1。介绍
多不饱和脂肪酸(欧米伽)大脑发育至关重要,分为ω- 3欧,如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),和ω- 6欧,如花生四烯酸(AA)。只有低水平的许多欧米合成从各自的哺乳动物更短的前兆;因此,他们需要从食物来源获得。脂肪酸和磷脂代谢失调可以导致广泛的精神、神经和成人发育障碍(
1 ]。
增强的神经发生是一个重要的工具来治疗大脑疾病和被证明能改善或预防精神疾病(
2 ),胆碱能神经支配
3 ),和神经退行性疾病
4 ]。ω- 3欧米据说增强神经发生在成年大鼠海马(
5 ),脑组织的龙虾
6 ),在脂肪1转基因小鼠(
7 ]。伯特兰等。
8 ]表明,皮质饮食摄入ω- 3不足的发展是被喂养的老鼠胚胎。AA也已被证明能够提高在大鼠海马神经发生
9 ],AA增强扩散和astrogenesis胎鼠神经干细胞/祖细胞(nsc) [
10 ]。然而,欧米伽的有益作用的确切机制在神经发生尚未阐明。
神经发生由nsc增殖和分化,其中包括独立的机制(
11 ];因此,在目前的研究中,我们关注nsc的分化。我们以前报道,DHA降低nsc Hes1表达式(
12 ],Hes1,一种抑制因子基本helix-loop-helix (bHLH)转录因子,对nsc的维护和扩散至关重要
13 ),他们的表情保持nsc在胚胎发生(
14 ]。Activator-type bHLH转录因子如Hes6、neurogenin Mash1, NeuroD增强MAP2的表达,一个神经元的特定的蛋白质,诱导神经元分化。这两种类型之间的串扰bHLH转录因子允许一些国家安全委员会进行分化和维护一个安全的国家。
调节细胞周期中扮演一个重要的角色在细胞增殖,分化和凋亡nsc。神经元分化是高度协调的众多因素,包括转录因子,营养因素,和细胞周期调控
15 ,
16 ]。细胞分化之前,被逮捕在G1 / S期,进入G0期没有通过细胞周期限制。去铁胺,G1 / S期拦截器,促进神经元分化的国家安全委员会(
17 ]。我们以前观察到DHA增加
p
27
kip1
表达和诱导细胞周期阻滞
12 ),表明细胞周期调控的重要性nsc的分化。在这项研究中,我们评估的影响环保局和AA和DHA的影响相比bHLH转录因子和细胞周期调控分化条件下使用培养的nsc。
2。材料和方法
2.1。动物
怀孕的雌性老鼠(纯种;克丽日本公司,日本东京)胚胎14.5天(E)。所有实验都是按照指南进行动物实验中心的综合研究在科学、岛根大学(岛根县,日本),动物保健和使用委员会批准相同的机构和护理的指导原则和使用动物生理生理社会科学领域的日本。最低数量的麻醉老鼠用于胚胎nsc的集合。
2.2。胚胎nsc的文化
nsc被neurosphere培养方法如前所述[
12 ,
18 ]。皮质被机械破坏成单个细胞反复吸量在无血清条件培养液(N2 中)包含DMEM / F12 (1: 1), 0.6% (w / v)葡萄糖,0.1125% (w / v)碳酸氢钠,2毫米谷酰胺,5毫米玫瑰,100
μ 人类apotransferrin g / mL, 20 nM黄体酮,30 nM亚硒酸钠,60
μ M腐胺,25岁
μ g / mL胰岛素。分离细胞培养在6厘米菜1×10的密度5 细胞在N /毫升2 媒介与20 ng / mL碱性纤维母细胞生长因子(bFGF)和2
μ 克/毫升5%肝素在湿润有限公司2 / 95%空气孵化器在37°C。3 - 5天内,细胞增长作为自由neurospheres然后通过离心收集,机械分离,移液和通道。三个小时后培养N2 镀介质没有bFGF,细胞主要包括nestin-positive细胞(神经干细胞标记;
9
5
。
3
±
1
。
7
%;
n
=
6
),prominin-1 CD133阳性细胞(神经干细胞标记;
9
7
。
24
±
0.2
%;
n
=
6
),一些特异性神经元第三类beta-tubulin——(Tuj-1)和胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)阳性细胞(< 3%)。
