC-avledede nevrale og glialceller. Protokollen gir også en samfargingsstrategi for bruk av flowcytometri for å måle mitokondrielt volum, MMP, mitokondrielt ROS-nivå, MRC-komplekser og TFAM. Ved å inkorporere målinger av mitokondrielt volum eller masse, tillater disse protokollene også måling av både totalt nivå og spesifikt nivå per mitokondriell enhet.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>anti-Oct4</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab19857, RRID:AB_445175</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-SSEA4</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab16287, RRID:AB_778073</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 594 goat anti-mouse IgG (1:800, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11005) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-Sox2</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab97959, RRID:AB_2341193</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-Pax6</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab5790, RRID:AB_305110</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-Nestin</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-23927, RRID:AB_627994</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:50, 20 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 594 goat anti-mouse IgG (1:800, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11005) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-GFAP</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab4674, RRID:AB_304558</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution;&#160; use Alexa Fluor &#174; 594 goat anti-chicken IgG (1:800, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11042) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-S100&#946;&#160; conjugated with Alexa Fluor 488</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab196442, RRID:AB_2722596</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:400, 2.5 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-TH</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab75875, RRID:AB_1310786</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-Tuj 1</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab78078, RRID:AB_2256751</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:1000, 1 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 594 goat anti-mouse IgG (1:800, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11005) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-Synaptophysin</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab32127, RRID:AB_2286949</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-PSD-95</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab2723, RRID:AB_303248</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:100, 10 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution;&#160; use Alexa Fluor &#174; 594 goat anti-chicken IgG (1:800, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11042) as secondary antibody.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-TFAM conjugated with Alexa Fluor 488</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab198308</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:400, 2.5 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use mouse monoclonal IgG2b&#160; Alexa Fluor&#174; 488 as an isotype control.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-TOMM20 conjugated with Alexa Fluor 488</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>Cat# sc-17764 RRID:AB_628381</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:400, 2.5 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use mouse monoclonal IgG2a&#160; Alexa Fluor&#174; 488 as an isotype control.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-NDUFB10</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab196019</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:1000, 1 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody; use rabbit monoclonal IgG as an isotype control.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-SDHA</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab137040</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:1000, 1 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution;&#160; use Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-rabbit IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11008) as secondary antibody; use rabbit monoclonal IgG as an isotype control.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-COX IV</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab14744, RRID:AB_301443</td>
			<td>Primary Antibody; use as 1:1000, 1 &#956;L in 1000 &#956;L staining solution; use&#160; Alexa Fluor &#174; 488 goat anti-mouse IgG&#160; (1:400, Thermo Fisher Scientific, Catalog # A-11001) as secondary antibody; use mouse monoclonal IgG as an isotype control.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Activin A</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>120-14E</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ABM Basal Medium</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>CC-3187</td>
			<td>Basal medium for astrocyte culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AGM SingleQuots Supplement Pack</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>CC-4123</td>
			<td>Supplement for astrocyte culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic-Antimycotic</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15240062</td>
			<td>CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Advanced DMEM/F-12</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12634010</td>
			<td>Basal medium for dilute Geltrex</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Europa Bioproducts</td>
			<td>EQBAH62-1000</td>
			<td>Blocking agent to prevent non-specific binding of antibodies in immunostaining assays and CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BDNF</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>450-02</td>
			<td>DA neurons medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B-27 Supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17504044</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Accuri C6 Plus Flow Cytometer</td>
			<td>BD Biosciences, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemically Defined Lipid Concentrate</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>11905031</td>
			<td>CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase IV</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17104019</td>
			<td>Reagent for gentle dissociation of human iPSCs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD Microscope Camera Leica DFC3000 G</td>
			<td>Leica Microsystems, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning non-treated culture dishes</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>CLS430589</td>
			<td>Suspension culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPBS</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14190250</td>
			<td>Used for a variety of cell culture wash</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F-12, GlutaMAX supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10565018</td>
			<td>Astrocyte differentiation basal Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15575020</td>
			<td>Reagent for gentle dissociation of human iPSCs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Essential 8 Basal Medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1516901</td>
			<td>Basal medium for iPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Essential 8 Supplement (50X)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1517101</td>
			<td>Supplement for iPSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGF Recombinant Human Protein</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>PHG0314</td>
			<td>Supplement for NSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF-basic (AA 10&#8211;155) Recombinant Human Protein</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>PHG0024</td>
			<td>Supplement for NSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>12103C</td>
			<td>Medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF-basic</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>100-18B</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FCCP</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab120081</td>
			<td>Eliminates mitochondrial membrane potential and TMRE staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluid aspiration system BVC control</td>
			<td>Vacuubrand, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde (PFA) 16%</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>28908</td>
			<td>Cell fixation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geltrex</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1413302</td>
			<td>Used for attachment and maintenance of human iPSCs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX Supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>35050061</td>
			<td>Supplement for NSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GDNF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>450-10</td>
			<td>DA neurons medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8898</td>
			<td>Used for blocking buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ham&#39;s F-12 Nutrient Mix</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>31765027</td>
			<td>Basal medium for CDM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heregulin beta-1 human</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SRP3055</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>H1399</td>
			<td>Stain the nuclei for confocal image</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heracell 150i CO2 Incubators</td>
			<td>Fisher Scientific, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMDM</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>21980032</td>
			<td>Basal medium for CDM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin</td>
			<td>Roche</td>
			<td>1376497</td>
			<td>CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>InSolution AMPK Inhibitor</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>171261</td>
			<td>Neural induction medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin-like Growth Factor-I human</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I3769</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KnockOut DMEM/F-12 medium</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12660012</td>
			<td>Basal medium for NSC culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L2020</td>
			<td>Promotes attachment and growth of neural cells in vitro</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica TCS SP8 STED confocal microscope</td>
			<td>Leica Microsystems, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monothioglycerol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M6145</td>
			<td>CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoTracker Green FM</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>M7514</td>
			<td>Used for mitochondrial volume indicator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoSox Red</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>M36008</td>
			<td>Used for mitochondrial ROS indicator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Acetyl-L-cysteine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7250</td>
			<td>Neural induction medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-2 Supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17502048</td>
			<td>Astrocyte differentiation medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal goat serum</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>PCN5000</td>
			<td>Used for blocking buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital shakers - SSM1</td>
			<td>Stuart Equipment, UK</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-L-ornithine solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4957</td>
			<td>Promotes attachment and growth of neural cells in vitro</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-D-lysine hydrobromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P7405</td>
			<td>Promotes attachment and growth of neural cells in vitro</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Purmorphamine</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>72204</td>
			<td>Promotes DA neuron differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Gold Antifade Mountant</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>P36930</td>
			<td>Mounting the coverslip for confocal image</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS 1x</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>18912014</td>
			<td>Used for a variety of wash</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human/Mouse FGF-8b Protein</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>423-F8-025/CF</td>
			<td>Promotes DA neuron differentiation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB 431542</td>
			<td>Tocris Bioscience</td>
			<td>TB1614-GMP</td>
			<td>Neural Induction Medium ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>StemPro Neural Supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A10508-01</td>
			<td>Supplement for NSCs culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypLE Express Enzyme</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12604013</td>
			<td>Cell dissociation reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transferrin</td>
			<td>Roche</td>
			<td>652202</td>
			<td>CDM ingredient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRITON X-100</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>9002-93-1</td>
			<td>Used for cells permeabilization in immunostaining assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TMRE</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab113852</td>
			<td>Used for mitochondrial membrane potential staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Bath Jb Academy Basic Jba5 JBA5 Grant Instruments</td>
			<td>Grant Instruments, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

