小鼠胚胎成纤维细胞可以通过转录因子 Oct-4、Sox-2、Klf-4、c-Myc 的强制表达以低效率重编程为诱导多能干细胞。重编程反应的罕见中间体是通过用针对细胞表面制造商 Thy-1.2、Ssea-1 和 Epcam 的抗体标记分离的 FACS。
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小鼠胚胎成纤维细胞可以通过转录因子 Oct-4、Sox-2、Klf-4、c-Myc 的强制表达以低效率重编程为诱导多能干细胞。重编程反应的罕见中间体是通过用针对细胞表面制造商 Thy-1.2、Ssea-1 和 Epcam 的抗体标记分离的 FACS。
成熟细胞可以重编程为多能状态。这些所谓的诱导多能干细胞 (iPS) 能够产生身体的所有细胞类型,因此在再生医学应用中具有巨大的潜力。传统上,iPS 细胞是通过将转录因子 Oct-4、Klf-4、Sox-2 和 c-Myc (OKSM) 病毒引入成纤维细胞而产生的。然而,重编程是一个低效的过程,只有 0.1-1% 的细胞恢复到多能状态,因此很难研究重编程机制。允许研究重编程过程的一种行之有效的方法是将反应的稀有中间体与难降解的本体群体分离。在小鼠胚胎成纤维细胞 (MEF) 的情况下,我们和其他人之前已经表明,重编程细胞在细胞表面标志物的表达谱中经历了一系列不同的变化,这些变化可用于分离这些细胞。在 OKSM 表达的早期阶段,成功重编程细胞丢失成纤维细胞身份标志物 Thy-1.2 并上调多能性相关标志物 Ssea-1。Ssea-1 阳性细胞亚群向多能状态的最终转变以重编程后期 Epcam 的表达为标志。在这里,我们详细描述了用于从重编程 MEF 的培养物中分离重编程中间体的方法。为了提高实验可重复性,我们使用一种可重编程的小鼠品系,该品系已被设计为在 Rosa26 基因座的控制下表达转录反式激活因子 (m2rtTA) 和在多西环素反应性启动子的控制下的 OKSM。从这些小鼠中分离的细胞是同基因的,并且在加入多西环素后均一表达 OKSM。我们详细描述了重编程小鼠的建立、MEF 的衍生以及随后通过荧光活化细胞分选 (FACS) 重编程为 iPS 细胞期间分离中间体。
胚胎干(ES)细胞衍生自胚泡期胚胎1的内细胞团。在适当的培养条件下,他们的自我更新和多能性维持。在2006年山和同事证明成熟细胞因子可被重新编程为所谓的诱导多能干细胞(iPS)细胞的转录的强制表达的Oct-4,KLF-4,SOX-2,c-Myc的(OKSM)2。 iPS细胞,如胚胎干细胞,可以产生身体的所有细胞类型中,但是,它们是免费的周围ES细胞3的产生的伦理约束。此外,iPS细胞进行个性化的再生医学的承诺和保持巨大的潜力样疾病建模应用及体外药物筛选4,5。为了重新编程技术来实现这种潜力,需要核重新编程的基本机制,可以充分地理解。然而,着力剖析了重新编程拍hway受到阻碍的事实,只有极少数的细胞重新编程(0.1-1%)。成功地重新编程成纤维细胞已报道经过不同的一系列事件,包括间质向上皮过渡6-10,在重新编程,激活的内源性核的多能性网络11-14的最后阶段。我们和其他人12,13,15-17最近已鉴定了一组细胞表面标记物,其允许稀有中间体从耐火散装种群的分离。重编程小鼠胚胎成纤维细胞(MEF中)发生在2个星期之久的重编程过程15 THY-1.2,SSEA1和EpCAM的(等等)的表达变化。早期重编程的MEF的一个子集时下调成纤维细胞的身份标志(THY-1.2)的表达式,然后开始表达多能性相关的标志物SSEA-1 12。在重新编程SSEA1阳性细胞的最后阶段reactiv吃了内源性多能性基因,如10月4 10-13,15。这最后一个转换标记在由EpCAM的可检测的表达(参见图1),或在稍后的阶段PECAM 15细胞表面。最近,奥马利等人报道了用CD44和ICAM1的作为替代或补充,THY-1.2和SSEA-1的重编程的中间体的鉴定。我们先前的FACS提取从第0天,第3天,第6天,第9天与第12天重新编程文化重新编程的中间体,以及从建立的iPS细胞系基于这些细胞表面标记15,18。对于下面描述的重编程系统和条件下,我们已经表明,在单细胞水平上,虽然人群是安静均匀的,也有一定程度的异质性,在确定中间人口。但是应当注意的是,细胞仅这些人群中的一个子集能够进展到相应的下一个站重编程过程的锗和产生iPS细胞集落,在不同的效率,这已被广泛先前15,19特征。