2.3。nsc的分化
第二段后,neurospheres机械分离,2×105 细胞被镀上聚-
l -ornithine-coated (15
μ g / mL;Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)24-well板块包含N2 中没有bFGF和肝素。文化被接受欧(DHA、EPA或AA;1.0
μ M;溶解在N Sigma-Aldrich)2 中含1.0%脂肪无酸的牛血清白蛋白(BSA;Sigma-Aldrich)的最终浓度为0.01%。BSA作为车辆控制在这个实验中,培养基是改变了每隔一天。
2.4。细胞生存能力分析
nsc被播种到保利-
l -ornithine-coated 24-well盘子2×10的密度5 细胞/ N2 中有或没有欧。甲基thiazol四唑试验(MTT);(3)- 4 5-dimethylthiazol-2-yl 2, 5-diphenyltetrazolium溴化;Dojindo实验室、熊本、日本)进行测量细胞的可行性。细胞与肝癌和0.25毫克/毫升的孵化为4 h在37°C;反应终止了添加20%十二烷基硫酸钠/ 50%二甲基甲酰胺;板块在室温下轻轻摇动了前12 h提取MTT甲瓒产品量化使用标在550 nm的吸光度。控制的数据表示为百分数。
2.5。免疫荧光染色
培养细胞和4%多聚甲醛固定30分钟在室温下,用0.1 Tris-buffered解决方案(TBS;pH值7.5),阻止了3%正常山羊血清(Dako Cytomation, Carpinteria、钙、美国)在TBS含有0.3% Triton x - 100在室温下60分钟,和孵化隔夜主要抗体(鼠标anti-Tuj-1 1: 1000年,研发系统,Inc .,明尼阿波利斯,锰、美国、和兔子anti-GFAP, 1: 1000年,σ)在4°C。细胞被洗TBS孵化和Alexa萤石488 -共轭二次抗体(1:1000;英杰公司公司,卡尔斯巴德、钙、美国)在室温下60分钟。可视化细胞核,细胞与2复染色
μ 克/毫升propidium碘(π;Dojindo实验室)。最后,这些细胞被安装80%的甘油和可视化荧光激光显微镜下(clm FV300;奥林巴斯(Olympus Corp .),日本东京)。使用图像J软件图像处理(美国马里兰州贝塞斯达国家健康研究所)。GFAP-positive Tuj-1-positive的数量,总细胞数的7个随机领域每。
2.6。实时聚合酶链反应
nsc获准区分第一天到4天在分化培养基的1
μ 米欧米。和光纯总RNA是孤立的使用等基因试剂(kouichi化学工业有限公司,东京,日本),然后互补脱氧核糖核酸的合成QuantiTect逆转录工具包(试剂盒GmbH是一家现代化、希尔登,德国)和放大使用ABI棱镜7000序列检测系统(应用生物系统公司公司,促进城市、钙、美国)。实时聚合酶链反应进行了PCR与QuantiTect SYBR绿色PCR试剂盒(试剂盒)。引物序列表中列出
1 。证实了特异性PCR产品都融化曲线分析和琼脂糖凝胶电泳。在初步实验中,我们确定了所有基因的扩增效率,是相同的。PCR条件如下:最初在95°C激活了15分钟,然后在94°C 40放大周期的变性15年代,退火30年代,在58°C和扩展30年代在72°C。基因表达水平的相对变化决定的
2
- - - - - -
Δ
Δ
Ct
方法在用户通报ABI棱镜的# 2 7000序列检测系统。
表1
列表的实时PCR引物。
基因
提出了序列
相反的顺序
Hes1
TTCCTCCCATTGGCTGAAAG
CCAGCTCCAGATCCAGTGTGAT
Hes6
TCCTTAGGCATCCTGACCAC
TGGGCTATCTCCACCTCATC
NeuroD
AAGACGCATGAAGGCCAATG
GCCAAGCGCAGTGTCTCTATCT
Map2
GTTTACATTGTTCAGGACCTCATGG
TCGGTAAGAAAGCCAGTGTGGT
