כאן, אנו מציגים פרוטוקול כמותי וניתן להרחבה לבצע מסכי מולקולה קטנים ממוקד עבור הרגולטורים קינאז של המעבר pluripotent נאיבי מתוחכם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כמותי וניתן להרחבה לבצע מסכי מולקולה קטנים ממוקד עבור הרגולטורים קינאז של המעבר pluripotent נאיבי מתוחכם.
תאי גזע עובריים (ESCs) יכולים לחדש את עצמם או לבדל אותם לכל סוגי התאים, תופעה הידועה בשם pluripotency. מדינות מובחנות מובחנות תוארו, מכנות "יכולת נאיביות" ו"מתוחכמת ". המנגנונים השולטים במעבר מתוחכם נאיבי אינם מובנים כלל. בפרט, אנו נשארים גרועים על קינאזות חלבון המציינות מדינות pluripotent נאיבי ו מתוחכם, למרות זמינות מוגברת של תרכובות כלי באיכות גבוהה כדי לחקור פונקציה קינאז. כאן, אנו מתארים פלטפורמה מדרגית לבצע מסכי מולקולה קטנים ממוקד עבור הרגולטורים kinase של המעבר pluripotent נאיבי מתוחכם ESCs העכבר. גישה זו מנצלת תנאים פשוטים תרבות התא ריאגנטים סטנדרטיים, חומרים וציוד לחשוף ולאמת מעכבי קינאז עם השפעות שטרם הוערכו עד כה על pluripotency. אנו דנים ביישומים פוטנציאליים לטכנולוגיה זו, כולל הקרנה של מולקולה קטנה אחרתאוספים כגון מעכבי קינאז מתוחכמים יותר ויותר וספריות מתפתחות של תרכובות כלי אפיגנטיות.
תאי גזע עובריים (ESC) יש את היכולת עצמית לחדש או להבדיל לתוך כל סוג התא בגוף המבוגר, תופעה הידועה בשם pluripotency 1 . עדויות אחרונות מצביעות על כך שקיימות מצבים מובהקים מבחינה התפתחותית, הנקראים "יכולת נאיבית" ו"מתוחכמת ". ESCs נאיבי מייצגים מצב של התפתחות דומה לזו שנמצאה בעובר preimplantation 3 . לעומת זאת, ESCs pledipotent מתוחכם עומדים לצאת pluripotency ולהבדיל לשושלות עובריים מיוחדים 4 , 5 .
מדינות נאיביות ופלומות מסומנות מסומנות על ידי רשתות רגולטוריות שונות. פלוריפוטיות נאיבית מאופיינת על ידי ביטוי של גורמי תעתיק גורמי מפתח כגון ננוג, גורמי תעתיק כמו Krueppel (Klfs), Rex1 2 ו Esrrb 6. ב ESCs העכבר (mESCs), pluripotency מתוחכם מאופיין בביטוי מופחת של סמנים נאיבי ביטוי ביטוי גנטי ספציפי הכולל את דה novo DNA methyltransferase Dnmt3b 7 . ב vivo , מתוחכם pluripotent שלאחר השתלת epiblast בתאי גזע (EpiSCs) 4 , 5 בנוסף לבטא את הסמן Epiglast Fgf5 ו סמנים של תחול השושלת כגון Brachyury 8 .
MESCs לספק מודל tractable כדי לחקור מנגנונים השולטים נאיבי- primed מעברים pluripotent במבחנה . כאשר מתורבת גורם בלוקמיה מעכב (LIF) וסרום שור העובר (FBS), mESCs עוברים המעבר הדינמי בין מדינות pluripotent נאיבי ו מתוחכם 9 , 10 . LIF-Jak-Stat3 פונקציות איתות כדי לקדם את רשת נאיבית רגולטורית רשת 11 , בעוד איתות אוטוקריני באמצעות גורם הצמיחה fibroblast 4 (Fgf4) Erk1 / 2 נתיבים המעבר למצב תחולתי 12 . עם זאת, זה נשאר אתגר כדי להעריך באופן שיטתי את התפקיד של קינאזות חלבון בקביעת מדינות pluripotent מובהק.
כאן, אנו מתארים פלטפורמה כמותית ומדרגית שבאמצעותה ניתן לבצע מסכי מולקולה קטנים הממוקדים עבור הרגולטורים של קינאז של המעבר pluripotent נאיבי תחולתי. אנו משתמשים בתנאים פשוטים תרבות mESC ו ריאגנטים סטנדרטיים, חומרים וציוד לחשוף ולאמת מעכבי קינאז עם יכולת unrecreciated עד כה לייצב pluripotency נאיבי. יתר על כן, אנו דנים יישומים מורחבת פוטנציאליים עבור טכנולוגיה זו, כולל עבור הקרנה של אוספים מולקולה קטנה אחרים כגון ספריות מעכבי המתעוררים המכוונים הרגולטורים epigenetic.