此外,这些人群的重编程效率将取决于以及上再电镀和培养条件。为了增加实验的重复性,我们使用已设计,以表达控制住ROSA26轨迹和下强力霉素敏感子20,21的控制多顺反子OKSM磁带转录反式激活(m2rtTA)可重新编程的小鼠品系。使用这种小鼠模型规避的iPS细胞的产生, 即异构出发人口与细胞间的变化在数量和病毒插入的整合位点的位置,传统的病毒方法的不必要的副作用。两种转基因小鼠品系(OKSM,m2rtTA),可作为纯合创始人动物的杰克逊实验室,已经对以建立reprogra划线mmable小鼠模型(参见图2)。在该原稿,我们将详细描述如何导出的MEF,产生iPS细胞,并分离出重编程的中间体在用FACS转换过程的不同阶段。
1,仪器设置/试剂准备/基因分型
2代小鼠胚胎成纤维细胞
3,重新编程的MEF
ove_content“>注:离心沉淀细胞在200 XG 5分钟,在4℃下,用氧正常组织培养孵化器重新编程它可以是有益的派生和扩大缺氧条件下(5%的氧气在MEF中,更多信息见讨论。 )。4,抗体标记
中间体5,流式细胞仪分离
注意:细胞用荧光激活细胞分选仪用405纳米,488纳米和560纳米激发激光器和一个100微米的喷嘴排列。
一个E13.5小鼠胚胎的解剖,分解和电镀后,一块10厘米的菜预计将在约1至2天到达汇合。在这个阶段,这是正常的文化包含了一些贴个组织尚未cellularized正常。传代后,这些就会消失。
经强力霉素诱导,重新编程的MEF发生明显的形态变化。约6天,早聚集状斑块应该开始出现( 图4C)。这些将继续在进一步培养大小增长(参见图4D,E)。良好的重编程实验应导致> 500菌落每T75,最初接种5×10 5个细胞( 图4E)。建立的iPS培养具有特色的圆顶状的菌落,应该大多是缺乏分化的细胞( 图4F)的。有时候,额外的iPS丘尔的传代清晰度可能需要除去未分化的/部分地重编程的细胞;细胞融合瓶可以按1:10的比例进行拆分到饲养层照射的MEF。
如上面所提到的,重新编程期间,形态学和分子变化是由对THY-1.2,SSEA-1和最终的EpCAM(参见图7A-F)的变化在FACS型材反射。正如前面12,15的报道,而MEF中主要是正面的THY-1.2和消极的其他标志物,第3天的文化已经看起来明显不同。细胞中的大部分已经开始下调THY-1.2和表达这些THY-1.2阴性细胞的非常小的子集,已成为阳性的SSEA-1,实际的重编程中间这个时间点。重编程的中间体,可以从日提取3培养物的数目是非常难以预测的百分比SSEA-1 + / THY-1.2 - 通常位于一个范围之间viabl的1-10%的E细胞。关于天6,9 SSEA-1 +细胞的增加的百分比,通常为10%,远高于可被检测到。大约12天SSEA-1阳性细胞的一个子集,可以检测该标记也为阳性的EpCAM。第12天培养物,如3天培养,表示在中间体的纯化的瓶颈,如SSEA-1.2 + / EPCAM +细胞的百分比是可变的,通常落在只有2-4%的所有活细胞的范围内。在表1中重新编程中间体的预期数量仅作为一个粗略的近似。建立真正的iPS细胞培养将是强阳性的SSEA-1和EpCAM的。

重新规划路径时图1表面标志的变化:下调成纤维细胞的身份标记THY-1.2之后是上调SSEA-1,SSEA-1阳性细胞向多能状态的一个子集的转换是通过收购EpCAM的大约12天的指示。 请点击这里查看该图的放大版本。

图2中的可重新编程的小鼠模型的示意图。m2rtTA表达在遍在有源ROSA26轨迹的控制在多西环素存在下(DOX)的m2rtTA蛋白结合至四环素依赖的启动子(tetOP)在胶原1A1(COL1A1)轨迹产生的四要素盒的表达。两个双顺反子盒是由内部核糖体进入位点(IRES)连接的。对于Oct-4的/ KLF-4和Sox-2 / c-Myc的开放阅读框是复通过自我裂解F2A和E2A序列的sed,分别请点击这里查看该图的放大版本。

图3胚解剖:(A)传输的子宫角成10cm皿填充用10ml PBS中,(B)中切成含有一个胚件。 ( 三)使用镊子摆脱多余的胚胎组织的胚胎并取出头部,四肢,尾部和内脏。 请点击这里查看该图的放大版本。
