彼らは多能性のための標準的なテストを通過した時、誘導多能性幹細胞(IPSC)ラインを生成することはあっても発生能の異なる行が生成されます。ここでは、所有している完全な多能性としてIPSC行を定義性IPSC、から完全に由来するマウスを作製するためのプロトコルを記述する 1。
彼らは多能性のための標準的なテストを通過した時、誘導多能性幹細胞(IPSC)ラインを生成することはあっても発生能の異なる行が生成されます。ここでは、所有している完全な多能性としてIPSC行を定義性IPSC、から完全に由来するマウスを作製するためのプロトコルを記述する 1。
体細胞から誘導多能性幹細胞(性IPSC)の生産は、基礎研究のための貴重なツールを作成する手段を提供し、また、再生治療のために患者をマッチさせた細胞の供給源を生成することがあります。性IPSCは、複数のプロトコルを使用して生成され、複数の細胞供給源に由来してもよい。一度生成された、性IPSCは、多能性マーカーの免疫染色、胚様体や奇形腫、胚性幹細胞(ESC)と生殖細胞系列への寄与2の有無にかかわらず、キメラマウスの作製と遺伝子発現の比較で三胚葉の生成を含む種々のアッセイを用いて試験する。重要なのは、これらのテストに合格IPSC線は依然として異なる分化細胞型2を製造する能力が異なります。これは難しいIPSC導出プロトコル、ドナー細胞ソースや選択方法が異なるアプリケーションのために最も有用である確立してきました。
最も厳しいテスト幹細胞株は、生物の生存に必要なすべての組織を生成するための十分な発生能を有するかどうかの(と呼ばれる完全な多能性)四倍体胚補完(TEC)3-5です。技術的には、TECは胚盤胞期6〜in vitroで培養することができる四倍体(4N)1細胞期胚を生成するには2つの細胞期胚の電気融合を伴います。二倍体(2n)の多能性幹細胞( 例えば ESCはまたは性IPSC)を四倍胚盤胞の胞胚腔に注入します( 図1を参照)妊娠のためのレシピエント雌に転送されます。二倍体細胞が注入された幹細胞株から完全に由来する胎児で、その結果、胚は適切な構成に対し、補完胚の四倍体成分は、胚体外組織(胎盤、卵黄嚢)にほぼ独占的に貢献しています。
最近、我々は再現性成体マウスを生成IPSC線の導出を報告テック1を介して。これらIPSC行はESCは3,4,7に匹敵すると、他のほとんどのIPSCライン8月12日のために報告されたものよりも高くなって、5から13パーセントの効率で実行可能な子犬を生じさせる。これらのレポートは、直接リプログラミングはTECテストで子犬を生成するの彼らの発達の可能性と効率性にESCを完全に一致させる多能性IPSCを作り出すことができることを示している。現時点では、それは完全に多能性IPSCの少ない強力なライン13から15の間で区別するものは明確ではありません。また、それは方法が最も効率的にこれらの行が生成されるリプログラミングは明らかである。ここでは、IPSC線の多能性を比較したり、別のプログラミング方法の同等性を確立しようとする研究者のために役立っているかもしれません完全に人工多能性IPSCと "all-IPSC"マウスを生成し、一つの方法を説明します。
このメソッドは、ボーランドら、Natureで報告された研究で使用されていた。461、91-96(2009)。1
1。レンチウイルスの作製
このプロトコルは、テト応答要素の制御下にあるOct4をコードするドキシサイクリン誘導性レンチウイルスシャトルベクター、レトロウイルスベクター、Klf4の、およびc-Mycを採用しています。導入遺伝子は、ドキシサイクリンの存在下で初期化因子の発現を誘導するリバーステトラサイクリントランス活性化タンパク質、rtTAM2.2 16によって活性化されます。このシステムは、初期化因子の厳密に制御され、高い発現を可能にする。ここで使用するレンチウイルスベクターは、自己不活性化であり、従って、以下のゲノム統合を複製することはできません。レンチでの作業とBSL2(米国)とS2(欧州)の規格に準拠研究所で行うべきただし、注意が必要です。
2。リプログラミングマウス胚線維芽細胞(MEF)の調製
注:ここで概説プロトコルはTECアッセイにおける使用のためのE 13.5マウス胚線維芽細胞から性IPSCの導出に関する。他のグループは成人のドナー細胞源からのすべてIPSCマウスを作製しているが、我々は、他の細胞型でこのメソッドをテストしていないとドナー細胞の種類が要因ではないことを確信することはできません。