1. איסוף של קטן מולקולה Kinase מעכבי ספריות
2. mESC תנאי התרבות והנהלים להכנת מסך
3. קינאז מעכבים ניתוח הקרנה
4. ניתוח של נתוני המסך ו אימות של מעכבים כמו רגולטוריים plaipipotency בתום לב
> הערה: זהו צעד קריטי כדי להבטיח כי רק מאפננים ploreipotency בתום לב מזוהים. זה חיוני מעכבי triage מבוסס על שניהם Nanog: יחס Dnmt3b ואת האות הכולל, כדי להבטיח כי מעכבי קינאז אשר משפיעים לרעה הישרדות mESC לא נבחרו לניתוח נוסף.
באמצעות הנוהל המוצג כאן ( איור 1 ), אנו המסך הספרייה LINCS של 228 מעכבי קינאז עוצמה סלקטיבית לזהות את אלה אשר לווסת את mESC pluripotency. הספרייה מוכנה בריכוז של 0.1 מ"מ עבור דילול 1: 100 וריכוז ההקרנה הסופית של 1 מיקרומטר ב mESCs. 48 שעות מאוחר יותר, mESCs היו lysed ותמציות מוכן ניתוח כמותי כתם נקודה של הביטוי Nanog ו Dnmt3b ( איור 2 , למעלה). תוצאות מריכוזי הקרנה אחרים אינם מיוצגים כאן לקיצור. ננוג: יחס Dnmt3b נקבעת עבור כל מעכב קינאז ותרכובות מדורגות חתך 2x להחיל ( איור 2 , התחתון). סך הכל Nanog ו- Dnmt3b האות ביחס לשליטה הוא עלים על דירוג מעכבים ונתונה חתך 0.5x, כדי לאפשר triaging של מעכבים אשר מראים משמעותי mESC רעילות. בחר מעכבי קינאז אשר לייצב את sta נאיביTe מאומתים באמצעות immunoblotting רגיל Nanog / Dnmt3b ( איור 3 ). היעדים העיקריים של קינאז של מעכבים אלה מוצגים בטבלה 1 . כמו כן, אנו מדגימים את הישימות של המסך הזה כדי לזהות מעכבים אשר מייצבים את המדינה מכווצת 14 .

איור 1: זרימת עבודה להקרנת מעכבי קינאז המווסתים מעבר נאיבי. MESC טופלו עם ספריית מעכב Kinase 228 תרכובת בריכוז סופי של 1 מיקרומטר. Lysates הוכנו הועברו על קרומי ניטרוצלולוז עבור ניתוח כתם נקודות החיסונית, ואת רמות Nanog ו Dnmt3b נקבע (איור מותאם וויליאמס ואח '14 ). לחץ כאן כדי להציג את אל גרסת האפר של דמות זו.

איור מס '2: נייף- primed pluripotency מסך ניתוח זיהוי מעכבי. (למעלה) נציג Nanog ו Dnmt3b אימונו כתם נקודות כתם. (תחתית) ערכי Nanog ו- Dnmt3b עבור כל מעכב קינאז נקבעו ביחס לבקרת DMSO, וננוג: יחסי Dnmt3b וסיגנל Nanog + Dnmt3b היחסי שנקבע והמעכבים מדורגים בהשוואה לשליטה ב- DMSO. מעכבים מצאו לשנות Nanog: יחס Dnmt3b מעבר סף פי 2 מעל או מתחת לשליטה DMSO זוהו כנהגים של pluripotency נאיבי או מתוחכם. סף של 2x מתחת DMSO שליטה נקבע מעכבי triage אשר להתפשר mES הישרדות. מעכבים שנבחרו לאימות נוסף מודגשים. (איור מותאם וויליאמס ואח '14 ).S / ftp_upload / 55515 / 55515fig2large.jpg "target =" _ blank "> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: אימות תרכובות התאמה שנבחרו מזוהות. MESCs טופלו גם עם 1 מיקרומטר AZD4547 (מעכב FGFR סלקטיבית) או מעכבי המצוין מזוהה מהמסך באיור 2. Nanog: רמות Dnmt3b שנקבעו על ידי תקן SDS-PAGE וניתוח immunoblot. ערכים נומריים של ננוג יחסית: Dnmt3b ו Nanog + Dnmt3b מצוינים בטבלה שלהלן, ומעכבים המייצבים את המצב המצויר המוטבע בירוק. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| מתחם | יעדים עיקריים | מטרות אחרות | |
| AV-951 | VEGFR | ||
| HG-6-64-01 | ABL, BRAF, RET, CSF1R, EGFR, EPHA8, FGFR, FLT3, ערכת, LOK, MAP4K1, p38b, MUSK, PDGFR, TAOK3, TNNI3K | ||
| WH-4-023 | Lck | Src | |
| R406 | סיק | ||
| GW-572016 | HER2 | EGFR | |
| KIN001-244 | PDK1 | ||
| WZ-4-145 | CSF1R, DDR1, EGFR, TIE1, PDGFR2 | ||
| WZ-7043 | CSF1R, DDR1, FGFR ו TAO1 | ||
| GW786034 | VEGFR1 | VEGFR2, VEGFR3 &# 160; | |
| AZD-1480 | JAK2 | ||
טבלה 1: תרכובות פגיעה נבחרות ויעדי קינאז ראשוניים.
