Questo protocollo descrive le metodologie per stabilire organoidi epiteliali endometriali di topo per l'espressione genica e le analisi istologiche.
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Articolo metodologico
Questo protocollo descrive le metodologie per stabilire organoidi epiteliali endometriali di topo per l'espressione genica e le analisi istologiche.
Il tessuto endometriale riveste la cavità interna dell'utero ed è sotto il controllo ciclico di estrogeni e progesterone. È un tessuto composto da epitelio luminale e ghiandolare, un compartimento stromale, una rete vascolare e una popolazione di cellule immunitarie complesse. I modelli murini sono stati un potente strumento per studiare l'endometrio, rivelando meccanismi critici che controllano l'impianto, la placentazione e il cancro. Il recente sviluppo di colture organoidi endometriali 3D presenta un modello all'avanguardia per sezionare le vie di segnalazione che sono alla base della biologia endometriale. Stabilire organoidi endometriali da modelli murini geneticamente modificati, analizzare i loro trascrittomi e visualizzare la loro morfologia a una risoluzione a singola cellula sono strumenti cruciali per lo studio delle malattie dell'endometrio. Questo articolo delinea i metodi per stabilire colture 3D di epitelio endometriale da topi e descrive tecniche per quantificare l'espressione genica e analizzare l'istologia degli organoidi. L'obiettivo è quello di fornire una risorsa che possa essere utilizzata per stabilire, coltivare e studiare l'espressione genica e le caratteristiche morfologiche degli organoidi epiteliali endometriali.
L'endometrio - il tessuto mucoso del rivestimento interno della cavità uterina - è un tessuto unico e altamente dinamico che svolge ruoli critici nella salute riproduttiva di una donna. Durante la vita riproduttiva, l'endometrio ha il potenziale per subire centinaia di cicli di proliferazione, differenziazione e rottura, coordinati dall'azione concertata degli ormoni ovarici - estrogeni e progesterone. Studi su topi geneticamente modificati hanno scoperto meccanismi biologici di base alla base della risposta endometriale agli ormoni e del controllo dell'impianto dell'embrione, della decidualizzazione delle cellule stromali e della gravidanza1. Gli studi in vitro, tuttavia, sono stati limitati a causa delle difficoltà nel mantenere tessuti endometriali primari di topo non trasformati nelle colture cellulari 2D tradizionali 2,3. I recenti progressi nella coltura dei tessuti endometriali come sistemi di organi 3D, o organoidi, rappresentano una nuova opportunità per studiare i percorsi biologici che controllano la rigenerazione e la differenziazione delle cellule endometriali. I sistemi organoidi endometriali di topo e umano sono stati sviluppati da epitelio endometriale puro incapsulato in varie matrici4,5, mentre l'endometrio umano è stato coltivato come co-colture epiteliali/stromali prive di scaffold 6,7 e, più recentemente, come assembloidi epiteliali/stromali incapsulati in collagene8 . La crescita e il potenziale rigenerativo delle colture organoidi epiteliali è supportato da un cocktail definito di fattori di crescita e inibitori di piccole molecole che sono stati empiricamente determinati per massimizzare la crescita e la rigenerazione degli organoidi 4,5,9. Inoltre, la capacità di congelare e scongelare gli organoidi endometriali consente la banca a lungo termine di organoidi endometriali da topi e umani per studi futuri.
