Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Erzeugung von menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen aus dem peripheren Blut mit Hilfe eines Episoms basierend Neuprogrammierung Strategie und Histon-Deacetylase-Inhibitoren.
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Methodenartikel
Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Erzeugung von menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen aus dem peripheren Blut mit Hilfe eines Episoms basierend Neuprogrammierung Strategie und Histon-Deacetylase-Inhibitoren.
Diese Handschrift zeigt ein Protokoll für die effiziente Erstellung Integration freien menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) aus dem peripheren Blut mit episomalen Plasmiden und Histon-Deacetylase (HDAC) Inhibitoren. Die Vorteile dieses Ansatzes sind: (1) die Verwendung einer minimalen Menge von peripherem Blut als Ausgangsmaterial; (2) nonintegrating Umprogrammierung Vektoren; (3) eine kostengünstige Methode zur Erzeugung von Vektor freien iPSCs; (4) einen einzigen Transfektion; und (5) die Verwendung von kleinen Molekülen an epigenetische Neuprogrammierung zu erleichtern. Kurz gesagt, werden periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs) von Routine Phlebotomie Proben isoliert und dann in einem definierten Wachstumsfaktoren kultiviert, um eine hoch proliferativen Erythrozytenvorläuferzellpopulation, die bemerkenswert zugänglich Umprogrammierung ergeben. Nonintegrating, nontransmissible episomalen Plasmiden OCT4, SOX2, KLF4, MycL, LIN28A und eine p53 short hairpin (sh) RNA sind Einfühüber eine einzige Nukleofektion in den abgeleiteten Erythroblasten ced. Kotransfektion Episom das Enhanced Green Fluorescent Protein exprimiert (eGFP) ermöglicht die einfache Identifizierung von transfizierten Zellen. Eine separate replikationsdefizienten Plasmid, Epstein-Barr nuclear antigen 1 (EBNA1) ebenfalls zu dem Reaktionsgemisch für eine erhöhte Expression von Proteinen episomal zugegeben. Die transfizierten Zellen werden dann auf eine Schicht aus bestrahlten embryonalen Maus-Fibroblasten (iMEFs) zum fort Umprogrammierung plattiert. Sobald iPSC artige Kolonien erscheinen etwa zwölf Tage nach Nukleofektion, sind HDAC-Inhibitoren zu dem Medium gegeben, um epigenetische Umbau erleichtert. Wir haben gefunden, dass der Einschluss von HDAC-Inhibitoren routine erhöht die Entwicklung vollständig reprogrammiert iPSC Kolonien das 2-fache. Sobald iPSC Kolonien zeigen typischen menschlichen embryonalen Stammzellen (hES) Morphologie, sie sanft zu einzelnen IMEF beschichteten Gewebekulturplatten für das weitere Wachstum und die Expansion übertragen werden.
iPS-Zellen werden aus somatischen Geweben über ektopische Expression von einem minimalen Satz von Pluripotenz-Gene abgeleitet. Diese Technik wurde ursprünglich von retroviralen Transduktion von humanen Fibroblasten mit OCT4, SOX2, KLF4 und cMYC, die besonders in den pluripotenten Zustand 1 ausgedrückt werden demonstriert. Diese transient exprimiert "Reprogrammierungsfaktoren" alter epigenetische Landschaft und Genexpressionsprofil der Zielzelle analog zu menschlichen embryonalen Stammzellen 2. Einmal erstellt, können iPS-Zellen potenziell in jede Gewebeart zur weiteren Untersuchung differenziert werden. So halten sie versprechen für den Einsatz in der regenerativen Medizin, Krankheitsmodelle und Gentherapieanwendungen. , Stören das Genom mit der Integration von Viren hat jedoch das Potenzial, um die endogene Genexpression beeinflussen zelluläre Phänotyp zu ändern und letztendlich vorspannen wissenschaftlichen Ergebnissen. Darüber hinaus können Zufalls virale Integrationen zu schädlichen Zell e führenUSWIRKUNGEN, einschließlich der Möglichkeit der malignen Transformation 3 oder Wieder Expression der Transgene onkogenen 4. Zukünftige klinische Anwendungen benötigen nicht-integrierenden iPSC Generation.
