Ici nous décrivons une méthode fiable pour mesurer la masse mitochondriale et le potentiel de membrane dans les cellules souches hématopoïétiques et les cellules T cultivées ex vivo.
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Ici nous décrivons une méthode fiable pour mesurer la masse mitochondriale et le potentiel de membrane dans les cellules souches hématopoïétiques et les cellules T cultivées ex vivo.
Un bel équilibre de quiescence, d'auto-renouvellement et de différenciation est essentiel pour préserver le bassin de cellules souches hématopoïétiques (HSC) et maintenir la production à vie de toutes les cellules sanguines matures. Ces dernières années, le métabolisme cellulaire a émergé comme un régulateur crucial de la fonction HSC et le destin. Nous avons précédemment démontré que la modulation du métabolisme mitochondrial influence le destin de HSC. Plus précisément, en découplant chimiquement la chaîne de transport d'électrons, nous avons pu maintenir la fonction HSC dans des conditions de culture qui induisent normalement une différenciation rapide. Cependant, la limitation des nombres de HSC empêche souvent l'utilisation des essais standard pour mesurer le métabolisme de HSC et donc prévoir leur fonction. Ici, nous rapportons un essai simple de cytométrie de flux qui permet la mesure fiable du potentiel de membrane mitochondrique et de la masse mitochondrique dans les cellules rares telles que HSCs. Nous discutons l'isolement des HSCde de la moelle osseuse de souris et la mesure de la masse mitochondriale et de la culture post ex vivo potentielle de membrane. Par exemple, nous montrons la modulation de ces paramètres dans les HSC par le traitement avec un modulateur métabolique. En outre, nous étendons l'application de cette méthodologie sur les lymphocytes T périphériques humains dérivés du sang et les lymphocytes infiltrants de tumeur humaine (TILs), montrant des différences dramatiques dans leurs profils mitochondriaux, reflétant probablement différentes cellules T Fonctionnalité. Nous croyons que cet analyse peut être employé dans les criblages pour identifier des modulateurs du métabolisme mitochondrique dans différents types de cellules dans différents contextes.
Les cellules souches hématopoïétiques (HSC) sont une petite population de cellules résidant dans la moelle osseuse assurant la production sanguine et l'homéostasie tout au long de la vie d'un organisme. Les HSC font la médiation de ce processus en donnant naissance à des progéniteurs qui, à leur tour, produisent des lignées de cellules sanguines matures différenciées en phase terminale par plusieurs cycles de division cellulaire et des étapes de différenciation bien orchestrées1. Fait important, les HSC produisent leur énergie par glycolyse anaérobie. En revanche, les progéniteurs hématopoïétiques plus engagés et actifs commutent leur métabolisme vers le métabolisme mitochondrial2,3,4. Cet état métabolique distinct est censé protéger les HSC contre les dommages cellulaires infligés par les espèces réactives d'oxygène (ROS) produites par les mitochondries actives, maintenant ainsi leur fonction in vivo à long terme5,6,7,8. La mesure directe de l'état métabolique de HSC est provocante et souvent faible débit en raison de leur nombre limité. Ici, nous décrivons un essai basé sur la cytométrie d'écoulement pour la mesure robuste du potentiel de membrane mitochondriale (M) utilisant la fluorescence de méthyle de méthylàure de térameramethylrhodamine (TMRM), et la masse mitochondrique utilisant une tache mitochondriale fluorescente verte (Mitotracker Vert) dans HSCs. Nous avons déjà démontré que le bas -m est un marqueur fonctionnel de bonne foi des HSC fortement purifiés9 et des modulateurs métaboliques capables d'abaisser la fonction d'amélioration de HSCs9,10. Ici nous proposons l'utilisation de notre méthode sur le profilage mitochondrial de HSCs comme stratégie pour identifier de nouvelles molécules capables d'améliorer le potentiel à long terme de reconstitution de sang des HSC.
À titre d'exemple, nous démontrons que cet analyse mesure de façon fiable l'abaissement de HSC'm lors de l'exposition à la vitamine B3 analog nicotinamide riboside (NR). En conséquence, dans notre étude récemment éditée nous démontrons que NR améliore fortement la posttransplantation de récupération de sang dans les systèmes de souris et humanisés de souris en améliorant directement les fonctions hématopoïétiques de tige et d'ancêtre10. La capacité de ces modulateurs métaboliques est d'une grande valeur clinique considérant qu'un taux de mortalité de 25% est lié au retard dans le sang et à la récupération immunisée dans les patients posttransplantés11,12.
En outre, nous fournissons la preuve que cette méthodologie peut être appliquée pour la caractérisation du profil métabolique et de la fonction des lymphocytes T humains. Ces dernières années, le développement de la thérapie cellulaire adoptive (ACT) utilisant des lymphocytes infiltrants de tumeur autologue (TILs) est devenu l'approche la plus efficace pour certains types de cancer avancé avec le pronostic extrêmement défavorable (par exemple, mélanome métastatique, où 'gt;50% de patients répondent au traitement et jusqu'à 24% de patients ont la régression complète)13. Cependant, les TILs hébergeant une activité antitumorale suffisante sont difficiles à générer14. La prolifération et la stimulation étendues que les TILs subissent pendant l'expansion ex vivo causent l'épuisement et la sénescence de cellules T qui altèrent considérablement la réponse antitumorale de cellule T15. Fait important, la capacité antitumorale des TIL est étroitement liée à leur métabolisme16,17 et les approches visant à moduler le métabolisme par l'inhibition de la voie PI3K/Akt ont produit des résultats encourageants18,19. Pour cette raison, nous comparons les cellules T dérivées de cellules mononucléaires sanguines périphériques (PBMC) et de TIL dérivées du patient, et montrons que les lymphocytes T moins différenciés dérivés de PBMC ont une masse inférieure et mitochondriale par rapport aux TIL différenciés en phase terminale.
