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Methodenartikel

Direkte Linie Reprogrammierung von adulten Maus-Fibroblasten zu erythroiden Vorläuferzellen

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DOI:

10.3791/58464

14. Dezember 2018

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier stellen wir Ihnen unser Protokoll für Herstellung von induzierten erythroiden Vorläuferzellen (iEPs) von Maus Erwachsenen Fibroblasten mit Transkription Faktor-driven direkte Abstammung Neuprogrammierung (DLR).

Zusammenfassung

Erythroiden Zelle Engagement und Differenzierung fahren Sie durch Aktivierung eines Linie beschränkt transkriptionelle Netzwerks orchestriert von einer Gruppe von Zellen Schicksal bestimmen und Reifung Faktoren. Wir wollten früher minimalen Voraussetzungen für die Instruktion der roten Blutkörperchen Entwicklung mit direkten Abstammung Reprogrammierung von Fibroblasten in induzierte erythroiden Vorläuferzellen/Vorstufen (iEPs) definieren. Wir haben gezeigt, dass Überexpression des Gata1, Tal1, Lmo2und c-Myc (GTLM) können schnell konvertieren murinen und menschlichen Fibroblasten direkt zu iEPs, die Bona Fide erythroiden Zellen im Hinblick auf Morphologie, ähneln Phänotyp, und Genexpression. Wir beabsichtigen, dass iEPs ein wertvolles Instrument zur Regulierung der Erythropoese und Zelle Schicksal zu studieren liefern. Hier beschreiben wir den schrittweisen Prozess der Umwandlung murinen Schweif Tipp Fibroblasten in iEPs über Transkription Faktor-driven direkten Abstammung Neuprogrammierung (DLR). In diesem Beispiel führen wir die Umprogrammierung in Fibroblasten von erythroiden Abstammung-Ablaufverfolgung Mäuse, die das gelbe fluoreszierende Protein (YFP) unter der Kontrolle der Erythropoietin-Rezeptor gen (EpoR) Promotor, ermöglicht die Visualisierung der erythroiden Zelle ausdrücken Schicksal Induktion bei der Umprogrammierung. Nach diesem Protokoll können innerhalb von fünf bis acht Tagen Fibroblasten in iEPs umprogrammiert werden.

Während noch der Prozess verbessert werden kann, zeigen wir, dass Umprogrammierung GTLM vermittelt einen schnellen und direkten Prozess nachgeben Zellen mit Eigenschaften der Bona Fide erythroiden Vorläuferzellen und Vorläufer Zellen.

Einleitung

Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) sind unverzichtbar bei allen Wirbeltieren und 84 % aller Zellen des menschlichen Körpers1ausmachen. Aus embryonalen ins Erwachsenenleben hängt unsere Gesundheit stark genaue Regelung der RBC Homöostase. Die laufende Produktion der Reifen Erythrozyten während der gesamten Entwicklung bis ins Erwachsenenalter wird als Erythropoese bezeichnet. Eine große Herausforderung in der Erythropoese Forschung ist die master Regler definieren, die RBC-Entwicklung und der Wechsel zwischen primitiven und endgültige Erythropoese zu orchestrieren. Direkte Linie Umprogrammierung der erythroiden Vorläuferzellen bietet die Möglichkeit, weitere erythroiden Entwicklung in Vivozu verstehen.

Direkte Linie Neuprogrammierung (DLR), auch bekannt als Transdifferenzierung, ist der Prozess der Umprogrammierung ein Zelltyp direkt ineinander pluripotenten und multipotenten Vorläuferzellen Phasen umgehen. DLR wurde bisher zur zahlreichen Zelltypen, einschließlich neural2, hämatopoetischen3,4,5, hepatische6 und nephrotisches7, Vorläuferzellen zu produzieren. Für Entwicklungs Biologen geworden DLR ein wichtiges Instrument zur abfragenden Aspekte der Linie Engagement und terminal Differenzierung Prozesse8,9. DLR ergänzen und teilweise ersetzen in Vivo Studien für Verständnis Mechanismen der Zelle Schicksal bestimmenden Faktoren bei der Entwicklung. Das DLR-Protokoll für die Umprogrammierung zu erythroiden Vorläuferzellen, die in diesem Dokument beschriebenen bietet Bereich eine kostenlose Methode für Studien der Erythropoese.

