Presentamos un protocolo paso a paso para el aislamiento de células madre hematopoyéticas a largo plazo (LT-HSCs) y HSCs a corto plazo (ST-HSCs) utilizando el sistema reportero Hoxb5.
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Artículo de método
Presentamos un protocolo paso a paso para el aislamiento de células madre hematopoyéticas a largo plazo (LT-HSCs) y HSCs a corto plazo (ST-HSCs) utilizando el sistema reportero Hoxb5.
La capacidad de autorrenovación y el potencial de diferenciación multilinaje se consideran generalmente como las características definitorias de las células madre hematopoyéticas (HSC). Sin embargo, numerosos estudios han sugerido que existe heterogeneidad funcional en el compartimento HSC. Análisis recientes de células individuales han reportado clones de HSC con diferentes destinos celulares dentro del compartimento HSC, que se conocen como clones de HSC sesgados. Los mecanismos subyacentes a los resultados heterogéneos o poco reproducibles son poco conocidos, especialmente con respecto a la duración de la autorrenovación cuando las fracciones purificadas de HSC se trasplantan mediante inmunotinción convencional. Por lo tanto, establecer un método de aislamiento reproducible para las HSC a largo plazo (LT-HSC) y las HSC a corto plazo (ST-HSC), definido por la duración de su autorrenovación, es crucial para superar este problema. Mediante el cribado imparcial de varios pasos, identificamos un factor de transcripción, Hoxb5, que puede ser un marcador exclusivo de LT-HSC en el sistema hematopoyético de ratón. Con base en este hallazgo, establecimos una línea de ratón reportero Hoxb5 y aislamos con éxito LT-HSC y ST-HSC. Aquí describimos un protocolo detallado para el aislamiento de LT-HSC y ST-HSC utilizando el sistema informador Hoxb5 . Este método de aislamiento ayudará a los investigadores a comprender mejor los mecanismos de autorrenovación y la base biológica de dicha heterogeneidad en el compartimento HSC.
Las células madre hematopoyéticas (HSC), que poseen capacidad de autorrenovación y multipotencia, residen en el ápice de la jerarquía hematopoyética 1,2. En 1988, Weissman y sus colegas demostraron por primera vez que el aislamiento de las HSC de ratón podría lograrse utilizando la citometría de flujo3. Posteriormente, se informó que una fracción definida por una combinación de marcadores de superficie celular, Lineage−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/loFlk2−, contenía todas las HSCs en ratones 4,5,6,7,8.
Las HSC inmunofenotípicamente definidas (Linaje−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/loFlk2−) (en adelante, pHSCs) se consideraban previamente funcionalmente homogéneas. Sin embargo, análisis unicelulares recientes han revelado que las pHSCs todavía exhiben heterogeneidad con respecto a su capacidad de autorrenovación9,10 y multipotencia11,12. Específicamente, dos poblaciones parecen existir en la fracción pHSC con respecto a su capacidad de autorrenovación: las células madre hematopoyéticas a largo plazo (LT-HSCs), que tienen capacidad de auto-renovación continua, y las células madre hematopoyéticas a corto plazo (ST-HSCs), que tienen capacidad de auto-renovación transitoria 9,10.
Hasta la fecha, los mecanismos moleculares de la capacidad de autorrenovación que distinguen las LT-HSC y las ST-HSC siguen siendo poco conocidos. Es crucial aislar ambas poblaciones celulares en función de sus capacidades de autorrenovación y descubrir los mecanismos moleculares subyacentes. También se han introducido varios sistemas de notificación para purificar LT-HSC13,14,15; sin embargo, la pureza LT-HSC definida por cada sistema informador es variable, y hasta la fecha no se ha logrado una purificación exclusiva de LT-HSC.
Por lo tanto, el desarrollo de un sistema de aislamiento para LT-HSC y ST-HSC acelerará la investigación sobre la capacidad de autorrenovación en la fracción pHSC. En el aislamiento de LT-HSCs y ST-HSCs, un estudio que utilizó cribado imparcial de múltiples pasos identificó un solo gen, Hoxb5, que se expresa heterogéneamente en la fracción pHSC16. Además, el análisis de médula ósea de los ratones reporteros Hoxb5 reveló que aproximadamente el 20% -25% de la fracción pHSC consiste en célulasPos Hoxb5. Un ensayo de trasplante competitivo utilizando Hoxb5 pos pHSCs y Hoxb5 neg pHSCs reveló que solo Hoxb5pos pHSCs poseen capacidad de auto-renovación a largo plazo, mientras que Hoxb5neg pHSCs pierden su capacidad de auto-renovación en un corto período de tiempo, indicando que Hoxb5 identifica LT-HSCs en la fracción pHSC16.