flow cytometric analysis of multiple mitochondrial parameters in human induced pluripotent stem cells and their neural and glial derivatives

Mitokondrier er viktige i patofysiologien til mange nevrodegenerative sykdommer. Endringer i mitokondriell volum, mitokondriell membranpotensial (MMP), mitokondriell produksjon av reaktive oksygenarter (ROS) og mitokondrielt DNA (mtDNA) kopinummer er ofte funksjoner i disse prosessene. Denne rapporten beskriver en ny flowcytometribasert tilnærming for å måle flere mitokondrielle parametere i forskjellige celletyper, inkludert humaninduserte pluripotente stamceller (iPSCs) og iPSC-avledede nevrale og gliaceller. Denne flytbaserte strategien bruker levende celler til å måle mitokondrielt volum, MMP og ROS-nivåer, samt faste celler for å estimere komponenter i mitokondriell respiratorisk kjede (MRC) og mtDNA-assosierte proteiner som mitokondriell transkripsjonsfaktor A (TFAM). 
Ved samfarging med fluorescerende reportere, inkludert MitoTracker Green (MTG), tetrametylrhodamin etylester (TMRE) og MitoSox Red, kan endringer i mitokondriell volum, MMP og mitokondriell ROS kvantifiseres og relateres til mitokondrielt innhold. Dobbeltfarging med antistoffer mot MRC-komplekse underenheter og translocase av ytre mitokondriell membran 20 (TOMM20) gjør det mulig å vurdere MRC-subenhetsuttrykk. Siden mengden TFAM er proporsjonal med mtDNA-kopinummer, gir måling av TFAM per TOMM20 en indirekte måling av mtDNA per mitokondriell volum. Hele protokollen kan utføres innen 2-3 timer. Det er viktig at disse protokollene tillater måling av mitokondrielle parametere, både på totalnivå og det spesifikke nivået per mitokondrielt volum, ved bruk av flowcytometri.

