RU2544957C2 - Method for developing alzheimer disease cell models - Google Patents

Method for developing alzheimer disease cell models Download PDF

Info

Publication number
RU2544957C2
RU2544957C2 RU2013117481/10A RU2013117481A RU2544957C2 RU 2544957 C2 RU2544957 C2 RU 2544957C2 RU 2013117481/10 A RU2013117481/10 A RU 2013117481/10A RU 2013117481 A RU2013117481 A RU 2013117481A RU 2544957 C2 RU2544957 C2 RU 2544957C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
amyloid
beta
models
alzheimer disease
Prior art date
Application number
RU2013117481/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013117481A (en
Inventor
Сергей Александрович Козин
Ирина Игоревна Петрушанко
Ольга Васильевна Симоненко
Владимир Александрович Митькевич
Александра Александровна Куликова
Егор Евгеньевич Егоров
Хава Сафиулловна Вишнякова
Филипп Олегович Цветков
Александр Александрович Макаров
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Молекулярной Биологии Им. В.А. Энгельгардта Российской Академии Наук (Имб Ран)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Молекулярной Биологии Им. В.А. Энгельгардта Российской Академии Наук (Имб Ран) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Молекулярной Биологии Им. В.А. Энгельгардта Российской Академии Наук (Имб Ран)
Priority to RU2013117481/10A priority Critical patent/RU2544957C2/en
Publication of RU2013117481A publication Critical patent/RU2013117481A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2544957C2 publication Critical patent/RU2544957C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to a method for developing Alzheimer disease cell models for testing medical effectiveness of chemical substances to be further used in medicine, more specifically in treating individual's neurodegenerative diseases caused by neurotoxic effects of beta-amyloid aggregates. A molecular cytotoxic agent is a synthetic analogue of human beta-amyloid 1-42 isomerised in asparagic acid residue in position 7 ([isoD]) (amino acid sequence: DAEFRH[isoD]SGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA). The additional advantage of the present invention is applicability of primary cell cultures as Alzheimer disease models.
EFFECT: advantage of these Alzheimer disease cell models as compared to currently used exogenous-induced models, wherein the cytotoxic effects are caused by a non-modified form of beta-amyloid is a higher ability of the isomerised beta-amyloid to induce both cell necrosis and apoptosis.
2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к созданию клеточных моделей болезни Альцгеймера, предназначенных для тестирования лекарственной эффективности химических веществ с целью их дальнейшего использования в медицине, более конкретно в сфере лечения нейродегенеративных заболеваний человека, обусловленных нейротоксическими эффектами бета-амилоидных агрегатов.The invention relates to the creation of cellular models of Alzheimer's disease, intended for testing the drug efficacy of chemicals with a view to their further use in medicine, more specifically in the treatment of human neurodegenerative diseases caused by the neurotoxic effects of amyloid beta aggregates.

Уровень техникиState of the art

Болезнь Альцгеймера (БА) является смертельной нейродегенеративной патологией, клиническое протекание которой сопровождается неуклонным упадком психомоторных функций пациента на протяжении длительного периода (7). В России число таких больных составляет около полутора миллионов человек (2). Лекарственных средств, способных остановить течение данной патологии, в настоящее время не существует нигде в мире, однако их поиску придается колоссальное значение во всех развитых странах, где с ростом числа лиц пожилого возраста увеличивается и число страдающих от болезни Альцгеймера.Alzheimer's disease (AD) is a fatal neurodegenerative pathology, the clinical course of which is accompanied by a steady decline in the patient's psychomotor functions over a long period (7). In Russia, the number of such patients is about one and a half million people (2). Medicines that can stop the course of this pathology currently do not exist anywhere in the world, but their search is given enormous importance in all developed countries, where the number of people suffering from Alzheimer's disease increases with an increase in the number of elderly people.

Характерным молекулярным процессом болезни Альцгеймера является конформационное превращение небольшого (39-43 аминокислотных остатка) белка, бета-амилоида (3). Этот белок является нормальным компонентом крови, где присутствует в виде мономера, однако образует олигомеры и надмолекулярные агрегаты (амилоидные бляшки) у пациентов с клинически диагностированной болезнью Альцгеймера (4). Согласно широко принятой амилоидной гипотезе именно полимеризация бета-амилоида, которая приводит к церебральному амилоидозу, является ключевым событием, запускающим весь патогенный каскад болезни Альцгеймера (5).A characteristic molecular process of Alzheimer's disease is the conformational conversion of a small (39-43 amino acid residue) protein, amyloid beta (3). This protein is a normal component of the blood, where it is present in the form of a monomer, however, it forms oligomers and supramolecular aggregates (amyloid plaques) in patients with clinically diagnosed Alzheimer's disease (4). According to the widely accepted amyloid hypothesis, it is the polymerization of amyloid beta, which leads to cerebral amyloidosis, that is the key event that triggers the entire pathogenic cascade of Alzheimer's disease (5).