Aquí, demostramos un protocolo paso a paso para aislar LT-HSC y ST-HSC utilizando el sistema informador Hoxb5 . Además, presentamos un ensayo de trasplante competitivo para evaluar la capacidad de autorrenovación de las pHSC Hoxb5pos/neg (Figura 1). Este sistema reportero Hoxb5 nos permite aislar prospectivamente LT-HSCs y ST-HSCs y contribuye a la comprensión de las características específicas de LT-HSC.
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Todos los experimentos con animales descritos fueron aprobados por el Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas.
1. Preacondicionamiento de los ratones receptores
2. Recolección de las células de la médula ósea del donante
3. Separación de las células c-kit+ mediante clasificación magnética
4. Tinción de células madre hematopoyéticas
5. Apoyo a la preparación celular
6. Hoxb5pos o Hoxb5neg pHSC clasificación
7. Trasplante
8. Análisis de sangre periférica
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Anteriormente, la capacidad de autorrenovación se ha medido mediante ensayos de trasplante competitivos, en los que se cree que las HSC del donante conservan su capacidad de autorrenovación solo si se observan células donantes de múltiples linajes en la sangre periféricareceptora 17. Además, varios relatos definen las LT-HSC como células que continúan produciendo células de sangre periférica varios meses después del segundo trasplante de médula ósea10,18
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Tradicionalmente, las HSC definidas por marcadores de superficie celular se han preparado para estudiar las funciones de las HSC, como la capacidad de autorrenovación y la potencia múltiple 19,20,21. Sin embargo, la fracción HSC inmunofenotípicamente definida (Linaje−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/lo Flk2−) contiene dos poblaciones discretas de HSC: LT-HSCs y ST-HSCs
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Los autores declaran que no hay conflictos de intereses asociados con este estudio.
Agradecemos a Hiroshi Kiyonari por el cuidado de los animales y por proporcionar ratones receptores en RIKEN BDR, así como a Hitomi Oga, Kayoko Nagasaka y Masaki Miyahashi por la gestión del laboratorio en la Universidad de Kobe. Los autores también aprecian enormemente el apoyo continuo a este trabajo. Masanori Miyanishi fue apoyado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI Grant Numbers JP17K07407 y JP20H03268, The Mochida Memorial Foundation for Medical and Pharmaceutical Research, The Life Science Foundation of Japan, The Takeda Science Foundation, The Astellas Foundation for Research on Metabolic Disorders, y AMED-PRIME, AMED bajo el número de subvención JP18gm6110020. Taro Sakamaki cuenta con el apoyo de los números de subvención JSPS KAKENHI JP21K20669 y JP22K16334 y cuenta con el apoyo de el JSPS Core-to-Core Program y el RIKEN Junior Research Associate Program. Katsuyuki Nishi fue apoyado por JSPS Número de subvención KAKENHI JP18J13408.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 0,2 mL tira de 8 tubos, tapón de cúpula | SSIbio | 3230-00 | |
| 0,5M EDTA pH 8,0 | Iinvtrogen | AM9260G | |
| 100 µ m Filtro de células | Falcon | 352360 | |
| 30G jeringa de insulina | BD 326668 | ||
| 40 µ m Filtro de células | Falcon | 352340 | |
| 5 mL Tubo de ensayo de poliestireno de fondo redondo, con filtro de células Tapón a presión | FALCON | 352235 | |
| 7-AAD Solución de tinción de viabilidad | BioLegend | 420404 | |
| 96 pocillos U-Bottom | FALCON | 351177 | |
| Anti-APC-MicroBeads | Milteny biotec | 130-090-855 | |
| Aspirador con trampa matraz | Biosan | FTA-1 | |