Episomen, die zusätzliche chromosomale zirkuläre DNA-Moleküle sind, bieten eine Strategie, um kostengünstige, Integration freien IPSCs 5 zu erzeugen. Die Kombination von in Tabelle 1 gezeigt episomalen Vektoren auszudrücken das Reprogrammierungsfaktoren OCT4, SOX2, KLF4, MycL und LIN28A. Die pCXLE_hOCT3 / 4-shp53-F-Plasmid enthält auch eine p53 shRNA für temporäre Unterdrückung der TP53 an zelluläre Reprogrammierung 6 verbessern. Die replikationsdefizienten pCXWB-EBNA1-Vektor fördert Amplifikation Reprogrammierungsfaktoren und erhöhte Effizienz Neuprogrammierung durch eine vorübergehende Erhöhung der Expression EBNA1 7. Die pCXLE_EGFP Plasmid kann zum Nukleofektion Gemisch zum Zwecke der dete hinzugefügt werdenrmining die Transfektionseffizienz oder zur Zellsortierung. Mit Ausnahme von p-CXWB EBNA1, die episomalen Plasmiden in diesem Protokoll verwendet werden, enthalten den Epstein-Barr-Virus Ursprung der viralen Replikation und EBNA1-Gen, das die Replikation und Teilung des Episom während der Teilung der Wirtszelle 8 zu vermitteln. Die Episomen spontan verlor aufeinander iPSC Expansion 7. Subklonierung und Charakterisierung von iPS-Zellen mit episomalen Vektor Verlust, die aus dem Verlust von eGFP Expression geschlossen werden kann, kann vollständig Integration kostenlos IPSCs für zukünftige klinische Anwendungen führen.
Inhärente dem Verfahren iPSC Generation Unterdrückung von linienspezifischen Genen und Reaktivierung von Pluripotenz-assoziierten Genen. Regulation der Genexpression erfolgt auf mehreren Ebenen innerhalb des Ringes, einschließlich Modifikationen an DNA und Chromatin Transkriptionsfaktoren erlauben, regulatorische DNA-Elemente, und die RNA-Polymerase den Zugang zu ZielGene. Umbau des epigenetischen Landschaft über weltweite Chromatinmodifikationen ist eine Schlüsselkomponente erneut Ausdruck der Pluripotenz genetische Programm. Eine spezifische Chromatin Modifikation, bei der Regulation der Genexpression wichtig ist, ist die Acetylierung von Histonen in bestimmten Lysinreste, die den Zugriff ermöglicht, um Gene durch die verringerte Spannung der Histon-DNA Spule Ziel. HDAC-Inhibitoren sind kleine Moleküle, die gezeigt haben, um iPSC Umprogrammierung und hESC Selbsterneuerung 9,10 erweitern, die wahrscheinlich auf die Unterstützung der acetylierten Zustand 11. Die nachfolgend beschriebene Protokoll aus einer früheren Veröffentlichung mit Integration Lentiviren 12 angepasst, bietet eine Schritt-für-Schritt-Methode zur optimierten iPSC Generation aus dem peripheren Blut mit Episomen und HDAC-Inhibitoren. Die HDAC-Inhibitor-Konzentrationen werden dabei die Hälfte derjenigen von Ware et al. 9 und routinemäßig in eine 2-fache Zunahme in vollständig umprogrammiert iPSC Kolonien über Standard führtenepisomaler Umprogrammierung Protokolle ohne HDAC-Inhibitoren. Dieses Niveau der Umprogrammierung ist auf Augenhöhe mit der Effizienz beobachten wir mit lentiviralen Methoden. Mit diesem Protokoll haben wir effizient erzeugt iPSC von Einzelpersonen so alt wie 87 Jahre alt.