כאן אנו מדגימים מתודולוגיה נגישה נרחב כדי לחקור את התפקיד של נתיבי איתות kinase ב ויסות המעבר pluripotent נאיבי מתוחכם. זה מתייחס לשאלת מפתח בתחום ESC. למרות גישות גבוהות גנומיקה ו transcriptomics משמשים באופן שגרתי כדי לזהות הרגולטורים תמלול מפתח של מדינות pluripotent תמים ו מתוחכם, רשתות איתות איתות pluripotency הוכיחה להיות מאתגר. כעת אנו מספקים אסטרטגיה גמישה המעסיקים מעכבים כימיים כדי לזהות קינאזות השולטות המעבר pluripotent נאיבי תחולתי ב mESCs. זה מסתמך על ציוד פשוט, ריאגנטים וחומרים הזמינים ברוב המעבדות כי המחקר תא איתות ESC ביולוגיה. קריטי להצלחת פלטפורמה זו הוא הפיתוח שלנו assay חסון לכמת את המעבר בין מדינות pluripotent נאיבי מתוחכם. הקמת assay זה נדרש שינויים משמעותיים iterative כדי plat התאצפיפות ing, זמן הדגירה inhibitor ו immunoblotting תנאים.
גישות מולקולות קטנות צוברים מתיחה לשימוש רציונלי ביישומים ESC טיפוליים 15 , 16 . כוח גדול של מולקולה קטנה ההקרנה היא כי תרכובות כלי מתוכננים ו / או שונה עבור ספיגת יעיל הסלולר. יעילות Transfection אינו מגביל, ושימוש במערכות מסירה מסוכנים כגון lentivirus אינו הכרחי. יתר על כן, מעכבים לעיתים קרובות לעכב מספר isoforms בתוך משפחה kinase ( למשל Fgfr1-4, Jak1-3), אשר מתגבר יתירות תפקודית כי מעכב גנטי / גנומי טכניקות הפרעה כגון RNAi ו CRISPR / Cas9. כמו תרכובות כלי חזק יותר סלקטיבי להיות זמין הן אקדמיות והן תרופות גילוי תרופות, מובחנים ולא מבינים קינאזות יהיה דחף לחזית המחקר ESC. לכן אנו מציעים כי זה גבוהגישת הקרנת הגלם תפתח אפיקים חדשים של מחקר לתוך רשתות הליבה ESC הליבה.
מגבלה אחת קטנה של טכנולוגיה זו היא שאפילו המעכבים המולקולים הקטנים והסלקטיביים ביותר מעכבים ומעכבים קינאזות רבות שאינן קשורות ל- vivo . עם זאת, נתונים מקיפים יותר ויותר קינאז מעכב פרופיל מאפשר מטרות פונקציונליות של מעכבי קינאז להיות מזוהה בקלות (http://lincs.hms.harvard.edu/kinomescan; http://www.kinase-screen.mrc.ac.uk/kinase מעכבים). לבסוף, באופן עקרוני הפלטפורמה שלנו ניתן להחיל לחקור כל אוסף מולקולה קטנה ו / או assay הסלולר אשר באיכות גבוהה immunoblotting נוגדנים זמינים. זה יאפשר לימוד של מספר מערכות רגולטוריות ב ויסות pluripotency ולאפשר זיהוי של מעכבי מולקולה קטנה אשר לשנות תהליכים תאיים מגוונים. באופן ספציפי, אנו רואים כי יישום של אוספי מולקולה קטנה המתעוררים כגון האפיגאןבדיקות טיק המפותחות על ידי קונסורציום גנומי מבנית (http://www.thesgc.org/chemical-probes/epigenetics) יש פוטנציאל לחשוף רגולטורים רומן נוסף של מעברים pluripotent.
