機能的な心筋細胞発現 Tbx5、ミール 1 とミール 133 Mef2c、Hand2 GATA4 (GHMT2m) と一緒に TGF-β シグナルの阻害を介してプライマリ胚性線維芽細胞を再プログラムする手法をご紹介します。我々 のプロトコル 60% までの 7 日間後の伝達も早く拍動心筋細胞を生成する効率。
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機能的な心筋細胞発現 Tbx5、ミール 1 とミール 133 Mef2c、Hand2 GATA4 (GHMT2m) と一緒に TGF-β シグナルの阻害を介してプライマリ胚性線維芽細胞を再プログラムする手法をご紹介します。我々 のプロトコル 60% までの 7 日間後の伝達も早く拍動心筋細胞を生成する効率。
別に 1 つの体細胞のタイプのトランス分化には、モデルおよび人間の病気の治療に莫大な可能性があります。以前研究示されている、マウス胚は、真皮、そして心臓線維芽細胞を誘導心筋細胞様細胞 (iCMs) に書き換えることができます GATA4、Hand2 Mef2c など心原性転写因子の過剰発現を介して、Tbx5の in vitroとin vivoの両方。ただし、これらの以前の研究は、比較的低効率を示しています。心臓機能障害を復元するために iCMs の成熟と効率を向上させる心臓のリプログラミングを支配するメカニズムを解明する必要があります。
以前、リプログラミング効率を劇的にプロ線維のシグナル伝達の阻害に増加を示した。ここでは、リプログラミング効率 60% を達成する方法を詳しく説明します。また、フローサイトメトリー、蛍光イメージングは、リプログラミング効率とプログラムし直された線維芽細胞の成熟を定量化するカルシウム イメージングなどいくつかの方法をについて説明します。ここで詳細なプロトコルを使用して、心臓のリプログラミングの正と負のレギュレータを決定する解明を引き受けることができます。これらの研究は、リプログラミング効率と人間の心臓病を治療する細胞治療法につながる可能性の成熟を促進するためにターゲットすることができますシグナリング経路を識別できます。
虚血性心疾患は、アメリカ合衆国1死の主要な原因です。およそ 800,000 のアメリカ人の経験最初または再発性心筋梗塞 (MI)1年につき。MI、次は、心筋 (CMs) と活性化心臓線維芽細胞による心筋の線維化の死は心臓機能2,3を損ないます。MI の後心不全の進行は主大人 CMs4、5の悪い再生能力により元に戻すこと。現在臨床治療が病気の進行を遅らせる、将来心臓イベント6,7,8,9のリスクを減少させる治療はできないのための病気の進行を逆します。CMs 心筋硬塞後10を再生成します。マイル失意のうち、次の患者を治療するために浮上している新規細胞治療、MI をこれまで続く心臓に幹細胞を提供する臨床試験は決定的でない再生潜在的な11,12,を示されています。13,14,15,16,17,18。
最初高橋 & 山中で示した 4 つの転写因子の過剰発現による線維芽細胞からひと由来の誘導多能性幹細胞 (hiPSCs) の生成は、細胞療法19で新たなブレークスルーにドアを開けた。これらの細胞は、すべて 3 つの胚葉19に区別できる、CMs の大規模な番号を生成するためのいくつかの非常に効率的な方法は、以前20,21を示されています。派生した CMs (腰-CMs) 心筋を勉強する強力なプラットフォームを提供しています、心臓の損傷を修復するための重要な含意があるかもしれない。腰 CMs 現在奇形腫形成22, 懸念のため並進ハードルに直面し、その未熟な性質があります pro 不整脈23。直接他のセルタイプに線維芽細胞をリプログラミングの興味を引き起こした hiPSCs に線維芽細胞をプログラムし直します。家田らは、低効率24どまる Tbx5 (GMT)、Mef2c、GATA4 心臓系統に直接再プログラム化により、線維芽細胞で過剰発現を示した。リプログラミング効率 Hand2 (GHMT)25の付加と改善されました。これらの初期の研究から多くの出版物を示していることは26,27,28,29, 要因追加転写リプログラミング因子カクテルを変更34は改善につながる小さな分子やマイクロ Rna32,33, クロマチン修飾子30,31リプログラミング効率および/または誘導された心筋細胞のような細胞 (iCMs の成熟).