Topi geneticamente modificati hanno rivelato le complesse vie di segnalazione che controllano la gravidanza precoce e la decidualizzazione e sono stati utilizzati come modelli di perdita di gravidanza, cancro dell'endometrio ed endometriosi. Questi studi genetici sono stati ampiamente raggiunti con la delezione cellulo-specifica di alleli affiancati da loxP ("floxed") utilizzando cre ricombinasi che sono specificamente attive nei tessuti riproduttivi femminili. Questi modelli murini includono il recettore del progesterone-cre10, ampiamente utilizzato, che ha una forte attività ricombinasi nei tessuti epiteliali e stromali endometriali, la lattoferrina i-cre, che induce la ricombinazione epiteliale endometriale nei topi adulti11, o Wnt7a-cre, che innesca la delezione epiteliale-specifica nei tessuti di derivazione mülleriana12 . La coltura di tessuti endometriali da modelli murini geneticamente modificati come organoidi 3D ha fornito un'eccellente opportunità per studiare la biologia endometriale e facilitare l'identificazione dei fattori di crescita e delle vie di segnalazione che controllano il rinnovamento e la differenziazione delle cellule endometriali13,14. I metodi per l'isolamento e la coltura del tessuto endometriale del topo sono descritti in letteratura e riportano l'uso di varie strategie enzimatiche per l'isolamento dell'epitelio uterino per la successiva coltura di organoidi epiteliali endometriali4. Mentre la letteratura precedente fornisce un quadro critico per i protocolli di coltura organoide epiteliale endometriale 4,5,6, questo articolo fornisce un metodo chiaro e completo per generare, mantenere, elaborare e analizzare questi organoidi. La standardizzazione di queste tecniche è importante per accelerare i progressi nel campo della biologia riproduttiva femminile. Qui, riportiamo una metodologia dettagliata per la purificazione enzimatica e meccanica del tessuto epiteliale endometriale di topo per la successiva coltura di organoidi endometriali in un'impalcatura a matrice di gel. Descriviamo anche le metodologie per le analisi istologiche e molecolari a valle degli organoidi epiteliali endometriali di topo incapsulati in gel con matrice di remu.
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La manipolazione dei topi e gli studi sperimentali sono stati eseguiti secondo protocolli approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) del Baylor College of Medicine e linee guida stabilite dalla Guida NIH per la cura e l'uso degli animali da laboratorio.
1. Isolamento dell'epitelio uterino dai topi con metodi enzimatici e meccanici
NOTA: Questa sezione descrive i passaggi necessari per stabilire, passare, congelare e scongelare organoidi endometriali epiteliali da topi utilizzando un'impalcatura a matrice di gel. Studi precedenti hanno determinato che colture ottimali di organoidi endometriali di topo sono stabilite dai topi durantela fase 4 dell'estro, che può essere determinata dall'esame citologico di un tampone vaginale15. Topi WT femmina adulti (6-8 settimane, ibridi C57BL/6J e 129S5/SvEvBrd) sono stati utilizzati per tutti gli esperimenti. I topi sono stati sottoposti a eutanasia umana secondo le linee guida approvate dalla IACUC utilizzando sedazione isoflurana seguita da disarticolazione cervicale. Una volta che i topi vengono eutanasiati, è necessario seguire i seguenti passaggi. Vedere la tabella dei materiali per i dettagli relativi ai materiali e alle soluzioni utilizzate in questo protocollo.
2. Lavorazione del compartimento stromale
NOTA: Questa sezione delinea i protocolli necessari per isolare il compartimento stromale dell'endometrio del topo. Dato il crescente interesse per gli esperimenti di co-coltura epiteliale/stromale, è importante essere in grado di elaborare le popolazioni di cellule stromali oltre alle cellule epiteliali che genereranno organoidi.
3. Incapsulamento dell'epitelio uterino nella matrice di gel per stabilire organoidi
NOTA: Tenere la matrice di gel sul ghiaccio fino a quando non è pronta per essere utilizzata.
4. Analisi dell'espressione genica di organoidi endometriali dopo trattamento con estradiolo
NOTA: Questa sezione descrive i metodi utilizzati per profilare l'espressione genica degli organoidi epiteliali endometriali utilizzando qPCR in tempo reale dopo il trattamento con estradiolo (E2; vedere Tabella 1). Poiché l'endometrio è sotto il controllo ciclico dell'ormone ovarico E2, testare la risposta degli organoidi a E2 è una misura importante della funzione fisiologica. Abbiamo ottenuto RNA di alta qualità e generato mRNA sufficiente per profilare l'espressione genica utilizzando qPCR e / o sequenziamento dell'RNA dai nostri organoidi epiteliali endometriali. Questa sezione descrive come raccogliere organoidi e processarli per l'analisi a valle dell'espressione genica. Il mezzo di trattamento selezionato riflette quello usato per trattare le cellule endometriali in coltura. Tuttavia, va notato che questo mezzo di trattamento può essere ottimizzato di conseguenza, come fatto per il trattamento di colture 3D endometriali umane con ormoni 8,16,17.
