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1. ES-D3細胞の培養
- エキソソームフリーウシ血清(FBS)を生成するには、FBSを超遠心分離機に、遠心分離機を100,000 x g で4°Cで16時間ロードします。 遠心分離後、マウスESC細胞株ES-D3を培養し、エキソソームエンリッチEVを取得するためのエキソソームフリーFBSとして血清上清を収集します。
- ES-D3細胞をめっきする前に、ゼラチン(0.1%)を室温で30分間使用して15cmの組織培養皿をコーティングします。
- 先に説明したプロトコル16に従って、ゼラチンコーティング15cmの組織培養皿中のフィーダー層細胞を含まないES-D3細胞を培養する。ES-D3細胞培養培地はDMEMで構成され、 エキソソームフリーFBS(15%)、非必須アミノ酸(0.1mM)、L-グルタミン(2mM)、βメルカプトエタノール(0.1mM)、ペニシリン(50単位/mL)、ストレプトマイシン(50μg/mL)、白血病阻害因子(LIF;100単位/mL)。ES-D3細胞を5%CO2加湿インキュベーターで37°Cで培養した。
- ES-D3細胞が15cmの組織培養皿で約90%の合流度に達したら、吸引によって培地を取り除く。トリプシン(5 mL;0.05%)を使用して細胞を洗浄します。皿にトリプシン(5 mL)を加え、37°Cで5分間インキュベートします。皿から細胞を収集します。
- 回収した細胞に新鮮な培養培地(5mL)を加え、トリプシンを不活性化する。5分間390xgで細胞を遠心分離する。新鮮な培地で細胞を再懸濁し、ヘモサイトメーターを使用して細胞数を決定します。
- 通過細胞の場合、ES-D3細胞(5 x 106)をゼラチンコーティング(0.1%)に15cmの組織培養皿に新鮮な培地(15mL)でプレートし、細胞をサブキュアする前に3日間培養します。
- エキソソーム濃縮EVの単離のために細胞培養上清を収集するには、ES-D3細胞(1 x 107)をゼラチンコーティング(0.1%)15cmの組織培養皿に、細胞培養上清を採取する前に3日間、新鮮な培地(15mL)でプレートします。
GM-CSF発現プラスミドの生成
注: トランスフェクションプラスミド pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP を生成し、ES-D3 細胞で GM-CSF を過剰発現させます。このプラスミドにおいて、マウスGM-CSF cDNAの発現は、ヒト化レニラ・レニフォルミスGFP(hrGFP)をヒト化したタンパク質と共に、ヒトポリペプチド鎖伸び因子1α(EF1α)プロモーター17、18によって駆動される。
- ベクトルバックボーンを生成します。
- 37°Cの制限酵素EcoRI(100単位)を2時間使用してプラスミドpEF1α-FD3ER-IRES-hrGFP(DNA 20μg)を消化し、ベクターバックボーン(6.0 kb)とFD3ERインサート(2.5kb)の2つのDNA断片を生成します。
- 消化したプラスミドDNA(10μg)の50%を1.5mLマイクロ遠心分離チューブに移し、アルカリホスファターゼ(20単位)を37°Cで1時間処理します。アガロースゲル電気泳動(2%)を用いて、未処理のDNAと脱リン酸化DNAの両方を解決します。
- DNAゲル抽出キットを使用してベクターバックボーンDNA断片(6.0 kb)を精製します。未処理のベクターバックボーンは空のベクター(pEF1α-IRES-hrGFP)として機能しますが、脱リン酸化ベクターバックボーンはGM-CSF発現プラスミド(pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP)の生成に使用されます。
- GM-CSF cDNA 挿入を生成します。