p27kip1
GGCGAAGAGAACAGAAGAAAATG
GGGCGTCTGCTCCACAGT
p21cip1
CAAAGTATGCCGTCGTCTGTTC
CATGAGCGCATCGCAATC
Gapdh
ATCTTCTTGTGCAGTGCCAGC
CCTTGACTGTGCCGTTGAACT
他:毛和分裂的增强剂;Map2: microtubule-associated蛋白2;Gapdh: glyceraldehydes-3-phosphate脱氢酶。
2.7。细胞周期分析
细胞周期分析使用BrdU流工具包(Becton Dickinson和公司、圣地亚哥、钙、美国)制造商的指令。11 h的孵化后,5-bromo-2′脱氧尿苷(BrdU;10
μ 米)被添加到培养基,细胞被孵化的一个额外的1 h。细胞收获染色为合并BrdU异硫氰酸荧光素(FITC)——共轭anti-BrdU抗体和7-amino-actinomycin总DNA的D (7-AAD)。细胞分析fluorescence-activated细胞FACSCalibur正欲排序(流式细胞仪)使用流式细胞分析仪配备了15 mW, 488海里,气冷式氩离子激光器激发的FITC (FL1)和7-AAD (FL3)。FL1高度(FL1-H)信号收集对数放大后,向前而高度信号光散射(FSC-H)和侧光散射(SSC-H)和FL3-A区域信号线性放大后收集。样本获取和分析使用CELLQuest 6.1.0软件(正)。盖茨定量细胞周期分析的数量,已经染色结合BrdU的比例和总DNA水平和细胞G0 / G1, G2 / M阶段确定。
2.8。统计分析
统计分析是由单向方差分析(方差分析),结果表示为±标准错误(SE)的手段。单向方差分析后跟Dunnett的测试是用于与对照组比较。
P
<
0.05
被认为是具有统计学意义。
3所示。结果
3.1。欧米伽对神经元或神经胶质的影响nsc的分化和细胞生存能力
细胞生存能力分析使用MTT试验通过治疗1
μ 米的DHA, EPA、AA或0.01% BSA作为控制了4天。没有检测到变化在细胞生存能力PUFA-treated nsc(数据未显示),表明1
μ nsc M PUFA不是有毒。4天,分化后,神经细胞被染色用anti-Tuj-1抗体在细胞治疗1
μ 米的DHA, EPA或AA(绿色数据
1(一) - - - - - -
1 (d) ),而星形胶质细胞被染色了anti-GFAP抗体(绿色数据
1 (e) - - - - - -
1 (h) )。Tuj-1-positive细胞显著增加DHA和EPA 4和7天的治疗后,虽然没有区别在AA-treated nsc(图
2(一个) )。这些数据表明,omga-3欧,但不是ω- 6欧,增加nsc的神经元分化。然而,GFAP-positive细胞的数量是不受任何PUFA治疗(图
2 (b) )。
免疫荧光图像的分化神经干细胞(nsc)沾Tuj-1(神经元标记,(a) - (d))或GFAP(一个星形胶质细胞标记,(e) - (h)和π(核)控制(0.01% BSA治疗,(a)和(e)), DHA (1
μ 米,(b)和(f)), EPA (1
μ 米,(c)和(g)),和AA (1
μ 米,(d)和(h))团体治疗的第四天。白色栏显示10
μ m。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
量化Tuj-1()或GFAP (b)阳性细胞在控制,DHA, EPA,后和AA组2(白色),4(灰色),7(黑)天。值意味着±SE 5实验。统计分析进行方差分析Dunnett紧随其后的测试。
#
,
美元
,
*
P
<
0.05
与对照组。
(一)
Tuj-1
(b)
GFAP
3.2。PUFA对mRNA bHLH转录因子的表达的影响
Hes1 mRNA水平下降了DHA治疗1天,4天,而环保署治疗第一天Hes1 mRNA表达增加了2.5倍。AA治疗第四天显著降低Hes1 mRNA表达(图