ここでは、高効率でマウス萌芽期の繊維芽細胞 (MEFs) から iCMs を生成する詳細なプロトコルを提供します。以前示したカクテル GHMT ミール 1 とミール-133 (GHMT2m) の追加で大幅に改善され、さらに向上、プロ線維増殖因子 β (TGF-β) シグナリングを変換を含むシグナルまたは Rho 関連蛋白質キナーゼ (ロック) シグナル伝達経路が抑制35です。このプロトコルを使用して、ことを示す細胞の約 60% エクスプレス心臓トロポニン T (cTnT)、50% 約表現 α-アクチニン暴行細胞数が多いが、早ければ次の要因と治療をリプログラミングの伝達日 11 観察できます。TGF-β と I 型受容体阻害剤 A-83-01 です。さらに、これらの iCMs はギャップ結合蛋白質コネキシン 43 を含むを表し、自発収縮とカルシウム濃度を示します。このマークが以前の研究と比較して効率をリプログラミングの改善は心後梗塞に残っている内因性の細胞集団から CMs を再生成する可能性を示しています。
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動物を必要とするすべての実験は、動物介護制度と UC デンバー アンシュッツ医療キャンパス利用委員会によって承認されました。
1. MEFs の分離
2. レトロ ウイルスと MEFs の伝達の生産
注: このセクションのすべての手順を実行する必要がありますに行なうバイオ セーフティ レベル 2 キャビネット。このプロトコルは、レトロ ウイルスの伝達を利用して、少なくとも 20 分図 1B参照プログラムし直すためのタイムラインの 10% の漂白剤でウイルスのメディアを含むすべての廃棄物を扱うなどの予防措置、安全を確認します。
3. 心臓マーカーのフローサイトメトリー
4. プログラムし直された MEFs の免疫染色
5. カルシウム イメージング
注: 場合は 10 倍の倍率でイメージング、標準的な細胞培養皿とプレートに適していますカルシウム イメージング。高倍率でイメージング ガラス ガラス底培養皿の細胞をめっきすることが必要です。
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約 70% と心筋トロポニン T を発現する細胞の心筋 α-アクチニン、日 9 にフローサイトメトリーによる定量化を発現する細胞の約 55% の iCMs 上記及び図 1Bリプログラミングの戦略を使用して、生成しました。次の GHMT2m の伝達 (図 2 aとB)。さらに、細胞の大部分はエクスプレス心臓トロポニン T、トロポニンは心筋 α-アクチニンと次の伝達 (図 2およびD) 日 14 にギャップ接合マーカー コネキシン 43。高倍率画像では、明確に定義された筋節構造形成とギャップ結合隣接細胞 (白い矢印、図 2 D) 形成を明らかにします。さらに、自発的な収縮とカルシウム濃度は、iCMs (図 3 a<...