Wir haben bereits gezeigt, dass Überexpression eines vier-Faktoren-Cocktails, GATA1, TAL1, LMO2, und c-MYC (GTLM), ausreichend reprogram murine und menschlichen Fibroblasten direkt an induzierte erythroiden Vorläuferzellen (iEPs) 10. the GTLM umprogrammiert erythroiden Zellen ähneln stark Bona Fide primitive erythroiden Vorläuferzellen im Hinblick auf Morphologie, Phänotyp und gen Ausdruck10. So iEPs haben eine begrenzte Verbreitung Kapazität und Reifen zu kernhaltigen Erythrozyten ähnlich vorübergehend im frühen Embryo vor Beginn der endgültigen Erythropoese. Durch Änderungen in der Neuprogrammierung Bedingungen (z. B. Punktmutationen in Umprogrammierung Faktoren oder Zugabe von anderen Faktoren), kann man verstehen, wie dies zu Veränderungen in der erythroiden Entwicklung und Differenzierung führt. Wir haben zum Beispiel gezeigt, dass die Zugabe von Klf1 oder Myb GTLM Cocktail das Globin Expressionsmuster von überwiegend embryonalen (primitiv) verändert, vor allem Erwachsene (definitive). Dieser Befund bestätigt die Gültigkeit der mit DLR als Werkzeug zur Definition Entwicklungsfaktoren im Erythropoese.

Hier beschreiben wir den Prozess iEPs aus Maus Schweif Tipp Fibroblasten (TTF) zu erzeugen. In unseren repräsentativen Ergebnissen führten wir die Umprogrammierung auf Fibroblasten aus der erythroiden Abstammung-Ablaufverfolgung Mäuse (Epor- Cre R26- eYFP) Zellen, die das gelbe fluoreszierende Protein (eYFP) aus den Rosa26 Locus in allen Ausdrücken den Erythropoietin-Rezeptor, ermöglicht einfache Visualisierung des Engagements für die erythroiden Linie ausgedrückt haben. Mit dieser Methode sind bereits fünf Tage nach Transduktion YFP positivere (EpoR +) Zellen vorhanden. Dieses Protokoll bietet daher eine schnelle und robuste Technik für die Generation der erythroiden Vorläuferzellen in Vitro.

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Protokoll

1. Aufbau und die Pflege der primäre Maustaste Tail Tip Fibroblast Kulturen

  1. Bereiten Sie Gelatine beschichtet Gerichte (empfehlen einen 10 cm Teller für ein Tail) durch Abdecken der Oberfläche mit 0,1 % Gelatine und Inkubation der Gerichte für ca. 20 min bei 37 ° C. Aspirieren Sie die Gelatine-Lösung aus der Schale und mindestens 2 Stunden trocknen lassen.
  2. Die Mäuse durch zervikale Dislokation einschläfern. Entfernen Sie die Rute mit einer Schere, Schnitt an der Unterseite der Rute. Setzen Sie die Rute in Dulbeccos Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (DPBS) mit 2 % fetalen bovine Serum (FBS) erst unmittelbar vor Gebrauch.
    Hinweis: Für die besten Ergebnisse sollten Schwänzen Mäuse ca. 6 bis 8 Wochen Alter entnommen werden. Endstücke können Mäuse älter als 8 Wochen alt, aber als die Mäuse-Alter, die Verbreitung der Fibroblasten und die Effizienz der Neuprogrammierung Abnahme11entnommen werden.
  3. Führen Sie alle Schritte dieses Protokolls in einer Gewebekultur Kapuze unter sterilen Bedingungen. Bereiten Sie eine verdünnte Trypsin-Lösung von 0,02 % Trypsin-EDTA in DPBS und 5 mL in einer unbeschichteten 10 cm Schüssel.
  4. Waschen Sie den Schweif, zuerst in 70 % igem Ethanol, dann in DPBS. Legen Sie in eine Schüssel die Rute flach und verwenden Sie Zange, um ihn zu fixieren. Machen Sie einen Schnitt an der Rute entlang seiner Längsachse von der Basis bis zur Spitze.
  5. Fassen Sie die Rute mit ein paar Zangen und senkrecht halten. Mit einer zweiten Zange, greifen Sie die Haut neben der Schnitt an der Unterseite der Rute und ziehen Sie es zurück. Tun Sie dies auf beiden Seiten des Schnittes, bis die Haut durch ziehen nach unten in Richtung der Spitze der Rute abgezogen werden kann.
  6. Halten Sie die geschälte Rute mit einer Pinzette über das Gericht mit der Trypsin-Lösung und schneiden Sie die Rute in etwa 1 cm lange Stücke. Mit der Rute in der Trypsin-Lösung mit einer Schere um die Stücke in kleinere Stücke zu fragmentieren. Inkubieren Sie die Heck-Stücke in die Trypsin-Lösung bei 37 ° C für 10 min.
    Hinweis: Je kleiner die Stücke sind bevorzugt, um jedes Stück eine große Oberfläche, Volumen-Verhältnis bieten.
  7. Die Trypsin mit 2 Bände von Fibroblasten Erweiterung (FEX) Medium zu stillen (High-Glukose Dulbecco geändert Eagle Medium (DMEM) mit 15 % FBS, 2 mM L-Glutamin, nicht-essentiellen Aminosäuren (NEAA) und 100 U/mL Penicillin/Streptomycin).
  8. Gesamten Inhalt der Schale in ein 50 mL-Tube und Zentrifuge bei 350 × g für 5 min bei 4 ° c zu sammeln Den Überstand abgesaugt und Aufschwemmen der Tail-Fragmente in 10 mL frisches FEX Medium.
  9. Tail Fragmente im Medium zu einem Gelatine-beschichtete Gericht übertragen und Inkubation bei 37 ° C in 5 % CO2 und 4 % O2, Hinzufügen frischen FEX Medium alle 2 Tage.
    Hinweis: Nach fünf bis sieben Tage, habe Tail Fragmente an der Unterseite der Schale befestigt und Fibroblasten Abkehr von ihnen gesehen werden können.
  10. Wenn Cluster von Fibroblasten gesichtet werden, schütteln Sie vorsichtig das Gericht um Heck Stücke zu verdrängen und aspirieren Sie das Medium und die Knochenfragmente verlassen die Fibroblasten, die an der Platte befestigt. Fügen Sie neues FEX Medium und Kultur die Fibroblasten bis zum Zusammenfluss.
  11. Um keine Verunreinigung von Fibroblasten von hämatopoetischen Vorläuferzellen zu gewährleisten, die Zellen von der Platte mit 1 X Trypsin-EDTA für 5 Minuten distanzieren und Zellen zu sammeln. Für Zellen, die mit dem Ausdruck hämatopoetischen Marker zu einem Abbau (CD117, CD5, CD45R (B220), CD11b, Anti-Gr-1 (Ly-6G/C), 7-4, und Ter-119) eine magnetische Trennung System10verwenden.