Молекулярный механизм патогенного действия агрегированных форм бета-амилоида не установлен, однако хорошо известно, что присутствие агрегатов бета-амилоида в тканях организма вызывает явно выраженный цитотоксический эффект (6). В настоящее время для скринирования потенциальных лекарственных средств широко используются клеточные модели болезни Альцгеймера (7-8). При этом используются как экзогенные, так и эндогенные клеточные модели, в которых патология обусловлена избыточным производством бета-амилоида или тау-белка человека.The molecular mechanism of the pathogenic action of aggregated forms of beta-amyloid has not been established, but it is well known that the presence of beta-amyloid aggregates in the tissues of the body causes a pronounced cytotoxic effect (6). Currently, cellular models of Alzheimer's disease are widely used for screening potential drugs (7-8). In this case, both exogenous and endogenous cell models are used, in which the pathology is due to excessive production of human beta-amyloid or tau protein.

В патенте США US 5,994,084 описаны трансгенные клеточные модели, которые наряду с перепроизводством тау-белка характеризуются содержанием киназ, ответственных за гиперфосфорилирование тау белка, что вызывает его повышенную агрегацию. В патентной заявке США US 2009/0280110 описана методика контроля ранних клеточных явлений при болезни Альцгеймера, в которой клетки, содержащие белки тау и тубулин, непосредственно контактируют с бета-амилоидом. В патенте США US 6,803,233 описана экзогенно-индуцируемая клеточная модель болезни Альцгеймера, в которой первичная культура клеток из мозга грызунов подвергается действию различных агентов, в том числе бета-амилоида, для индукции в них таких явлений, ассоциированных с БА, как образование нейрофибриллярных клубков, гиперфосфорилирование и/или фрагментация тау-белка и выработка цитокинов TGF-бета, IL-1b или TNF. B патентной заявке WO 2010/112737 описана человеческая нейронная модель, полученная на основе плюропатентных стволовых клеток, содержащих геном пациентов с диагнозом болезнь Альцгеймера. В патентной заявке (США) US 2005/0172344 описана клеточная модель, полученная на основе клеток гиппокампа, выделенных из животной модели БА, содержащих мутации в гене, кодирующем АРР и PS1. B патенте США US 6,548,261 описана методика тестирования препаратов, которые способны ингибировать клеточные явления, ассоциированные с БА, на основе трансфецированных нейрональных клеточных линий млекопитающих. В то же время не было обнаружено никаких сведений о создании и применении экзогенно-индуцируемых клеточных моделей болезни Альцгеймера с использованием модифицированных форм бета-амилоида.US Pat. No. 5,994,084 describes transgenic cell models that, along with the overproduction of tau protein, are characterized by the content of kinases responsible for hyperphosphorylation of tau protein, which causes its increased aggregation. US patent application US 2009/0280110 describes a technique for controlling early cellular phenomena in Alzheimer's disease in which cells containing tau and tubulin proteins are in direct contact with amyloid beta. US Pat. No. 6,803,233 describes an exogenously-induced cell model of Alzheimer's disease in which the primary cell culture from the rodent brain is exposed to various agents, including amyloid beta, to induce in them phenomena associated with AD, such as the formation of neurofibrillary tangles, hyperphosphorylation and / or fragmentation of the tau protein and the production of cytokines TGF-beta, IL-1b or TNF. Patent Application WO 2010/112737 describes a human neural model derived from pluripatent stem cells containing the genome of patients diagnosed with Alzheimer's disease. US 2005/0172344 describes a cell model derived from hippocampal cells isolated from an animal model of AD containing mutations in the gene encoding APP and PS1. US Pat. No. 6,548,261 describes a methodology for testing drugs that are capable of inhibiting cellular phenomena associated with AD based on transfected mammalian neuronal cell lines. At the same time, no information was found on the creation and use of exogenously-induced cell models of Alzheimer's disease using modified forms of amyloid beta.

