Cette étude décrit une méthode pour isoler des vésicules extracellulaires enrichies en exosomes porteuses de facteurs de stimulation des colonies de macrophages granulocytaires immunostimulants à partir de cellules souches embryonnaires.
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Article de méthode
Cette étude décrit une méthode pour isoler des vésicules extracellulaires enrichies en exosomes porteuses de facteurs de stimulation des colonies de macrophages granulocytaires immunostimulants à partir de cellules souches embryonnaires.
Les cellules souches embryonnaires (CSE) sont des cellules souches pluripotentes capables de s’auto-renouveler et de se différencier en tous types de cellules embryonnaires. Comme beaucoup d’autres types de cellules, les CSE libèrent de petites vésicules membranaires, telles que des exosomes, dans l’environnement extracellulaire. Les exosomes servent de médiateurs essentiels de la communication intercellulaire et jouent un rôle fondamental dans de nombreux processus (patho)physiologiques. Le facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages (GM-CSF) fonctionne comme une cytokine pour moduler la réponse immunitaire. La présence de GM-CSF dans les exosomes a le potentiel de renforcer leur fonction immunorégulatrice. Ici, gm-CSF a été surexprimé de manière stable dans la lignée cellulaire murine ESC ES-D3. Un protocole a été développé pour isoler des vésicules extracellulaires (VE) enrichies en exosomes de haute qualité à partir de cellules ES-D3 surexprimant le GM-CSF. Les véhicules électriques isolés enrichis en exosomes ont été caractérisés par une variété d’approches expérimentales. Il est important de se trouver des quantités importantes de GM-CSF dans les véhicules électriques enrichis en exosomes. Dans l’ensemble, les VE enrichis en exosomes porteurs de GM-CSF provenant de CES pourraient fonctionner comme des vésicules sans cellules pour exercer leurs activités immunorégulatrices.
Les CSE sont dérivés du stade de blastocyste d’un embryon préimplantatoire1. En tant que cellules souches pluripotentes, les CSE ont la capacité de s’auto-renouveler et de se différencier en tout type de cellule embryonnaire. En raison de leur potentiel de développement remarquable et de leur capacité proliférative à long terme, les CES sont extrêmement précieux pour la recherche biomédicale1. Les efforts de recherche actuels se sont largement concentrés sur le potentiel thérapeutique des CSE pour une variété de troubles pathologiques majeurs, y compris le diabète, les maladies cardiaques et les maladies neurodégénératives2,3,4.
Les cellules de mammifères, y compris les CSE, sont connues pour libérer des vésicules de tailles variables dans l’environnement extracellulaire, et ces VE possèdent de nombreuses fonctions physiologiques et pathologiques en raison de leur rôle dans la communication intercellulaire5. Parmi les différents sous-types de VE, les exosomes sont de petites vésicules membranaires libérées par divers types de cellules dans l’espace extracellulaire lors de la fusion de compartiments endocytaires intermédiaires, de corps multivésiculaires (M MVB), avec la membraneplasmique 6. Il a été rapporté que les exosomes médient la communication intercellulaire et sont impliqués de manière critique dans de nombreux processus (patho)physiologiques7,8. Les exosomes héritent de certaines fonctions biologiques de leurs propres cellules parentales, car les exosomes contiennent des matériaux biologiques acquis à partir du cytosol, y compris des protéines et des acides nucléiques. Ainsi, les antigènes associés ou les facteurs stimulant la réponse immunitaire spécifique à une maladie donnée sont encapsulés dans les exosomes de types particuliers de cellules9. Cela a ouvert la voie à des essais cliniques explorant les exosomes dérivés de tumeurs en tant que vaccin anticancéreux10.
Gm-CSF est une cytokine sécrétée par différents types de cellules immunitaires11. De nouvelles preuves démontrent que le GM-CSF active et régule le système immunitaire et joue un rôle essentiel dans le processus de présentation de l’antigène12. Par exemple, un rapport clinique suggère que le GM-CSF stimule la réponse immunitaire aux tumeurs en tant qu’adjuvantvaccinal 13. Plusieurs stratégies d’immunothérapie du cancer à base de GM-CSF pour exploiter la puissante activité immunostimulatrice du GM-CSF ont été étudiées dans des essais cliniques14. Parmi ceux-ci, un vaccin anticancéreux composé de cellules tumorales sécrérant du GM-CSF irradiées s’est révélé prometteur chez les patients atteints de mélanome avancé en induisant des réponses antitumorales cellulaires et humorales et une nécrose ultérieure dans les tumeurs métastasées15.
