ここでは、生体内培養造血幹細胞およびT細胞におけるミトコンドリア質量および膜電位を測定する信頼性の高い方法について説明する。
方法論記事
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ここでは、生体内培養造血幹細胞およびT細胞におけるミトコンドリア質量および膜電位を測定する信頼性の高い方法について説明する。
静止、自己再生、分化の微妙なバランスは、造血幹細胞(HSC)プールを維持し、すべての成熟した血液細胞の生涯産生を維持するための鍵です。近年、細胞代謝はHSC機能と運命の重要な調節装置として浮上している。ミトコンドリア代謝の変調がHSCの運命に影響を与えることを以前に実証しました。具体的には、電子輸送鎖を化学的に結合させることで、通常は急速な分化を誘発する培養条件下でHSC機能を維持することができた。しかし、HSC数を制限すると、多くの場合、HSC代謝を測定するために標準アッセイを使用することを妨げ、したがって、その機能を予測します。ここでは、HSCなどの希少細胞におけるミトコンドリア膜電位とミトコンドリア質量の信頼性の高い測定を可能にする簡単なフローサイトメトリーアッセイを報告する。マウス骨髄からのHSCの分離とミトコンドリア質量および膜電位ポストex vivo培養の測定について議論する。一例として、代謝モジュレーターによる治療を介してHSCにおけるこれらのパラメータの変調を示す。さらに、ヒト末梢血由来T細胞およびヒト腫瘍浸潤リンパ球(TI)に対するこの方法論の適用を拡張し、ミトコンドリアプロファイルに劇的な違いを示し、異なるT細胞を反映している可能性がある機能。このアッセイは、様々な細胞型のミトコンドリア代謝の調節剤を異なる文脈で同定するスクリーニングに用いることができると考えています。
造血幹細胞(HSC)は、生物の生涯を通じて血液産生と恒常性を確保する骨髄に存在する細胞の小さな集団である。HSCは、末端分化した成熟血系統を数ラウンドの細胞分裂および十分に調整された分化ステップ1を介して末端分化した成熟血統を生成する前駆体を生じさせることによって、このプロセスを仲介する。重要なことに、HSCは嫌気性糖分析を介してエネルギーを生成します。対照的に、よりコミットされ、活性造血前駆者は、ミトコンドリア代謝2、3、4に向けて代謝を切り替える。この明確な代謝状態は、活性ミトコンドリアによって産生される活性酸素種(ROS)によって生じた細胞損傷からHSCを保護すると考えられており、それによって、その長期インビボ機能5、6、7、8を維持する。HSC代謝状態の直接測定は困難であり、多くの場合、その限られた数のために低スループットです。ここでは、HSCにおける緑色蛍光ミトコンドリア染色(ミトトラッカーグリーン)を用いたテトラメチルロウダミンメチルエステル(TMRM)蛍光を用いたミトコンドリア膜電位(ΔΔμm)の堅牢測定のためのフローサイトメトリー系アッセイとミトコンドリア塊について説明する。我々は、低ΔΔmが高度に精製されたHSC9のボナフィード機能マーカーであり、ΔΔmを下げることができる代謝モジュレーターがHSC機能9、10を増強することを以前に実証した。ここでは、HSCの長期血液再構成電位を向上させることができる新規分子を同定する戦略として、HSCミトコンドリアプロファイリングに関する手法の利用を提案する。
一例として、このアッセイは、ビタミンB3アナログニコチンアミドリボシド(NR)への曝露時にHSC ΔΔΜmの低下を確実に測定することを実証した。従って、最近発表された研究では、造血幹および前駆体機能10を直接改善することにより、NRがマウスとヒト化マウスシステムの両方で血液回収後移植を強く改善することを実証した。このような代謝調節剤の能力は、25%の死亡率が移植後の患者11、12における血液および免疫回復の遅延に関連していることを考慮すると、大きな臨床的価値がある。
さらに、この方法論がヒトT細胞の代謝プロファイルおよび機能の特徴付けに適用され得る証拠を提供する。近年、自己腫瘍浸潤リンパ球(TI)を用いた養子細胞療法(ACT)の開発は、非常に不利な予後を有する特定のタイプの進行癌に対して最も効果的なアプローチとなっている(例えば、転移性黒色腫、患者の50%が治療に反応し、患者の24%が完全に退行している)13。しかしながら、十分な抗腫瘍活性を有するTLSは14を生成することが困難である。ex vivo膨張の間にTLSが受ける広範な増殖および刺激は、T細胞抗腫瘍応答15を劇的に損なうT細胞の枯渇および老化を引き起こす。重要なことに、TLSの抗腫瘍能は、それらの代謝16、17と密接に関連しており、PI3K/Akt経路の阻害を介して代謝を調節することを目的としたアプローチは、励ましの結果18、19を生み出している。このため、末梢血単核細胞(PBMC)および患者由来TCAL由来のT細胞のΔΔmを比較し、末端分化TLと比較してPBMC由来T細胞の分化が少ないΔΔmおよびミトコンドリア質量が低いことを示しています。
このアッセイは、ΔΔmの変調を介してHSCおよびT細胞機能を改善する新規代謝モジュレーターを同定するために使用できることを想定しています。
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原稿に記載されているすべての実験は、当社の機関のガイドラインに従い、動物実験(認証:VD3194)およびヒトサンプルを含む研究のためのスイスの法律に従って行われました(プロトコル:235/14;CER-VD 2017-00490)
1. 造血幹細胞抽出
2. 造血幹細胞のEx Vivo培養
3. ミトコンドリア質量と膜電位の測定
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図1では、マウス骨髄からの造血幹細胞の分離と、そのex生体内培養のためのプレートのレイアウトに対するゲーティング戦略を示す。図1Aは、SSC-A/FSC-Aプロットにおけるリンパ球画分の同定を示す。ダブレットはシングルトゲートで除去され、続いてDAPIシグナルの不在による生細胞の同定を行った。系統-Sca1+cKit+によって定義されるLKS集団を同定した。この集団は、幹細胞および前駆細胞を含することが知られている。HSCはLKS集団の細胞の約5〜10%を形成し、CD150+CD48-集団のゲーティングによって同定された。図1Bは、エクスビボ培養用の96ウェルプレートのレイアウトを表す。ソートされたHSCは、異なる培養条件でめっきされた:この場合、制御およびNR補足培養条件。全骨髄細胞はまた、プロトコルに記...