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图重编程过程中4形态的变化。蚁群般的补丁成为从第6天起培养明显。真正的iPS细胞的特点是圆顶形形态。 ( 一)第0天/ MEF中,(B)3日,(C)6日(四)9日(五 )第12天,(F)的 iPS细胞培养。比例尺:200微米,请点击这里查看该图的放大版本。

图5流式细胞仪的基本设置。(一)排除杂物侧面散射与前向散射面积印迹。 (B)中通过门控单细胞群与前向散射面积与前向散射高级印迹排除非碎屑聚集。 ( 三)通过门控PI的低事件用点燃式通道与前向散射面积污点。排除从单细胞群的细胞死亡,请点击这里查看该图的放大版本。

图6门(A,B)使用设置了门的THY-1.2 + / SSEA-1细胞,THY-1.2〜/ SSEA-1细胞和未标记的对照组细胞THY-1.2〜/ SSEA-1 +细胞。 (三)使用未标记的控制单元格,设置闸门的EpCAM的正面和负面的EpCAM细胞。 (D)SSEA-1 + / THY-1.2 -细胞可以分离到EpCAM的正面和成EpCAM的人口负。 请点击这里查看该图的放大版本。

图7 THY-1.2与SSEA-1流式细胞仪印迹在重编程过程的各个阶段。(一)日0 / MEF中,(B)3日,(C)6日(四)9日(五 )日12,(F)的iPS细胞培养物。
表1建议的接种密度,瓶数和预期的结果,导致胚胎杂OKSM和m2rtTA P1的MEF中。 请点击ħERE查看这个数字的放大版本。
| 日 | 接种在第0天T75瓶的数目 | 流式细胞仪后SSEA1 +细胞总数 | 流式细胞仪后SSEA1 + / EPCAM +细胞总数 |
| 3 | 8 | 2000000 | |
| 6 | 4 | 2000000 | |
| 9 | 4 | 2000000 | |
| 12 | 10 | 千万 | 2000000 |
为了成功地重新编程的MEF成iPS细胞和纯化的重编程的中间体在高量,必须注意的是对整体效率产生影响的因素。在特定批次的FBS的用于补充的iPS媒体可具有有害的影响。一般而言积极的经验与胚胎干(ES)细胞的合格的FBS,但血清来自多家供应商可能会确定一个更便宜的选择批量测试发了言。
另一个因素是在重编程效率的影响是MEF中15,20的基因型。虽然从杂合子小鼠(HET),同时为OKSM和m2rtTA轨迹做改编,homozygousity在一个或更高的重编程效率,这两个区域的结果计算出来的MEF。的确,从OKSM和m2rtTA杂交后代衍生的MEF显示顺序如下(OKSM / m2rtTA)增加重编程效率:HET / HET <均相/ HET 表1中给出的数字是为HET / HET动物)。在极少数情况下男性的HOMO /同源动物识别,后宫多m2rtTA雌性交配可以设置。所有的这些杂交后代将HET / HOMO的OKSM / m2rtTA位点,分别为。此外,胎的快速基因分型被推荐为较大同窝仔使用年轻小鼠进行繁殖(6-15周龄)时获得的。
此外,使用低传代MEFs细胞重编程被强调23。如果MEF中推导并扩大在含氧量正常的组织培养箱,我们强烈建议您只使用这些细胞到通道2。然而,如果实验者访问低氧培养箱(5%氧气)的MEF中的推导和扩展,通道数高达3仍然会产生良好的效果23。
万一实验者遇到与重新编程相关的问题,如所概述的,最有可能的解释是在DOX另外,小鼠的不正确基因型或使用FBS的是不利于对iPS细胞产生时高传代数。然而,在罕见的情况下,我们观察到的MEF没能即使在理想的条件下重新编程。在这种情况下,自发从头删除m2rtTA的开放阅读框之内被认定为的根本原因。
该方法被成功地适应了通过提取磁性细胞分离(MACS),SSEA-1 +的中间体。有一个明显的时间优势,在使用MACS,然而,SSEA-1 +细胞群的“纯度降低到80-90%,而不是95%以上,这取决于实验的细胞是目的地为可能构成的类型一个问题。因此,一个选择是使用MACS富集SSEA-1 +细胞随后通过FACS来提高纯度和/或分数成SSEA-1 + / +的EpCAM和SSEA-1 + / Epcam-细胞。