Parce que les exosomes dérivés des CSE possèdent des activités biologiques similaires à celles des CES d’origine, peut-être que les exosomes porteurs de GM-LCR des CES pourraient fonctionner comme des vésicules sans cellules pour réguler la réponse immunitaire. Dans cet article, une méthode détaillée pour produire des VÉHICULES enrichis en exosomes de haute qualité à partir de CES exprimant gm-CSF est décrite. Ces VE enrichis en exosomes ont le potentiel de servir de vésicules immunorégulatrices pour moduler la réponse immunitaire.
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1. Cultiver des cellules ES-D3
2. Génération de plasmide d’expression GM-CSF
REMARQUE: Générer le plasmide de transfection pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP pour surexprimer GM-CSF dans les cellules ES-D3. Dans ce plasmide, l’expression de l’ADNc GM-CSF murin avec la protéine marqueur humanisée Renilla reniformis GFP (hrGFP) est entraînée par le promoteur du facteur d’élongation de la chaîne polypeptidique humaine 1α (EF1α)17,18.
3. Génération de cellules ES-D3 surexprimant GM-CSF
REMARQUE: Transfecter les cellules ES-D3 avec le plasmide pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP pour surexprimer GM-CS. Cotransfecter le plasmide pBabe-Neo dans les cellules ES-D3 pour faciliter la sélection des cellules transfectées de manière stable18,20.
4. Isolement des vésicules extracellulaires enrichies en exosomes
5. Caractérisation des vésicules extracellulaires enrichies en exosomes par microscopie électronique à transmission
REMARQUE: Étudier la composition et la structure des VE enrichis en exosomes isolés des CES à l’aide de la microscopie électronique à transmission (TEM)5.
6. Évaluation des vésicules extracellulaires enrichies en exosomes par analyse par transfert de Western
7. Détermination des concentrations de GM-LCR dans les vésicules extracellulaires enrichies en exosomes par ELISA
REMARQUE: Évaluer les quantités de GM-CSF dans les VE enrichis en exosomes par ELISA à l’aide d’un kit pour le GM-CSF murin, en suivant le protocole du fabricant avec quelques modifications.
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Gm-CSF est surexprimé dans les ESC murins.
Pour surexprimer de manière stable le GM-CSF dans les cellules ES-D3, l’ADNc GM-CSF murin a été cloné dans un vecteur de transfection pour générer le vecteur d’expression pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP (Figure 1A). Le GM-CSF a été surexprimé dans les cellules ES-D3 par transfection, et environ 20% des cellules ES-D3 transfectées transitoirement étaient GFP-positives. Des clones cellulai...
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Cette étude montre une méthode très efficace de production de VE enrichis en exosomes portant la protéine immunostimulatrice GM-CSF, qui peut être utilisée pour étudier les effets immunomodulateurs des VE enrichis en exosomes. Plusieurs études suggèrent que les exosomes présentent des fonctions immunorégulatrices etantitumorales 22. Ainsi, les exosomes des CSE exprimant le GM-CSF pourraient également posséder des activités biologiques qui régulent la réponse immunitaire. Dans ce protocole, le GM-C...
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Kavitha Yaddanapudi, Chi Li et John W. Eaton ont déposé une demande de brevet aux États-Unis « Compositions comprenant des exosomes dérivés de cellules souches embryonnaires modifiées et leurs méthodes d’utilisation ».
Nous sommes reconnaissants à M. Arkadiusz Slusarczyk et au Kentucky Biomedical Research Infrastructure Network (KBRIN, P20GM103436) d’avoir acquis des images au microscope électronique à transmission. Ce travail a été soutenu en partie par des subventions des NIH AA018016-01 (J.W.E.), du Commonwealth of Kentucky Research Challenge Trust Fund (J.W.E.), des NIH CA106599 et CA175003 (C.L.), nih CA198249 (K.Y.) et Free to Breathe Research Grant (K.Y.).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Phosphate alcalin, Veau Intestinal | New England Biolabs | M0290S | Plasmide d’ADN déphosphorylant |
| anti-Annexine V mAb | Santa Cruz Clone biotechnologique | H-3, sc-74438 | Western blot, RRID :AB_1118989 |
| anti-CD81 mAb | Santa Cruz Clone biotechnology | B-11, sc-166029 | Western blot, RRID :AB_2275892 |
| anti-cytochrome c mAb | Santa Cruz Clone biotechnologique | A-8, sc-13156 | Western blot, RRID :AB_627385 |