3。 IPSCラインの導出
それは、TECを実行する前にESCの関係であなたのIPSCのラインを特徴づけるために役立っているかもしれません。我々は、1)内因性の多能性細胞化学、2でマーカー(SSEA-1、あるOct4、Sox2は、NANOG))染色体計数により核型分析、3)胚様体形成の発現を私達のラインを特徴づけてきた。一つは、またプロウイルス導入遺伝子が性IPSCで表現されていないことを確認するために、レンチウイルス特異的RT-qPCRを行うことがあります。しかし、我々は唯一の形態学、免疫染色およびkaryotypを使用して、完全に多能性IPSCを同定したINGは。私たちの実験では、一般的に、潜在的に異常な核型を持つ複数の行を多能性マーカーを発現する株の過半数でのESCのような形態及び生育特性の結果に基づいてIPSC系の選択を特定している。
4。胚盤胞注入用性IPSCの調製
PSCのラインの継代数は、これが19依存の行であるかもしれませんが、その多能性を18に影響を及ぼすことが示されている。我々は、すべての成人-IPSCマウスを作製するために通路8 から 14の性IPSCを使用している。
5。四倍体胚盤胞の発生
このセクションで実行する手順は、他の場所で5,6,20詳細に記載されている。ここで我々はBTXエレクトロセルマニピュレータECM 2001用に最適化され私たちの技術を概説しています。
6。四倍体胚盤胞への性IPSCのマイクロインジェクション
我々は、ニコンのTE-2000Uを使用する倒立顕微鏡は、胚盤胞注入用の、DIC光学とナリシゲマイクロマニピュレーターを装備。各テトラプロイド胚盤胞は、前のJove出版物5,20,21で実証されているマウスの胚盤胞にはESC注入するための標準プロトコルを使用して10月12日性IPSCを注入されて
7。レシピエントマウスの子宮角に補完さ四倍体胚盤胞の転送
四倍体胚盤胞補完は、外科的に私達が簡潔に要約しなければならない標準的な手法20を用いて 、研究者の研究所のガイドラインに従って女性レシピエントマウスの子宮角に転送されます。プロ発情期の段階で雌性CD-1マウスを選択し、精管切除した雄との交配のためにそれらを設定します。翌朝膣栓を確認してください。女性はプラグが検出された2日後に子宮胚移植(2.5 DPC)のための準備が整いました。
レシピエント雌は精管切除雄と交配される前に、ある日、非精管切除した雄と追加のCD-1雌を設定する帝王切開によって取得されたすべての-IPSCマウスについて仮親として使用することができます。
8。 IPSC由来子犬の帝王切開と育成
移植後に複数の吸収胚のTC胚の転送では、通常は、IPSCやESCラインが高い発生能を持っている場合でも。結果として、1つは、受信者ごとに4つの実行可能な仔(通常1-2)以上でないことを期待することができます。これらの小さな仔は通常、受信者によって無視されている。新生児医療のレベルと生存率を高めるために、我々は帝王切開を行い、標準的なプロトコル20によれば育成。帝王切開を実行するには、7-8PM(レシピエント18.5 DPC)で16日胚移植後にレシピエントマウスを安楽死させると子宮角から子犬を解剖する。同日リットルを納入したCD-1の母親に実行可能な子犬を育てる。
ステップ3「MEFからのiPSC誘導」では、ドキシサイクリン/VPA添加から4〜5日後に形態的な不均一性と未熟なiPSCコロニーの形成が観察され、7〜10日後には成熟したコロニーが観察されるはずです(図2)。ステップ5における1細胞四倍体胚の作製は非常に効率的です(図3)。通常、処理した2細胞胚の最大95%が正常に融合し、四倍体1細胞胚が作製されることが観察されます。四倍体胚盤胞へのiPSC注入(ステップ6、図4)の手順は、キメラマウスを作製するための二倍体胚盤胞へのESC注入プロトコルと同様であり、経験豊富なマイクロインジェクション技術者によって実施可能です。誕生する生存仔マウスの数は、細胞株によって異なります(表1)。
| MEFのプレプログラミング効率 0.01-0.03% | ||||
| TECによるiPSCマウス作製効率 | ||||
| 名前 | 概要 | 注入された胚盤胞 | 生後間もない新生児 | 成体生体 |