3(一个) )。Hes6, Hes1的抑制剂,也大大增加了EPA治疗1天,但不是4天(图
3 (b) )。DHA和EPA治疗显著增加NeuroD mRNA表达,但AA(图没有任何影响
3 (c) )。图
3 (d) 表明Map2 mRNA的表达水平显著增加DHA和EPA治疗,反映Hes1的变化,Hes6, NeuroD Tuj-1-positive细胞中的表达水平。
影响PUFA的mRNA bHLH转录因子的表达水平。值表示为均值±SE的成倍增加的比例每个基因/ GAPDH,与对照组(1天)的值为1.0。统计分析是由方差分析Dunnett测试紧随其后。
*
P
<
0.05
与对照组。
(一)
Hes1
(b)
Hes6
(c)
NeuroD
(d)
MAP2
3.3。在nsc欧对细胞周期的影响
接下来,我们分析了BrdU合并和总DNA含量(7-AAD)区分nsc对待DHA, EPA, AA,或0.01% BSA。图
4 显示了一个7-AAD与BrdU (FITC - / anti-BrdU)点阴谋。增殖细胞DNA和融入了BrdU FITC信号强度增加。12 h DHA和EPA治疗后细胞周期分析显示显著增加G0 / G1期细胞的比例控制
80.8
±
0.1
%;DHA
87.0
±
0.8
%;环境保护署
88.5
±
0.2
%)和S期细胞比例明显下降(控制
15.4
±
0.1
%;DHA
8.4
±
0.5
%;环境保护署
7.8
±
0.3
%)。另一方面,AA治疗后,
81.2
±
0.2
%的细胞G0 / G1期,
14.6
±
0.3
% S期,和
2。4
±
0.2
%在G2 / M期。来证实这些结果,信使rna表达水平
p21
cip1
和
p
27
kip1
(细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂)测定在PUFA-treated nsc。
p21
cip1
nsc的mRNA水平处理DHA和EPA 4.5 - 2.2倍高于控制,分别(图
5(一个) ),
p
27
kip1
mRNA水平2.5——2.3倍高于控制,分别(图
5 (b) )。
治疗后细胞周期分析nsc有或没有欧。BrdU和总DNA含量(7-amino-actinomycin D, 7-AAD)在细胞治疗与BSA (a), 1
μ M DHA (b), EPA (c),或AA (d)通过流式细胞仪测定。细胞ycle阶段决心通过计算每个门。细胞的百分比分布在细胞周期的每个阶段所示:G0 / G1期(e)、S期(f), G2 / M期(g),值意味着±SE的三个独立的实验。
*
P
<
0.05
与对照组。FITC-BrdU isothiocyanate-conjugated反BrdU荧光素抗体。
(一)
BSA
(b)
DHA
(c)
环境保护署
(d)
AA
(e)
G0 / G1期
(f)
S期
(g)
G2 / M期
欧米伽对mRNA的表达水平的影响
p21
cip1
和
p27
kip1
。的值表示为意味着±SE的褶皱增加每个基因的比例与GAPDH,与对照组的值(第一天)为1.0。统计分析是由方差分析Dunnett测试紧随其后。
*
P
<
0.05
与对照组。
(一)
p21
cip1
(b)
p27
kip1
4所示。讨论
观察,EPA治疗诱导神经元分化培养nsc Hes1 mRNA水平的增加,神经元分化的抑制因子,和Hes6 Hes1的抑制因子。环保署还导致NeuroD Tuj-1-positive细胞和Map2 mRNA水平增加。通过增加EPA逮捕nsc的细胞周期
p21
cip1
和
p
27
kip1
在N水平2 没有bFGF介质。AA治疗减少Hes1 mRNA水平,但不是NeuroD Map2 mRNA水平。此外,AA并不影响Tuj-1-positive细胞或细胞周期进程的数量。这些结果表明,欧米伽- 3欧,但不是AA,增加神经元分化。
ω- 3欧增强神经发生在成年大鼠海马
5 ),胚胎大鼠的大脑(
6 ],龙虾大脑[
7 ),在脂肪1转基因小鼠(