המחברים אינם מכריזים על ניגודי אינטרסים הנובעים ממחקר זה.
CACW נתמך על ידי דוקטורט המועצה למחקר רפואי PhD. GMF נתמך בחלקו על ידי מחקר רפואי המועצה פרס חדש החוקר (MR / N000609 / 1) ומענק מחקר Tenovus סקוטלנד.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| mESC media | |||
| CCE mESCs | ATCC ATCC | SCRC-1023 | |
| DMEM Media | Gibco | 11965092 | |
| L-גלוטמין | גיבקו | 25030081 | גמר: 2 מ"מ |
| פניצילין/סטרפטומיצין | ג'יבקו | 15140122 | גמר: 50 יח'/מ"ל |
| 2-מרקפטואתנול | סיגמא | M6250 | סופי: 0.1 מ"מ |
| גורם מעכב לוקמיה (היתוך GST) | ריאגנטים ושירותים | סופי: 100 ננוגרם/מ"ל | |
| גורם מעכב לוקמיה | תרמו | PMC9484 | סופי: 100 ננוגרם/מ"ל |
| חומצות אמינו לא חיוניות | Gibco | 11140050 | גמר: 0.1 מ"מ |
| נתרן פירובט | ג'יבקו | 11360070 | גמר: 1 מ"מ |
| החלפת סרום נוקאאוט | Invitrogen | 10828-028 | גמר: 5% |
| סרום בקר עוברי מוגדר | פישר 10703464 | סופי: 10% | |
| שם | Company | Catalog Number | Comments |
| >TC materials | |||
| Trypsin-EDTA (0.05%), פנול | אדום Thermo | 25300054 | |
| ג'לטין מעור חזיר | סיגמא | 1890 | |
| Nunc MicroWell 96-Well Microplates | תרמו | 156545 | |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | Gibco | 14190136 | |
| V-bottom 96 צלחות באר | Greiner Bio-one | 651261 | |
| <חזק>שם | <חזק>חברה | < חזק>מספר קטלוגי | <חזק>הערות |
| ><חזק>מאגר ליזה | |||
| Tris מאגר | VWR | 103157P | |
| נתרן כלורי | VWR | 97061 | |
| EDTA | Sigma | E4884 | |
| 1% NP-40 | Sigma | 9016-45-9 | |
| נתרן דאוקסיכולאט | סיגמא | D6750-100 גרם | |
| &בטא;-גליצרופוספט | סיגמא | G9422 | |
| נתרן פירופוספט | סיגמא | 13472-36-1 | |
| נתרן פלואוריד | סיגמא | 450022 | |
| נתרן אורתוואנדאט | סיגמא | 450243 | |
| טבליות קוקטייל מעכב פרוטאז מלא | סיגמא | CO-RO | |
| strong>שם | Company | Catalog Number | Comments |
| >Chemicals | |||
| Tween | Sigma | P1379-1L | |
| אבקת חלב | Marvel | ||
| Name | Company | >Catalog Number | Comments |
| >Western Blotting | |||
| Protran BA 85 ניטרוצלולוז 0.45 &micor; M גודל נקבוביות (20 ס"מ x 20 ס"מ גיליונות) (25 גיליונות) | GE | 10401191 | |
| Ponceau S | Sigma | P7170-1L | |
| <חזק>שם | <חזק>חברה | <חזק>מספר קטלוגי | <חזק>הערות |
| ><חזק>ציוד מעבדה | |||
| מיניפולד I מערכת | GE | 10447850 | |
| ChemiDoc imager | BioRad | 1708280 | |
| LiCor Odyssey Imager | LiCor | ||
| Name | Company | Catalog Number | >Comments |
| >Antibodies | |||
| Anti-mouse Nanog | Reprocell | RCAB001P | |
| Anti-Dnmt3b | Imgenex | IMG-184A | |
| IRDye 800CW חמור נגד ארנב | Licor 926-32213 | ||
| טכנולוגיית איתות תאים | נגד עכבר-HRP | 7076S | |
| Anti-Klf2 | Millipore | 09-820 | |
| Anti-Klf4 | R& D Systems | AF3158 | |
| Anti-Oct4 | סנטה קרוז | SC-5279 |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה