Le protocole présente une méthode de culture et de traitement des organoïdes linguaux dérivés de cellules souches gustatives isolées de la papille gustative postérieure de souris adultes.
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Article de méthode
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Le protocole présente une méthode de culture et de traitement des organoïdes linguaux dérivés de cellules souches gustatives isolées de la papille gustative postérieure de souris adultes.
Le sens du goût est médié par les papilles gustatives sur la langue, qui sont composées de cellules réceptrices du goût (CRT) qui se renouvellent rapidement. Ce renouvellement continu est alimenté par des cellules progénigènes locales et rend la fonction gustative sujette à la perturbation par une multitude de traitements médicaux, ce qui à son tour affecte gravement la qualité de vie. Ainsi, l’étude de ce processus dans le contexte du traitement médicamenteux est essentielle pour comprendre si et comment la fonction progéniteur du goût et la production de CCR sont affectées. Compte tenu des préoccupations éthiques et de la disponibilité limitée des tissus du goût humain, les modèles murins, qui ont un système gustatif similaire à celui des humains, sont couramment utilisés. Par rapport aux méthodes in vivo, qui prennent beaucoup de temps, sont coûteuses et ne se prêtent pas à des études à haut débit, les organoïdes linguaux murins peuvent permettre d’exécuter rapidement des expériences avec de nombreux répliquants et moins de souris. Ici, des protocoles précédemment publiés ont été adaptés et une méthode standardisée pour générer des organoïdes du goût à partir de cellules progénitres du goût isolées de la papille circumvallate (CVP) de souris adultes est présentée. Les cellules progénitaires du CVP expriment LGR5 et peuvent être isolées via le tri cellulaire activé par fluorescence EGFP (FACS) de souris porteuses d’un allèleLgr5 EGFP-IRES-CreERT2. Les cellules triées sont plaquées sur un système de culture 3D à base de gel matriciel et cultivées pendant 12 jours. Les organoïdes se développent pendant les 6 premiers jours de la période de culture par prolifération, puis entrent dans une phase de différenciation, au cours de laquelle ils génèrent les trois types de cellules gustatives ainsi que des cellules épithéliales sans goût. Les organoïdes peuvent être prélevés à maturation au jour 12 ou à tout moment pendant le processus de croissance pour l’expression de l’ARN et l’analyse immunohistochimique. La normalisation des méthodes de culture pour la production d’organoïdes linguaux à partir de cellules souches adultes améliorera la reproductibilité et fera progresser les organoïdes linguaux en tant qu’outil puissant de dépistage des médicaments dans la lutte contre les patients souffrant de dysfonctionnement du goût.
Chez les rongeurs, les papilles gustatives linguales sont logées dans des papilles fongiformes réparties antérieurement, des papilles foliées bilatérales postérieures, ainsi que dans une papille circumvallate unique (CVP) à la ligne médiane postodorale de la langue1. Chaque papille gustative est composée de 50 à 100 cellules réceptrices du goût (CRT) à courte durée de vie et à renouvellement rapide, qui comprennent des cellules de soutien de type I gliales, des cellules de type II qui détectent les cellules douces, amères et umami, et des cellules de type III qui détectent les cellulesacides 2,3,4. Chez la souris CVP, les cellules souches LGR5+ le long de la lame basale produisent tous les types de TRC ainsi que des cellules épithéliales sans goût5. Lors du renouvellement de la lignée gustative, les cellules filles LGR5 sont d’abord spécifiées comme des cellules précurseurs du goût post-mitotique (cellules de type IV) qui pénètrent dans une papille gustative et sont capables de se différencier dans l’un des trois types de TRC6. Le renouvellement rapide des CT rend le système gustatif sensible à la perturbation par les traitements médicaux, y compris les radiations et certaines pharmacothérapies7,8,9,10,11,12,13. Ainsi, l’étude du système gustatif dans le contexte de la régulation des cellules souches du goût et de la différenciation de la CVR est essentielle pour comprendre comment atténuer ou prévenir le dysfonctionnement du goût.