| anti-Flotilline-1 mAb | Santa Cruz Clone biotechnologique | C-2 ; sc-74566 | Western blot, RRID :AB_2106563 |
| anti-GAPDH pAb | Rockland | 600-401-A33S | Western blot, RRID :AB_11182910 |
| anti-souris IgG de chèvre, conjugué à la peroxydase | Thermo Fisher | 31430 | Western blot, RRID :AB_228307 |
| anticorps anti-Oxphos COX IV-sous-unité IV mAb | Thermo Fisher | clone 20E8C12 A21348 | Western blot, RRID :AB_221509 |
| anti-disulfure isomérase (PDI) protéique pAb | Enzo | ADI-SPA-890 | Western blot, RRID :AB_10616242 |
| IgG anti-lapin, chèvre, conjuguée à la peroxydase | Thermo Fisher | 31460 | Western blot, RRID :AB_228341 |
| BCA (acide bicinchoninique) | test Thermo Fisher | 23223 | Détermination des concentrations en protéines |
| Bis-Tris PAGE Gel, ExpressPlus, 4-20 % | Genscript | M42015 | blot |
| Carbenicilline, sel disodique | Thermo Fisher | 10177012 | Sélection des colonies de E. coli |
| Centrifugeuse, Avanti J-26 XPI | Beckman Coulter | Centrifugeuse à basse vitesse | |
| Rotor de centrifugeuse, JA-10 | Beckman Coulter | 09U1597 | Centrifugation à basse vitesse |
| Flacon centrifuge, Nalgene PPCO Thermo | Fisher | 3120-0500PK | Centrifugation à basse vitesse |
| Grilles de Cu avec film support en carbone | Microscopie électronique Sciences | FF200-Cu | Acquisition d’images de microscopie électronique |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101 | Digérer le plasmide d’ADN |
| Chimiluminescence améliorée système de détection | Thermo Fisher | 32106 | Western blot |
| FACScytomètre en flux Calibur | Becton Dickinson | Examen des niveaux de GFP des cellules ES-D3 | |
| Sérum fœtal bovin | ATCC | SCRR-30-2020 | Milieu pour cellules ES-D3 |
| Crépines à cellules stériles Fisherbrand ; Taille de maille : 40&mu ; m | Thermo Fisher | 22-363-547 | Filtrage des cellules ES-D3 pour le tri FACS |
| Gélatine (0,1 %) | Thermo Fisher | ES006B | Culture des cellules GM-CSF |
| KIT ELISA | Thermo Fisher | 88733422 | Détermination des concentrations de GM-CSF |
| KnockOut Dulbecco' s Aigle modifié' s Medium | Thermo Fisher | 10-829-018 | Medium pour cellules ES-D3 |
| Facteur inhibiteur de la leucémie Thermo | Fisher | ESG1106 | Medium pour cellules ES-D3 |
| L-glutamine | VWR | VWRL0131-0100 | Medium pour cellules ES-D3 |
| Réactif de transfection Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher | 11668019 | Transfecting ES-D3 |
| Lecteur de microplaques, PowerWave XS | BioTek | Détermination des concentrations de GM-CSF | |
| Trieur de cellules à grande vitesse MoFlo XDP | Beckman Coulter | Isolement de clones de cellules ES-D3 | |
| uniques NEB 5-alpha E. coli compétent | New England Biolabs | C2988J | Génération du plasmide d’expression de GM-CSF |
| Néomycine | Thermo Fisher | 10-131-035 | Sélection de clones ES-D3 |
| Acides | aminés non essentielsThermo Fisher | SH3023801 | Medium pour cellules ES-D3 |
| Lait écrémé en poudre | Thermo Fisher | NC9022655 | Western blot |
| Opti-MEM I Sérum réduit Thermo | Fisher | 31985062 | Transfectation des cellules ES-D3 |
| Paraformaldéhyde | Microscopie électronique Sciences | 15710 | Acquisition d’images de microscopie électronique |
| Pénicilline/streptomycine | VWR | sc45000-652 | Milieu pour cellules ES-D3 |
| Plasmide pEF1a-FD3ER-IRES-hrGFP | Addgene | 37270 | Génération du plasmide d’expression GM-CSF |
| membranes PVDF | Millipore EMD | IPVH00010 | Western blot |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | QIAGEN | 27106 | Génération du plasmide d’expression GM-CSF |
| QIAquick Gel Extraction Kit (50) | QIAGEN | 28704 | Génération du plasmide d’expression GM-CSF |
| Kit de ligature rapide | New England Biolabs | M2200S | Génération du plasmide d’expression GM-CSF |
| Microscope électronique à transmission | Hitachi | HT7700 | Acquisition d’images de microscopie électronique |
| Trypsine | VWR | 45000-660 | Culture de cellules ES-D3 |
| Ultracentrifugeuse, OptimaTM L-100 XP | Beckman Coulter | High Centrifugeuse à grande vitesse | |
| Rotor d’ultracentrifugeuse, 45Ti | Beckman Coulter | 09U4454 | Centrifugation à grande vitesse |
| Bouteille en polycarbonate à ultracentrifugeuse | Beckman Coulter | 355622 | Centrifugation à grande vitesse |
| UranyLess solution de coloration | Microscopie électronique Sciences | 22409 | Acquisition d’images de microscopie électronique |
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