この原稿は、レトロウイルスが媒介するGata4、Hand2、Mef2c、およびTbx5の送達を使用して、多様な再プログラムされた心臓サブタイプの生成と定量化のための段階的なプロトコルを説明しています。
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この原稿は、レトロウイルスが媒介するGata4、Hand2、Mef2c、およびTbx5の送達を使用して、多様な再プログラムされた心臓サブタイプの生成と定量化のための段階的なプロトコルを説明しています。
最近、再生医療、疾患モデリング、および系統指定のための強力なパラダイムとして、ある細胞タイプへの直接的なリプログラミングが浮上しています。特に、Gata4、Hand2、Mef2c、およびTbx5(GHMT)による線維芽細胞の誘導心筋細胞様筋細胞(iCLM)への変換は、in vitroおよびin vivoでde novo心筋細胞を生成するための重要な手段を表しています。最近の証拠は、GHMTが以前に認識されていたよりも多様な心臓サブタイプを生成することを示唆しており、したがって、追加の研究を実施するための体系的なアプローチの必要性を強調しています。しかし、ダイレクト・リプログラミングを治療戦略として利用する前に、特定の心臓サブタイプを生成するために、系統転換のメカニズム的基盤を詳細に理解する必要があります。ここでは、GHMTを介したマウス胚性線維芽細胞(MEF)のリプログラミングによりiCLMを生成するための詳細なプロトコルを紹介します。
私たちは、効率的なリプログラミングを達成するためのMEFの分離、レトロウイルス産生、およびMEF感染の方法を概説します。再プログラムされた細胞のサブタイプの同一性を決定するために、定義された適合抗体のセットを使用してiCLMで免疫細胞化学を実施するための段階的なアプローチについて詳しく説明します。共焦点顕微鏡法、iCLMおよび個々の心房(iAM)、心室(iVM)、ペースメーカー(iPM)のサブタイプの同定および定量化の方法も紹介します。最後に、プロトタイプの直接リプログラミング実験の代表的な結果について説明し、効率的な系統変換を確実にするためのプロトコルの重要な技術的側面を強調します。まとめると、私たちの最適化されたプロトコルは、研究者が個々のCMサブタイプの特定を必要とする有意義な心臓リプログラミング実験を実施するための段階的なアプローチを提供するはずです。
心臓は胚1、2に開発した最初の機能的器官です。循環器系に関連して、開発中に、酸素、栄養素、および廃棄物処理機構に供給する。三週間受精後、人間の心は初めて打つとその適切な規制は、心筋細胞(のCM)によって維持されています。これらの特殊化した細胞の不可逆的損失は、したがって、進行性の心不全の根底にある基本的な問題です。このようなゼブラフィッシュおよびアフリカツメガエルのようないくつかの生物は、心臓の再生の可能性を有しているが、大人の哺乳類の心臓は3、5、6、より限定されています。このように、心の重要な機能を考えると、心臓病は米国だけで60万人が死亡7を占め、世界における死亡の主な原因であることは驚くべきではありません。ザrefore、効率的に負傷した心筋を修理または交換するために、細胞ベースの治療は臨床上非常に興味深いものです。
山中ら8の精液の研究は、4つの転写因子の強制発現は、多能性幹細胞に完全に分化した線維芽細胞に変換するのに十分であることを示しました。しかし、すべての多能性幹細胞戦略の腫瘍形成能力は、治療目的のためのそれらの使用における重大な関心事となっています。これは、多能性段階を回避しながら細胞を分化転換するための代替方法を検索するための科学的なフィールドをやる気。最近、いくつかのグループは、転写の異所性発現は、GATA4、MEF2C、TBX5、および後に、Hand2(GMTとGHMT因子を用いて誘導心筋細胞様細胞(iCLMs)にマウス線維芽細胞の直接変換を表示することにより、この戦略の実現可能性を示していますそれぞれ)9,10。 Furthermore、同じ戦略は、 インビボおよびヒト由来の組織9、11、12で行うことができます。最近の研究では、追加の因子またはさらなる心臓再プログラミング効率13、14、15を改善するために調節することができるシグナル伝達経路を強調しています。まとめると、これらの研究は、再生治療のために向かう分化転換の可能性を示します。しかし、方法論的差異16にCMの再プログラミング、未知の分子機構、一貫性のない再現性の低効率、およびiCLMsの不均一な性質は、アドレス指定されないままです。
