Mitochondrial segregation in neural stem cell

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Adult neurogenesis plays an important role in brain function, brain homeostasis, and brain repair. Although adult NSCs produce neurons through self-renewal and differentiation during the lifetime, it has been recently reported that adult NSCs lose their stem cell characteristics with aging, and the pool of NSCs and adult neurogenesis decrease in rodent brain. However, how the NSCs lose their stemness with aging is unknown. Interestingly, in an immortalized human mammary epithelial stem-like cell line, old mitochondria are asymmetrically apportioned between two daughter cells during mitosis, and daughter cell with fewer old mitochondria maintains stemness. In this study, I investigated whether aged mitochondria are asymmetrically segregated during mitosis of embryonic mouse NSCs and whether this phenomenon is associated with NSC aging, using the tetracycline-inducible mitochondria-targeted GFP (mito-GFP). It was found that old mitochondria were not asymmetrically segregated during mitosis of embryonic NSCs under the self-renewal and differentiation conditions. In addition, expression of the reduction-oxidation sensitive GFP (roGFP), which detects the mitochondrial redox state, did not show any evidence for the functional asymmetry of mitochondria during mitosis. Moreover, Vimentin, which is known to be asymmetrically segregated with damaged proteins, was not asymmetrically segregated during mitosis of embryonic NSCs. Collectively, this study suggests that embryonic mouse NSCs may not asymmetrically segregate aging factors, although excluded is a possibility that embryonic mouse NSCs are not old enough to have aged or nonfunctional components.

국문 초록 (Abstract)

성체 신경 발생 (adult neurogenesis)은 뇌 기능, 뇌의 항상성 및 뇌 수리에 중요한 역할을 한다. 성체 신경줄기세포 (adult neural stem cell)는 평생 동안 자기 갱신 (self-renewal)과 분화 (differentiation)를 통해 신경 세포를 생산하지만, 설치류 뇌에서 성체 신경줄기세포 (adult neural stem cell)가 노화로 인해 줄기 세포 특성 (stemness)을 잃고 신경줄기세포의 풀 (pool)과 신경 발생에 대한 능력이 감소된다는 것이 최근에 보고되었다. 그러나 어떻게 노화로 인해 성체 신경줄기세포가 줄기 세포 특성을 잃어버리는지는 알려져 있지않다. 흥미롭게도, 불후의 인간 유방 상피 줄기 유사 세포 주 (immortalized human mammary epithelial stem-like cell line)에서, 오래된 미토콘드리아는 유사 분열 동안 2 개의 딸 세포들 사이에서 비대칭 적으로 분배되고, 오래된 미토콘드리아를 적게 가지는 딸 세포는 줄기 세포 특성을 유지한다. 이 연구에서, 나는 테트라사이클린 – 유도성 (tetracycline-inducible) 미토콘드리아 표적화된 GFP (mito-GFP)를 사용하여 노화된 미토콘드리아가 배아 마우스 신경줄기세포 (mouse embryonic neural stem cell)의 유사 분열 동안에 비대칭적으로 분리되는지 여부와 이 현상이 신경줄기세포의 노화와 관련이 있는지를 조사하였다. 오래된 미토콘드리아는 자가 재생 (self-renewal) 및 분화 (differentiation) 조건 하에서 배아 신경줄기세포의 유사 분열 동안에 비대칭적으로 분리되지 않는다는 것을 밝혔다. 또한 미토콘드리아의 산화 환원 상태를 검출하는 환원-산화 민감성 GFP (roGFP)의 발현은 유사 분열 동안 미토콘드리아의 기능적 비대칭에 대한 어떠한 증거도 나타내지 않았다. 또한 손상된 단백질과 함께 비대칭적으로 분리된다고 알려진 비멘틴 (vimentin)은 배아 신경줄기세포의 유사 분열 과정에서 비대칭으로 분리되지 않았다. 종합적으로, 이 연구는 배아 신경줄기세포가 노화 인자를 비대칭적으로 분리하지 않을 수 있음을 시사한다. 그러나 배아 신경줄기세포가 노화 되거나 기능적이지 않은 성분을 가질 만큼 충분히 노화 되지 않았을 가능성이 있다.

목차 (Table of Contents)

• CONTENTS
• ABSTRACT 2
• 1. INTRODUCTION 4
• 2. MATERIALS AND METHODS 7
• 2.1 Neural stem cell isolation 7
• 2.2 Neural stem cell culture 8
• 2.3 Immunofluorescence 9
• 2.4 Electroporation 9
• 2.5 Cell synchronization 10
• 2.6 Aging model 10
• 2.7 HEK293 cell culture 11
• 2.8 Constructs 11
• 3. RESULTS 13
• 3.1. Establishment and Characterization of primary NSC culture 13
• 3.2. Establishment of an in vitro aging model 15
• 3.3. Mitochondria are not age-dependently segregated during mitosis 17
• 3.4. Mitochondria are not activity-dependently segregated during mitosis 23
• 3.5. Vimentin is not asymmetrically segregated in neural stem cell, but asymmetrically segregated in HEK293 25
• 4. DISCUSSION 27
• 5. REFERENCES 30