| iMZ-21 | 人工多能性幹細胞 | 867 | 53 (6.1%) | 19 (2.2%) |
| iMZ-9 | iPSC(人工多能性幹細胞) | 195 | 7 (3.6%) | 4 (2.1%) |
| iMZ-11 | 人工多能性幹細胞 | 338 | 1(0.3%) | 0 (0%) |
表 1. 代表的な結果

図1. 実験デザインの概略図。左上:4倍体胚盤胞の作製。アルビノマウス由来の受精2細胞胚を電気融合させて4倍体1細胞胚を作製し、これをin vitroで胚盤胞まで培養する。左下:リプログラミング。マウス胚性線維芽細胞に、Oct4、Sox2、Klf4、c-Mycおよび逆テトラサイクリン制御活性化タンパク質(rtTAM2.2)をコードするレンチウイルス粒子を導入する。ドキシサイクリンを添加することで導入遺伝子が発現し、iPSCへのリプログラミングが開始される。右:iPSCマウスの作製。有色マウス由来のiPSCを4倍体胚盤胞の胚盤腔内に注入し、擬妊娠状態のレシピエントマウスの子宮内に外科的に移植する。出生したiPSCマウスは帝王切開により取り出され、代育に付される。 ここをクリックして拡大図を表示。

図 2. リプログラミングに伴う形態的変化。左から右へ:リプログラミング実験の過程における、線維芽細胞からiPSCコロニーへの形態的進展の例。 ここをクリックして拡大図を表示。

図3. 四倍体胚の作製。二倍体の2細胞期胚に電気パルスを印加し、割球を融合させることで1細胞の四倍体胚を生成させる。

図4. iPSCマウスの作製。左:4倍体胚盤胞の胚盤胞腔にiPSCを注入する。中央:新生iPSCマウスは、色素沈着した眼によって区別される。右:出生後3週目のiPSCマウス。
TECのアッセイを用いて、IPSCラインからマウスを生成すると、IPSCラインの多能性のための厳しい機能テストを提供しています。このテストでは、異なるプログラミング方法の相対的な有効性を評価したり、 試験管内で特定の種類の細胞を生成するための最も有用であろうIPSC行を識別するために、役に立つかもしれません。性IPSCから生成されたマウスは厳しくIPSC由来の組織の長期安定性と発癌性をテストするために使用されるかもしれません。このプロトコルは、完全に多能性IPSC IPSC線やマウスを作製したり、別のプログラミング方法の相対的な効用を比較するために希望する研究者に有用であろう。
完全に多能性IPSCの発生と同定は十分に理解のまま、それがこの方法を用いて製造ラインが一部IPSC TEC試験に合格しない可能性があります制御メカニズム。多くの要因が遺伝的背景、レンチウイルス力価は、レンチウイルスのパターンiを含む実験の間で異なるかもしれませんnsertion、ドナー集団の細胞周期パラメータは、TECの手順の様々なステップと性IPSCの変数性癖で研究室間の違いは遺伝的またはエピジェネティックな異常を抱いています。最高の成功を確実にするために、我々はそれぞれのウイルスが十分に検出可能な遺伝子発現を少なくとも80%との理想的には100%を生産するために集中していることを保証するためにコントロールのMEFのウイルス希釈液をテストすることにより、IPSC導出実験におけるレンチウイルス遺伝子発現の適切な水準を確立するために世話をするMEFに。これは過密井戸なしでのMEFと生産コロニーへの毒性を制限しながら、私たちは異なるレンチウイルスの複数のコピーを持つ行を識別することができます。これは、複数の他のプロトコルが完全多能性への複数のパスが1,8-13,15が存在するかもしれないことを示唆する複数の方法やドナー細胞の光源を使用し、完全発達可能性を秘めた性IPSCを生成することが示されている点に留意する必要がある。しかし現在は、完全に多能性IPSCのない決定的なバイオマーカー識別され、それゆえのTECアッセイはIPSCラインは生物のすべての細胞系譜を生成できるかどうかのゴールドスタンダードテスト残っています。
特別な利害関係は宣言されません。
KKB、MJB、ジーザスライフハウスとKLNへのサポートは、カリフォルニア再生医療研究所、ピュー慈善トラストメディカル奨学金プログラム、エスター·B·オキーフファミリー財団とシャピロファミリー財団によって提供されました。 KKBはドナルドE.とデリアB.バクスター財団学部学者である。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| DMEM (高グルコース) | Invitrogen | 11965-092 | |
