Questo protocollo descrive l'efficiente induzione dell'endotelio emogenico e dei progenitori ematopoietici multipotenziali da cellule staminali pluripotenti umane attraverso l'espressione forzata di fattori di trascrizione.
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Articolo metodologico
Questo protocollo descrive l'efficiente induzione dell'endotelio emogenico e dei progenitori ematopoietici multipotenziali da cellule staminali pluripotenti umane attraverso l'espressione forzata di fattori di trascrizione.
Durante lo sviluppo, cellule ematopoietiche derivano da un sottoinsieme specializzato di cellule endoteliali, endotelio hemogenic (HE). Modellazione sviluppo HE in vitro è essenziale per gli studi meccanicistici della transizione endoteliale-ematopoietiche e le specifiche ematopoietiche. Qui, si descrive un metodo per l'induzione efficiente di SE da cellule umane pluripotenti staminali (hPSCs) mediante sovraespressione di diverse serie di fattori di trascrizione. La combinazione di ETV2 e GATA1 o GATA2 TF viene usato per indurre HE con potenziale pan-mieloide, mentre una combinazione di fattori di trascrizione e GATA2 TAL1 consente la produzione di HE con eritroide e potenziale megacariocitica. L'aggiunta di LMO2 a GATA2 e la combinazione TAL1 accelera notevolmente il differenziamento eritroide e aumenta e le cellule megacariociti produzione. Questo metodo fornisce un mezzo efficace e rapido di induzione HE da hPSCs e permette l'osservazione del endoteliale-hematopoietic transizione in un piatto di coltura. Il protocollo comprende le procedure hPSCs trasduzione e analisi post-trasduzione di SE e progenitori sangue.
La capacità unica di cellule staminali umane pluripotenti (hPSCs) per auto-rinnovarsi e di differenziarsi in cellule di tre foglietti embrionali, compreso il sangue, li rendono uno strumento prezioso per gli studi meccanicistici di sviluppo ematopoietiche, la modellazione di malattie del sangue, lo screening di stupefacenti, studi di tossicità, e lo sviluppo di terapie cellulari. Perché la formazione del sangue nei proventi embrioni da endotelio hemogenic (HE) attraverso una transizione ematopoietiche endoteliale 1,2, la generazione di SE nelle culture sarebbe essenziale per studiare i meccanismi molecolari che regolano la endoteliale transizione ematopoietiche e le specifiche ematopoietiche. Metodi attuali per studi di HE si basano sull'induzione di differenziazione hematoendothelial in aggregati (EBS) con l'aggiunta di citochine ematopoietiche 3-5, e di co-coltura con cellule stromali hPSCs Emopoiesi-solidale 6,7 o nelle culture bidimensionali con extracellulare matrici e cytokines 8,9. Questi metodi di differenziazione classici si basano sull'introduzione di segnali esterni che agiscono sulla superficie cellulare e avvio cascate di percorsi molecolari che conducono alla attivazione del programma trascrizionale guidare lo sviluppo hematoendothelial. Quindi, l'efficienza di hPSCs differenziazioni in questi sistemi si basa su una induzione effettivo di questi segnali, la trasduzione del segnale al nucleo, e l'attivazione di specifiche risultante regolatori trascrizionali. Inoltre, lo studio di HE in colture di differenziazione convenzionali richiede l'ulteriore fase di isolare HE cellule usando separazione delle cellule. Qui, descriviamo un semplice protocollo per l'induzione diretta di SE e sangue sovraespressione di fattori di trascrizione ematopoietiche. Questo metodo consente l'induzione efficiente HE in un piatto e osservazione diretta della endoteliale transizione ematopoietiche senza la necessità di isolamento di HE utilizzando una procedura di ordinamento cellule ingombrante.