Ранее авторами данного изобретения было показано, что изомеризация остатка аспарагиновой кислоты в положении 7 ведет к цинк-зависимой олигомеризации металлсвязывающего домена 1-16 бета-амилоида (9). Так как амилоидные бляшки содержат до 75% изомеризованного бета-амилоида и избыток ионов цинка, то нами было предположено, что именно цинковые комплексы этой изоформы бета-амилоида могут являться молекулярным агентом, вызывающим олигомеризацию и последующую агрегацию растворимых форм бета-амилоида, то есть тех самых процессов, которые абсолютным большинством исследователей считаются пусковыми механизмами патогенеза болезни Альцгеймера.Previously, the authors of the present invention showed that isomerization of the aspartic acid residue at position 7 leads to zinc-dependent oligomerization of the metal-binding domain of 1-16 beta-amyloid (9). Since amyloid plaques contain up to 75% of isomerized beta-amyloid and an excess of zinc ions, we suggested that it is the zinc complexes of this isoform of beta-amyloid that can be a molecular agent that causes oligomerization and subsequent aggregation of soluble forms of beta-amyloid, i.e. the processes that are considered by most researchers as triggers of the pathogenesis of Alzheimer's disease.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу создания клеточных моделей болезни Альцгеймера, в которых цитотоксический эффект индуцируется посредством введения в культуральную среду синтетического аналога изомеризованного по остатку аспарагиновой кислоты в положении 7 человеческого бета-амилоида 1-42. Преимуществом таких клеточных моделей болезни Альцгеймера по сравнению с существующими в настоящее время экзогенно-индуцируемыми моделями, в которых цитотоксические эффекты вызываются немодифицированной формой бета-амилоида, является более высокая способность изомеризованного бета-амилоида индуцировать клеточную гибель как по некротическому, так и по апоптозному механизмам. Дополнительным преимуществом данного изобретения является возможность использования в качестве моделей болезни Альцгеймера первичных клеточных культур.The present invention relates to a method for creating cellular models of Alzheimer's disease in which a cytotoxic effect is induced by introducing into the culture medium a synthetic analogue of aspartic acid isomerized at the 7 position of human amyloid beta 1-42. The advantage of such cellular models of Alzheimer's disease in comparison with the currently existing exogenously induced models in which the cytotoxic effects are caused by the unmodified form of amyloid beta is the higher ability of isomerized amyloid beta to induce cell death both by necrotic and apoptotic mechanisms. An additional advantage of this invention is the possibility of using primary cell cultures as models of Alzheimer's disease.

Технический результатTechnical result

Технический результат, достигаемый при использовании патентуемого изобретения, заключается в создании экзогенно-индуцируемых клеточных моделей болезни Альцгеймера.The technical result achieved using the patented invention is to create exogenously-induced cell models of Alzheimer's disease.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