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本研究では、直接初期化因子プロ線維性シグナル伝達経路の抑制と組み合わせる GHMT2m の配信を介して機能 iCMs に線維芽細胞を再プログラムする高効率戦略について説明します。フローサイトメトリー、蛍光イメージング、カルシウム イメージング、およびこのプロトコルでセルの大半を示す細胞数を打つことを使用して成功の書き換えを受けるし、CM リネージュ運命を採用します。我々 は以前に、抗線維化添加化合物の TGF-β 型を含む私受容体阻害剤 A-83-01 利回り GHMT2m 単独でことを示すと伝達に比べて打撃 iCMs 数のおよそ 6 増加プロ線維信号は心臓リプログラミングに強力な内因性バリアです。このシステムは、したがって、心筋; を支配するメカニズムを調査するため薬物をスクリーニングするため活かされるA-83-01 と一緒に小分子添加心筋の負の制御因子が明らかに。逆に、GHMT2m だけに小分子添加心筋正電圧レギュレータを解明できます。これらの正と負のレギュレータは CM の分化を支配するメカニズムの解明と、心筋のより良い理解は、さらに効率的なリプログラミングと成熟プロトコルに 。
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著者が明らかに何もありません。
この研究は、ベッチャー財団のウェッブ ワーミング生物医学研究プログラム、アメリカ心臓協会の科学者開発補助 (13SDG17400031) コロラド大学部門医学優れた初期のキャリアからの資金によって支えられました。学者プログラムは、コロラド州部の循環器バーロー Nyle 基金、大学と NIH (カンザス) に R01HL133230。A.S.R は、線維症研究 & 翻訳 (CFReT) の NIH/NCATS コロラド CTSA 許可番号 TL1TR001081 とコロラド大学コンソーシアムから博士フェローシップによって支持されました。本研究は、がんセンター助成金 (P30CA046934)、皮膚疾患研究コア助成金 (P30AR057212)、コロラド大学アンシュッツ メディカル キャンパスで流れ Cytometry コアによっても支えられました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| C57BL/6 マウス | Charles River's Laboratory | 027 | MEF 分離用 |
| プラチナ E (PE) 細胞 | Cell Biolabs, INC | RV-101 | レトロウイルス生産用 |
| DMEM 高グルコース | Gibco | SH30022. | iCM、PE、および成長培地 |
| ミディアム 199 | Life Technologies | 11150-059 | iCM培地の成分 |
| ウシ胎児血清 | ジェミニ | 100106 | iCM、PE、および成長培地の成分 |
| ドナーホース血清 | ジェミニ | 100508 500 | iCM培地の成分 |
| MEM必須アミノ酸、50X | Life Technologies | 11130051 | iCMの成分media |
| ピルビン酸ナトリウム溶液, 100X | Life Technologies | 11360070 | iCM培地およびカルシウムイメージング用成分 |
| MEM非必須アミノ酸, 100X | Life Technologies | 11140050 | iCM培地の成分 |
| MEMビタミン液, 100X | Life Technologies | 11120-052 | iCM培地の成分 |
| インスリン-トランスフェリン-セレン | ギブコ | 41400045 | iCM メディアのコンポーネント |
| B27 | Gibco | 17504-044 | iCM メディアのコンポーネント |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Gibco | 15140-122 | iCM、PE、および成長メディアのコンポーネント |
| GlutaMAX (L-グルタミンサプリメント) | Gibco | 35050-061 | iCM、PE、および成長メディアのコンポーネント |
| Blasticidin-HCl | Life Technologies | A11139-03 | PE メディアのコンポーネント |
| ピューロマイシン二塩酸塩 | ライフテクノロジー | A11138-03 | PE培地の成分 |
| 0.25% トリプシン/EDTA | Gibco | 25200-056 | 培養皿から細胞を剥離するため |
| A-83-01 | R&Dシステム - Tocris | 2939/10 | TGF-&βを阻害する細胞を治療し、シグナル伝達 - 高効率のリプログラミングを促進します。0.5µで使用してください。M |
| DMSO | Thermo Scientific | 85190 | A-83-01および凍結培地 |
| SureCoat | Cellutron | SC-9035 | プレートMEFsへのディッシュコーティング用 |
| FuGENE 6 トランスフェクション試薬 | Promega | E2692 | トランスフェクション試薬 |
| Opti-MEM 還元血清培 | Gibco | 11058-021 | トランスフェクション試薬 |
| pBabe-X Myc-GATA4 | リプログラミング因子を含むプラスミド | ||
| pBabe-X Myc-Hand2 | リプログラミング因子を含む プラスミド | ||