Formazione di SE e del sangue da cellule staminali umane pluripotenti possono essere efficacemente indotti da iperespressione pochi fattori di trascrizione (TFS). La combinazione ottimale di TF in grado di indurre robusto emopoiesi pan-mieloide da hPSCs include ETV2 e GATA1 o GATA2. Al contrario, la combinazione di GATA2 e TAL1 induce erythromegakaryocytopoiesis 10. Programmazione hPSCs attraverso la sovraespressione di questi fattori differenzia hPSCs direttamente al VE-cad + CD43 - CD73 - HE cellule che acquisiscono gradualmente il fenotipo ematopoietiche definito mediante l'espressione dei primi ematopoietiche marcatore CD43 7. Questo metodo basato lentivirali-per la programmazione diretta del metodo di cellule staminali pluripotenti umane è applicabile per la generazione di HE e cellule del sangue per studi meccanicistici, studi di endoteliale di transizione ematopoietiche e regolazione trascrizionale di sviluppo ematopoietiche e le specifiche. Sebbene la cprotocollo orrente descrive la produzione di sangue usando l'espressione costitutiva dei transgeni, risultati simili possono essere ottenuti utilizzando modificato mRNA 10.
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1. Preparativi Virus e fattore di trascrizione combinazioni
2. hPSCs Cultura protocollo
3. Induzione di Hematoendothelial Pprecursors da hPSCs (giorno 0, trasduzione di hPSCs)
4. Induzione Hematoendothelial precursori da hPSCs (giorno 1-7)
5. Analisi di Hemogenic endotelio (HE) Fase di differenziazione.
6. Analisi della indotte ematopoietiche precursori
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Lo schema di SE e induzione sangue da hPSCs di sovraespressione di fattori di trascrizione è mostrato in Figura 1. ETV2 con combinazione GATA1 o GATA2 induce emopoiesi pan-mieloide, mentre un GATA2, TAL1 +/- combinazione LMO2 induce emopoiesi prevalentemente eritro-megacariocitica. Entrambe le combinazioni TF direttamente indotto cellule HE che in seguito trasformati in progenitori di sangue con una gamma diversa di differenziazione ematopoietiche. Differenziazione delle hPSCs dallo sta...
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Il metodo sopra descritto per ematopoietiche differenziazione hPSCs di sovraespressione di TF, rappresenta un metodo veloce ed efficace per la generazione di HE e mieloidi e erytho-magakaryocytic progenitori da hESC e iPSCs, consentendo in tal modo la produzione di fino a 30 milioni di cellule del sangue dal un milione di cellule staminali pluripotenti 10. Questo metodo esposto differenziazione consistente in più di hESC e iPSCs linee 10. Durante differenziazione per ETV2 e GATA2, fattori GATA1 non...
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IS è socio fondatore e consulente per Cynata.
Ringraziamo Matt Raymond per l'assistenza editoriale. Questo lavoro è stato sostenuto dai fondi del National Institute of Health (U01HL099773, R01HL116221 e P51 RR000167) e della Charlotte Geyer Foundation.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
Table 1. Induzione della differenziazione delle hPSC con fattori di trascrizione e analisi dell'endotelio emogenico e delle cellule del sangue. | |||
| pSIN4-EF1a-ETV2-IRES-Puro | Addgene | Plasmide #61061 | Vettore lentivirale |
| pSIN4-EF1a-GATA2-IRES-Puro | Addgene | Plasmide #61063 | Vettore lentivirale |
| pSIN4-EF1a-GATA1-IRES-Puro | Addgene | Plasmide #61062 | Vettore lentivirale |
| pSIN4-EF1a-TAL1-IRES-Puro | Addgene | Plasmide #61062 | Vettore lentivirale |
| pSIN4-EF1a-LMO2-IRES-Puro | Addgene | Plasmide #61064 | Vettore lentivirale |
