造血幹細胞および前駆細胞のマーキングコンビナトリアル5蛍光タンパク質は、再生中に、骨髄の造血アーキテクチャへの洞察を提供し、共焦点および2光子顕微鏡を経由して、生体内のクローン追跡になります。この方法は、移植後の時間の大規模な期間、無傷の組織におけるスペクトル的にコード化されたHSPCs由来細胞の非侵襲的な運命のマッピングが可能になります。
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造血幹細胞および前駆細胞のマーキングコンビナトリアル5蛍光タンパク質は、再生中に、骨髄の造血アーキテクチャへの洞察を提供し、共焦点および2光子顕微鏡を経由して、生体内のクローン追跡になります。この方法は、移植後の時間の大規模な期間、無傷の組織におけるスペクトル的にコード化されたHSPCs由来細胞の非侵襲的な運命のマッピングが可能になります。
私たちは、開発し、マウスの骨髄移植実験モデルを用いたin vivoでの造血に勉強する高い空間および時間分解能で、造血幹細胞および前駆細胞(HSPCs)のクローン追跡のための方法論を蛍光マーキングを検証しました。蛍光タンパク質をコードするレンチウイルスベクターを用いてマーキング遺伝子コンビナトリアル(FPS)は、高度な顕微鏡撮影により細胞運命マッピングを可能にした。五つの異なるFPをコードするベクター:セルリアン、EGFP、金星、tdTomato、そしてmCherryをカラーマークされたセルの多様なパレットを作成し、同時にHSPCsを伝達するために使用された。共焦点/ 2光子ハイブリッド顕微鏡を用いて画像化は、同時高解像度一意にマークされた細胞の評価と組織の構造部品に関連してその子孫を可能にします。スペクトル的に符号化されたHSPC由来細胞は、骨髄(BM含むさまざまな無傷の組織に非侵襲的に検出することができる体積が大きい面積にわたって分析明らかにする)、移植後の時間の広範な期間について。 4Dにビデオレートの多光子共焦点タイムラプスイメージングを組み合わせたライブの研究では、定量的にダイナミックな細胞およびクローン追跡の可能性を実証している。
血液細胞の産生、造血と呼ばれるが、造血幹細胞および前駆細胞(HSPCs)の小集団によって維持される。これらの細胞はすべて、自己再生および分化1,2の制御に関与し、骨芽細胞、間質細胞、脂肪組織、及び血管構造からなる複合微小環境ニッチにおける骨髄(BM)内に存在する。無傷のBMは直接観察に伝統的にアクセスできなくなっているように、HSPCとその微小環境との相互作用は、生体内での大部分は未同定のまま。以前は、私たちは共焦点蛍光および反射顕微鏡3を使用して、無傷のBMの3次元構造を可視化する方法論を確立した。私たちは、BM中のEGFP-マークHSPCsの拡大を特徴とするが、単一のFPの使用は、クローンレベルでの再生の分析を排除。ごく最近、私たちは、構成的にFLを発現するレンチウイルス遺伝子オントロジー(LEGO)ベクターを利用しました効率的に細胞4,5をマークするuorescentタンパク質(FPS)。 3または5ベクターとHSPCの共同形質導入は、複数の個別HSPCクローンの追跡を可能にする、組み合わせの色の多様なパレットを生成します。
マークの新しいイメージング技術と組み合わせたHSPCは、照射されたマウスのBM中の個別のHSPCホーミングおよび生着をトレースすることを許可。 LEGOベクターは、骨やその他の明確な可視化を可能にする、(セルリアン、EGFP、金星、tdTomato、およびmCherryをから)3または5異なるのFPにHSPCをマークし、共焦点および2光子顕微鏡によるBM中の時間をかけて彼らの生着に従うために使用されたマトリックス構造、及びそれらの微小環境の成分にHSPCクローンの関係。 HSPCはLEGOベクターで形質導入したC57BL / 6マウスのBMからの系統陰性細胞、のように精製し、そして骨髄アブレーションコンジェニックマウスに尾静脈注射によって再注入された。胸骨骨髄組織を大量に監視することにより、私たちは、初めに発生した骨内膜移植を可視化BMの再生。多様な色のスペクトルを有する細胞クラスターは、骨に近接して、最初に登場し、時間をかけて集中的に進行した。興味深いことに、3週間以上後に骨髄ではなく、血流を介してHSPCsの広範な普及よりも、連続して骨髄中の個別HSPCsから派生造血の広がりを示唆し、巨視的なクローンのクラスタで構成されていた。後半の時点ではあまり色の多様性は、複数のベクターとの長期的な再増殖細胞に形質導入することが困難で示唆がありました。
また、HSPCsは、脾臓において、マウスにおける造血を担う臓器をクラスターを形成した。 HPSC由来の個体の細胞は、同様に、胸腺、リンパ節、脾臓、肝臓、肺、心臓、皮膚、骨格筋、脂肪組織、および腎臓において解決することができる。 3D画像は、組織の最小限の摂動を有する細胞の分布を理解するために定性的および定量的に評価することができる。最後に、説明共振スキャニング多光子共焦点タイムラプスイメージングを組み合わせることにより、4Dでのライブの動的試験のdの実現可能性。この方法論は、組織再生および病理学の研究で強力なツールを提供し、彼らの無傷の3Dアーキテクチャでスペクトル的にマークされた細胞集団の非侵襲的な高解像度、多次元細胞運命のトレースを可能にします。
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全てのマウスを飼育し、取り扱う国立衛生研究所の実験動物の管理と使用に関する指針に従って、およびNHLBI動物実験委員会が承認したプロトコルに登録された。雌B6.SJL-Ptprc(d)は6-12週齢PEP3(b)に/ BoyJ(B6.SJL)およびC57BL / 6マウスを、それぞれ、ドナーとレシピエントとして使用した。
材料、試薬、および機器のリストを表1に提供される。
マウスHSPCs 1。LEGO伝達および骨髄移植
認定されたバイオセーフティーレベル2(BSL-2)キャビネット(組織培養フード)に以下の手順を実行します。
2共焦点と二光子顕微鏡と画像解析
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胸骨骨髄時間経過の全体マウント3D共焦点/ 2光子顕微鏡再構成が顕著な特性を有するパターンにおける移植共同5FPSの生着·拡大を明らかにした:クローンは、均一に広い、最初は色のパレットと進歩が付いて、線引きを明確に現われ時間をかけて優先的に主に一つの色のセルが含まれています。共焦点顕微鏡のセットアップ及び胸骨の骨髄における撮像5FPSマーキングHSPCの代表例を図2及びビデオが1及び2に示されている。