| pBabe-X Myc-Mef2c | リプログラミング因子を含む プラスミド | ||
| pBabe-X Myc-Tbx5 | リプログラミング因子を含む | ||
| プラスミド pBabe-X miR-1 | を含む プラスミドリプログラミング因子 | ||
| pBabe-X miR-133 | リプログラミング因子 | ||
| pBabe-X GFP | リプログラミング因子 | ||
| ポリブレン (臭化ヘキサジメトリン) | Sigma | H9268-5G | ウイルス誘導用。6 µの濃度で使用します。g/mL |
| 真空フィルター + ボトル (0.22 µm pores) | Nalgene | 〒569-0020 | メディアのフィルタリング用 |
| シリンジ | BD真空洗浄器実験器具 | 309654 | ウイルスろ過用 |
| 0.45 & micro;m フィルター | セルトリート | 229749 | ウイルスろ過用 |
| 70 & マイクロ;mセルストレーナー | ファルコン | 352350 | MEF単離およびフローサイトメトリー |
| Cytofix/Cytoperm Solution | BD | 554722 | フローサイトメトリー用細胞の固定および透過化用 |
| パーマ/ウォッシュバッファー | BD | 554723 | フローサイトメトリー用細胞洗浄用 |
| DPBS 1X | Gibco | 14190-250 | 細胞洗浄用 |
| ウシ血清アルブミン | VWR | 0332-100g | フローサイトメトリーおよびカルシウムイメージング用 |
| ヤギ血清シ | グマ | G9023 | フローサイトメトリー用ブロッキング細胞用 |
| Donkey Serum | Sigma | D9663-10mg | フローサイトメトリー用ブロッキング細胞用 |
| マウストロポニン T | Thermo Scientific | ms-295-p | 1:400 IF, 1:200 フローサイトメトリー |
| マウス &α;-アクチニン | Sigma | A7811L | 1:400 IF, 1:200 フローサイトメトリー |
| ウサギ コネキシン 43 | Sigma | C6219 | 1:400 |
| IF ウサギ トロポニン I | PhosphoSolutions | 2010-TNI | 1:400 IF |
| Hoechst | Life Technologies | 62249 | 1:10000 IF |
| Alexa 488、ウサギ | Life Technologies | A-11034 | 1:800 IF |
| Alexa 555、マウス | Life Technologies | A-21422 | 1:800 IF |
| Alexa 647、マウス | Life Technologies | A-31571 | 1:200 フローサイトメトリー |
| 27色ZE5 フローサイトメーター | FACSパラ | Bio-RAD | |
| のための細胞を固定するため Triton X-100 | Promega | H5142 | IFのEVOS&tradeのための細胞の透過化のため |
| ;FLカラーイメージングシステム | Thermo Scientific System Thermo Scientific | AMEFC4300 For IF | |
| NaCl | RPI | S23020-5000 | カルシウムイメージング用 |
| KCl | VWR | 395 | カルシウムイメージング用 |
| CaCl2 | Fisher | C614-500 | カルシウムイメージング用 |
| MgCl2 | VWR | 97061-352 | イメージング用 |
| グルコース | シグマ | G7528-250g | カルシウムイメージング用 |
| HEPES | シグマ | H4034-500g | カルシウムイメージング用 |
| Fura-2 AM | ライフテクノロジー | ズ F1221 | カルシウムイメージング |
| 用 フルロニック F-127 | シグマ | P2443-250g | カルシウムイメージング用 |
| ニフェジピン | シグマ | N7634-1G | iCMの破壊カルシウム過渡現象用 - 10 &マイクロ;M |
| イソプロテレノール | シグマ | I6504-1g | iCM のカルシウム過渡現象の数を増やす場合 - 1-2 µ で使用します。M |
| マリアナ諸島 スピニングディスク 共焦点顕微鏡 | 3i | カルシウムイメージング用 | |
| エタノール | デコンラボラトリーズ | 2801 | |
| 漂白剤 | クロロックス | ||
| 50 mL コニカルチューブ | GREINER BIO-ONE | ||
| 15 mL コニカルチューブ | GREINER BIO-ONE | ||
| 15 cm 細胞培養皿 | ファルコン | ||
| 10 cm細胞培養皿 | Falcon | 353003 | |
| 60 mm細胞培養皿 | GREINER BIO-ONE | 628160 | |
| 6ウェル細胞培養プレート | GREINER BIO-ONE | 657160 | |
| 12ウェル細胞培養プレート | GREINER BIO-ONE | 665180 | |
| 24ウェル細胞培養プレート | GREINER BIO-ONE | 662160 |
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