ここで説明するプロトコルは、転写因子の最小セットの過剰発現によるマウス胚性線維芽細胞における造血プログラムの誘導を詳述しています。この技術は、造血、血液疾患、造血幹細胞移植の将来の研究のためのプラットフォームを提供するために、人間のシステムに変換される可能性があります。
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ここで説明するプロトコルは、転写因子の最小セットの過剰発現によるマウス胚性線維芽細胞における造血プログラムの誘導を詳述しています。この技術は、造血、血液疾患、造血幹細胞移植の将来の研究のためのプラットフォームを提供するために、人間のシステムに変換される可能性があります。
このプロトコルは、転写因子(TF)の過剰発現によるマウス胚性線維芽細胞(MEF)における造血プログラムの誘導を詳述しています。まず、ヒトCD34-tTA/TetO-H2BGFP(34/H2BGFP)ダブルトランスジェニックマウスのMEFを用いてレポータースクリーニングを設計しました。これらのマウス由来のCD34+細胞は、H2BヒストンをGFPで標識し、ドキシサイクリン(DOX)を添加すると標識を停止します。MEFSは候補TFとともに形質導入され、その後、造血細胞または内皮細胞の運命の獲得を示すGFP+細胞の出現が観察されました。18の候補TFから始めて、組み合わせ排除のプロセスを通じて、GFP+細胞の割合が最も高いものを誘導する最小限の因子セットを得ました。Gata2、Gfi1b、およびcFosが必要であり、Etv6の追加が最適な誘導を提供することがわかりました。リプログラミングプロセスの異なる時点で行われた一連の遺伝子発現解析により、これらの細胞は、内皮から造血への移行(EHT)を受けた前駆細胞を通過しているように見えることが明らかになりました。このように、このリプログラミングプロセスは「皿の中で」発生的な造血を模倣し、in vitroでの造血の研究を可能にし、この仕様の根底にあるメカニズムを特定するためのプラットフォームを提供します。この方法論は、この研究をヒトシステムに変換するためのフレームワークも提供し、血液疾患の治療と研究における多くのアプリケーションのための患者特異的造血幹細胞(HSC)の代替供給源を生成することを期待しています。
造血は、造血幹細胞(HSC)の複雑な発達過程は、大動脈-生殖腺-中腎および胎盤1,2-として胚造血の様々な部位に存在する造血内皮を出芽されています。 体外培養のHSCにできないことは、このプロセスの深さの分析だけでなく、これらの研究の臨床応用を防ぐことができます。この制限を回避するには、以前の研究を導出することを試みてきたのHSC デノボ再プログラミングメディア4,5を使用して、多能性幹細胞(PSCに)3、または体細胞における誘起塑性と向かう分化の分化を介しました。これらの研究は、しかし、臨床的に安全なengraftable細胞を生成したり、決定的な発達造血の研究ができない」皿の中を。」
体細胞、線維芽細胞のpから人工多能性幹細胞(性IPSC)を生成するために、山中らによって確立された新規の仕事転写因子(TF)の再プログラミング細胞の運命6,7におけるベースの過剰発現戦略の枠組みをrovides。この作品は、容易に得られる体細胞のTFの再プログラミングを経由して、選択した細胞型を生成するために、いくつかの分野での研究者を求めています。ここで説明する再プログラミング戦略の目的は、 インビトロでヒト造血を研究するために、患者特有の線維芽細胞を再プログラムするために人間のシステムにこれらの結果を変換する目的でTF基づく再プログラミングアプローチを用いて、マウスの体細胞から造血プロセスを誘導することであると疾患モデル、薬物試験のための患者特有の血液製剤を生成し、幹細胞移植。
このマウス系で適切な再プログラミングを確保するための最初のステップは、CD34発現、内皮前駆細胞と造血幹細胞の既知のマーカーの読み出しを務めレポーターラインを開発することでした。これを行うには、huCD34-のtTAとのtetO-H2BGFPトランスジェニックマウス系統は、グラムに使用されましたenerateダブルトランスジェニックマウス胚線維芽細胞(MEFが)、今CD34プロモーター8の起動時に緑色の蛍光を発する34 / H2BGFPを表します。これは、造血仕様と開発中の異なるポイントで必要とされることが知られているTFの様々なスクリーニングを可能にしました。 pMX retrovialベクターにおける18のTFを皮切り34 / H2BGFP MEFがAFT024間質細胞をHSCが支持上のすべての要因と培養で形質導入した、(34 / H2BGFPマウスを記載した文献マイニングと以前からHSCを保持GFPラベルのプロファイリングにより決定)。レポーター活性化TFの最適なセットが同定されるまで34 / H2BGFP活性化を検出した後、のTFは、その後、再プログラミングカクテルから除去しました。この初期画面の後、要因はTFの制御可能な発現を可能にするDOX誘導性pFUWベクター系に移しました。これら2 DOXの制御システムは、からのMEF(34 / H2BGFP細胞とpFUW誘導性ベクター)は互換性がありませんので、野生型C57BL / 6マウスを必要としました。 hemogenesisが進行し、多クローン原性前駆細胞を作成することを可能にするための適切な微小環境を提供するためにも必要でした。
造血幹細胞および前駆細胞(HSPCs)に体細胞を再プログラムしようとする現在の研究は、成功9-11の様々なレベルを満たしています。現在までに、マウスおよび長期自己更新再増殖能力を有するヒト移植HSPCs両方の生成がTFの同じセットを使用して達成されていません。このプロトコルでは、再現性MEFにおけるhemogenesisを誘導する以前に確立された戦略の詳細な説明を提供します。私たちは、最小限のTFのセット(GATA2、Gfi1b、のCFO、およびETV6)の導入は、造血再プログラミングの発達造血及び臨床応用は、さらに12を研究することが可能なプラットフォームを提供し、in vitroでの複雑な発生プログラムを扇動することが可能であることを示しています。
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倫理文:マウスの細胞株は、マウントサイナイ医科大学の動物ケアガイドラインに従って導出され、任意のホスト機関に準拠して行われるべきです。