В качестве клеточной линии была использована иммортализованная культура нейральных стволовых клеток человека NSC-hTERT (10). Клетки NSC-hTERT были получены с помощью иммортализации введением гена каталитической субъединицы теломеразы (hTERT) в клетки первичной культуры. Первичные культуры нейральных стволовых клеток человека (NSC) были предоставлены И.Н. Сабуриной (Институт биологии гена РАН). Клетки были получены из переднего отдела мозга эмбриона человека (медицинского абортуса) в возрасте 9 недель. Мозг эмбриона механически измельчали, обрабатывали растворами трипсина и Версена, пипетировали и переносили в культуральную среду. Клетки культивировали при 3% кислорода в ростовой среде, состоящей из следующих компонентов: среда DMEM/F12, 2% FetalClone III (Hyclone, США), 10 нг/мл FGF2, 10 нг/мл EGF, 0,11 мг/мл пирувата натрия, 0,32 мг/мл глутамина, однократная концентрация N2supplement (Invitrogen, США) и 40 ед./мл гентамицина. При ведении клеток на такой среде они растут как обычная пластик-адгезивная культура. Пересев осуществляли по достижении монослоя с помощью растворов Версена и трипсин-Версена. При уменьшении концентрации FetalClone III клетки способны переходить к росту в виде нейросфер. Первичные культуры NSC обладают ограниченным пролиферативным потенциалом и в наших условиях были способны достигать уровня около 42 удвоений популяции на сроках около полугода. Трансфекция клеток была осуществлена лентивирусной конструкцией, содержащей кДНКhTERT под CMV-промотором. Конструкция pLA-CMV-hTERT (9645 пар оснований) была любезно предоставлена П.М. Чумаковым (ИМБ РАН). Вирусный концентрат (с титром 108/мл) разводили в два раза полной ростовой средой, добавляли 5 мкг/мл полибрена и добавляли к растущим NSC. Клонирования не производили. Эффективность лентивирусной трансфекции (по параллельному введению GFP) составляла около 75%. Возраст клеток на момент трансфекции был около 9 удвоений популяции. В непрерывном эксперименте длительностью 560 дней было показано, что NSC-hTERT не меняют скорости роста и пролиферировали свыше 100 удвоений популяции. Эти клетки обладают теломеразной активностью, экспрессируют hTERT (определяли с помощью антител) и содержат несколько удлиненные теломеры. В них сохраняется диплоидный кариотип. Они способны образовывать нейросферы. В них экспрессируются гены, связанные со стволовым состоянием (нестин, определен по РНК и белку), нейрональной дифференцировкой (бета-III-тубулин, определен по РНК и белку), нейрон-специфическая енолаза, тирозингидроксилаза, холин-ацетил-трансфераза (определены по РНК) и глиальной дифференцировкой (глиальный фибриллярный кислый белок, определен по РНК и белку) и липофилин (определен по РНК).An immortalized culture of human neural stem cells NSC-hTERT was used as a cell line (10). NSC-hTERT cells were obtained by immortalization by introducing the telomerase catalytic subunit gene (hTERT) gene into primary culture cells. Primary cultures of human neural stem cells (NSC) were provided by I.N. Saburina (Institute of Gene Biology RAS). Cells were obtained from the anterior brain region of a human embryo (medical abortus) at the age of 9 weeks. The brain of the embryo was mechanically ground, treated with trypsin and Versen solutions, pipetted and transferred to the culture medium. Cells were cultured at 3% oxygen in a growth medium consisting of the following components: DMEM / F12 medium, 2% FetalClone III (Hyclone, USA), 10 ng / ml FGF2, 10 ng / ml EGF, 0.11 mg / ml sodium pyruvate , 0.32 mg / ml glutamine, a single concentration of N2supplement (Invitrogen, USA) and 40 units / ml gentamicin. When cells are maintained in such an environment, they grow like a normal plastic-adhesive culture. Reseeding was carried out upon reaching a monolayer using Versen and trypsin-Versen solutions. With a decrease in the concentration of FetalClone III, cells are able to proceed to growth in the form of neurospheres. Primary cultures of NSC have limited proliferative potential and in our conditions were able to reach a level of about 42 doublings of the population for about six months. Cell transfection was carried out by a lentiviral construct containing hTERT cDNA under the CMV promoter. The design of pLA-CMV-hTERT (9645 base pairs) was kindly provided by P.M. Chumakov (IMB RAS). The viral concentrate (with a titer of 108 / ml) was diluted twice with full growth medium, 5 μg / ml of polybrene was added and added to the growing NSC. Cloning was not performed. The efficacy of lentiviral transfection (by parallel administration of GFP) was about 75%. The age of the cells at the time of transfection was about 9 doublings of the population. In a continuous experiment lasting 560 days, it was shown that NSC-hTERT did not change growth rates and proliferated over 100 doublings of the population. These cells possess telomerase activity, express hTERT (determined using antibodies) and contain somewhat elongated telomeres. They retain a diploid karyotype. They are able to form neurospheres. They express genes associated with the stem state (nestin, determined by RNA and protein), neuronal differentiation (beta-III-tubulin, determined by RNA and protein), neuron-specific enolase, tyrosine hydroxylase, choline acetyl transferase (determined by RNA) and glial differentiation (glial fibrillar acidic protein, determined by RNA and protein) and lipophilin (determined by RNA).