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Eine schriftliche Einverständniserklärung, wie sie durch die Institutional Review Boards des Fred Hutchinson Cancer Research Center und die Kinder "s Hospital von Philadelphia genehmigt wurde von Patienten vor dem Sammeln peripheren Blutproben erhalten. Alle institutionellen Richtlinien festgestellt. Alle Tierversuche einschließlich MEF Erzeugung und Teratom Bildung wurden von der Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt.
1. Ficoll Separation von PBMCs und Ausbau der Erythroblasten - Tag 0
2. Reprogrammierung Zellen durch Nucleofection - Tag 9
3. Überzug Feeder-Zellen - Tag 10 oder 11
4. Plattierzellen auf Feeder-Zellen und ändern Medium - Tag 12
5. Isola iPSC Clones
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Drei Tage nach Nukleofektion und vor dem Ausplattieren der Zellen auf nucleofected iMEFs sollte die Effizienz der erfolgreichen Nukleofektion durch Fluoreszenzmikroskopie für eGFP geschätzt werden. Figur 1 zeigt einen typischen Nukleofektion Experiment mit etwa 5-10% der Gesamtzellpopulation exprimiert eGFP.
Reprogrammed iPSC Kolonien beginnen, etwa zwei Wochen nach Nukleofektion erscheinen. Die Kolonien sind in der Regel kreisförmig mit gut definierten Grenzen und können du...
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Für eine erfolgreiche iPSC Generation, wenn Sie dieses Protokoll, gibt es mehrere wichtige Einschränkungen, die berücksichtigt werden sollten. Während der Erythroblasten Ausbaustufe sollte die Medienwechsel Zeitplan strikt eingehalten werden, da Abweichungen können zu einer ineffizienten Stimulation des Zielvorläuferzellpopulation und einer niedrigeren Effizienz iPSC Generation führen. Es ist wichtig, neue Expansionsmedium mit frischem Dexamethason mit jedem Medienwechsel zu machen; und die QBSF-60 Basismedium und Dexam...
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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Die Autoren möchten die folgenden Zuschüsse aus dem NIH für die Unterstützung dieser Forschung zu bestätigen: K08DK082783 (AR), P30DK56465 (BTS), U01HL099993 (BTS), T32HL00715036 (SKS) und K12HL0806406 (SKS); und die JP McCarthy Foundation (AR).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Ficoll-Paque PLUS | Fisher Scientific | 45-001-750 | Bei 4 °C lagern. Vor Gebrauch auf Raumtemperatur erwärmen. |
| DPBS | Life Technologies | 14190-250 | Store at 4 °C. |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 11875-093 | Lagern bei 4 >C. |
| fötales Rinderserum (FBS) | Life Technologies | 10437028 | Lagern bei -20 & Grad; C bis zur Nötigung. Auftauen, aliquotieren, bei 4 °C lagern. |
| Dimethylsulfoxid (DMSO) | Sigma-Aldrich | 154938 | Bei Raumtemperatur lagern. |
| QBSF-60 serumfreies Medium | Fisher Scientific | 50-983-234 | Bei 4 & Grad C lagern. |
| Penicillin/Streptomycin | Life Technologies | 15140122 | Lagern bei 4 & Grad. |
| Cell Line Nucleofector Kit V | Lonza | VCA-1003 | Bei 4 & Grad C lagern. |
| 2%ige Gelatinelösung | Sigma-Aldrich | G1393 | Bei 4 Grad lagern; C, verflüssigen in 37 & Grad; C Wasserbad vor Gebrauch. |
| Hank's Balanced Saline Solution (HBSS) | Life Technologies | 14175-103 | Lagern bei 4 & Grad. |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Life Technologies | 11965-092 | Store bei 4 >C. |
| Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) | Life Technologies | 12440-061 | Lagern bei 4 & Grad. |
| L-Glutamin, 200 mM | Life Technologies | 25030-081 | Aliquot, einfrieren bei -20 °C. |