Les souris sont un modèle traditionnel pour les études in vivo en science du goût car elles ont un système gustatif organisé de la même manière que les humains14,15,16. Cependant, les souris ne sont pas idéales pour les études à haut débit, car elles sont coûteuses à entretenir et prennent beaucoup de temps à travailler. Pour surmonter ce problème, des méthodes de culture organoïde in vitro ont été développées ces dernières années. Les organoïdes gustatifs peuvent être générés à partir de tissu CVP natif, un processus dans lequel les organoïdes bourgeonnent à partir de l’épithélium CVP isolé de souris cultivé ex vivo17. Ces organoïdes présentent un épithélium multicouche compatible avec le système gustatif in vivo. Un moyen plus efficace de générer des organoïdes qui ne nécessitent pas de culture ex vivo de CVP a été développé par Ren etal. en 201418. Adaptant les méthodes et les milieux de culture d’abord développés pour développer des organoïdes intestinaux, ils ont isolé des cellules progéniatrices Lgr5-GFP+ uniques de souris CVP et les ont plaquées dans un gel matriciel19. Ces cellules uniques ont généré des organoïdes linguaux qui prolifèrent au cours des 6 premiers jours de culture, commencent à se différencier vers le jour 8 et, à la fin de la période de culture, contiennent des cellules épithéliales sans goût et les trois types de CCR18,20. À ce jour, de multiples études utilisant le système de modèle organoïde lingual ont été publiées17,18,20,21,22; toutefois, les méthodes et les conditions de culture utilisées pour générer ces organoïdes varient d’une publication à l’autre(tableau supplémentaire 1). Ainsi, ces méthodes ont été ajustées et optimisées ici pour présenter un protocole standardisé détaillé pour la culture d’organoïdes linguaux dérivés de LGR5+ progéniteurs de CVP de souris adultes.
Les organoïdes linguaux fournissent un modèle unique pour l’étude des processus biologiques cellulaires qui stimulent le développement et le renouvellement des cellules gustatives. Alors que les applications des organoïdes linguaux se développent et que de plus en plus de laboratoires s’orientent vers l’utilisation de modèles organoïdes in vitro, il est important que le domaine s’efforce de développer et d’adopter des protocoles standardisés pour améliorer la reproductibilité. L’établissement des organoïdes linguaux en tant qu’outil standard dans la science du goût permettrait des études à haut débit qui démêlent comment les cellules souches uniques génèrent les cellules différenciées du système gustatif adulte. De plus, des organoïdes linguaux pourraient être utilisés pour dépister rapidement les médicaments pour les impacts potentiels sur l’homéostasie du goût, qui pourraient ensuite être étudiés plus en profondeur dans des modèles animaux. En fin de compte, cette approche renforcera les efforts visant à concevoir des thérapies qui améliorent la qualité de vie des futurs receveurs de médicaments.
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Toutes les procédures animales ont été effectuées dans un établissement accrédité par l’AAALAC conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire, à la Loi sur le bien-être des animaux et à la Politique des services de santé publique, et ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC) du campus médical Anschutz de l’Université du Colorado. Les souris Lgr5EGFP-IRES-CreERT2 utilisées dans ce protocole proviennent du Jackson Laboratory, stock n° 008875.
REMARQUE: Les étapes suivantes doivent être effectuées avant de commencer pour assurer une progression en douceur et en temps opportun du protocole: mettre le bain-marie à 37 ° C, régler la centrifugeuse à 4 ° C, faire des solutions enzymatiques d’injection et de dissociation à partir des solutions de 10 mg / mL Dispase, Collagénase et Elastase (voir tableau des matériaux),retirer le gel matriciel du congélateur à -20 ° C (~ 750 μL nécessaire pour une plaque de 48 puits) et décongeler en immergeant le flacon dans de la glace pour à au moins 3-4 h, tubes de microcentrifugation pré-enduits dans des FBS non dilués en se balançant doucement à température ambiante pendant au moins 30 min (deux tubes de 2 mL pour la collecte de tissus, deux tubes de 1,5 mL pour les cellules dissociées et un tube de 1,5 mL pour la collecte de cellules individuelles à partir du trieur de cellules; éliminer l’excès de FBS avant utilisation).
1. Isolement de l’épithélium CVP
REMARQUE: Pour obtenir suffisamment de cellules LGR5+ pour une plaque complète de 48 puits, collectez trois CVP Lgr5-EGFP dans le même tube et traitez simultanément. Il est important de récolter et de traiter le CVP d’au moins un compagnon de litière de type sauvage en parallèle dans un tube séparé et de l’utiliser comme contrôle de contrôle pour définir les paramètres FACS (voir Résultats représentatifs).
2. Dissociation de l’épithélium CVP
REMARQUE: La dissociation de l’épithélium CVP et le placage sont représentés graphiquement à la figure 2.
3. Placage des cellules Lgr5-EGFP
4. Entretien organoïde
REMARQUE: Les organoïdes sont cultivés dans des milieux organoïdes conventionnels (WENR) comprenant de l’EGF recombinant et des milieux conditionnés à 50% contenant Wnt3a, Noggin et R-spondin23. Les médicaments A8301 et SB202190 sont ajoutés pendant les 6 premiers jours de la période de culture pour optimiser la croissance (supports WENRAS)(Figure 5),puis retirés pour favoriser la différenciation (supports WENR)20. Y27632 est ajouté pour les 2 premiers jours de culture afin de favoriser la survie. Les conditions des médias par rapport à la chronologie de la culture sont présentées à la figure 4.