| ES細胞認定FBS | Invitrogen | 104392-024 | |
| 胎児牛血清 | Invitrogen | 16140-071 | |
| Glutamax | Invitrogen | 35050-061 | |
| β-メルカプト–エタノール | シグマ | Sigma M7522 | |
| 0.1% ゼラチン | Millipore | ES006-B | |
| MEM 非必須アミノ酸 | Invitrogen | 11140 | |
| Medium 199 | Invitrogen | 11150-059 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Invitrogen | 15140-122 | |
| ESGRO(マウスLIF) | Millipore | ESG1106 | |
| バルプロ酸 | シグマ | P4543 | |
| ジメチルスルホキシド | フィッシャー | BP231-100 | |
| 0.25% トリプシン-EDTA | Invitrogen | 25200 | |
| PBS Ca(カルシウム添加PBS)2+/Mg2+ | Invitrogen | 14040-133 | |
| カルシウム含有PBS2+/Mg2+ 無料 | Invitrogen | 14190-144 | |
| 妊娠馬血清ゴナドトロピン、超排卵用、凍結乾燥、2,000 IU | ハーバーUCLA研究所 | 該当なし | |
| ヒト絨毛性ゴナドトロピン | シグマ | C1063 | |
| ヒアルロニダーゼ含有FHM培地 | Millipore | MR-056-F | |
| KSOM-1/2 AA培地 | Millipore | MR-106-D | |
| FHM | Millipore | MR-024-D | |
| 胚移植用および胚検査用精製水 | シグマ | W1503 | |
| ミネラルオイル(胚試験済み) | シグマ | M5310 | |
| CaCl22 | シグマ | C7902 | |
| 硫酸マグネシウム4 | シグマ | M2773 | |
| D-マンニトール | シグマ | M4125 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA)、胚試験済み | シグマ | A3311 | |
| マウス胚性線維芽細胞、非照射 | Millipore | PMEF-CFL | |
| <強力な>本プロトコールで使用する培地および緩衝液 HEK293T増殖培地。DMEM 90%、FBS 10%、ペニシリン 100 U/mlおよびストレプトマイシン 10 mg/ml。トランスフェクション当日に使用するHEK培地からは、ペニシリンとストレプトマイシンを除いてください。HEK培地は4℃で保存可能です。 °最大1ヶ月間、℃で保存する。 2x HBS. 42 mM Hepes, 274 mM NaCl, 10 mM KCl, 1.5 mM Na2ハイパーパラメータ最適化4·7H2O, 12 mM デキストロース。pHを7.1 ± 0.1に調整する。pHの管理は極めて重要である。滅菌フィルターでろ過し、4℃で保存する。 °C. マウス胚性線維芽細胞(MEF)増殖培地(フィーダー細胞用としても使用可能)。70% DMEM、20% Medium 199、10% FBS、100 U/ml ペニシリンおよび 10 mg/ml ストレプトマイシン。4℃で保存すること。 °最大1か月間、Cで保存する。 ESC増殖培地。85% DMEM、15% ES細胞適合FBS、1x Glutamax、0.1 mM 非必須アミノ酸、0.1 mM β-メルカプト–エタノール、1,000 U/ml ESGRO、100 U/ml ペニシリン、および 10 mg/ml ストレプトマイシン。ESC培地は4℃で保存可能である。 °最大3週間、℃で保存する。 電気融合培地。0.3 M マンニトール、0.1 mM MgSO44, 50 mM CaCl22、および胚テスト水に溶解した3% BSA。4℃で保存する。 °最大3か月間、Cで保存する。 |