5. Analisi istologica degli organoidi endometriali
NOTA: L'imaging delle caratteristiche morfologiche degli organoidi endometriali è fondamentale per valutare l'effetto cellulare di fattori di crescita, manipolazioni genetiche o inibitori di piccole molecole. Questa sezione descrive le tecniche utilizzate per fissare, elaborare e visualizzare organoidi epiteliali endometriali utilizzando colorazioni istologiche e colorazione immunofluorescente anticorpale.
6. Colorazione di ematossilina ed eosina
7. Colorazione con immunofluorescenza
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Immagini a contrasto di fase di organoidi endometriali di topo
Abbiamo stabilito organoidi dall'epitelio endometriale del topo WT, come descritto nel protocollo allegato (vedi diagramma in Figura 1). Dopo la dissociazione enzimatica dell'epitelio endometriale del topo, i fogli epiteliali sono stati separati meccanicamente dalle cellule stromali uterine e ulteriormente dissociati dalla collagenasi per generare una sospensione unicellulare. Se eseguito correttamente, questo...
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Qui, descriviamo i metodi per generare organoidi epiteliali endometriali dall'endometrio del topo e i protocolli utilizzati abitualmente per la loro analisi a valle. Gli organoidi endometriali sono un potente strumento per studiare i meccanismi che controllano le malattie correlate all'endometrio, come l'endometriosi, il cancro dell'endometrio e il fallimento dell'impianto. Studi di riferimento pubblicati nel 2017 hanno riportato le condizioni per la coltura a lungo termine e colture rinnovabili di organoidi endometriali...
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Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Ringraziamo la Dott.ssa Stephanie Pangas e il Dr. Martin M. Matzuk (M.M.M.) per la lettura critica e la redazione del nostro manoscritto. Gli studi sono stati sostenuti da Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development grants R00-HD096057 (D.M.), R01-HD105800 (D.M.), R01-HD032067 (M.M.M.) e R01-HD110038 (M.M.M.), e da NCI- P30 Cancer Center Support Grant (NCI-CA125123). Diana Monsivais, Ph.D. ha ricevuto un Next Gen Pregnancy Award dal Burroughs Wellcome Fund.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Formulazione dei terreni organoidi | |||
| Name | Azienda | Numero catalogo | Concentrazione finale |
| Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Matrice della membrana basale, *Senza LDEV | Corning | 354230 | 100% |
| Tripsina dal pancreas bovino | Sigma Aldrich | T1426-1G | 1% |
| Advanced DMEM/F12 | Life Technologies | 12634010 | |
| 1X N2 supplemento | Life Technologies | 17502048 | 1X |
| B-27™ Integratore (50X), meno vitamina A | Life Technologies | 12587010 | 1X |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | 100 &; g/mL |
| N-acetil-L-cisteina | Sigma Aldrich | A9165-5G | 1,25 mM |
| L-glutammina | Life Technologies | 25030024 | 2 mM |
| Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636-100G | 10 nM |
| ALK-4, -5, -7 inibitore, A83-01 | Tocris | 2939 | 500 nM |
| EGF umano ricombinante | Peprotech | AF-100-15 | 50 ng/mL |
| Noggin umana ricombinante | Peprotech | 120-10C | 100 ng/mL |
| Rispondina-1 umana ricombinante | Peprotech | 120-38 | 500 ng/mL |
| FGF-10 umana ricombinante | Peprotech | 100-26 | 100 ng/mL |
| HGF umana ricombinante | Peprotech | 100-39 | 50 ng/mL |
| WNT3a | R& Sistemi D | 5036-WN | 200 ng/mL |
