פרוטוקול זה מתאר את הדור של IPSCs חינם אינטגרציה מפיברובלסטים רקמת העובר באמצעות משלוח של plasmids אפיזומלי על ידי נוקלאופקטציה ואחריו תיאור של שיטות המשמשות לאפיון IPSC ובידול עצבי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר את הדור של IPSCs חינם אינטגרציה מפיברובלסטים רקמת העובר באמצעות משלוח של plasmids אפיזומלי על ידי נוקלאופקטציה ואחריו תיאור של שיטות המשמשות לאפיון IPSC ובידול עצבי.
aneuploidies כרומוזומלי לגרום מומים מולדים חמורים כולל מומים במערכת העצבים המרכזית ומוות עוברי. הקרנה גנטית טרום הנדסית היא אבחון גרידא ואינה מזרזת מנגנון מחלה. למרות שתאים מעוברים אנופלואידיים הם חומר ביולוגי בעל ערך הנושא את האנופלואידיה הכרומוזומלית, תאים אלה קצרי מועד, ומגבילים את השימוש בהם לניסויים מחקריים במורד הזרם. יצירת מודלים של תאי גזע פלוריפוטנטים המושרים (iPSC) היא שיטה יעילה להכנת תאים לשימור תמידי של תכונות aneuploid. הם מחדשים את עצמם ומבדילים לתאים מיוחדים המזכירים התפתחות עוברית. לכן, IPSCs לשמש כלים מצוינים ללמוד אירועים התפתחותיים מוקדמים. תסמונת טרנר (TS) היא מצב נדיר הקשורים כרומוזום X חסר לחלוטין או חלקית. התסמונת מאופיינת באי פוריות, קומתו הקצרה, האנדוקרינית, המטבולית, הפרעות אוטואימוניות וקרדיווסקולריות ופגמים נוירו-קוגניטיביים. הפרוטוקול הבא מתאר בידוד ופולחן של פיברובלסטים מרקמת עובר TS (45XO), יצירת TSiPSCs ללא שילוב באמצעות משלוח של פלסמידים לתכנות מחדש אפיזומלי על ידי נוקלאופקטציה ואחריו אפיון. TSiPSCs תכנות מחדש הוקרנו בתחילה על ידי כתמי פוספטאז תא חי ואחריו בדיקה נרחבת עבור סמנים ביולוגיים pluripotency. מושבות נבחרות נותחו באופן מכני, עברו מספר פעמים ותאים יציבים המתחדשים העצמית שימשו לניסויים נוספים. התאים הביעו גורמי שעתוק pluripotency OCT4, NANOG, SOX2, סמני פני השטח של התא SSEA 4 ו TRA1-81 אופייני לתאי גזע פלוריפוטנטים. קריוטיפ 45XO המקורי נשמר לאחר תכנות מחדש. ה- TSiPSCs הצליחו ליצור גופים עובריים ולהבדיל לתאים של אנדודרם, מסודרם וקטודרם המבטאים סמנים ביולוגיים ספציפיים לשושלת (SRY BOX17), (MYOSIN חדרית כבד צ'אי נין/β), (βIII TUBULIN)). הפלסמידים האפיזומליים האקסוגניים אבדו באופן ספונטני ולא זוהו לאחר מעבר 15 בתאים. TSiPSCs אלה הם משאב תאי יקר ערך עבור דוגמנות מולקולרית פגומה נוירו-פיתוח תאי גרימת ליקויים נוירו-קוגניטיביים הקשורים תסמונת טרנר.