Синтетические пептиды Аβ: [H2N]-DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA-[COOH] и isoAβ: [H2N]-DAEFRH[isoD]SGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA-[COOH] были получены от Biopeptide (СА, USA). Все эксперименты и приготовления проводились в стерильных условиях. Синтетические пептиды были растворены в диметилсульфоксиде до конечной концентрации стока 10 мМ. Затем 1 мкл стока был растворен в 5 мкл деионизованной воды. Полученный раствор был добавлен к 500 мкл среды до конечной концентрации пептида 20 мкМ. В эксперименте были использованы дифференцированные нервные клетки, сыворотка в среду не добавлялась. Клетки культивировались в 500 мкл среды в 12-луночных планшетах. В ячейках среда, в которой культивировались клетки, была заменена на среду, содержащую 1 мкл диметилсульфоксида и 5 мкл деионизованной воды (три контрольных ячейки), пептид Αβ (три ячейки) и пептид isoAβ (три ячейки). Затем планшет помещался в термостат при 37°С на 24 часа.Synthetic peptides Aβ: [H2N] -DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA- [COOH] and isoAβ: [H2N] -DAEFRH [isoD] SGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLHVG All experiments and preparations were carried out under sterile conditions. Synthetic peptides were dissolved in dimethyl sulfoxide to a final stock concentration of 10 mM. Then, 1 μl of the effluent was dissolved in 5 μl of deionized water. The resulting solution was added to 500 μl of medium to a final concentration of the peptide of 20 μM. Differentiated nerve cells were used in the experiment; no serum was added to the medium. Cells were cultured in 500 μl of medium in 12-well plates. In the cells, the medium in which the cells were cultured was replaced with a medium containing 1 μl of dimethyl sulfoxide and 5 μl of deionized water (three control cells), Αβ peptide (three cells) and isoAβ peptide (three cells). Then the tablet was placed in a thermostat at 37 ° C for 24 hours.

Для снятие клеток использовался следующий протокол: отобрали ростовую среду;1 раз промыли клетки раствором Версена (~120 мкл на 1,9 см2); залили монослой раствором для снятия клеток (0,25% стерильный раствор Трипсина с солями Хенкса (без Са и Mg))(~120 мкл на 1,9 см2); инкубировали при 37°С, периодически аккуратно покачивая, ~1-2 мин; когда клетки полностью отделились от субстрата, добавили полной среды 500 мкл и тщательно диспергировали клетки; провели подсчет количества клеток в счетной камере Горяева под инвертированным микроскопом с предварительным окрашиванием трипановым синим.The following protocol was used to remove cells: growth medium was selected; cells were washed once with Versen's solution (~ 120 μl per 1.9 cm 2 ); filled with a monolayer solution for cell removal (0.25% sterile Trypsin solution with Hanks salts (without Ca and Mg)) (~ 120 μl per 1.9 cm 2 ); incubated at 37 ° C, periodically gently shaking, ~ 1-2 min; when the cells completely separated from the substrate, 500 μl of complete medium was added and the cells were thoroughly dispersed; counted the number of cells in the counting chamber of Goryaev under an inverted microscope with preliminary trypan blue staining.

Цитометрический анализ клеток проводили на проточном цитофлуориметре GALLIOS (BeckmanCoulter).Cell cytometric analysis was performed on a GALLIOS flow cytometer (BeckmanCoulter).

Определение процента клеток с поврежденной мембраной. Клетки, обладающие поврежденной мембраной, определяли с помощью пропидиййодида (PI) («Sigma», США) (Ex/Em 535/617 нм). Для этого за 1 минуту до начала измерений к клеточной суспензии добавляли пропидиййодид до конечной концентрации 10 мкг/мл. Регистрировали процент клеток, обладающих флуоресценцией в красной области спектра, при возбуждении лазером с длиной волны 488 нм.Determination of the percentage of cells with a damaged membrane. Cells with a damaged membrane were determined using propidium iodide (PI) (Sigma, USA) (Ex / Em 535/617 nm). For this, propidium iodide was added to the cell suspension 1 minute before the start of measurements to a final concentration of 10 μg / ml. The percentage of cells having fluorescence in the red region of the spectrum was recorded upon excitation by a laser with a wavelength of 488 nm.