| B220-Alexa Fluor 700 (RA3-6B2) | BioLegend | 103232 | |
| B220-Biotina (RA3-6B2) | BioLegend | 103204 | |
| B220-BV786 (RA3-6B2) | BD Biosciences | 563894 | |
| B6. Ratones congénitos CD45.1 | Sankyo Labo Service | N/A | |
| Baytril 10% | BAYER | 341106546 | |
| BD FACS Aria II sistema de pedido especial | BD | N/A | |
| Tampón antimanchas brillante | BD | 566349 | |
| CD11b-Alexa Fluor 700 (M1/70) | BioLegend | 101222 | |
| CD11b-Biotina (M1/70) | BioLegend | 101204 | |
| CD11b-BUV395 (M1/70) | BD Biosciences | 563553 | |
| CD11b-BV711 (M1/70) | BD Biosciences | 563168 | |
| CD127-Alexa Fluor 700 (A7R34) | Invitrogen | 56-1271-82 | |
| CD150-BV421 (TC15-12F12.2) | BioLegend | 115943 | |
| CD16/CD32-Alexa Fluor 700 (93) | Invitrogen | 56-0161-82 | |
| CD34-Alexa Fluor 647 (RAM34) | BD Biosciences | 560230 | |
| CD34-FITC (RAM34) | Invitrogen | 11034185 | |
| CD3-Alexa Fluor 700 (17A2) | BioLegend | 100216 | |
| CD3&épsilon; -Biotina (145-2C11) | BioLegend | 100304 | |
| CD3&épsilon; -BV421 (145-2C11) | BioLegend | 100341 | |
| Ratones congénitos CD45.1/CD45.2 | N/A | /A | Criados en nuestro laboratorio |
| CD45.1-FITC (A20) | BD Biosciences | 553775 | |
| CD45.2-PE (104) | BD Biosciences | 560695 | |
| CD4-Alexa Fluor 700 (GK1.5) | BioLegend | 100430 | |
| CD4-Biotina (GK1.5) | BioLegend | 100404 | |
| CD8a-Alexa Fluor 700 (53-6.7) | BioLegend | 100730 | |
| CD8a-Biotina (53-6.7) | BioLegend | 100704 | |
| Tubo de Centrífuga 15ml | NICHIRYO | 00-ETS-CT-15 | |
| Tubo de centrífuga 50ml | NICHIRYO | 00-ETS-CT-50 | |
| c-Kit-APC-eFluor780 (2B8) | Invitrogen | 47117182 | |
| D-PBS (-) sin Ca y Mg, líquido | Nacalai | 14249-24 | |
| Suero Fetal Bovino | Thermo Fisher | 10270106 | |
| Flk2-PerCP-eFluor710 (A2F10) | eBioscience | 46135182 | |
| FlowJo versión 10 | BD Biosciences | ||
| Gmmacell 40 Exactor | Mejor Teratrónica | N/A | |
| Gr-1-Alexa Fluor 700 (RB6-8C5) | BioLegend | 108422 | |
| Gr-1-Biotin (RB6-8C5) | BioLegend | 108404 | |
| Hoxb5-tri-mRatones Cherry (C57BL/6J fondo) | N/A | N/A | Criado en nuestro laboratorio |
| IgG a partir de suero de rata, grado técnico, >=80% (SDS-PAGE), solución acuosa tamponada | Sigma-Aldrich | I8015-100MG | |
| isoflurano | Pfizer | 4987-114-13340-3 | |
| Toallitas Kimwipes S200 | PAPEL NIPPON CRECIA | 6-6689-01 | |
| LS Columnas | Milteny biotec | 130-042-401 | |
| Tampón de lisis | BD | 555899 | |
| MACS MultiStand | Milteny biotec | 130-042-303 | |
| Microplaca para cultivo de tejidos (para célula de adhesión) 6Well | IWAKI | 3810-006 | |
| Separador MidiMACS | Milteny biotec | 130-042-302 | |
| Jaulas para tartas de ratón | Natsume Seisakusho | KN-331 | |
| Centrífuga refrigerada multiusos | TOMY | EX-125 | |
| NARCOBIT-E (II) | Natsume Seisakusho | KN-1071-I | |
| NK-1.1-PerCP-Cy5.5 (PK136) | BioLegend | 108728 | |
| Solución mixta de penicilina-estreptomicina | nacalai | 26253-84 | |
| Mortero de porcelana φ 120mm con Pestle | Asone | 6-549-03 | |
| Tubo LoBind de Proteínas 1.5 mL | Eppendorf | 22431081 | |
| Sca-I-BUV395 (D7) | BD Biosciences | 563990 | |
| Hoja de bisturí de acero inoxidable | FastGene | FG-B2010 | |
| Streptavidin-BUV737 | BD Biosciences | 612775 | |
| SYTOX-red | Invitrogen | S34859 | |
| Restricción de venas de cola para ratones estándar | Braintree | TV-150 STD | |
| TCRb-BV421 (H57-597) | BioLegend | 109230 | |
| Ter-119-Alexa Fluor 700 (TER-119) | BioLegend | 116220 | |
| Ter-119-Biotina (TER-119) | BioLegend | 116204 | |
| Terumo 5ml Jeringa Concéntrica Luer-Slip | TERUMO | SS-05LZ | |
| Terumo Aguja Hipodérmica 23G x 1 | TERUMO | NN-2325-R |
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