無傷の組織の3次元共焦点/ 2光子顕微鏡の再構成を全載色の運命を追跡する可能性が生組織における長期間のための骨髄由来の細胞をマークし実証する。移植後の造血および非造血器官における骨髄由来細胞の代表的な例は、Fiが示されているグレ3。
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私たちは、生きた組織で、体積とダイナミックイメージングを実現するために、タンデム共焦点および2光子顕微鏡で5FPコードLEGOベクトルおよびイメージングマーキング組合せにより発生する大きな多様性を組み合わせて、ここ最近、クローン細胞の追跡のために考案強力な方法論の詳細を説明します。これは5 "個別の" 8ビットのチャネルでの共焦点分光身元を記録することにより、マーキング、FPベースのカラーの使用を拡張した。従って、各セル内のセルリアン、EGFP、金星、tdTomato、mCherryをの相対比は、クローンの子孫を識別するためのユニークな "colorprint」を作成します。 5FPSによる多色標識は、細胞又は高密度組織サンプル内の同じタイプの細胞群のうち流通、連絡先、タイル張りの手配と競争力の相互作用を研究する場合に特に有用であることが示されたより多くの多様性を、ラベルパレットを向上させます。さまざまな組織の固有の構造的特徴の2光子励起と組み合わせて、臓器は、私たちは、固定および物理的切片を必要とせずに、そのネイティブな環境での色とマーククローン細胞を追跡することができます。個別の前駆細胞に由来した娘細胞...
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著者らは、競合する金融利益を宣言しません。
この作業は、国立衛生研究所の国立心臓・肺・血液研究所の学内研究プログラムの支援を受けました。5つのLeGOベクタープラスミドを提供してくださったBoris Fehse氏(University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Germany)に感謝します。クリスチャン・A・コムズとニール・S・ヤング(NHLBI、NIH)は、この研究全体を通じての議論、サポート、励まし、アンドレ・ラロシェル(NHLBI、NIH)は尾静脈注射の支援を提供してくれました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ウイルスの産生 | |||
| LeGO-Cer2 | Addgene | 27338 | セルリアン |
| LeGO-G2 | Addgene | 25917 | eGFP |
| LeGO-V2 | Addgene | 27340 | Venus |
| LeGO-T2 | Addgene | 27342 | tdTomato |
| LeGO-C2 | の発現Addgene | 27339 | mCherryリン酸 |
| カルシウムトランスフェクションキット | Sigma CAPHOS-1KT | ||
| 組織培養皿 | BD Falcon | 353003 | |
| IMDM | Gibco, Life Technology | 12440-053 | |
| ウシ胎児血清熱不活性化 | Sigma | F4135-500ML | |
| Pen 連鎖球菌グルタミン | Gibco, Life技術 | 10378-016 | |
| 遠心分離管 | ベックマン・コールター | 326823 | |
| SW28 超遠心分離機 | ベックマン・コールター | L60 | |
| Millex シリンジ駆動フィルター ユナイト (0.22 & マイクロ;m) | Millipore | SLGS033SS | |
| Mouse Cell Collection, Purification, Transduction, and Transplantation | |||
| ACK Lysing buffer | Quality Biologicals Inc. | 118-156-101 | |
| 系統細胞枯渇キット(マウス) | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-090-858 | |
| LSカラム+チューブ | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-041-306 | |
| Pre-Separation Filters(30 µm) | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-041-407 | |
| 造血細胞の培養および増殖のためのStemSpan SFEM無血清培地(500 ml) | StemCell Technologies Inc. | 9650 | |
| マウスIL-11 CF | R&Dシステムズ株式会社 | 418-ML-025 / CF | 100 & マイクロ;g/mlは1,000倍 |
| 組換えマウスSCF | RDI部門、フィッツジェラルド・インダストリーズ・インターナショナル | RDI-2503 | 100 & マイクロ;g/ml は 2,000x |
| 組換えマウス IL-3 | R &Dシステムズ株式会社 | 403-ML-050 | 20 & マイクロ;g/ml は 2,000x |
| FLT-3 Ligand | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-096-480 | 100 & micro;g/mlは1,000× |
| 12ウェルプレート、Costar | Corning Inc. | 3527 | |
| レトロネクチン | タカラ バイオ インク | T100A/B | 50 & マイクロで再懸濁;g / ml |
| プロタミン硫酸シ | グマ | P-4020 | 4 & マイクロ;g/ml is 1,000x |
| Confocal and Two-photon Microscopy | |||
| DMEM | Lonza | 12-614F | |
| 1 M Hepes | Cellgro, Mediatech Inc. | 25-060-CI | |