直接iCLM不均一性を評価するために、我々は、サルコメアの開発および心臓系統specificatioの同定のために離散的で堅牢な単一細胞アッセイを設計しましたn-2の機能的心筋細胞の必要な特性。それらの場所でユニークな電気的特性によって定義されたCMの少なくとも三つの主要なタイプは、心臓である:心房(AM)は、心室(VM)及びペースメーカー(PM)17、18、19、20。オーケストレーションの組み合わせで、それらは、血液の適切なポンピングを可能にします。心臓損傷の間、一つまたはすべてのサブタイプが影響を受ける可能性があり、および細胞治療のタイプは、ケースバイケースで対処する必要があります。少し作業は、サブタイプの仕様を調節する分子メカニズムを研究するために行われている間、現在、ほとんどの戦略は、心筋細胞の全体的な世代に焦点を当てています。
以下の研究は、適切によく組織サルコメアを定量化し、心筋細胞のサブタイプの多様なセットを識別する方法について詳しく説明します。ペースメーカー(PM)特異的レポーターマウスを用いて、Iを適用することができます誘導された心房のような筋細胞(IAM)、誘導された心室のような筋細胞(IVM)、および誘導されたPM-様筋細胞(IPMS)21を区別するためにmmunocytochemicalアプローチ。我々の観察に基づいて、サルコメア組織を示す細胞のみが自発的な拍動することが可能です。このユニークな再プログラミングプラットフォームは役割を評価することができます サルコメア組織、サブタイプの仕様、および単一セルの解像度でCMの再プログラミングの効率の特定のパラメータの。
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動物プラクティスを含む全ての実験手順は、UTサウスウェスタン医療センターの施設内動物管理使用委員会によって承認されました。
HCN4-GFP E12.5マウス胚線維芽細胞(MEFの)の1の単離
2.レトロウイルス生産とリプログラミング
注意:以下のプロトコルは、感染性レトロウイルスの生産と処理が必要です。 BSL-2ガイドラインおよび滅菌技術の下でバイオセーフティレベル2キャビネットには、次の手順を実行します。レトロウイルスに暴露され、すべての材料を処分するために10%の漂白剤を使用してください。
再プログラムしたMEFの3免疫染色
共焦点顕微鏡を使用した4心サブタイプの同定
注記:画像化のために、共焦点顕微鏡は、少なくとも2つの蛍光体405でのスペクトル検出が可能な検出器、488、555、及び639 nmの波長を備えたIPMS、アイムス、及びIVMSを識別するために必要です。 IMAGプランアポクロマート20X / 0.75客観以上使用して電子細胞。製造業者の画像解析ソフトウェアを用いて、走査ズーム画像は、40X油浸品質の画像を達成することができます。
5。定量化
注:潜在的に再プログラミングされたMEFの実際の数を評価するために、24ウェルプレートの2ウェルを実験ウェルに平行に播種され、メッキ1日後に収穫されます。播種した細胞の総数は、2つのウェルを平均することによって決定されます。これは、メッキ、実際の総細胞(aTotal)となります。
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PM固有のレポーターマウスを利用して、我々は、 図1に示されるように、多様な内因性の筋細胞を同定するための多重免疫戦略を開発しました。 図2に示す書き換え手順に続いて、サブタイプ特異的のCMの誘導は、低レートではあるが、早ければ4日目21として検出することができます。 14日目では、実験は、サルコメア組織( 図3)およびサブタイプ仕様( 図4)を停止し、評価することができます。 図5は、スライドICCのための準備( 図5パネルA)、およびiCLMサブタイプ特異的細胞の定量化( 図5パネルB / C)のワークフローをまとめたものです。
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本研究は、心臓転写のレトロウイルス媒介発現を介して、心臓のサブタイプの多様なセットにしたMEFの変換のためのダイレクトリプログラミング戦略を提供することはGATA4、MEF2C、TBX5、およびHand2(GHMT)要因。 PM固有レポーターマウスと組み合わせて多重免疫染色法を用いて、我々は、単一細胞の解像度でIAM、IVMS、およびIPMSを識別することができます。このようなアッセイは、サブタイプの多様性とサルコメアの開発に向けて、個々の転写因子の寄与を分離することのできるインビトロ系の実験を可能にします。並行して、これは新たな転写因子または特定の系統に向かってiCLMsにバイアスをかける小分子への洞察をもたらす可能性があります。それにもかかわらず、このアッセイが正常に完了するためのいくつかの重要なステップがあります。以下では、一般的なiCLM実験におけるウイルス力価の影響、線維芽細胞質、およびイメージング解析に取り組みます。
私たちの研究では、EMP・ローイエコトロピック-レトロウイルスは、E12.5のMEFのを再プログラムします。私たちは、...