- プラスミドpMSCV-mGM-CSF-IRES-IRES-EGFP 19(20μg)を37°Cの制限酵素EcoRI(100単位)で2時間消化し、ベクターバックボーン(6.5 kb)とマウスGM-CSF cDNAインサート(474 bp)の2つのDNA断片を生成します。
- アガロースゲル電気泳動(2%)を介して消化されたDNAを解決します。DNAゲル抽出キットを使用して、マウスGM-CSF cDNA断片(474 bp)を精製します。
- 発現プラスミドを生成します。
- DNAライゲーションキットを使用して2ライゲーション反応(総体積10μL)を設定します。
- 空のベクトルpEF1α-IRES-hrGFPを生成するには、ステップ2.1.3(6.0 kb;500 ng)から未処理のベクターバックボーンをリゲートします。
- pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFPを生成するには、ステップ2.1.3(6.0 kb;500 ng)から脱リン酸化ベクターバックボーンを(2)ステップ2.2.2(474 bp;200ng)で生成したmGM-CSF cDNA断片をリゲートします。
- 25°Cで5分間リゲートします。合体DNAをDH5αの有能な 大腸菌 細胞に変換する。変換された 大腸菌 細胞をカルベニシリン(50 μg/mL)を含むLB寒天プレートにプレートします。
- DNA分離キットを使用して、単一 の大腸菌 コロニーからプラスミドを精製します。DNAシーケンシングによりプラスミドの身元を検証します。
3. GM-CSFを過剰発現するES-D3細胞の生成
注: プラスミド pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP を使用して、ES-D3 細胞を GM-CS を過剰発現させます。プラスミドpBabe-NeoをES-D3細胞にコトランスフェクトし、安定したトランスフェクト細胞18,20の選択を容易にする。
- プラスミドをES-D3細胞にトランスフェクトする。
- ES-D3細胞(1.4 x 106)をゼラチンコーティング(0.1%)に、トランスフェクション用培養培地(10mL)で10cmの組織培養皿に入れます。ES-D3細胞を37°Cで24時間培養した。
- 1.5 mLマイクロ遠心分離チューブで2つのプラスミド混合物を調製する:(1)pEF1α-IRES-hrGFP(28 μg、ベクターコントロール)、pBabe-Neo(4 μg)および(2)pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP(28 μg、発現GM-CSF)を用いたpBa-4.4。メーカーのプロトコルに従ってトランスフェクションキットを使用してトランスフェクションを行います。
- プラスミド混合物を含む各チューブにトランスフェクション媒体(1 mL)とトランスフェクション試薬(64 μL)を加え、室温で5分間インキュベートします。
- ES-D3細胞の各10cmの皿にトランスフェクション混合物を加えます。37°Cで5時間インキュベートする。
- 10cmの皿の中の培地を新鮮な培養培地(10mL)に交換してください。37°Cで24時間インキュベートする。
- 安定してトランスフェクトされたES-D3細胞のバルク集団を生成する。
- トランスフェクトされたES-D3細胞から培地を取り除きます。トリプシン(2 mL;0.05%)で細胞を洗います。トリプシン(2 mL)を加え、37°Cで5分間インキュベートします。細胞を15 mL遠心分離チューブに移し、2 mLの新鮮な培養培地を加えてトリプシンを中和します。遠心分離機 390 x g で 5 分間
- 新鮮な培養培地(10mL)でトランスフェクトされた細胞を再懸濁する。トランスフェクトES-D3細胞におけるGFPの蛍光強度を、メーカーのプロトコルに従って蛍光活性化細胞選別(FACS)を用いて評価する。
- トランスフェクトした細胞を、新鮮な培養培地(10 mL)を含む2つの10cm皿に移します。ネオマイシン(0.5 mg/mL)を加えて、未感染細胞を排除します。