| ガラス底培養皿 P35G-0-20-C | MatTek Corporation | P35G-0-20-C | |
| ガラス底培養皿 P35G-0-14-C | MatTek Corporation | P35G-0-14-C | |
| Nunc Lab-Tek チャンバーカバーグラス #1 ホウケイ酸カバーガラス; 4 ウェル | Thermo Scientific | 155383 | |
| カバーガラス 22 mm No 2 | Thomas Scientific | 6662-Q55 | |
| ライカ TCS SP5 AOBS 5チャンネル 共焦点顕微鏡 | ライカマイクロシステムズ | ||
| カメレオンビジョンII-TiSaphレーザー範囲 680-1,080 nm | コヒーレント | ||
| カメレオンコンパクトOPOレーザー範囲 1,030-1,350 nm | コヒーレント | ||
| HCX-IRAPO-L 25X/0.95 NA 水浸対物レンズ (WD=2.5 mm) | ライカマイクロシステムズ | ||
| HC-PLAPO-CS 20X/0.70 NA ドライ対物レンズ (WD=0.6 mm) | ライカ マイクロシステムズ | ||
| HC-PL-IRAPO 40X/1.1 NA 水浸対物レンズ (WD=0.6 mm) | ライカ マイクロシステム | ||
| ズ Imaris ソフトウェア バージョン 7.6 | ビットプレーン |
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A correction was made to In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy. At the time of publication, there was a typo in the discussion, which displayed an incorrect depth.
This was corrected in the discussion from:
This approach combines the benefits of single-cell resolved high resolution imaging together with optical sectioning via confocal microscopy. Very large x - y (mm2) regions of the intact dense tissue volume can be examined by generating tiled-images. These high resolution images from optical sections can be used to computationally reconstruct (automatically and “on-the-fly”) complete 3D volumes of great complexity to depths of ~ 30 μm, comprising ~ 20-30 layers of cells, vascular, bone and collagen structures. 3D reconstructions can be used for morphometric non-invasive quantitative analyses of biologic interest. One important caveat to point out is that large volume/high resolution imaging is time-consuming, for instance 1 hr per ~1 mm3 of tissue (one fossae of the sternum), therefore we recommend imaging no more than 1 mouse per experiment per day when bone marrow as well as different tissues need to be examined in detail.
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This approach combines the benefits of single-cell resolved high resolution imaging together with optical sectioning via confocal microscopy. Very large x - y (mm2) regions of the intact dense tissue volume can be examined by generating tiled-images. These high resolution images from optical sections can be used to computationally reconstruct (automatically and “on-the-fly”) complete 3D volumes of great complexity to depths of ~ 300 μm, comprising ~ 20-30 layers of cells, vascular, bone and collagen structures. 3D reconstructions can be used for morphometric non-invasive quantitative analyses of biologic interest. One important caveat to point out is that large volume/high resolution imaging is time-consuming, for instance 1 hr per ~1 mm3 of tissue (one fossae of the sternum), therefore we recommend imaging no more than 1 mouse per experiment per day when bone marrow as well as different tissues need to be examined in detail.