Aneuploidies להוביל מומים מולדים / מומים מולדים ואובדן הריון בבני אדם. ~ 50%-70% מהדגימות מאובדן הריון מראות חריגות ציטוגנטיות. עוברים Aneuploid שאבדו בשלב מוקדם של ההריון לא ניתן להשיג בקלות לניתוח ניסיוני מעלה את הצורך לפתח מודלים אחרים המייצגים מקרוב עוברי אדם. תאי גזע פלוריפוטנטים המושרים (iPSCs) הנגזרים מתאים שאובחנו עם הפרעות גנטיות שימשו כדי לדגמן את אי סדרים גנטיים מייצגים ואת התוצאה שלהם על התפתחות העובר1,2,3,4. IPSCs אלה דומים לתאי אפיבלסט של העובר המתפתח ויכולים לשחזר את האירועים המוקדמים של היווצרות העובר. הם מאפשרים הבנה ואפיון של התוכנית ההתפתחותית של שושלות התאים ודפוסים בעוברים יונקים מוקדמים. IPSCs נגזר בעבר פיברובלסטים בעור מי השפיר מבדיקות אבחון טרום לידה של תסמונות aneuploidy כמו מונוזומיה X (תסמונת טרנר), טריזומיה 8 (תסמונת Warkany 2), טריזומיה 13 (תסמונת פאטאו) וטריזומיה חלקית 11; 22 (תסמונת עמנואל) סיפקו תובנות חשובות לגבי התפתחות כושלת4.
תסמונת טרנר (TS) היא מצב נדיר המאופיין באי פוריות נשית, קומתו הקצרה, הפרעות אנדוקריניות ומטבוליות, סיכון מוגבר למחלות אוטואימוניות, נטייה למחלות לב וכלי דם5. למרות שזו התסמונת המונוסומית היחידה ששרדה, היא קטלנית גם לעובר המתפתח הגורמת להפלות ספונטניות6. אנשים ששרדו עם TS נוכחים עם דרגות של שינוי של חומר X-כרומוזומלי בתאים שלהם. קריוטיפים נעים בין אובדן מוחלט של כרומוזום X אחד (45,XO) לפסיפסים כמו 45,XO/46,XX; 45, XO/47, XXX, נוכחות של כרומוזומי טבעת, נוכחות של חומר Y-כרומוזומלי, וכו'5.
אבחון התסמונת נעשה בדרך כלל על ידי דם קריוטיפינג של אנשים סימפטומטיים ודגימת villi כוריוני (CVS) כדי לזהות תסמונות aneuploidy מוקדם. מאז תסמונות aneuploidy מהווים ~ 30% של הפלות ספונטניות, זה שגרתי קריוטיפ המוצר של התעברות (POC) על הפלה ספונטנית. תאים עובריים אלה כולל villi chorionic בעל חריגות ציטוגנטית IPSCs נגזר מהם לספק מקור יקר של חומר ביולוגי כדי ללמוד תסמונות aneuploidy4,6. TS iPSCs הוקמו בעבר ממי השפיר באמצעות תכנות מחדש רטרו-ויראלי4, פיברובלסטים של villi כוריוני (המתקבל באמצעות אבחון טרום היילוד) באמצעות תכנות מחדש רטרו-ויראלי6, מתאי מונונוקלאריים בדם7 באמצעות תכנות מחדש של וירוס סנדאי ומפיברובלסטים בעור של אנשים TS באמצעות תכנות מחדש lentiviral4 . מאז המוקד העיקרי של המעבדה שלנו היא להבין כישלון התפתחותי, יצרנו IPSCs TS מ POC, במיוחד את רכיב villi כוריוני של הפלה ספונטנית8. כל התאים המבודדים מרקמת העובר הזו היו בעלי קריוטיפ של 45XO והניבו IPSCs עם אותו קריוטיפ. IPSCs אלה הם ייחודיים כפי שהם הראשונים שנוצר מעובר שהופלה ולספק משאב יקר לחקר כשלי הריון הקשורים aneuploidy. מאמר זה מספק מתודולוגיה מפורטת של יצירת IPSCs ממקור תא ייחודי זה באמצעות תכנות מחדש אפיזומלי.
השיטות המוקדמות של דור iPSC השתמשו בהעברת נגיפים ותמרות כדי לספק את גורמי התכנות מחדש. שיטות של גרימת תאים לפלוריפוטנטיות התפתחו משימוש בווקטורים רטרו-ויראליים9, וקטורים lentiviral נסלחים10,11 ושיטות מבוססות טרנספוסון12 כדי לא שילוב וקטורים אדנו-ויראליים13 וקטורים מבוססי וירוססנדאי 14. תכנות מחדש מבוסס רטרו-ויראלי ולנטיוויראלי, אם כי יעיל, כרוך בשילוב של גורמי תכנות מחדש לתוך כרומוזומי המארח, גרימת מוטציות הכנסה אשר יש השפעות בלתי צפויות ב- iPSCs. יתר על כן, תכנות מחדש מבוסס ויראלי מונע יישום תרגום של iPSCs. מערכות מבוססות RNA15 ואספקת חלבונים ישירה16 נחקרו כדי לחסל לחלוטין את הסיכונים הפוטנציאליים הקשורים לשימוש בווירוסים ובהעברות DNA. עם זאת, שיטות אלה הוכיחו לא יעיל.