- ネオマイシン(0.5 mg/mL)を含む培地中のトランスフェクト細胞の培養を継続する。トランスフェクトされたES-D3が90%の合流度に達すると、細胞を再び15cmの組織培養皿に移す。手順を2週間繰り返します。
- 安定してトランスフェクトされたES-D3細胞のクローンを生成します。
- 安定してトランスフェクトされたES-D3細胞のバルク集団が生成されたら、細胞を以前のように収集します。ヘモサイトメーターを使用して細胞数を決定します。5分間390xgで細胞を遠心分離する。新鮮な培地で細胞(1 x 107細胞/mL)を再懸濁する。
- 滅菌40 μm細胞ストレーナーを通して細胞をフィルターします。メーカーのプロトコルに従って、FACSを使用してGFP陽性ES-D3セルを精製します。
- 単一の選別されたES-D3細胞を、ネオマイシンフリー培地(200μL)に親のES-D3細胞(1 x 103)を含むゼラチンコーティング(0.1%)96ウェル組織培養プレートの1つのウェルにプレートします。トランスフェクトされたES-D3細胞を、トランスフェクトされていない親の細胞と共培養することで、安定的にトランスフェクトされた単一のES-D3細胞が生き残り、単一のクローンとして増殖することが保証されます。
- 細胞を48時間培養し、ネオマイシン(0.5 mg/mL)を96ウェルプレートに添加して、感染していない親のES-D3細胞を排除します。
- ネオマイシン(0.5 mg/mL)を含む培地を含む96ウェル組織培養プレートでGFP陽性ES-D3細胞を1週間培養し続ける。クローンES-D3細胞株をゼラチンコーティング(0.1%)6 cmの組織培養皿に、ネオマイシン(0.5mg/mL)を含む培養培地(5 mL)で1週間移管します。
- メーカーのプロトコルに従って、FACSを使用して、トランスフェクションされたES-D3細胞クローンのGFP蛍光強度を決定します。GM-CSFまたは高レベルの緑色蛍光を有する空のベクターを発現するES-D3クローンを選択します。
- メーカーのプロトコルに従って、マウスGM-CSF ELISAキットを使用してES-D3細胞によって分泌されるGM-CSFの量を決定します。
4. エキソソームエンリッチ細胞小胞の分離
- ES-D3細胞(1 x 107)を37°Cで72時間培養して15cmの組織培養皿に培養する。 細胞培養上清を収集する。4°Cで上清を収集し、1週間まで保存し、エキソソームの完全性を維持します。
- 遠心分離機を4°Cで60分間5,000xgで遠心分離し、大細胞断片を沈降させる遠心分離機を用いた。
- 超遠心布を使用して、4°Cで90分間100,000 x g で上清と遠心分離機を収集します。
- 上清を取り除く。各ペレットをリン酸緩衝生理食塩分(PBS;1 mL)で2回やさしくすすいで、残留培養上清を除去する。
- PBS内の各ペレットを再懸濁します。エキソソームエンリッチ化されたEVをタンパク質含有量5で定量化する。
- バイチンコニン酸(BCA)アッセイを用いて、エキソソーム濃縮EVのタンパク質濃度を測定します。ES-D3細胞からのエキソソームエンリッチEVの期待収量は、細胞培養上清のタンパク質/mLの約4μgです。エキソソーム濃縮EVをPBS(タンパク質濃度:~6 μg/μL)で再懸濁します。エキソソームを豊富に含むEVは-80°Cで保管してください。
透過電子顕微鏡による外生富化細胞外小胞の特徴化
注:透過電子顕微鏡(TEM)5を用いて、ESCから分離されたエキソソームエンリッチEVの組成と構造を調べる。
- エキソソームを濃縮したEV(3~5 μg/μL)を、室温で2時間の間、2%EMグレードのパラホルムアルデヒドの最終濃度で固定します。
- 固定サンプル(10 μL)をカーボン支持フィルムで銅グリッドに積み込みます。サンプルを銅格子で1分間インキュベートし、フィルターペーパーでグリッドを排出します。
- メーカーのプロトコルに従って染色液でグリッドを染色します。