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著者らは開示するものは何もない。
A.F.-P. は、助成金No.2015165336の下で、全米科学財団大学院研究フェローシップによって支援されました。NVMは、NIH(HL094699)、バロウズウェルカム基金(1009838)、およびマーチオブダイムズ(#5-FY14-203)からの助成金によって支援されました。Young-Jae Nam氏、Christina Lubczyk氏、Minoti Bhakta氏には、プロトコール開発とデータ解析への重要な貢献に感謝します。また、貴重な技術的インプットを提供してくださったJohn Shelton氏と、科学的な議論を提供してくださったMunshi研究室のメンバーにも感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| DMEM | Sigma | D5796 | iCLM 培地、Plat-E 培地、線維芽細胞、トランスフェクション培地の成分 |
| 199 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11150059 | iCLM 培地の成分 |
| シ胎児血清 (FBS) | Sigma | F2442 | iCLM 培地、Plat-E 培地、線維芽細胞、トランスフェクション培地の成分 |
| インスリン-トランスフェリン-セレン G | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 41400-045 | iCLM培地 |
| MEMビタミン溶液 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11120-052 | iCLM培地 |
| の成分 MEMアミノ酸 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 1601149 | iCLM培地の成分 |
| 非必須アミノ酸 | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 11140-050 | iCLM培地の成分 |
| 抗生物質-抗真菌剤 | サーモフィッシャー科学 | 15240062 | iCLM培地の成分 |
| B-27サプリメント | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 17504044 | iCLM培地の成分 |
| 熱不活化馬血清 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 26050-088 | iCLM培地の成分 |
| ナピルビン酸 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 11360-70 | iCLM培地の成分 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | サーモフィッシャーサイエンティフィ | ック1514022 | プラットE培地および線維芽細胞培地 |
| ピュロマイシンの成分 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A11139-03 | プラットE培地 |
| シジンの成分 | ジェミニ・バイオプロダクツ | 400-128P | プラットE培地の成分 |
| グルタマックス | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 35050-061 | 線維芽細胞培地の成分 |
| 共焦点レーザースキャン LSM700 | ツァイス | 共焦点解析用 | |
| FuGENE 6 トランスフェクション試薬 | プロメガ | E2692 | トランスフェクション試薬 |
| Opti-MEM Reduced Serum Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985-070 | トランスフェクション試薬 |
| ポリブレン | ミリポア | TR-1003-G | 誘導試薬。最終濃度8&muで使用してください。M/mL |
| Platinium-E (PE) Retroviral Packagin Cell Line, Ecotropic | CellBiolabs | RV-101 | レトロウイルスパカッキング細胞株 |
| Trypsin 0.25% EDTA | Thermo Fisher Scientific | For MEFs and Plat-E dissociation | |
| Mouse anti &-Actinin (Clone EA-53) | Sigma | A7811 | Antibody for confocal analysis.共焦点解析には、1:200 |
| Chicken anti-GFP IgY Thermo | Fisher Scientific | A10262 | 。1:200で使用 |
| ウサギのパブ 反NPPA | Abgent | AP8534A | 共焦点解析用抗体。1:400 |
| Rabbit Pab anti Myl2 IgGで使用 | ProteinTech | 10906-1-AP | 共焦点解析用抗体。1:200 |
| Vectashield溶液とDAPI(4',6-ジアミディノ-2-フェニルインドール、二塩酸塩) | で使用 Vector Labs | H-1500 | 共焦点分析用色素 |
| Superfrost Plus 顕微鏡スライド | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 12-550-15 | 25 x 75 x 1.0 mm |
| BioCoat フィブロネクチン 12 mm カバースリップ | NeuVitro Corp | GG-12-1.5 | 共焦点分析用カバースリップ |
| 100 μmセルストレーナー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 08-771-19 | |
| 0.45 μm シリンジ フィルター SFCA 25MM | サーモフィッシャー サイエンティフィック | 09-740-106 | ウイルスろ過用 |
| 6 mL シリンジ | Covidien | 8881516937 | ウイルスろ過用 |
| ヤギ アンチチキン IgY (H&L) A488 | Abcam | AB150169 | 共焦点解析用二次抗体。1:400で使用 |
| ロバ対ウサギA647 IgG(H + L) | Thermo Fisher Scientific | A31573 | 共焦点解析用二次抗体。共焦点解析には、1:400 |
| ヤギ抗マウスIgG(H+L) A555 | Thermo Fisher Scientific | A21422 | 。1:400 |
| Triton X-100 | Sigma | 93443-100mL | 細胞透過化用 |
| CaCl2 および MgCl2 (D-PBS) | シグマ | D8537 | |
| パワーブロック 10x ユニバーサルブロッキング試薬 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | NC9495720 | H2O |
| 16% パラホルムアルデヒド水溶液 (PFA) | 。 | 15710 | dH2O |
| 6 cm プレート | オリンパス | 25-260 | |
| 6 ウェルプレート | ジェネシー サイエンティフィック | 25-105 | |
| 24 ウェル プレート | ジェネシー サイエンティフィック | 25-107 | |
| 10 cm 組織培養皿 | コーニング | 4239 | |
| 15 cm 組織培養皿 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 5442 | |
| 15 mL コニカルチューブ | コーニング | 4308 | |
| 50 mL コニカルチューブ | コーニング | 4249 | |
| 0.4% トリパンブルー溶液 | シグマ | T8154 | 生存率 |
| エチルアルコール 200プルーフ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 7005 | |
| 漂白剤 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 6009 |
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