| Esadimetrina bromuro (Polybrene) | Sigma-Aldrich | 107689-10G | Polimero cationico utilizzato per aumentare l'efficienza dell'infezione |
| Y-27632 (dicloridrato) Inibitore di ROCK | STEMCELL Technologies | 72302 | Inibitore della via RHO/ROCK Inibisce ROCK |
| StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent | Life Technologies | A11105-01 | Reagente |
| Terreno di coltura incompleto (privo di fattore di crescita) mTeSR1 Formulazione personalizzata | WiCell Research Institute (Madison, WI) | MCF | Terreno mTeSR1 senza siero senza bFGF e TGFb |
| umano SCF | Peprotech | 300-07 | |
| TPO umano | Peprotech | 300-18 | |
| FGF umano di grado | Peprotech | 100-18B | |
| CD144 (VE-cad) FITC | BD Biosciences | 560411 | Marcatore endoteliale (FACS) |
| CD226 PE | BD Biosciences | 338305 | Ematopoietico ( FACS) |
| CD43 PE | BD Biosciences | 560199 | Ematopoietico (FACS) |
| CD73 APC | R& Sistemi D | FAB5795A | marcatore endoteliale (FACS) |
| CD45 APC | BD Biosciences | 555485 | Hematopoietic (FACS) |
| 7AAD | Life Technologies | A1310 | Live/Dead assay (FACS) |
| Paraformaldeide | Sigma-Aldrich | P6148-500G | Fissazione cellulare |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284-500ML | Permeabilizzazione |
| FBS | Fisher Scientific | SH3007003 | Siero fetale bovino |
| Mouse anti-umano CD43 | BD Biosciences | 551457 | Anticorpo primario puro per la colorazione in immunofluorescenza (IF) Coniglio |
| anti-umano VE-caderina | BenderMedSystem | BMS158 | Primario (IF) |
| Anti-coniglio Alexa Fluor 488-coniugato | JacksonResearch | 715-486-152 | Secondario (IF) |
| Anti-topo Alexa Fluor 594-coniugato | JacksonResearch | 715-516-150 | Secondario (IF) |
| Colorazione con acido nucleico DAPI | Life Technologies | D1306 | Saggio vivo/morto (IF) |
| Terreno clonogenico MethoCult H4435 Enriched | STEMCELL Technologies | 4435 | Saggio CFC |
| Soluzione di colorazione di Wright | Sigma -Aldrich | 32857 | Colorazione di citospin< |
Table 2. hPSCs culture. | |||
| Cellule staminali pluripotenti umane (hPSC) | WiCell Research Institute (Madison, WI) | hESCs (WA01, WA09) cellule staminali embrionali umane; iPSCs (DF-19-9-7T, DF-4-3-7T) cellule staminali pluripotenti indotte senza transgeni | hPSCs hPSCs sono in grado di auto-rinnovarsi e di differenziarsi in cellule di tre strati germinali |
| Terreno completo privo di siero per la coltura di hPSCs mTeSR1 media | Istituto di ricerca WiCell (Madison, WI) | M500 | Terreno privo di siero con fattori di crescita per colture prive di feeder di ESC/iPSC |
| Matrigel | BD Bioscienze / Corning | 356234 | Matrice per il mantenimento di ESC / iPSC umane |
| DMEM / F-12, polvere | Life Technologies | 12500-062 | Mezzo basale |
| HyClone Dulbecco's PBS polvere | Fisher Scientific | dSH30013.04 | PBS |
| Dispase II, polvere | Life Technologies | 17105-041 | Proteasi neutra, dissociazione cellulare |
Table 3. Primers for detection of virus genomic integration. | |||
| Nome del primer | Forward (Fwd) 5' -->3' | Reverse (Rev) 5'-->3' | Descrizione |
| pSIN EF1a Fwd | TTC CAT TTC AGG TGT CGT GA | -- | EF1a sequenza promotore |
| GATA1 Rev | - | -TCC CTG TAG TAG GCC AGT GC | Regione di codifica |
| GATA2 Rev | -- | GGT TGG CAT AGT AGG GGT TG | Regione di codifica |
| TAL1 Rev | -- | AGG CGG AGG ATC TCA TTC TT | Regione di codifica |
| LMO2 Rev | -- | GGC CCA GTT TGT AGT AGA GGC | Regione di codifica |
| ETV2 Rev | -- | GAA CTT CTG GGT GCA GTA AC | Regione di codifica |
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