בשנת 2011, Okita ואח ' דיווחו על יעילות משופרת של תכנות מחדש על ידי פלסמידים אפיזומליים מוגברת עם דיכוי TP53 באמצעות shRNA. הם גם החליפו את cMYC ב- LMYC שאינו משתנה (קרצינומה של ריאות תאים קטנים הקשורים ל- MYC) כדי לשפר את הבטיחות של hiPSCs. פלסמידים אפיזומליים אלה מבטאים 5 גורמי תכנות מחדש: OCT4, LIN28, SOX2, KLF4, LMYC ו- shRNA עבור TP5317,18. וקטורים אלה נשמרים במיוחד כרומוזומלית ומאבדים מהתאים המתוכנתים מחדש על תרבית רציפה, ובכך הופכים את הקווים ללא טרנסג'נים בתוך 10-15 מעברים. Nucleofection היא צורה מיוחדת של אלקטרופורציה המספקת חומצות גרעין ישירות לתוך הגרעין של תאים מארחים. זוהי שיטה יעילה למסירה של פלסמידים תכנות מחדש לסוגי תאים שונים. פלסמידים אפיזומליים הם חסכוניים ולפצות על העלויות הגבוהות של nucleofection. שיטה זו יעילה ווניתנת לשחזור בתנאים ממוטבים המניבים IPSCs יציבים ממגוון תאים סומטיים. בפרוטוקול זה, אנו מתארים את השיטה ליצירת IPSCs מפיברובלסטים המבודדים מרקמת העובר על ידי נוקלאופקט של פלסמידים לתכנות מחדש אפיזומלי. הנה הפרוטוקולים המפורטים לבידוד פיברובלסט מווילי כוריוני עוברי, טיהור פלסמיד, נוקלאופקט, קטיף מושבות מצלחת התכנות מחדש והקמת IPSCs יציבים.
זה חיוני כדי לאשר את נוכחותם של תכונות pluripotency ב- iPSCs שנוצרו לאחרונה. זה כולל הדגמה של גורמים הקשורים pluripotency (למשל, ביטוי פוספטאז אלקליין, NANOG, SSEA4, Tra 1-80, Tra 1-81, E-cadherin; מוצג בדרך כלל עם אימונופלואורסצנטיות או ביטוי גנים), זיהוי של שלוש שכבות נבט על ידי בדיקות בידול במבחנה כדי לאמת את פוטנציאל הבידול שלהם, קריוטיפינג כדי לקבוע תוכן כרומוזומלי, הקלדת STR כדי לקבוע זהות עם תאי אב, לאמת אובדן של גנים אקסוגניים, ומחמירים יותר ב- vivo assays כגון היווצרות טרטומה והשלמת טטרפלואיד. כאן אנו מתארים פרוטוקולי אפיון של קריוטיפינג, תאים חיים מכתימים פוספטאז אלקליין, זיהוי של סמנים ביולוגיים הקשורים pluripotency על ידי אימונופלואורסצנטיות, במבחנה הבחנה assays ושיטה כדי להדגים אובדן של גנים אקסוגניים19.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
FCV התקבלו מבית החולים מניפל, בנגאלורו, באישור ועדת האתיקה של בתי החולים מניפל.
הערה: ראה טבלה 1 להרכב של כל המאגרים והפתרונות.
1. בידוד של פיברובלסטים מווילי כוריוני עוברי (FCV)
2. פלסמידים בידוד ואימות DNA
3. נוקלאופקטיון
4. קטיף והפצה של מושבות IPSC
5. אפיון של IPSCs
הערה: מחקרי אפיון כולל PCR וחיסון עבור סמן ביולוגי pluripotency נעשו לאחר מספר המעבר החמישי. קריוטיפינג בוצע במספר מעבר מאוחר יותר.