| nicht-essentielle Aminosäuren (NEAA), 100X | Life Technologies | 11140-050 | Bei 4 > C, weg von Licht. |
| DMEM/Ham's F12, 1:1 | Fisher Scientific | SH30023.02 | Lagern bei 4 & Grad. |
| KnockOut Serum Replacement | Life Technologies | 10828-028 | Aliquot, einfrieren bei -20 °C. |
| Natriumpyruvat, 100 mM | Life Technologies | 11360-070 | Bei 4 & °C lagern. |
| Natriumbicarbonat, 7,5 % | Life Technologies | 25080094 | Bei 4 °C lagern. |
| basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF) | Life Technologies | PHG0263 | 10 mg/ml Brühe in DPBS herstellen, aliquotieren, bei -20 °C einfrieren. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| Natriumbutyrat | Sigma-Aldrich | B5887-1G | Herstellung 2000x Rohmaterial (400 mM) in DPBS, aliquot, einfrieren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| hES-Zellklonierung & Regenerationsergänzungsmittel | Stemgent | 01-0014-500 | Bei -20 > lagern; C bis zur Nötigung. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| ESC-qualifiziertes BD-Matrigel | BD Biosciences | 35-4277 | Tauwetter über Nacht auf Eis bei 4 Grad; C, aliquotiert in vorgekühlte Röhrchen mit vorgekühlten Pipettenspitzen. Bei -20 Grad lagern; C bis zur Nötigung. Tauwetter bei 4 Grad; C, sofort verwenden. |
| StemSpan SFEM | STEMCELL Technologies | 9650 | Aliquot, einfrieren bei -20 °C. |
| Ascorbinsäure, pulverisiert | Sigma-Aldrich | A4403-100MG | 5 mg/ml Vorrat in DPBS, Sterilfilter, bei 4 μC lagern. |
| rekombinanter humaner Stammzellfaktor (SCF) | R & D Systems | 255-SC-010 | Fabrikat 100 μ g/m-Lagerbestand in SFEM, aliquot, eingefroren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| rekombinantes humanes Interleukin 3 (IL-3) | R & D Systems | 203-IL-010 | Fabrikat 100 μ g/ml Bestand in SFEM, aliquot, einfrieren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| Erythropoietin (EPO) | R & D Systems | 287-TC-500 | Herstellung von 1000 U/ml Rohmaterial in SFEM, aliquot, einfrieren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| rekombinanter humaner insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1 (IGF-1) | R & D Systems | 291-G1-200 | Fabrikat 100 μ g/ml Bestand in SFEM, aliquot, einfrieren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7522 | 1000x (100 mM) in DPBS herstellen. |
| Dexamethason | Sigma-Aldrich | D4902-25MG | Fabrikat 50x Lagerbestand (50 μ M) in DPBS, Sterilfilter, bei 4 °C lagern. |
| SAHA (Vorinostat) | Cayman Chemical | 149647-78-9 | Herstellung von 2.000x Rohmaterial (400 mM) in DPBS, aliquot, Gefrieren bei -20 °C. Nach dem Auftauen bei 4 °C lagern. |
| 12-Well-Gewebekulturplatte | Fisher Scientific | 08-772-29 | |
| 15 ml konisches Röhrchen | Sarstedt | 62553002 | |
| 1,5 ml Eppendorf-Röhrchen | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| 6-Well-Gewebekulturplatte | Fisher Scientific | 08-772-1B | |
| 35 mm Tisue-Kulturplatten | BD Biosciences | 353001 | |
| 10 ml serologische Einwegpipetten | Fisher Scientific | 13-675-20 | |
| 5 ml serologische Einwegpipetten | Fisher Scientific | 13-675-22 | |
| 2 ml serologische Einwegpipetten | Fisher Scientific | 13-675-17 | |
| 20 μ l Pipettenspitzen, Barrierespitzen | Genessee | 24-404 | |
| Glas Pasteurpipetten | Fisher Scientific | 13-678-20D | |
| Pipettenhilfe | Fisher Scientific | 13-681-15 | |
| pCXLE-hOCT3/4-shp53-F | Addgene | 27077 | |
| pCXLE-hSK | Addgene | 27078 | |
| pCXLE-hUL | Addgene | 27080 | |
| pCXLE-EGFP | Addgen | 27082 | |
| pCXWB-EBNA1 | Addgen | 37624 |
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