Определение процента апоптических клеток. Определение процента апоптических клеток проводили с помощью Аннексина V, позволяющего детектировать выход фосфатидилсерина на поверхность клеток. Для определения процента апоптических клеток суспензию клеток центрифугировали (800 об/мин, 7 мин), отбирали супернатант и ресуспендировали в буфере для связывания Аннексина V (10 мМ HEPES, 140 мМ NaCl и 2.5 мМ CaCl2, рН 7.4). Затем к 100 мкл суспензии клеток с концентрацией 106 клеток/мл добавляли 5 мкл раствора Аннексина V, меченного флуоресцеином FITC (Invitrogen), длины волн возбуждения и эмиссии Ex/Em которого составляют 494 и 518 нм соответственно. Таким образом, флуоресценцию аннексин-положительных клеток регистрировали в зеленой области спектра при возбуждении лазером с длиной волны 488 нм. Инкубацию проводили в течение 15 минут в темноте при комнатной температуре, после чего добавляли 300 мкл холодного буфера для связывания Аннексина и ставили в лед. Жизнеспособные клетки не окрашивались ни аннексином, ни пропидиййодидом. Окрашенные Аннексином и неокрашенные PI клетки характеризовали как раннеапоптические. Окрашенные PI и Аннексином клетки определяли как позднеапоптические или некротические. Клетки, окрашенные только пропидиййодидом, характеризовали как некротические.Determination of the percentage of apoptotic cells. The percentage of apoptotic cells was determined using Annexin V, which allows the detection of phosphatidylserine output to the cell surface. To determine the percentage of apoptotic cells, the cell suspension was centrifuged (800 rpm, 7 min), the supernatant was taken and resuspended in Annexin V binding buffer (10 mM HEPES, 140 mM NaCl and 2.5 mM CaCl2, pH 7.4). Then, 5 μl of annexin V solution labeled with FITC fluorescein (Invitrogen) with excitation and Ex / Em emission wavelengths of 494 and 518 nm, respectively, was added to 100 μl of a cell suspension of 106 cells / ml. Thus, fluorescence of annexin-positive cells was recorded in the green region of the spectrum when excited by a laser with a wavelength of 488 nm. Incubation was carried out for 15 minutes in the dark at room temperature, after which 300 μl of cold annexin binding buffer was added and put on ice. Viable cells were not stained with annexin or propidium iodide. Annexin stained and unpainted PI cells were characterized as early apoptotic. Stained with PI and Annexin cells were defined as late apoptotic or necrotic. Cells stained with propidium iodide alone were characterized as necrotic.

Определение процента гибнущих клеток. К гибнущим клеткам относят клетки с измененной морфологией, характеризующейся снижением размера клеток и возрастанием их гранулярности. Данные параметры при проточной цитометрии оценивают с помощью параметров малоуглового и бокового рассеяния. Таким образом, определение процента гибнущих клеток в популяции проводили, оценивая процент клеток с малым размером и высокой гранулярностью.Determination of the percentage of dying cells. Dying cells include cells with altered morphology, characterized by a decrease in cell size and an increase in their granularity. These parameters during flow cytometry are estimated using the parameters of small angle and lateral scattering. Thus, the percentage of dying cells in the population was determined by estimating the percentage of cells with small size and high granularity.

Определение процента клеток со сниженным митохондриальным потенциаломDetermination of the percentage of cells with reduced mitochondrial potential

Процент клеток со сниженным митохондриальным потенциалом определяли с помощью красителя DilC1 (5) (Invitrogen), длины волн возбуждения и эмиссии Ex/Em которого составляют 638 и 658 нм соответственно. Таким образом, флуоресценцию окрашенных DilC1 (5) клеток регистрировали в красной области спектра при возбуждении лазером с длиной волны 638 нм. Для окрашивания клетки ресуспендировали в 100 мкл среды до концентрации 1×106 клеток/мл и добавляли к ним 0,5 мкл 10 мкМ DilC1 (5) до конечной концентрации 50 нМ, после чего инкубировали в течение 20 минут в СО2 инкубаторе при 37°С. Краситель проникает в цитозоль клеток и накапливается в митохондриях. За 1 минуту до измерения добавляли пропидиййодид, как описано выше. Процент клеток со сниженным митохондриальным потенциалом регистрировали как процент клеток с неповрежденной мембраной, обладающих сниженной интенсивностью флуоресценции митохондриального красителя. Спектральные характеристики используемых красителей: Аннексин-FITC, DilC1 (5), пропидиййодид позволяют использовать их для одновременного окрашивания и анализа клеток на проточном цитофлуориметре. При этом сначала проводится окрашивание DilC1 (5), а затем окрашивание Аннексином, меченным FITC. PI добавляется к клеткам за 1 минуту до измерения, как описано выше.The percentage of cells with reduced mitochondrial potential was determined using a DilC1 dye (5) (Invitrogen), whose excitation and Ex / Em emission wavelengths were 638 and 658 nm, respectively. Thus, fluorescence of stained DilC1 (5) cells was recorded in the red region of the spectrum upon excitation by a laser with a wavelength of 638 nm. For staining, cells were resuspended in 100 μl of medium to a concentration of 1 × 106 cells / ml and 0.5 μl of 10 μM DilC1 (5) was added to them to a final concentration of 50 nM, after which they were incubated for 20 minutes in a CO 2 incubator at 37 ° FROM. The dye penetrates the cytosol of cells and accumulates in the mitochondria. Propidium iodide was added 1 minute prior to measurement as described above. The percentage of cells with reduced mitochondrial potential was recorded as the percentage of cells with an intact membrane having a reduced mitochondrial dye fluorescence intensity. The spectral characteristics of the dyes used: Annexin-FITC, DilC1 (5), propidium iodide allow using them for simultaneous staining and analysis of cells on a flow cytometer. First, DilC1 staining is performed (5), and then staining with FITC-labeled Annexin. PI is added to the cells 1 minute before the measurement, as described above.

