Aquí describimos un método confiable para medir la masa mitocondrial y el potencial de membrana en células madre hematopoyéticas cultivadas ex vivo y células T.
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Aquí describimos un método confiable para medir la masa mitocondrial y el potencial de membrana en células madre hematopoyéticas cultivadas ex vivo y células T.
Un equilibrio fino de reposo, auto-renovación y diferenciación es clave para preservar la piscina de células madre hematopoyéticas (HSC) y mantener la producción de por vida de todas las células sanguíneas maduras. En los últimos años el metabolismo celular ha surgido como un regulador crucial de la función hSC y el destino. Hemos demostrado previamente que la modulación del metabolismo mitocondrial influye en el destino del HSC. Específicamente, al desacoplar químicamente la cadena de transporte de electrones pudimos mantener la función HSC en condiciones de cultivo que normalmente inducen una rápida diferenciación. Sin embargo, limitar los números de HSC a menudo impide el uso de ensayos estándar para medir el metabolismo de HSC y, por lo tanto, predecir su función. Aquí, informamos de un simple ensayo de citometría de flujo que permite la medición confiable del potencial de la membrana mitocondrial y la masa mitocondrial en células escasas como los HSC. Discutimos el aislamiento de los HSC de la médula ósea del ratón y la medición de la masa mitocondrial y el potencial de membrana después del cultivo ex vivo. Como ejemplo, mostramos la modulación de estos parámetros en hSC a través del tratamiento con un modulador metabólico. Además, ampliamos la aplicación de esta metodología en los linfocitos T derivados de la sangre periférica humana y los linfocitos infiltrantes de tumores humanos (TIL), mostrando diferencias dramáticas en sus perfiles mitocondriales, posiblemente reflejando diferentes células T Funcionalidad. Creemos que este ensayo se puede emplear en los exámenes para identificar moduladores del metabolismo mitocondrial en varios tipos de células en diferentes contextos.
Las células madre hematopoyéticas (HSC) son una pequeña población de células que residen en la médula ósea que aseguran la producción de sangre y homeostasis a lo largo de la vida útil de un organismo. Los HSC median este proceso dando lugar a progenitores que a su vez producen linajes de células sanguíneas maduras diferenciadas terminalmente a través de varias rondas de división celular y pasos de diferenciación bien orquestados1. Es importante destacar que los HSC producen su energía a través de la glucólisis anaeróbica. Por el contrario, los progenitores hematopoyéticos más comprometidos y activos cambian su metabolismo hacia el metabolismo mitocondrial2,3,4. Este estado metabólico distinto se cree para proteger los HSC sin daño celular infligido por especies reactivas de oxígeno (ROS) producidas por las mitocondrias activas, manteniendo así su función in vivo a largo plazo5,6,7,8. La medición directa del estado metabólico de HSC es desafiante y a menudo de bajo rendimiento debido a sus números limitados. Aquí, describimos un ensayo basado en citometría de flujo para la medición robusta del potencial de la membrana mitocondrial (m) utilizando fluorescencia del éster metílico de tetrametilrhodamina (TMRM), y masa mitocondrial usando una mancha mitocondrial fluorescente verde (Mitotracker Green) en HSCs. Hemos demostrado previamente que el bajo-m es un marcador funcional de buena fidelidad de los HSC9 altamente purificados y moduladores metabólicos capaces de reducir la función de mejora de los HSCs9,10. Aquí proponemos el uso de nuestro método sobre el perfilado mitocondrial de HSCs como estrategia para identificar moléculas novedosas capaces de mejorar el potencial de reconstitución sanguínea a largo plazo de los HSC.
A modo de ejemplo, demostramos que este ensayo mide de forma fiable la reducción de la HSC- m en la exposición a la vitamina B3 riboside de nicotinamida analógica (NR). En consecuencia, en nuestro estudio recientemente publicado demostramos que NR mejora fuertemente la recuperación de sangre después del trasplante en los sistemas de ratón y ratón humanizado mejorando directamente el tallo hematopoyético y las funciones progenitoras10. La capacidad de estos moduladores metabólicos es de gran valor clínico teniendo en cuenta que una tasa de mortalidad del 25% está relacionada con el retraso en la sangre y la recuperación inmune en pacientes posttrasplantes11,12.
Además, proporcionamos evidencia de que esta metodología se puede aplicar para la caracterización del perfil metabólico y la función de las células T humanas. En los últimos años, el desarrollo de la terapia celular adoptiva (ACT) utilizando linfocitos infiltrantes tumorales autólogos (TIL) se ha convertido en el enfoque más eficaz para ciertos tipos de cáncer avanzado con pronóstico extremadamente desfavorable (por ejemplo, melanoma metastásico, donde >50% de los pacientes responden al tratamiento y hasta el 24% de los pacientes tienen regresión completa)13. Sin embargo, los TIL que albergan suficiente actividad antitumoral son difíciles de generar14. La amplia proliferación y estimulación que sufren los TIL durante la expansión ex vivo causan agotamiento de los tcelulares y senescencia que perjudican dramáticamente la respuesta antitumoral de los células T15. Es importante destacar que la capacidad antitumoral de los Til está estrechamente ligada a su metabolismo16,17 y los enfoques destinados a modular el metabolismo a través de la inhibición de la vía PI3K/Akt han producido resultados alentadores18,19. Por esta razón, comparamos el número de células T derivadas de células mononucleares de sangre periférica (PBMC) y TIL derivados del paciente, y demostramos que las células T menos diferenciadas de PBMC tienen una masa mitocondrial y de células mitocondriales más baja en comparación con los TIL diferenciados terminalmente.