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HSC機能の厳しい調節は、生物の生涯の間に安定した造馬を維持するために重要である。体内の様々な他の細胞タイプと同様に、HSC機能の調節に寄与する重要な成分は細胞代謝である。私たちの研究室9および他の2、3からの以前の研究は、HSCにおける明確な代謝状態を維持する上でミトコンドリアの重要性を含んでいた。マウス骨髄から分離されたHSCの数が非常に少いため、標準的な代謝アッセイ(例えば、SeaHorseによる酸素消費量)を介してそれらを分析することは困難である。前回の研究に基づき、ミトコンドリア質量と膜電位(活性の間接読み出し)を少数の細胞(すなわちHSC)で確実に測定する簡単なフローサイトメトリーアッセイを標準化しました。このアッセイは、生存率9を損なうことなく生きている細胞の測定を可能にし、ユーザーが実行したい可能性のある下流の機能アッセイ(CfUsや骨髄移植など)で利用できるようにします。このアッセイがスクリーニング実験に用い...
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この作品の一部の要素は、欧州特許庁にP1828EP00の出願として提出されています。
UNILフローサイトメトリーコア施設は、特にロマン・ベデル博士の支援に感謝します。この作品は、クリスチャン・ゲルハルト・ジェブセン財団がN.VとO.N.に助成金を受け取りました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 5 mL FACSチューブ | ファルコン | 352235 | サンプル調製 |
| 96-Uボトムプレート | コーニング | 3799 | 細胞培養 |
| AutoMACS pro セパレーター | Miltenyi Biotec | 自動細胞分離 | |
| BD FACS AriaIII | ベクトンとディキンソン | 細胞選別 | |
| BD IMagマウス造血前駆細胞濃縮キット | BD | 558451 | 系統の枯渇 |
| BD LSRII | ベクトン&ディキンソン | FACS取得装置 | |
| BD-DIVA | ベクトン&ディキンソン | 取得ソフト | |
| CD150 PE | バイオレジェンド | 115904 | 抗体染色ミックス |
| CD150 PE-Cy5 | バイオレジェンド | 115912 | 抗体染色ミックス |
| CD48 PB | バイオレジェンド | 103418 | 抗体染色ミックス |
| 遠心分離機 - 5810R | エッペンドルフ | 遠心分離 | |
| 機Ckit PeCy7 | Biolegend | 105814 | 抗体染色ミックス |
| Flow jo | FlowJo LLC | FACS 分析ソフトウェア | |
| GraphPad-Prism | GraphPad | データをグラフにプロット | |
| Mitotracker Green | Invitrogen | M7514 | ミトコンドリア質量を測定するための緑色蛍光マイトコンドリア染色。作業濃度= 100 nM;ストック濃度 = 1 mM |
| ニコチンアミドリボシド (NR) | カスタム合成 社内 | 代謝調節剤; 作業濃度 = 500 & マイクロ;M;ストック濃度 = 50 mM | |
| PBS | CHUV | バッファー調製; 使用濃度 = 1x; ストック濃度 = 1x | |
| Pen-Strep (P/S) | Life technologies | 15140122 | Ex vivo culture; 使用濃度 = 1x; ストック濃度 = 1x |
| RBC 溶解バッファー | Biolegend | 420301 | Lysing Red blood cells; 使用濃度 = 1x; ストック濃度 = 10x |
| 組換えマウスFlt-3リガンド(FLT3) | RnD | 427-FL-005/CF | Ex vivo培養;使用濃度 = 2 ng/mL; ストック濃度 = 10 & マイクロ;g/mL |
| 組換えマウス幹細胞因子 (SCF) | RnD | 455-MC-010/CF | Ex vivo培養; 使用濃度 = 100 ng/mL; ストック濃度 = 50 & micro;g/mL |
| Sca1 APC | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 17-5981-82 | 抗体染色ミックス |
| StemlineII 造血幹細胞増殖培地 | SIGMA | S0192 | Ex vivo培養 |
| Streptavidin Pac orange | Life Technologies | S32365 | 抗体染色ミックス |
| Streptavidin Tx red | Life Technologies | S872 | 抗体染色ミックス |
| TMRM | Invitrogen | T668 | Staining mitochondrial membrane potential; working concentration = 200 nM; stock concentration = 10 mM |
| Ultra pure EDTA | Invitrogen | 15575-038 | Buffer preparation; working concentration = 0.5 M; stock concentration = 1 mM |
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