Цитофлуометрическое исследование апоптических изменений и морфологических характеристик клеток под действием бета-амилоида и его изоформы позволило установить, что изоформа обладает большим цитотоксическим эффектом по отношению к нейрональным клеткам, чем бета амилоид. Эффект проявляется при культивировании клеток с интактным бета-амилоидом (Ab) и его изомеризованной по остатку аспарагиновой кислоты в положении 7 изоформы (isoAb) в течение 24 часов (Рисунки 1, 2). На рисунке 1 показан процент гибнущих клеток, оцененный как процент клеток с малым размером и высокой гранулярностью. Из представленных данных видно, что доля гибнущих клеток под действием изоформы бета-амилоида возрастает и составляет более 65%.A cytofluometric study of apoptotic changes and morphological characteristics of cells under the influence of beta-amyloid and its isoform has revealed that the isoform has a greater cytotoxic effect in relation to neuronal cells than beta amyloid. The effect is manifested in the cultivation of cells with intact beta-amyloid (Ab) and its isomerized aspartic acid residue at position 7 of the isoform (isoAb) for 24 hours (Figures 1, 2). Figure 1 shows the percentage of dying cells, estimated as the percentage of cells with small size and high granularity. From the presented data it is seen that the proportion of dying cells under the action of isoform of beta-amyloid increases and is more than 65%.

На рисунке 2 представлен процент раннеапоптических клеток, то есть клеток, находящихся в стадии раннего апоптоза, через 24 часа инкубации с бета-амилоидом и его изоформой. Как следует из приведенных данных, под действием изоформы бета-амилоида происходит значительное возрастание процента раннеапоптических клеток до 55%.Figure 2 shows the percentage of early apoptotic cells, that is, cells in the early apoptosis stage, after 24 hours of incubation with amyloid beta and its isoform. As follows from the above data, a significant increase in the percentage of early apoptotic cells to 55% occurs under the action of the amyloid beta isoform.

Таким образом, изомеризованный по остатку аспарагиновой кислоты в положении 7 человеческий бета-амилоид 1-42 (isoAb) гораздо эффективнее, чем немодифицированный бета-амилоид 1-42 (Ab), индуцирует как некроз, так и апоптознейральных клеток. Так как клеточная гибель под воздействием различных форм бета-амилоида играет одну из ключевых ролей при болезни Альцгеймера, то очевидно, что isoAb является более сильнодействующим, чем Ab патогенным агентом, а клеточные модели болезни Альцгеймера на основе использования isoAbB качестве экзогенного фактора индукции клеточной гибели представляются более адекватными.Thus, human amyloid beta 1-42 (isoAb) isomerized from the aspartic acid residue at position 7 is much more effective than unmodified beta 1-42 amyloid (Ab) and induces both necrosis and apoptosneural cells. Since cell death under the influence of various forms of beta-amyloid plays a key role in Alzheimer's disease, it is clear that isoAb is a more potent agent than Ab than Ab, and cell models of Alzheimer's disease based on the use of isoAbB as an exogenous factor in the induction of cell death seem to be more adequate.