(2) Retrovirus Produktion

  1. Seed retrovirale Verpackungszellen bei etwa 2,5 × 104 Zellen/cm2 (2,0 × 106 Zellen für eine 10 cm Teller) auf einer Gewebekultur behandelt (durch Vakuum-Gas Plasma) Gericht und Kultur über Nacht in hoch-Glukose DMEM mit 10 % FBS, 10 mM Natrium Pyruvat und 100 U/mL Penicillin/Streptomycin bei 37 ° C und 5 % CO2.
  2. Am nächsten Morgen ändern Sie das Medium in DMEM ohne Zusatzstoffe mit halber Lautstärke verwendet, um über Nacht Kultur (5 mL für eine 10 cm Teller). Am Nachmittag zu überprüfen, dass die Zellen 70-80 % Zusammenfluss sind und die Transfektion beginnen.
  3. Für jede Neuprogrammierung Faktor bereiten Gata1, Tal1, Lmo2, und c-Myc, eine 2:1-Mischung der Expressionsvektor (pMX) und Helfer Vektor (mit Gene Gag und Pol). Verwenden Sie für eine 10 cm Teller von Fibroblasten 6 µg des Expressionsvektors und 3 µg Helfer Vektor in einem Endvolumen von 100 µL in DMEM Medium.
  4. Bereiten Sie für jede Neuprogrammierung Faktor 300 µL der Raumtemperatur (RT) DMEM in ein steriles Röhrchen aus Polystyrol zu und sorgfältig 27 µL kommerzielle Transfection Reagens.
    Hinweis: Die Transfektion Reagenz sollte RT vor Gebrauch gebracht und muss direkt in das Medium hinzugefügt werden, da die elektrostatischen Eigenschaften der Verbindung an den Kunststoff Wand des Rohres zu halten machen können.
  5. Das Plasmid durchmischen in die Transfektion Reagenz-haltigen Röhre, Wirbel kurz und brüten Transfection Reagens-DNA-Mischung für 15 min bei RT kurz Wirbel die Mischung und die retroviral Verpackungszellen tropfenweise hinzufügen, um die Transfektion Reagenz-DNA-Mischung gleichmäßig über die Kultur und über Nacht bei 37 ° C inkubieren.
  6. 24 h nach Transfektion, ändern Sie das Medium in DMEM mit 20 % FBS und 100 U/mL Penicillin/Streptomycin. 48 h nach Transfektion, den Überstand zu sammeln und durch einen 0,22 µm Porengröße Spritze Filter filtern.
    Hinweis: Virale Überstände können bis-80 ° C eingefroren und gehalten bis erforderlich, obwohl Transduktion ist effizienter, wenn frische virale überstand verwendet wird.