| Altre forniture e reagenti | |||
| Name | Azienda | Numero di catalogo | Concentrazione finaleCollagenasi |
| da Clostridium histolyticum | Sigma Aldrich | C0130-1G | 5 mg/ mL |
| Deossiribonucleasi I da pancreas bovino | Sigma Aldrich | DN25-100MG | 2 mg/mL |
| DPBS, senza calcio, senza magnesio | ThermoFisher | 14190-250 | 1X |
| HBSS, senza calcio, senza magnesio | ThermoFisher | 14170112 | 1X |
| Falcon Micropiastre in polistirene (24 pozzetti) | Fisher Scientific | #08-772-51 | |
| Falcon Micropiastre in polistirene (12 pozzetti) | Fisher Scientific | #0877229 | |
| Filtri per celle di falco, 40 &; micro; m | Fisher Scientific | #08-771-1 | |
| Direct-zol RNA MiniPrep (50 µ g) | Reagente Genesee Scientific | 11-331 | |
| Trizol | Invitrogen | 15596026 | |
| DMEM/F-12, HEPES, senza rosso fenolo | ThermoFisher | 11039021 | |
| Siero fetale bovino, Carbone spogliato | Sigma | Aldrich F6765-500ML | 2% |
| Estratiol (E2) | Sigma Aldrich | E1024-1G | 10 nM |
| Formaldeide 16% in acquosa soluzione, EM Grade | VWR | 15710 | 4% |
| Epredia Cassette 1 Cassette per tessuti scanalate | Fisher Scientific | 1000961 | |
| Epredia Stampi per base per inclusione in acciaio inossidabile | Fisher Scientific | 64-010-15 | |
| Etanolo, 200 proof (100%) | Fisher Scientific | 22-032-601 | |
| Histoclear | Fisher Scientific | 50-899-90147 | |
| Mezzo di montaggio permanente | Fisher Scientific | 50-277-97 | |
| Epredia Nylon Sacche per biopsia | Fisher | Scientific 6774010 | |
| HistoGel Gel per l'elaborazione dei campioni | VWR | 83009-992 | |
| Soluzione di ematossilina Premium | VWR | 95057-844 | |
| Soluzione di eosina Y (giallastra) Premium | VWR | 95057-848 | |
| TBS Tampone, 20X, pH 7,4 | GenDEPORT | T8054 | 1X |
| TBST (10X), pH 7,4 | GenDEPORT | T8056 | 1X |
| Acido citrico. | Sigma Aldrich | C0759-1KG | |
| Citrato di sodio tribasico diidrato | Sigma Aldrich | S4641-500G | |
| Tween20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| Albumina sierica bovina (BSA) | Sigma Aldrich | A2153-100G | 3% |
| DAPI (1 mg/mL) | ThermoFisher | 62248 | Diluizione 1:1000 |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium | Vector Labs | H-1000-10 | |
| Smalto per unghie trasparente | Fisher Scientific | NC1849418 | |
| Fisherbrand Superfrost Plus Vetrini per microscopio | Fisher Scientific | 22037246 | |
| VWR Micro Cover Glasses | VWR | 48393-106 | |
| SuperScript VILO Master Mix | ThermoFisher | 11755050 | |
| SYBR Green PCR Master Mix | ThermoFisher | 4364346 | |
| anticorpo Krt8 (TROMA-I) | DSHB | TROMA-I | Diluizione 1:50 |
| Vimentin Antobody | Cell Signaling | 5741S | Diluizione 1:200 |
| Anticorpo IgG anti-ratto d'asino (H+L) Anticorpo secondario altamente adsorbito, Alexa Fluor 594 | ThermoFisher | A-21209 | Diluizione 1:250 |
| Anti-Rabbin d'asino IgG (H+L) Anticorpo secondario altamente adsorbito, Alexa Fluor 488 | ThermoFisher | A-21206 | Diluizione 1:250 |
| ZEISS Stemi 508 Stereo Microscopio | ZEISS ZEISS | ||
| Axio Vert.A1 Microscopio di routine invertito con fotocamera digitale | ZEISS | ||
| Primer Sequence | Forward (5'-3') | Reverse (5'-3') | _ |
| Lipocalin 2 (Lcn2) | GCAGGTGGTACGTTGTGGG | CTCTTGTAGCTCATAGATGGTGC | |
| Lattoferrina (Ltf) | TGAGGCCCTTGGACTCTGT | ACCCACTTTTCTCATCTCGTTC | |
| Progesterone (Pgr) | CCCACAGGAGTTTGTCAAGCTC | TAACTTCAGACATTTCCGG | |
| Gliceraldeide 3 fosfato deidrogenasi (Gapdh) | CAATGTGTGTGTCGTGGATCT | GCCTGCTTCACCACCTTCTT |
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