Claims (1)

Способ создания клеточных моделей болезни Альцгеймера, отличающийся тем, что цитотоксический эффект вызывается добавлением в культуральную среду синтетического аналога изомеризованного по остатку аспарагиновой кислоты в положении 7 ([isoD]) человеческого бета-амилоида 1-42 (аминокислотная последовательность: DAEFRH[isoD]SGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA). A method of creating cellular models of Alzheimer's disease, characterized in that the cytotoxic effect is caused by adding to the culture medium a synthetic analogue of the human isomerized aspartic acid residue at position 7 ([isoD]) of human beta-amyloid 1-42 (amino acid sequence: DAEFRH [isoD] SGYEVHHQKLVFFAEDVGGNKGVKGVKNKGVKNVGSNKGVKNVGGNKGVKNVGSNK .
RU2013117481/10A 2013-04-17 2013-04-17 Method for developing alzheimer disease cell models RU2544957C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117481/10A RU2544957C2 (en) 2013-04-17 2013-04-17 Method for developing alzheimer disease cell models

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117481/10A RU2544957C2 (en) 2013-04-17 2013-04-17 Method for developing alzheimer disease cell models

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013117481A RU2013117481A (en) 2014-10-27
RU2544957C2 true RU2544957C2 (en) 2015-03-20

Family

ID=53290856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013117481/10A RU2544957C2 (en) 2013-04-17 2013-04-17 Method for developing alzheimer disease cell models

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2544957C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6548261B1 (en) * 1998-12-30 2003-04-15 Case Western Reserve University Alzheimer model for drug screening
RU2431143C2 (en) * 2009-10-27 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Method of identifying isomerised aspartate in beta-amyloid

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6548261B1 (en) * 1998-12-30 2003-04-15 Case Western Reserve University Alzheimer model for drug screening
RU2431143C2 (en) * 2009-10-27 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Method of identifying isomerised aspartate in beta-amyloid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TSVETKOV P.O. et al., "Isomerization of the Asp7 residue results in zinc-induced oligomerization of Alzheimer's disease amyloid beta(1-16) peptide", Chembiochem. 2008 Jul 2;9(10):1564-7. doi: 10.1002/cbic.200700784. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013117481A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Blasiak Senescence in the pathogenesis of age-related macular degeneration
Andres et al. Low-doses of cisplatin injure hippocampal synapses: a mechanism for ‘chemo’brain?
Pekny et al. The role of astrocytes and complement system in neural plasticity
Ahlemeyer et al. S-100β protects cultured neurons against glutamate-and staurosporine-induced damage and is involved in the antiapoptotic action of the 5 HT1A-receptor agonist, Bay x 3702
Kolosova et al. Prevention of age-related macular degeneration–like retinopathy by rapamycin in Rats
CA3006687C (en) Improved methods of producing rpe cells and compositions of rpe cells
Peralta et al. Expression and knockdown of cellular prion protein (PrPC) in differentiating mouse embryonic stem cells
US20230313135A1 (en) Low oxygen culture conditions for maintaining retinal progenitor cell multipotency
CA3013054A1 (en) Differentiation of cortical neurons from human pluripotent stem cells
US20190292521A1 (en) Composition for promoting growth of stem cells comprising phytosphingosine-1-phosphate or derivatives thereof, and composition for culturing media of stem cells comprising same
US9719090B2 (en) Methods of trans-differentiating a terminally differentiated target cell to a neuron
Cheng et al. Effects of thermosensitive chitosan-gelatin based hydrogel containing glutathione on Cisd2-deficient chondrocytes under oxidative stress
EP4180517A1 (en) Pre-conditioned mesenchymal stem cells and preparations and applications thereof
US10323229B1 (en) Three-dimensional human stem cell-derived cortical spheroid model
JP2008522607A (en) Dickkopfs and materials and methods related to neurogenesis
JP2008511304A (en) Methods and materials for enhanced production of dopamine neurons
AU2015201435B2 (en) Improved methods of producing RPE cells and compositions of RPE cells
Inoue-Yanagimachi et al. Changes in glial cells and neurotrophic factors due to rotenone-induced oxidative stress in Nrf2 knockout mice
US10179132B2 (en) Composition for inducing differentiation of multipotent neural stem cells into dopaminergic neurons and method for inducing differentiation of multipotent neural stem cells into dopaminergic neurons by using the same
RU2544957C2 (en) Method for developing alzheimer disease cell models
WO2008071960A2 (en) Methods of increasing neurogenesis
Shams Najafabadi et al. Optogenetic control of neural differentiation in Opto‐mGluR6 engineered retinal pigment epithelial cell line and mesenchymal stem cells
Xu et al. Therapeutic function of a novel rat induced pluripotent stem cell line in a 6‑OHDA‑induced rat model of Parkinson's disease
Sato et al. The scaffold protein JSAP1 regulates proliferation and differentiation of cerebellar granule cell precursors by modulating JNK signaling
US20200352954A1 (en) Methods of treating age-related symptoms in mammals and compositions therefor

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20150512

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210418