En skjematisk beskrivelse av differensieringsmetode og flowcytometriske strategier er vist i figur 3. Menneskelige iPSC-er differensieres i nevrale rosetter og løftes deretter inn i suspensjonskultur for differensiering i nevrale sfærer. Nevrale sfærer blir ytterligere differensiert og modnet til DA-nevroner. Nevrale sfærer dissosieres i enkeltceller for å generere glia-astrocytter, replisert i monolag som NSC-er, og deretter differensiert til astrocytter. Denne protokollen gir strategi...

Watch this Scientific Journal Video about Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives at JoVE.com

Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives

Denne studien rapporterer en ny tilnærming til å måle flere mitokondrielle funksjonelle parametere basert på flowcytometri og dobbeltfarging med to fluorescerende reportere eller antistoffer for å oppdage endringer i mitokondrielt volum, mitokondrielt membranpotensial, reaktivt oksygenartsnivå, mitokondriell respiratorisk kjedesammensetning og mitokondrielt DNA.

Flowcytometrisk analyse av multiple mitokondrielle parametere i humaninduserte pluripotente stamceller og deres nevrale og gliaderivater

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential ...

Vår protokoll gir forskeren et kraftig verktøy for å gifte seg med flere mikroparametere på enkeltcellenivå fra menneskelig IPS og deres nevro- og klare derivater. Disse protokollene tillater glede av mitokondrielle parametere, både på totalt nivå og det spesifikke nivået per mitokondrielt volum, ved bruk av flowcytometri. Denne teknikken kan brukes på flere celletyper, inkludert de fra andre nevrodegenerative sykdommer.Så det kan dermed bidra til å gi innsikt i mekanismene bak disse sykdomstypene og også potensielt hjelpe til med terapeutisk screening. Til å begynne med frø cellene separat i fire brønner i en seks brønnplate og inkuberer cellene til 50 til 60% sammenløp oppnås. På slutten av kulturperioden tilbereder du fem individuelle fargeløsninger som inneholder forskjellige kombinasjoner av kulturmedium, FCCP, TMRE, MTG og mito sokkepålegg.Legg dem inn i de respektive brønnene, og inkuber cellene som beskrevet i manuskriptet. Deretter aspirerer du mediet fra alle brønnene og vasker med PBS. For celleoppløsning, inkuber cellene med en milliliter celledissosiasjonsreagens ved 37 grader Celsius i fem minutter.Nøytraliser celledissosiasjonsreagenset med en milliliter DMEM, supplert med 10% FBS. Samle deretter brønninnholdet i et 15 milliliter krønikerør. Pellet ned cellene ved sentrifisering og vask cellepelleten med PBS en eller to ganger.Aspirer all supernatanten, og la omtrent 100 mikroliter være i røret. Re-suspendere cellepellets i 300 mikroliter PBS. Etter å ha overført cellesuspensjonen til et 1, 5 milliliter mikrosentrifugerør, hold røret i mørket ved romtemperatur.Analyser cellene ved hjelp av flowcytometeret med båndpassfilterinnstillingene som er beskrevet i tekstmanuskriptet. Løsne ca. 1 million celler ved hjelp av celledissosiasjonsreagens og pellet ned cellene som demonstrert tidligere. Nøytraliser cellesuspensjonen med DMEM pluss 10% FBS og samle suspensjonen i et 15 milliliter rør.Fest cellene med en milliliter 1,6% paraformaldehyd ved romtemperatur i 10 minutter. Permeaboliser cellene med en milliliter iskald 90% metanol ved minus 20 grader Celsius i 20 minutter. Deretter blokkerer du prøvene i en milliliter blokkerende buffer, og vasker cellene ved sentrifugering med PBS, som demonstrert.For å oppdage forskjellige mitokondrielle komplekser og underenheter, inkuberer cellene i 30 minutter med de respektive primære antistoffene beskrevet i tekstmanuskriptet. Etter å ha vasket cellene en gang med PBS, inkuberer cellene med sekundært antistoff i 30 minutter. På slutten av inkubasjonen, vask og suspender cellene og PBS som demonstrert.Overfør cellesuspensjonen til et 1,5 milliliter mikrosentrifugerør, holdt i mørket på is. Deretter analyserer du cellene på flowcytometeret og oppdager signaler og filtrerer en ved hjelp av et 5 30/30 båndpassfilter. For hver celleunderpopulasjon velger du et histogramplott og analyserer median fluorescensintensitet eller MFI for de forskjellige filterkanalene.Beregn TMRE-nivåene, spesifikke verdier for MMP ROS-kompleks underenhet og TFAM, som beskrevet i tekstmanuskriptet. Flowcytometri og levende celler ble brukt for å undersøke MMP mitokondrielt volum og ROS-nivå. I POLG DA-nevroner ble lavere spesifikk MMP og høyere spesifikk ROS observert, mens ingen endringer i mitokondriell volum, total MMP og ROS.POLG-astrocytter hadde redusert MMP, men ingen endring i mitokondriell volum og ROS. Flowcytometri og faste celler ble brukt for å undersøke nivået av MRC-kompleks subenhet og TFAM. DA-nevroner viste økt kompleks en og TFAM versus kontroll, men ingen endring i komplekse to nivåer.POLG-astrocytter viste en reduksjon av kompleks en fire og spesifikk TFAM. Siden celletettheten også kan påvirke MMP og forholdet mellom MTG og MMP-fluorescens, er dette cellespesifikt. Tilpasning av denne protokollen til andre celletyper vil trolig kreve optimalisering Etter denne prosedyren kan mikroskopisk basert asis, for eksempel konfokal mikroskopi utføres, og gi ytterligere detaljer om mitokondrielle strukturer.Så, mens denne strategien oppdager mitokondriell dysfunksjon i DA-nevroner og astrocytter fra en kjent mitokondriell sykdom, kan disse teknikkene også brukes til å utforske mitokondriell funksjon i alle typer celler og sykdommer.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Time-lapse Live Imaging of Clonally Related Neural Progenitor Cells in the Developing Zebrafish Forebrain