5. Traitement de l’ARN
6. Immunohistochimie
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Les souris ont un CVP, situé postérieurement sur la langue, à partir duquel les cellules souches LGR5+ peuvent être isolées (Figure 1A, boîte noire). L’injection d’une solution enzymatique sous et autour du CVP(Figure 1B)entraîne un léger gonflement de l’épithélium et la digestion du tissu conjonctif. Une digestion suffisante est obtenue après une incubation de 33 minutes, ce qui permet de séparer facilement l’épithélium CVP du tissu ...
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Il est rapporté ici une méthode efficace et facilement reproductible pour la culture, le maintien et le traitement des organoïdes linguaux dérivés de cellules souches de goût de souris adultes. Il a été constaté que l’utilisation de trois CV de souris Lgr5-EGFP âgées de 8 à 20 semaines est suffisante pour obtenir environ 10 000 cellules GFP+ à usage expérimental, ce qui donne 50 puits plaqués à une densité de 200 cellules par puits dans des plaques de 48 puits. L’élimination de l’épithélium de tranché...
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les auteurs tiennent à remercier le Dr Peter Dempsey et Monica Brown (University of Colorado Anschutz Medical Campus Organoid and Tissue Modeling Shared Resource) pour avoir fourni des médias conditionnés WNR et des discussions précieuses. Nous remercions également le Centre de cancérologie de l’Université du Colorado Cell Technologies et Flow Cytometry Shared Resources, en particulier Dmitry Baturin, pour son expertise en tri cellulaire. Ce travail a été financé par : NIH/NIDCD R01 DC012383, DC012383-S1, DC012383-S2, et NIH/NCI R21 CA236480 à LAB, et R21DC016131 et R21DC016131-02S1 à DG, et F32 DC015958 à EJG.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| s | |||
| Alexa Fluor 546 Sondes moléculaires IgG anti chèvre | A11056, RRID : AB_142628 | 1:2000 | |
| Sondes moléculaires | IgG anti lapin Alexa Fluor 546 | A11010, RRID :AB_2534077 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 568 Chèvre anti cochon d’Inde | Invitrogen | A11075, RRID :AB_2534119 | 1:2000 |
| Sondes moléculaires | Alexa Fluor 647 Donkey anti Rabbit IgG | A31573, RRID :AB_2536183 | 1:2000 |
| Alexa Fluor 647 Sondes moléculaires IgG anti rat | S’A21247, RRID :AB_141778 | 1:2000 | |
| DAPI (pour FACS) | Thermo Fischer | 62247 | |
| DAPI (pour immunohistochimie) | Invitrogen | D3571, RRID :AB_2307445 | 1:10000 |
| Chèvre anti-CAR4 | R& D Systems | AF2414, RRID :AB_2070332 | 1:50 |
| Anticorps anti-Acris de cobaye KRT13 | BP5076, RRID :AB_979608 | 1:250 | |
| Lapin anti-GUSTDUCIN | Santa Cruz Biotechnology Inc. | sc-395, RRID :AB_673678 | 1:250 |
| Rabbit anti-NTPDASE2 | CHUQ | mN2-36LI6, RRID :AB_2800455 | 1:300 |
| Rat anti-KRT8 | DSHB | TROMA-IS, RRID : | 1:100 |
| Equipment | |||
| 2D rocker | Benchmark Scientific Inc. | BR2000 | |
| 3D Rotator | Lab-Line Instruments | 4630 | |
| Minuterie/Chronomètre à gros chiffres | Fisher Scientific | S407992 | |
| Centrifugeuse | Eppendorf | 5415D | |
| Réservoir de CO2 | Airgas | CD USP50 | |
| FormaTM Series 3 Incubateur de CO2 Water Jackeed | Thermo Scientific | 4110 | 184 L, acier inoxydable poli |
| Incucyte | Modèle Sartorius | : S3 | Cancer Center Cell Technologies Ressource partagée, Université du Colorado Anschutz Medical Campus |
| MoFlo XDP100 | Cytomation Inc | Modèle : S13211997 | ; Gates Center Flow Cytometry Core, Université du Colorado Anschutz Medical Campus |
| Orbital Shaker | New Brunswick Scientific | Excella E1 | |
| Système de PCR en temps réel | Applied Biosystems | 4376600 | |
| Centrifugeuse réfrigérée | Spectrophotomètre Eppendorf | 5417R | |
| Thermo | Scientific | ND-1000 | |
| ; Stéréomicroscope | Zeiss | Stemi SV6 | |
| Thermocycleur | Bio-Rad | 580BR | |
| Vortex | Fisher Scientific | 12-812 | |
| Bain d’eau | Précision | 51220073 | |
| Média | |||