3. GTLM Transduktion und iEP Ernte

  1. Samen der Schweif Tipp Fibroblasten bei 1 × 104 Zellen/cm2 auf 0,1 % Gelatine vorbeschichtet Gerichte in FEX Medium und Inkubation bei 37 ° C für 24 h.
  2. Am nächsten Tag eine Transduktion Mischung wie folgt zubereiten.
    1. 6 Bände der FEX Medium (60 %) fügen Sie 1 Volumen von viralen überstand für jeden Neuprogrammierung Faktor ergänzt mit 4 µg/mL retroviralen Infektion Reagenz (40 % hinzu).
    2. Für eine 10 cm Teller von Fibroblasten, fügen Sie 1 mL jede virale überstand (4 × Viren = 4 mL) mit 4 µg/mL retroviralen Infektion Reagenz zu 6 mL FEX Medium, was eine Gesamtzahl von 10 mL Transduktion Mischung ergänzt.
  3. Aspirieren Sie FEX Medium aus der Fibroblasten-Kultur und ersetzen Sie ihn durch die Transduktion Mischung. Inkubieren Sie die Signalweiterleitung für 4 h bei 37 ° C in hypoxischen Bedingungen (5 % CO2 und 4 % O2).
  4. Die Transduktion Mischung Aspirieren und ersetzen es durch frisches Neuprogrammierung Medium (Expansion serumfreien Medium (SFEM), 100 U/mLPenicillin/Streptomycin, 100 ng/mL murinen Stem Cell Factor (mSCF), 10 ng/mL murinen Interleukin-3 (IL3), 2 U/mL human rekombinanten Erythropoetin (HrEPO) und 100 nM Dexamethason).
  5. 8 Daysat in hypoxischen Bedingungen hinzufügen frischen Neuprogrammierung Medium alle 2 Tage 37 ° C inkubieren. Nach fünf bis acht Tagen erbringt erfolgreiche Reprogrammierung Cluster von Zellen, die getrennt haben aus der Platte.
  6. Zum Sammeln von reprogrammierter Zellen für die Analyse sanft pipette rauf und runter um sie direkt aus der Schale zu ernten. Um untransduced Fibroblasten zum Vergleich zu ernten, die Zellen von der Platte mit 1 X Trypsin-EDTA distanzieren und zu sammeln.

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Ergebnisse

Hier präsentieren wir eine reproduzierbare Protokoll zur Herstellung von iEPs von Erwachsenen Fibroblasten mit Transkription Faktor-driven DLR. Wir bewerten die Zelle Neuprogrammierung mittels Durchflusszytometrie, koloniebildenden Assays und gen Expressionsanalyse. Um die Visualisierung der Konvertierung erythroiden Zelle Schicksal zu unterstützen, führten wir die Umprogrammierung auf Fibroblasten aus der erythroiden Abstammung-Ablaufverfolgung Mäuse (Epor- Cre R26- eYF...

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Diskussion

Überexpression eines vier-Faktoren-Cocktails, GATA1, TAL1, LMO2, und c-MYC (GTLM), ist ausreichend, um murinen und menschlichen Fibroblasten direkt an iEPs10neu zu programmieren. Die umprogrammierten erythroiden Zellen ähnelte stark Bona Fide erythroiden Vorläuferzellen hinsichtlich Morphologie, Phänotyp, Genexpression und koloniebildenden Fähigkeit. Dieser Befund bestätigt die Begründ...

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Offenlegungen

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu berichten.