C57BL / 6マウスに1マウス胚線維芽細胞(MEF)の単離
2.ウイルス産生
3. MEFの再プログラミング
メチルセルロース4.胎盤集約とコロニー形成単位(CFU)アッセイ
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造血は、様々な胚のサイトで開始する複雑な発達過程です。造血内皮細胞は、これらのサイトに存在し、23出芽セルを介して造血幹細胞を生じさせます。このプロセスは、現在HSPC拡張エクスビボまたは生成デノボのいずれかによって、何らかの形で、インビトロでこれらの細胞を得るための方法が必要、培養中のHSCまたは造血前駆体を配置することによって再生することができません。このプロトコルは、MEFにおけるTFの過剰発現を介して、これらの細胞を取得しようとする私たちの新たな技術を実証します。
図1は、全体的な再プログラミングのプロセスを示します。 MEF発生と拡大した後、細胞をGATA2、Gfi1b、のCFO、ETV6とFUW-M2rtTAで形質導入されています。ゼラチンコーティングしたプレート上にDOXへの拡大と暴露導入遺伝子の活性化を開始するの3日後、細胞が...
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容易に達成体細胞から生成HSPCs デノボは、in vitroで造血を研究するためのユニークな方法、および潜在的に人間のシステムにこの技術を適用する機会を提供しています。この変換は、皿の中で、人間の血液学的疾患を研究するだけでなく、新規治療薬またはHSC移植で多数の障害を治療するための機会をターゲットに薬物検査プラットフォームと遺伝子を提供するための新しいツールを生成するであろう。フィールドでは、最近の研究では、再プログラミングプロセスのいくつかの機能の重要性を実証し、 デノボ HSPCsを生成する能力に拡大しています。これらは、出発細胞集団とTFカクテルの選択だけでなく、どのような培養条件(共培養ニッチ)と補給(サイトカイン、小分子など)が有意に24から26を再プログラミングの効率に影響を与えるが含まれます。いくつかの研究が通って移動することなく、人間のシステムに再プログラミング技術を適用していますこれらのプロセスで多能性中間、27,28望ましくないステップ。
ここ...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
この作業は、K.M.とI.R.L.(1RO1HL119404)へのNHLBI助成金によって支援されました。Carlos-Filipe Pereiraは、Revson Senior Biomedical Fellowshipの受賞者でした。私たちは、マウントサイナイhESC / iPSC共有リソースファシリティとS.D'Souzaが資料とプロトコルの支援を提供してくれたことに感謝します。また、Mount Sinai Flow Cytometry、Genomics、およびMouseの施設にも感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| DMEM | Invitrogen | 11965-092 | |
| 0.45 μMフィルター | コーニング430625 | ||
| アミコンウルトラ遠心フィルター | ミリポア | UFC900324 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Invitrogen | 15140-122 | |
| L-Glutamine | Invitrogen | 25030-081 | |
| FBS | Gemini's Benchmark | 100-106 | |
| PBS | Life Technologies | 14190-144 | |
| 18 G 針 | BD | 305195 | |
| 20 G 針 | BD | 305175 | |
| 25 G 針 | BD | 305125 | |
| コラゲナーゼ I 型 | Sigma | C0130-100MG | |
| TrypLE Express | Invitrogen | 12605-010 | |
| 骨髄培地 | 幹細胞技術 | M5300 | |
| SCF | R&Dシステムズ | 455-MC | |
| FLT3L | R&Dシステム | ズ427-FL | |
| IL-3 | R&Dシステムズ | 403-ML | |
| IL-6 | R&Dシステムズ | 406-ML | |
| TPO | R&Dシステム | ズ488-TO | |
| ドキシサイクリン | シグマ | D9891-1G | |
| ポリブレン(臭化ヘキサジメトリン) | シグマ | AL-118 | |
| デュラポア0.65 μMメンブレンフィルター | ミリポア | DVPP14250 | |
| メチルセルロース培地 | 幹細胞技術 | メトカルト M3434 | |
| ヒドロコルチゾン | 幹細胞技術 | 07904 | |
| C57BL/6 マウス | ジャクソン研究所 | 000664 | |
| ゼラチン | Sigma | G-1890 100g | |
| pFUW-tetO | Addgene | プラスミド #20321 | |
| Gata2 | Origene | MR226728 | |
| Gfi1b | Origene | MR204861 | |
| cFos | Addgene | Plasmid #19259 | |
| Etv6 | Origene | MR207053 | |
| psPAX2 | Addgene | Plasmid #12260 | |
| pMD2.G | Addgene | Plasmid #12259 | |
| CaCl2 | Sigma | C5670-100g | |
| FUW-M2rtTA | Addgene | Plasmid #20342 | |
| 35 mm x 10 mm 培養料理 | Thermo Scientific | 171099 |
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