Nous envisageons que cet analyse peut être utilisé pour identifier de nouveaux modulateurs métaboliques qui améliorent la fonction HSC et les lymphocytes T par la modulation de l'amon.
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Toutes les expériences décrites dans le manuscrit suivent les directives de notre institution et ont été réalisées conformément au droit suisse pour l'expérimentation animale (Autorisation: VD3194) et pour la recherche portant sur des échantillons humains (Protocole: 235/14; CER-VD 2017-00490)
1. Extraction hématopoïétique des cellules souches
2. Ex Vivo Culture of Hematopoietic Stem Cells
3. Mesure de la masse mitochondriale et du potentiel membranaire
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Dans la figure 1, nous montrons la stratégie de gating pour l'isolement des cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse de la souris et la disposition de la plaque pour leur culture ex vivo. La figure 1A montre l'identification de la fraction de lymphocyte dans la parcelle SSC-A/FSC-A. Les doublets ont été enlevés dans la porte de singlet suivie par l'identification des cellules vivantes par l'absence du signal de DAPI. La population ...
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Une régulation serrée de la fonction HSC est importante pour maintenir l'hématopoiesis stable pendant la vie d'un organisme. Comme divers autres types de cellules dans le corps, un composant clé qui contribue à la régulation de la fonction HSC est le métabolisme cellulaire. Des études antérieures de notre laboratoire9 et d'autres2,3 ont impliqué l'importance des mitochondries dans le maintien d'un état métabolique distinct dans les HSC. En...
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Certains éléments de ce travail ont été soumis à la demande P1828EP00 à l'Office européen des brevets.
Nous remercions l'UNIL Flow Cytometry Core Facility pour son soutien, en particulier le Dr Romain Bedel. Ce travail a été soutenu par la subvention de la fondation Kristian Gerhard Jebsen à N.V et O.N.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Tubes FACS de 5 mL | Falcon | 352235 | Préparation d’échantillons |
| Plaque inférieure 96-U | Corning | 3799 | Culture cellulaire |
| Séparateur AutoMACS pro | Miltenyi Biotec | Séparation automatique | |
| des cellules BD FACS AriaIII | Becton et Dickinson | Tri cellulaire | |
| BD IMag souris progéniteur hématopoïétique kit d’enrichissement | BD | 558451 | Epauvrissement de la lignée |
| BD LSRII | Becton et Dickinson | Machine d’acquisition FACS | |
| BD-DIVA | Becton et Dickinson | Logiciel d’acquisition | |
| CD150 PE | Biolegend | 115904 | Mélange de coloration d’anticorps |
| CD150 PE-Cy5 | Biolegend | 115912 | Mélange de coloration d’anticorps |
| CD48 PB | Biolegend | 103418 | Mélange de coloration d’anticorps |
| Centrifugeuse- 5810R | Eppendorf | Centrifugation | |
| Ckit PeCy7 | Biolegend | 105814 | Mélange de coloration d’anticorps |
| Flow jo | FlowJo LLC | FACS Logiciel d’analyse | |
| GraphPad-Prism | GraphPad | Tracé des données dans des graphiques | |
| Mitotracker Green | Invitrogen | M7514 | coloration mitocondriale fluorescente verte pour mesurer la masse mitochondriale ; concentration de travail = 100 nM ; concentration de stock = 1 mM |
| de nicotinamide riboside (NR) | synthétisé sur mesure en interne | Modulateur métabolique ; concentration de travail = 500 & micro ; M; concentration du stock = 50 mM | |
| PBS | CHUV | Préparation du tampon ; concentration de travail = 1x ; concentration du stock = 1x | |
| Pen-Strep (P/S) | Life technologies | 15140122 | Culture ex vivo ; concentration de travail = 1x ; concentration du stock = 1x |
| Tampon de lyse des globules rouges | Biolegend | 420301 | Lysing Globules rouges ; concentration de travail = 1x ; concentration du stock = 10x |
| Ligand Flt-3 de souris recombinante (FLT3) | RnD | 427-FL-005/CF | Culture ex vivo ; concentration de travail = 2 ng/mL ; concentration de stock = 10 & micro ; g/mL |
| Facteur de cellules souches de souris recombinantes (SCF) | RnD | 455-MC-010/CF | Culture ex vivo ; concentration de travail = 100 ng/mL ; concentration de stock = 50 & micro ; g/mL |
| Sca1 APC | Thermo Fisher Scientific | 17-5981-82 | Mélange de coloration d’anticorps |
| StemlineII Milieu d’expansion de cellules souches hématopoïétiques | SIGMA | S0192 | Culture ex vivo |
| Streptavidin Pac orange | Life Technologies | S32365 | Mélange de coloration |
| d’anticorps Streptavidin Tx red | Life Technologies | S872 | Mélange |
| de coloration d’anticorpsTMRM | Invitrogen | T668 | Coloration du potentiel de membrane mitochondriale ; concentration de travail = 200 nM ; concentration de matière = 10 mM |
| EDTA ultra pur | Invitrogen | 15575-038 | Préparation du tampon ; concentration de travail = 0,5 M ; concentration de matière = 1 mM |
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