Danksagungen

Wir danken Evelyn Wang und Gregory Hyde (Whitehead Institute, Cambridge, MA) für das Klonen und Harvey Lodish (Whitehead Institut) für die Bereitstellung vieler der Plasmide, die für die Generierung der retroviralen Bibliothek verwendet. Wir danken Kavitha Siva und Sofie Singbrant (Abteilung für Molekularmedizin und Gene Therapy, Lund University), Göran Karlsson und Shamit Soneji (Abteilung für molekulare Hämatologie, Universität Lund) für ihre Rolle bei der Beschreibung des iEP Produktion. Wir würden auch gerne anerkennen und danke Julian Pulecio (Zentrum für Regenerationsmedizin, Barcelona Biomedical Research Park), Violeta Rayon-Estrada (The Rockefeller University, New York), Carl Walkley (St. Vincent Institute of Medical Research und Departement für Medizin, St. Vincent Hospital, University of Melbourne), Ángel Raya (katalanische Institution für Forschung und Weiterbildung, Barcelona) und Vijay G. Sankaran (Broad Institute des Massachusetts Institute of Technology und Harvard, Cambridge ) für ihre bisherigen Beiträge zu dieser Arbeit. Diese Arbeit wurde unterstützt von der Ragnar Söderberg Stiftung (j.f.); die Swedish Research Council (, j.f.); Stiftelsen Olle Engkvist Byggmästare (, j.f.); die schwedische Stiftung für strategische Forschung (, j.f.); Åke Wiberg Stiftung (j.f.); ein Marie Curie Integration Stipendium (j.f.).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
DMEM ohne NatriumpyruvatGE Life SciencesSH30022.01Kulturmedien für PhGP-Zellen
DMEM mit NatriumpyruvatGE Life SciencesSH30243.01Kulturmedien für Fibroblasten an der Schwanzspitze
StemSpan Serum Free Expansion Media (SFEM)Stem Cell Technologies9650Reprogrammierungsmedien 
Fötales Rinderserum HyCloneGE Life SciencesSH30071.03HIWachstumsfaktor
Penicillin/Streptomycin HyClone (100x)Ge Life SciencesSV30010Antiboiotische
nicht-essentielle Aminosäuren (100x)Thermo Fisher11140050SNL-Medien werden mit diesem
Trypsin HyClone (1x)ergänztGE Life SciencesSH30042.01Zelldissoziationsmittel
Mauser Stammzellfaktor (mSCF)Peprotech250-03Zu Reprogrammierungsmedium hinzugefügt
Rekombinantes Maus Il-3Peprotech213-13Zu Reprogrammierungsmedium
humanes rekombinantes Erythropoietin (hrEPO)Peprotech100-64Zu Reprogrammierungsmedium
hinzugefügt DexamethasonSigma50-02-2   Zu Reprogrammierungsmedien hinzugefügt
Gelatine aus SchweinehautSigma9000-70-8 In dH2O dissoviert und zur Beschichtung von Platten verwendet. Stellen Sie die Sterilität vor dem Gebrauch sicher.
Blasticidin S HydrochloridSigma3/9/3513Auswahl Antibiotikum. Betrifft sowohl pro- als auch eukaryotische Zellen
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS)Ge Life SciencesSH30850.03Wird zum Waschen von Schritten
verwendet PolybreneMerckTR-1003-GInfektion / Transfektion  Reagenz
FuGENE HD TransfektionsreagenzPromegaE2311Transfektionsreagenz für PhGP-Zelllinie
Millex-GP Spritzenfiltereinheit 0,22 µ mMerckSLGP033RSZur Filterung des Virusüberstands
BD Emerald InjektionsspritzeBecton DickinsonArtikelnummer: 307736Zur Filterung des Virusüberstands
100 mm KulturschaleCorning430167Zellkultur
6-Well-PlatteFalcon10799541Zellkultur
Jeweler Pinzette #5Sklar66-7642Verwendet für Umgang mit kleinen Schwanzfragmenten
Sklarlite IrisschereSklar23-1149Zum Schneiden des Schwanzes in kleine Stücke
Lineage Cell Depletion Kit, MausMiltenyi Biotec130-090-858Zur Depletion von hämatopoetischen Zellen in Fibroblastenkulturen
CD117 MikroKügelchen, MausMiltenyi Biotec130-091-224Zur Depletion von hämatopoetischen Zellen in Fibroblastenkulturen
PheonixGP-ZellenATCCCRL-3215retrovirale Verpackungszelllinie
EcoPAC-Vektor (pCL-Eco)Novus BiologicalsNBP2-29540Retroviraler Helfervektor mit Gag- und Pol-Genen
pMX-Gata1Labor kloniert
kloniert
pMX-Lmo2Im Labor kloniert
kloniert Im Labor
CellSens Standard 1.6 Software Analysesoftware für Cytospin
Im pMX-Tal1 Im Labor pMX-cMyc Im Labor geklont

Referenzen

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Nachdrucke und Genehmigungen

Tags

FibroblastenkonversionÜberexpression von TranskriptionsfaktorenGTLM-Reprogrammierungkoloniebildender AssayFACS-AnalyseqPCR-GenexpressionYFP-positive ZellenTER-119-Marker