6.במבחנה הבחנה בחן
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
יצירת IPSCs ללא אינטגרציה מעובר שהופלה באופן ספונטני עם קריוטיפ 45XO
בודדנו פיברובלסטים מ- FCV עם תסמונת טרנר (TS) קריוטיפ ספציפי 45XO ו nucleofected אותם עם פלסמידים לתכנות מחדש אפיזומלי כדי ליצור TSiPSCs אשר ניתן להשתמש בהם עבור מידול במורד הזרם של התסמונת, במיוחד את הגירעונות הנוירולוגיים הקשורים (איור 1a& b). השתמשנו בוקטורים אפיזומליים לא מכוונים ובנוקלאופקטציה לניסויי טרנספקטציה(איור 1 c&d). עקב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ייצור של מודלים תאיים יציבים של רקמת עובר חריגה ציטוגנטית יש צורך להנציח פנוטיפ פגום. מסלול IPSC הוא השיטה היעילה ביותר של הכנת תאים לשימור תמידי של תכונות פגומות20.
תאי גזע פלוריפוטנטים (PSC) מציגים תכונות של התחדשות עצמית ובידול לתאים מיוחדים המזכירים עוברים מחשוף מוקדם21. לפיכך, מחשבים אישיים יכולים לשמש מודלים מצוינים לחקר פגמים מולקולריים, תאיים והתפתחותיים מוקדמים בעוברים שהופלו בטרם עת.
במאמר זה תיארנו את דור iP...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
תמיכה כספית במחקר הנ"ל ניתנה על ידי האקדמיה להשכלה גבוהה מניפל. אפיון הקו נערך בחלקו במעבדה של M.M. Panicker ב- NCBS. אנו מודים למעבדת האבחון Anand על הסיוע בקריוטיפינג.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.15% טריפסין | תרמו פישר סיינטיפיק | 27250018 | G רצועות |
| 2-מרקפטואתנול | תרמו פישר סיינטיפיק | 21985023 | פלוריפוטנטיות וגוף עוברי מדיום |
| 4', 6 דיאמידינו-2-פנילינדול | סיגמא אולדריץ' | D8417 | אימונוציטוכימיה |
| אקטיבין A | סיגמא אולדריץ | ' SRP3003 | מבחני |
| התמיינותאלקליין פוספטאז כתם חי | Thermo Fisher Scientific | A14353 | AP צביעה |
| AMAXA Nucleofector II | |||
| AmnioMAX II מדיה מלאה | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11269016 | מדיום ספציפי לתרביות תאי villi כוריוניים עובריים |
| Ampicillin | HiMedia | TC021 | טיהור פלסמיד |
| אנטי עכבר IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11059 | אימונוציטוכימיה |
| אנטי ארנב IgG (H+L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11034 | אימונוציטוכימיה |
| אנטי ארנב IgG (H+L) Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11035 | אימונוציטוכימיה |
| אנטיביוטית-אנטימיקוטית | תרמו פישר סיינטיפיק, Gibco | 15240096 | בקרת |
| זיהוםAnti-E-Cadherin | BD Biosciences | 610181 | אימונוציטוכימיה |
| Anti-Nanog | BD Biosciences | 560109 | אימונוציטוכימיה |
| Anti-OCT3/4 | BD Biosciences | 611202 | אימונוציטוכימיה |
| Anti-SOX17 | BD Biosciences | 561590 | אימונוציטוכימיה |
| Anti-SOX2 | BD Biosciences | 561469 | אימונוציטוכימיה |
| אנטי-SSEA4 | BD Biosciences | 560073 | אימונוציטוכימיה |
| אנטי-TRA 1-81 | Millipore | MAB4381 | אימונוציטוכימיה |
| גורם גדילה פיברובלסטים בסיסי [FGF2] | סיגמא אולדריץ' | F0291 | פלוריפוטנטיות |
| בינונית גורם מורפוגנטי עצם 4 | סיגמא אולדריץ' | SRP3016 מבחני התמיינות | |
| בקר סרום אלבומין | סיגמא אולדריץ' | A3059 | חסימת |
| קולגן אנושי סוג IV | BD Biosciences | 354245 | בדיקות התמיינות |