Prevemos que este ensayo se puede utilizar para identificar nuevos moduladores metabólicos que mejoran la función de HSC y T a través de la modulación de la función de la célula T.
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Todos los experimentos descritos en el manuscrito siguen las directrices de nuestra institución y se llevaron a cabo de acuerdo con la legislación suiza para la experimentación animal (Autorización: VD3194) y para la investigación de muestras humanas (Protocolo: 235/14; CER-VD 2017-00490)
1. Extracción de células madre hematopoyéticas
2. Cultura Ex Vivo de Células Madre Hematopoyéticas
3. Medición de la masa mitocondrial y el potencial de la membrana
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En la Figura 1 mostramos la estrategia de gating para el aislamiento de células madre hematopoyéticas de la médula ósea del ratón y el diseño de la placa para su cultivo ex vivo. La Figura 1A muestra la identificación de la fracción de linfocito en la gráfica SSC-A/FSC-A. Los dobletes fueron eliminados en la puerta singlete seguido de la identificación de células vivas por la ausencia de señal DAPI. Se identificó la población de LKS, definida po...
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Una regulación estricta de la función HSC es importante para mantener una hematopoyesis estable durante la vida útil de un organismo. Al igual que varios otros tipos de células en el cuerpo, un componente clave que contribuye a la regulación de la función HSC es el metabolismo celular. Estudios previos de nuestro laboratorio9 y otros2,3 han implicado la importancia de las mitocondrias en el mantenimiento de un estado metabólico distinto en...
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Algunos elementos de este trabajo se han presentado como solicitud P1828EP00 a la Oficina Europea de Patentes.
Agradecemos al Fondo de Citometría de Flujo de la UNIL su apoyo, especialmente al Dr. Romain Bedel. Este trabajo fue apoyado por la fundación Kristian Gerhard Jebsen a N.V y O.N.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Tubos FACS de 5 mL Falcon | 352235 Preparación | ||
| de muestras Placa inferior de 96-U | Corning | 3799 | Cultivo celular |
| Separador AutoMACS pro | Miltenyi Biotec | Automático Separación celular | |
| BD FACS AriaIII | Becton and Dickinson | Clasificación celular | |
| BD IMag Kit de enriquecimiento de células progenitoras hematopoyéticas | de ratón BD | 558451 | Agotamiento del linaje |
| BD LSRII | Becton and Dickinson | Máquina de adquisición FACS | |
| BD-DIVA | Becton and Dickinson | Software de adquisición | |
| CD150 PE | Biolegend | 115904 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| CD150 PE-Cy5 | Biolegend | 115912 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| CD48 PB | Biolegend | 103418 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| Centrífuga- 5810R | Centrífuga | Eppendorf | |
| Ckit PeCy7 | Biolegend | 105814 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| Flow jo | FlowJo LLC | FACS Software de análisis | |
| GraphPad-Prism | GraphPad | Trazando datos en gráficos | |
| Mitotracker Green | Invitrogen | M7514 | Tinción mitocondrial verde fluorescente para medir la masa mitocondrial; concentración de trabajo = 100 nM; concentración de stock = 1 mM |
| Ribósido de nicotinamida (NR) | Sintetizado a medida en casa | Modulador metabólico; concentración de trabajo = 500 µ M; concentración de existencias = 50 mM | |
| PBS | CHUV | Preparación de tampones; concentración de trabajo = 1x; concentración de existencias = 1x | |
| Pen-Strep (P/S) | Life technologies | 15140122 | Cultivo ex vivo; concentración de trabajo = 1x; concentración de existencias = 1x |
| Tampón de lisis RBC | Biolegend | 420301 | Lisis Glóbulos rojos; concentración de trabajo = 1x; concentración de stock = 10x |
| ligando recombinante Flt-3 de ratón (FLT3) | RnD | 427-FL-005/CF | Cultivo ex vivo; concentración de trabajo = 2 ng/mL; concentración de stock = 10 µ g/mL |
| Factor recombinante de células madre de ratón (SCF) | RnD | 455-MC-010/CF | Cultivo ex vivo; concentración de trabajo = 100 ng/mL; concentración de existencias = 50 µ g/mL |
| Sca1 APC | Thermo Fisher Scientific | 17-5981-82 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| StemlineII Medio de expansión de células madre hematopoyéticas | SIGMA | S0192 | Cultivo ex vivo |
| Estreptavidina Pac naranja | Life Technologies | S32365 | Mezcla de tinción de anticuerpos |
| Streptavidin Tx red | Life Technologies | S872 | Mezcla |
| de tinción de anticuerposTMRM | Invitrogen | T668 | Tinción del potencial de membrana mitocondrial; concentración de trabajo = 200 nM; concentración de stock = 10 mM |
| EDTA | Invitrogen | 15575-038 | ultra puro Preparación de tampón; concentración de trabajo = 0,5 M; concentración de stock = 1 mM |
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