Precise patterns of division, migration and differentiation of neural progenitor cells are crucial for proper brain development and function1,2. To ...

Generation of Neural Stem Cells from Discarded Human Fetal Cortical Tissue

Neural stem cells (NSCs) reside along the ventricular zone neuroepithelium during the development of the cortical plate. These early progenitors ...

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

Effektiv Utledning av Human nevrale stamceller og nevroner fra pluripotent humane embryonale stamceller med lite molekyl Induksjon

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

Isolation and Culture of Neural Crest Cells from Embryonic Murine Neural Tube

Isolering og kultur neural crest Celler fra Embryonic murin Neural Tube

The embryonic neural crest (NC) is a multipotent progenitor population that originates at the dorsal aspect of the neural tube, undergoes an epithelial to ...

A cGMP-applicable Expansion Method for Aggregates of Human Neural Stem and Progenitor Cells Derived From Pluripotent Stem Cells or Fetal Brain Tissue

En cGMP-relevant Expansion Metode for Aggregater of Human Neural Stem og stamceller avledet fra pluripotent stamceller eller Fetal hjernevev

A cell expansion technique to amass large numbers of cells from a single specimen for research experiments and clinical trials would greatly benefit the ...

Feeder-free Derivation of Neural Crest Progenitor Cells from Human Pluripotent Stem Cells

Feeder-free Utledning av Neural Crest stamceller fra menneskelige pluripotent stamceller

Human pluripotent stem cells (hPSCs) have great potential for studying human embryonic development, for modeling human diseases in the dish and as a ...

Directed Dopaminergic Neuron Differentiation from Human Pluripotent Stem Cells

Regissert dopaminerge Neuron Differensiering fra Menneskelig Pluripotent stamceller

Dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra pars compacta  (also known as A9 DA neurons) are the specific cell type that is lost in ...

Derivation of Adult Human Fibroblasts and their Direct Conversion into Expandable Neural Progenitor Cells

Avledning av voksent menneske fibroblaster og deres direkte konvertering til Utvid Neural stamceller

Generation of&#160;induced pluripotent stem cell (iPSCs) from adult skin fibroblasts and subsequent differentiation into somatic cells provides ...

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

Konvertering av Human indusert pluripotent Stem Cells (iPSCs) i funksjonell spinal og skallen motor neurons bruke PiggyBac vektorer

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

In Vivo Direct Reprogramming of Resident Glial Cells into Interneurons by Intracerebral Injection of Viral Vectors

In vivo Direct omprogrammering av Resident gliacellene Cells til Interneurons av Intracerebrale injeksjon av viral vektorer

Converting resident glia in the brain into functional and subtype-specific neurons in vivo provides a step forward towards the development of alternative ...