8 ]。菅直人et al。
19 )报道,治疗与DHA和AA诱导神经元分化骨骨髓来源间充质干细胞与DHA和AA,表明DHA和AA可能对神经形成协同效应。在目前的研究中,AA对NSC分化没有影响。这些数据都符合一项研究中,AA没有影响神经元分化的神经源性和转变nsc [
10 ]。然而,据报道,AA促进神经发生在4-5-week-old幼年大鼠(
9 ]。这些相互矛盾的结果可能是由于AA代谢物可能影响神经发生。田et al。
20. )报道,前列腺素E2 从AA,合成了环氧酶,增加subgranular带的齿状回神经发生在成年鼠的海马。Manev et al。
21 ]发现5′脂氧合酶也可能参与神经发生;然而,需要进一步的实验来阐明这些观点。Sakayori et al。
10 )报道,0.01
μ 从三级neurospheres M DHA增加Tuj-1-positive细胞(转变nsc),但却没有被影响主要neurospheres(神经性nsc)。在这项研究中,我们使用二次neurospheres和之前没有与GFAP染色细胞分化。这些结果表明,nsc在目前实验是神经性nsc。与我们的结果相比,DHA并不影响在神经性nsc Tuj-1-positive细胞的数量
10 ]。Sakayori等
。 (
10 )收集的nsc E16.5胎鼠皮层和bFGF在培养基培养补充,表皮生长因子(EGF)和肝素。相反,我们使用从E14.5 nsc胎鼠皮层,培养他们在中bFGF和肝素,但没有表皮生长因子;因此,这两项研究的结果之间的差异可以解释为在媒体文化的差异。据报道,有一个微分响应EGF和bFGF(单独和组合)根据妊娠年龄隔离(
22 ]。
Hes1抑制神经元分化nsc通过抑制神经因素和诱导扩散。在目前的研究中,环保局Hes1 mRNA表达增加,Map2 mRNA表达和Tuj-1-positive细胞的数量因为Hes6行为在一个积极的反馈回路在神经发生与Hes1激活竞争、促进蛋白水解降解Hes1 [
23 ,
24 ]。在这项研究中,美国环保署Hes6 mRNA水平增加,这表明它抑制Hes1-induced NSC增殖。尽管Hes1蛋白质含量没有在目前的研究中,测量Hes1目标基因的mRNA水平,NeuroD,
p
21
cip
减少,这表明Hes1蛋白可能减少在这个实验条件。这是一个EPA特定的效果,因为DHA和AA并不影响Hes6表达式。
的
Notch-Hes1 路径可能导致足够的感觉的差别通过转录前体细胞对这些基因的扩散
p
27
kip1
Hes1表达式,直接结合
p
27
kip1
启动子区域(
25 ,
26 ]。Hes1激活也可能抑制
p21
cip1
转录在嗜铬细胞瘤细胞(PC) 12 (
27 ]。因此,Hes1抑制可能影响细胞周期调控。Hes6表情似乎激活
p21
cip1
转录,抑制细胞增殖
28 ),也可能影响细胞周期。我们之前证明DHA抑制Hes1表达式并逮捕了细胞周期在nsc [
12 ),目前的研究表明,DHA和EPA G0 / G1期细胞增加,S期的细胞减少,增加了
p21
cip1
和
p
27
kip1
信使rna水平,符合Hes1和/或Hes6 DHA和EPA的监管。我们应该提到DHA, EPA-induced观察细胞周期阻滞在N2 中没有bFGF的补充。
在目前的研究中,我们发现DHA和EPA增强神经元分化培养nsc。然而,他们的目标效应分子是不同的。我们的研究结果表明,EPA本身作为增强剂对神经元分化,环保局并不仅仅作为DHA的前兆。先前的报告显示不同的DHA和EPA对神经功能的影响
29日 ]。与DHA,目前尚不清楚美国环保署在nsc体内增强神经元分化。在比较的DHA, EPA是出席在脑磷脂浓度很低。然而,单一和长期管理EPA老鼠大脑中显著增加其浓度(
30. ,
31日 )和EPA容易穿过血脑屏障,DHA在原位,脑灌注研究[
32 ]。这些报告表明,EPA是纳入脑组织和可能异常nsc体内神经元分化增加;因此,环保署可能用于神经系统疾病的预防和治疗诱导神经发生。