| A83 01 | Sigma | SML0788-5MG | Concentration de la crosse 10 mM, finale concentration 500 nM |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634-010 | |
| B27 Supplément | Gibco | 17504044 | Concentration de stock 50X, concentration finale 1X |
| Gentamicine | Gibco | 15750-060 | Concentration de stock 1000X, concentration finale 1X |
| Glutamax | Gibco 35050061 | Concentration de stock 100X, concentration finale 1X | |
| HEPES | Gibco | 15630080 | Concentration de stock 100X, concentration finale 1X |
| Murine EGF | Peprotech | 315-09-1MG | Concentration de stock 500 µ ; g/mL, concentration finale 50 ng/mL |
| Tête murine | Peprotech | 250-38 | Concentration de matière 50 & micro ; g/mL, concentration finale 25 ng/mL |
| N-acétyl-L-cystéine | Sigma | A9165 | Concentration de base 0,5 M, concentration finale 1 mM |
| Nicotinamide | Sigma | N0636-100g | Concentration de stock 1 M, concentration finale 1 mM |
| Pen/Strep | Gibco | 15140-122 | Concentration de stock 100X, concentration finale 1X |
| Primocin | InvivoGen | ant-pm-1 | Concentration du stock 500X, concentration finale 1X |
| SB202190 | R& D Systems | 1264 | Concentration de matière 10 mM, concentration finale 0,4 & micro ; M |
| WRN Milieux | Reçu du laboratoire Dempsey (ressource partagée AMC Organoid and Tissue Modeling). Dérivé de L-WRN (ATCC® ; CRL-3276&trade ;) cellules | ||
| Y27632 dihydochlorure 10ug | APExBIO | A3008-10 | Concentration de stock 10 mM, concentration finale 10 µ ; M |
| Other | |||
| 1 ml Seringue TB Seringue | BD | 309659 | |
| 2-Mercaptoethanol, min. 98 % | Sigma | M3148-25ML | &beta ;-mercaptoethanol |
| 2.0 mL Microcentrifuge Tubes | USA Scientific | 1420-2700 | |
| Plaques 48 puits | Thermo Scientific | 150687 | |
| 5 3/4 pouces Pasteur Pipets | Fisherbrand | 12-678-8A | |
| Albumine de sérum bovin (BSA) | Sigma Life Science | A9647-100G | |
| Tampon RLT Tampon de lyse | QIAGEN | 1015750 | |
| Cohan-Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-02 | |
| Collagénase de Clostridium histolyticum, type I | Sigma Life Science | C0130-1G | |
| Cultrex RGF BME, type 2, Pathclear | R& D Systems | 3533-005-02 | Matrigel |
| Dispase II (protéase neutre, grade II) | Sigma-Aldrich (Roche) | 4942078001 | |
| Filtres jetables | Sysmex | 04-0042-2316 | |
| Dulbecco' s Saline tamponnée au phosphate pH 7,4 (1X) (Ca2+ & Mg2+ gratuit) | Gibco | 10010-023 | |
| Dulbecco' s Saline tamponnée au phosphate avec Ca2+ & Mg2+ | Sigma Life Sciences | D8662-500ML | |
| Dumont #5 Forceps | Outils de science fine | 11252-30 | |
| EDTA, 0.5M (pH 8.0) | Promega | V4231 | |
| Élastase Lyophilisée | Worthington Biochimique | LS002292 | |
| Ciseaux de Bonn Extra Fine | Outils de science fine | 14084-08 | |
| Sérum de veau fœtal (FBS) | Gibco | 26140-079 | |
| Fluoromount G | SouthernBiotech | 0100-01 | |
| HEPES Solution | Sigma Life Science | H3537-100ML | |
| HyClone Tryspin 0.25 % + EDTA | Thermo Scientific | 25200-056 | |
| Kit de synthèse d’ADNc | iScript Bio-Rad | 1706691 | |
| Pâte à modeler, Gris | Sargent Art | 22-4084 | |
| Aiguille | BD Seringue | 305106 | |
| Sérum d’âne normal | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
| Sérum de chèvre normal | Jackson ImmunoResearch | 005-000-121 | |
| Paraformaldéhyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| PowerSYBR Green PCR Master Mix | Applied Biosystems | 4367659 | |
| RNeasy Micro Kit | QIAGEN | 74004 | |
| Safe-Lock Tubes 1,5 mL | Eppendorf | 022363204 | |
| Chlorure de sodium | Fisher Chemical | 7647-14-5 | |
| Phosphate de sodium dibasique anhydre | Fisher Chemical | 7558-79-4 | |
| Phosphate de sodium monobasique anhydre | Fisher Bioréactifs | 7558-80-7 | |
| SuperFrost Plus Lames de microscope | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Ciseaux chirurgicaux - Sharp | Fine Science Tools | 14002-14 | |
| Triton X-100 | Sigma Life Science | T8787-100ML | |
| VWR micro verre de couverture | VWR | 48366067 | 22x22mm |
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