“>当由所概述的协议和小鼠模型中产生的iPS细胞已被证明是多能性和有效地向嵌合动物15,20的所有组织中,以产生胚完全由通过四倍体互补这些iPS细胞的还原能力已证明24。异常甲基化模式在DLK-DIO3基因簇已被确定为潜在的病因24,然而,添加抗坏血酸时的50微克/毫升到媒体重编程过程中的浓度会产生四倍体互补主管iPS细胞24。请注意,另一种可重复编程的小鼠模型改造以表达重编程因子在不同的化学计量比可以甚至在不存在的抗坏血酸处理25产生四倍体主管iPS细胞,然而,在我们手中的细胞从该菌株中重新编程,在相当低的频率进行比较在本文中使用鼠标模式升。在这个手稿中描述的方法允许重新编程的中间体的分离从人口的耐火散装和应该被看作是非常有用的工具,解剖和理解重编程过程中,除去不必使用未分离的人口为仿形的上限制( 例如,从耐火细胞高信号噪声)。本文所描述的抗体结合,使从小鼠细胞中以高纯度的中间体的分离,但它是可能的额外的细胞表面标记将在未来,这将允许在更高的纯度,得到的中间体被发现。请注意,SSEA-1的表达是不是人类诱导多能干细胞的标志,因此该协议不能再编程人来源的细胞中。总之,一旦分离所描述的方法重编程的中间体,可用于分子分析,包括表达profilin的克,染色质免疫沉淀法,甲基化分析和蛋白质分析。
作者什么都没有透露。
我们要感谢来自莫纳什拉金斯计划,以及从NHMRC民防部队和NHMRC项目补助资金支持。此外,我们要感谢苏美廉为她建设性的意见,埃德温娜McGlinn对她的支持和莫纳什Flowcore团队(尤其是亚当Dinsdale)为他们生产的视频帮助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗小鼠 CD90.2 (Thy1.2) Pacific Blue | 电子生物科学 | 48-0902-82 | |
| 抗人/小鼠 SSEA-1 生物素 | 电子生物科学 | 13-8813 | |
| 链霉亲和素 PE-Cy 7 | 电子生物科学 | 25-4317-82 | |
| 抗小鼠 CD326(Epcam) Fitc | 电子生物科学 | 48-5791-82 | |
| 丙酮酸钠 | Life Technologies | 11360-070 | |
| MEM 非必需氨基酸 (NEAA) | Life Technologies | 11140-050 | |
| 符合胚胎干细胞条件的胎牛血清 (FBS) | Life Technologies | ||
| 胰蛋白酶-EDTA (0.25%) | Life Technologies | 25200-056 | |
| GlutaMAX | Life Technologies | 35050-070 | |
| β-巯基乙醇 | Life Technologies | 21985-023 | |
| DMSO(二甲基亚砜) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| 青霉素/链霉素 | Life Technologies | 15140 | |
| 碘化丙啶溶液 (PI) | Sigma-Aldrich | P4864-10ML | |
| 猪皮明胶 | Sigma-Aldrich | G1890 | |
| Hyclate 多西环素 | Sigma-Aldrich | 33429-100MG-R | |
| 白血病抑制因子 (LIF) | Millipore | ESG1107 | |
| DMEM 高糖 | Life Technologies | 11960-044 | |
| DPBS(Dulbecco 磷酸盐缓冲盐水) | Life Technologies | 14190-144 | |
| KnockOut DMEM | Life Technologies | 10829-018 | |
| 辐照 MEF | Life Technologies | S1520-100系列 | |
| 75 cm2 组织培养瓶 | 康宁/BD Bioscience | ||
| 15 ml 离心管 | 康宁/BD Bioscience | ||
| 50 ml 离心管 | 康宁/BD Bioscience | ||
| 一次性手术刀片 | Clifford Hallam | SM0501 | |
| 冻存管 | 康宁/BD Bioscience | ||
| 70 &m 细胞过滤器 | BD Bioscience | 352340 | |
| Taq DNA 聚合酶 | Life Technologies | 10342-020 |
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