| תערובת קולגנאז | סיגמא אולדריץ' | C8051 | עיכול של וילי כוריוני עוברי |
| דקסמתזון | סיגמא אולדריץ' | D4902 | מבחני התמיינות |
| DMEM F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | מבחני בידול |
| FastDigest EcoR1 | Thermo Scientific | FD0274 | הגבלת עיכול |
| פיברונקטין | סיגמא אולדריץ' | F2518 | מבחני בידול |
| Giemsa Stain | HiMedia | S011 | G רצועה |
| חומצה אצטית קרחונית | HiMedia | AS001 | מקבע לקריוטיפ |
| גלוקוז | סיגמא אולדריץ' | מבחני התמיינות | G7528 |
| GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | פלוריפוטנטיות ומדיום גוף עוברי |
| הפרין נתרן | סיגמא אולדריץ' | H3149 | מבחני התמיינות |
| תמיסת אינסולין אנושית | סיגמא אולדריץ' | I9278 | מבחני בידול |
| אינסולין טרנספרין סלניט | סיגמא אולדריץ' | I1884 | מבחני בידול |
| KAPA HiFi PCR ערכת | Kapa Biosystems | KR0368 | OriP, EBNA1 PCR |
| KaryoMAX Colcemid | Thermo Fisher Scientific | 15210040 מעצר מיטוטי לקריוטיפ | |
| נוקאאוט DMEM | Thermo Fisher Scientific | 10829018 | פלוריפוטנטיות וגוף עוברי |
| בינוני החלפת סרום Thermo | Fisher Scientific | 10828028 | פלוריפוטנטיות ומדיום גוף עוברי |
| Luria Bertani agar | HiMedia | M1151F | טיהור פלסמיד |
| Matrigel | BD Biosciences | 356234 | מבחני התמיינות |
| MEM חומצות אמינו לא חיוניות | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | פלוריפוטנטיות ומדיום גוף עוברי |
| מתנול | HiMedia | MB113 | מקבע לקריוטיפ |
| שרשרת כבדה חדרית מיוזין α/β | Millipore | MAB1552 | אימונוציטוכימיה |
| NHDF ערכת נוקלאופקטור | Lonza | VAPD-1001 | Nucleofection |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma Aldrich | P6148 | תאי קיבוע |
| pCXLE-hOCT3/ 4-shp53-F | Addgene | 27077 | תכנות מחדש אפיזומלי פלסמיד |
| pCXLE-hSK | Addgene | 27078 | תכנות מחדש אפיזומלי פלסמיד |
| pCXLE-hUL | Addgene | 27080 | תכנות מחדש אפיזומלי פלסמיד |
| פניצילין סטרפטומיצין | תרמו פישר סיינטיפיק, | 15070063 | פלוריפוטנטיות ומדיום גוף עוברי |
| Phalloidin- Tetramethylrhodamine B isothiocyanate | Sigma Aldrich | P1951 | אימונוציטוכימיה |
| פוספט חוצץ מלח | Sigma Aldrich | P4417 | 1 X PBS טבליה אחת של PBS מומסת ב-200 מ"ל מים נטולי יונים ומעוקרת על ידי חיטוי אחסון: טמפרטורת החדר. PBST- 0.05% Tween 20 ב-1X PBS. אחסון: טמפרטורת החדר. |
| ערכת טיהור פלסמיד- Midi prep | QIAGEN | 12143 | טיהור פלסמיד |
| תמיסת אשלגן כלורי | HiMedia | MB043 | תמיסה היפוטונית לקריוטיפ |
| ערכת דם QIAamp DNA | Qiagen | 51104 | בידוד DNA גנומי |
| RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | מדיום התמיינות הפטוציטים |
| נתרן ציטראט | HiMedia | RM255 | פתרון היפוטוני לקריוטיפ |
| Triton X-100 | HiMedia | MB031 | פרמיביליזציה |
| טריפסין-EDTA (0.05%) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 25300054 | תת-תרבות של פיברובלסטים כוריוניים עובריים |
| Tween 20 | HiMedia | MB067 | הכנת PBST |
| ובטא; III tubulin | Sigma Aldrich | T8578 | אימונוציטוכימיה |
| Y-27632 דיהידרוכלוריד | Sigma Aldrich | Y0503 | מבחני התמיינות |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.