- ピンセットを使用して、グリッドをフィルター用紙に転送します。グリッドを室温で一晩乾燥させます。
- メーカーのプロトコルに従って、透過型電子顕微鏡(50,000倍倍率)を用いて電子顕微鏡画像を取得します。
6. ウェスタンブロット解析によるエキソソーム濃縮細胞外小胞の評価
- 全細胞抽出物を準備します。
- 15cmの皿で培養したES-D3細胞から培地を取り出します。トリプシン(5 mL;0.05%)で細胞を洗います。細胞にトリプシン(5 mL)を加えます。37°Cで5分間インキュベートします。細胞を収集し、新鮮な培養培地(5 mL)を加えてトリプシンを中和します。5分間390xgで細胞を遠心分離する。PBS のセルを再中断します。
- ヘモサイトメーターを使用して細胞数を決定します。5分間390xgで再び遠心分離します。0.5% SDS(5,000セル/μL)を含むSDS-PAGEローディングバッファ内のセルを再中断します。
- 10%の振幅(ワット数:500 W;超音波周波数:20 kHz)の超音波処理器を使用して10 sのサンプルを超音波処理します。サンプルを100°Cで5分間加熱します。
- エキソソームエンリッチEVのリセートを準備します。
- 0.5%のSDSを含むSDS-PAGE負荷バッファ内のエキソソームエンリッチEVを1.2 μg/μLの濃度で再中断します。
- 10%の振幅(ワット数:500 W;超音波周波数:20 kHz)の超音波処理器を使用して10 sのサンプルを超音波処理します。サンプルを100°Cで5分間加熱します。
- ウェスタンブロットでタンパク質を検出します。
- 細胞全体抽出物(10 μL;5,000細胞/μL)およびエキソソーム濃縮EVリセート(10 μL;1.2 μg/μL)をビストリスPAGEゲル(4-20%)の各ウェルにロードします。ポリビニリデンフッ化物(PVDF)膜にタンパク質を移す。
- 適切な一次および二次抗体を用いて膜をインキュベートする。PBS、Tween-20(0.2%)、および非脂肪乾燥乳(10%w/v)を含むブロッティング緩衝液中の希薄化抗体(以下に示す濃度で)
- 抗アネキシンV(200 ng/mL)、抗CD81(50 ng/mL)、抗フロティリン-1(200 ng/mL)、抗シトクロムc(100) ng/mL)、抗タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(200 ng/mL)、抗GAPDH(33 ng/mL)、抗オックスホスコックスIVサブユニットIV(600 ng/mL)。
- ペルオキシダーゼ共役ヤギ抗ウサギIgG(20 ng/mL)およびペルオキシダーゼ共役ヤギ抗マウスIgG(20 ng/mL)を使用してください。
- 強化された化学発光検出キットを使用してタンパク質を検出します。
7. エキソソームエンリッチ化細胞外小胞中のGM-CSF濃度をELISAで決定する
注: いくつかの変更を加えたメーカーのプロトコルに従って、マウス GM-CSF 用のキットを使用して ELISA によるエキソソームエンリッチ EV の GM-CSF の量を評価します。
- ELISAプレートにキャプチャ抗体を塗布します。エキソソームエンリッチEV(0.6 μg)をPBS単独で、またはPBS + 0.05%Tween-20(100 μL)で室温で30分間処理します。被覆されたELISAプレートに処理サンプルを加え、室温で1時間インキュベートします。PBS単独またはPBS + 0.05%Tween-20でプレートを洗います。
- 検出抗体をサンプルに追加します。室温で1時間インキュベートする。PBS単独またはPBS + 0.05%Tween-20でプレートを洗います。サンプルにアビジン HRP を追加します。室温で30分間インキュベートします。PBS単独またはPBS + 0.05%Tween-20でプレートを洗います。
- マイクロプレートリーダー上で450 nmの吸光度を測定することにより、エキソソームエンリッチEVにおけるGM-CSF濃度を測定します。