成年c-Kit阳性祖细胞对于嗅神经元的维持和再生是必需的

Adult c-Kit(+) progenitor cells are necessary for maintenance and regeneration of olfactory neurons.

作者信息Bradley J Goldstein, Garrett M Goss, Konstantinos E Hatzistergos, Erika B Rangel, Barbara Seidler, Dieter Saur, Joshua M Hare
PMID25044230
发布时间2015-01
DOI10.1002/cne.23653

实验完整度

包含遗传命运图谱、损伤模型、免疫组化及细胞消融等多层级实验,验证了c-Kit阳性祖细胞在成体嗅觉神经元维持和再生中的必要性。

主要模型

小鼠嗅觉上皮(体内) c-KitCreERT2/+转基因小鼠 球状基底细胞(GBC)

重点核对

c-KitCreERT2/+小鼠与R26RLacZ或GFP报告小鼠的交配组合 他莫昔芬给药方案(成年小鼠2 mg/天,出生后小鼠0.2 mg) 甲巯咪唑损伤模型(4-8周龄小鼠,75 μg/g体重单次腹腔注射) BrdU标记(50 mg/kg,处死前2小时注射) 白喉毒素A介导的ckPC消融(c-KitCreERT2/+;ROSA26eGFP-DTA小鼠,每日他莫昔芬处理10天)

摘要

嗅觉上皮包含化学感觉神经元,它们将气味信息从鼻子传递到大脑。在成年哺乳动物中,嗅觉上皮是一个独特的强健的神经增殖区,由于存在生发基底层细胞,它能够补充其神经元和非神经元群体。这些生发层的干细胞和祖细胞及其调控机制仍未完全明确。在这里,我们表明表达c-Kit(一种在多种胚胎组织中标记干细胞的受体酪氨酸激酶)的祖细胞对于成年神经上皮的维持是必需的。小鼠遗传命运图谱分析显示,在胚胎期,c-Kit阳性群体有助于嗅觉神经发生。在正常更替条件下的成年个体中,c-Kit阳性祖细胞(ckPC)活性相对稀少。然而,在实验诱导的神经上皮损伤后,ckPCs被激活,从而重建神经元群体。也有少数非神经元细胞由ckPCs产生。此外,利用时间控制的靶向白喉毒素A表达选择性清除ckPC群体,导致实验损伤后神经发生失败。对该模型的分析表明,大多数ckPCs位于球状基底层细胞群体中,并在水平基底层细胞下游起作用,后者可作为干细胞。嗅觉c-Kit表达祖细胞在嗅觉维持中作用的确定,为成年嗅觉神经发生的机制提供了新的见解。此外,我们定义了一个重要的且先前未被识别的成年c-Kit活性位点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
c-Kit阳性祖细胞是否参与成年嗅觉上皮的维持和损伤后再生?
核心机制
c-Kit阳性祖细胞(ckPCs)是球状基底细胞的一个亚群,在损伤后被激活以产生神经元,其配体SCF在支持细胞层表达,表明c-Kit信号在嗅觉神经发生中发挥作用。
主要证据
通过遗传命运图谱显示胚胎和出生后c-Kit来源细胞产生神经元;成年损伤后ckPCs被激活并产生大量神经元;选择性消融ckPCs导致损伤后神经发生失败(TuJ-1和OMP阳性神经元显著减少)。
研究意义
确定c-Kit表达祖细胞在成年嗅觉维持中的必要性,为理解嗅觉神经发生机制提供新见解,并可能为利用嗅觉组织的神经发生特性或直接递送新型疗法提供基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

胚胎和出生后c-Kit谱系命运图谱

确定c-Kit阳性细胞在嗅觉发育和出生后神经发生中的贡献。

使用c-KitCreERT2/+小鼠与报告小鼠交配,在E9.5-10.5或出生后P1-3给予他莫昔芬,通过X-gal染色或GFP荧光检测c-Kit来源细胞。

2

成年c-Kit阳性细胞活性分析

评估成年未损伤和损伤条件下ckPC的活性。

成年小鼠给予他莫昔芬,在未损伤或甲巯咪唑损伤后不同时间点分析bgal或GFP标记细胞。

3

损伤后ckPC的增殖和表型鉴定

确定损伤后ckPC的增殖状态和细胞类型。

通过BrdU掺入、PCNA和c-Kit共染,以及CK5和c-Kit共染,鉴定ckPC的增殖和GBC特征。

4

ckPC选择性消融实验

直接测试ckPC在损伤诱导神经发生中的必要性。

将c-KitCreERT2/+与ROSA26eGFP-DTA杂交,在甲巯咪唑损伤后给予他莫昔芬诱导白喉毒素A表达,评估上皮重建、神经元(TuJ-1)、成熟神经元(OMP)和非神经元标记(Pax6、CK5)的变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬Sigma--
花生油Sigma--
甲巯咪唑----
5-溴脱氧尿嘧啶核苷Sigma--
OCT包埋剂VWR--
Superfrost Plus载玻片VWR--
抗β-半乳糖苷酶抗体MP Biomedical55976
抗β-半乳糖苷酶抗体Abcamab9361
抗BrdU抗体BD Biosciences555627
抗c-Kit抗体Cell Signaling Technology3074
抗c-Kit抗体Santa Cruzsc-1494
抗CK5抗体Abcamab24647
抗CK18抗体Abcamab32118
抗GAP43抗体Abcamab75810
抗OMP抗体Wako019-22291
抗Pax6抗体MilliporeAB2237
抗PCNA抗体Abcamab2426
抗SCF抗体Bioss Incbs-0545R
抗SCF抗体Santa Cruzsc-13126
TuJ-1抗体CovanceMMS-435P
含DAPI的Vectashield封片剂Vector Labs--
Vectastain Elite ABC试剂盒Vector--
DAB底物----
Vectamount封片剂Vector--
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物Sigma--
PVDF膜BioRad--
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnology--
HRP标记的二抗BioRad--
Pierce SuperSignal化学发光底物Pierce--
ChemiDoc成像仪BioRad--
正常血清Jackson ImmunoResearch--
生物素化的二抗Jackson Immunoresearch--
Nikon荧光显微镜Nikon--
Zeiss LSM-710共聚焦显微镜Zeiss--
ImageJ软件----
Adobe Photoshop----
R26RLacZ报告小鼠Jackson LabStock
GFP报告小鼠Jackson LabStock
ROSA26eGFP-DTA小鼠Jackson LabStock

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与基因型
c-KitCreERT2/+小鼠的背景和繁殖方式;报告小鼠品系(R26RLacZ、GFP、ROSA26eGFP-DTA)
阅读提示:Materials and Methods: Animals
药物处理
他莫昔芬剂量、给药途径和时间;甲巯咪唑剂量和给药方式
阅读提示:Materials and Methods: Animals
损伤模型
甲巯咪唑损伤的浓度、注射体积和动物年龄
阅读提示:Materials and Methods: Animals
细胞消融
ROSA26eGFP-DTA小鼠的使用;他莫昔芬处理时间和频率
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Results: Experimental selective depletion of the c-Kit (+) population
组织处理
固定、切片和染色条件
阅读提示:Materials and Methods: Tissue processing