RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ja
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Laura Mosteo1, Joana Reis1, Lídia Rocha1, Marta Lopes1, Delfim Duarte1,2,3,4
1Instituto de Investigação e Inovação em Saúde (i3S),Universidade do Porto, 2Department of Onco-Hematology,Instituto Português de Oncologia (IPO)-Porto, 3Unit of Biochemistry, Department of Biomedicine,Faculdade de Medicina da Universidade do Porto, 4Porto Comprehensive Cancer Center (P.CCC)
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
ここでは、マウス骨髄細胞を表現型造血幹および前駆細胞に単離および染色するための簡単なプロトコルと、支持するニッチ内皮および間葉系幹細胞について説明します。内膜および中枢骨髄領域に位置する細胞を濃縮する方法も含まれる。
骨髄(BM)は、新しい血球が生成されるプロセスである造血が主に発生する骨内にある軟組織です。そのため、造血幹および前駆細胞(HSPC)と、HSPCの維持と調節に寄与する間質細胞が含まれています。 血液学的およびその他のBM障害は、造血細胞に直接および/またはBMニッチの変化を介して影響を与えることにより、造血を破壊します。ここでは、フローサイトメトリーによるマウスBM HSPCと間質ニッチ集団の表現型解析を通じて、健康と悪性腫瘍における造血を研究する方法について説明します。私たちの方法は、内膜および中枢BM画分でBM細胞を濃縮するために必要なステップ、およびHSPC調節に関与する2つの主要なニッチ細胞タイプ、内皮細胞および間葉系幹細胞を特定するための適切なゲーティング戦略を詳述しています。ここで提案される表現型解析は、マウス変異体、疾患モデル、および機能アッセイと組み合わせて、HSPCコンパートメントおよびそのニッチを特徴付けることができる。
フローサイトメトリーは、免疫細胞および造血細胞の特性評価と前向き単離のための非常に貴重な方法です。また、さまざまな組織の間質および上皮集団の分析にもますます使用されています。造血幹細胞(HSC)は、自己複製と多能性というユニークな特性を持っています。成体哺乳類では、HSCは主に骨髄(BM)に存在し、周囲の微小環境またはニッチから静止および生存シグナルを受け取ります1。HSCは、機能アッセイ2に従って正式に定義されます。それにもかかわらず、いくつかの画期的な論文は、HSCを特定するためのフローサイトメトリーの有用性を示しています。限られた細胞表面マーカーを使用することにより、造血幹細胞が高度に濃縮されている造血集団を識別することが可能です3。したがって、フローサイトメトリーは幹細胞分野の中心的な方法です。これは、HSCに対する推定ニッチ細胞タイプおよびニッチ因子の影響を評価するために広く使用されています。フローサイトメトリーとイメージングおよび機能アッセイを組み合わせることにより、造血幹細胞が血管周囲間葉系幹細胞(MSC)および内皮細胞(EC)によって決定的にサポートされていることが示されています。BM MSCは異種グループであり、サイトカインの寄与が異なりますが4、レプチン受容体(LepR)+ MSCが重要なニッチ細胞であることは十分に確立されています1。BM ECも非常に不均一であり、正弦波、細動脈、およびH型/移行血管の一部である可能性があります5。さまざまな研究により、これらのさまざまなECの微妙な貢献が示されています。例えば、内膜正弦波ECは空間的に静止HSC6に近く、活性酸素種レベルが低い非移動性HSCは細動脈EC7の近くに位置しています。ニッチの内膜と中央の位置も非常に重要です。骨内膜H型血管は、加齢とともに失われる血管周囲間質細胞と関連しており、HSCの喪失につながります8。急性骨髄性白血病では、中枢ECが拡張し、内膜血管と内膜HSCが失われます9。
この分野のほとんどの研究は、造血自体と細胞のHSCの外因性調節に焦点を当てています。しかし、他の前駆細胞を調節するニッチ、すなわち多能性前駆細胞(MPP)をよりよく特徴付ける必要があることが、特にそれらが定常状態での造血の主な推進力であることを考慮すると、ますます認識されています10。固定された階層構造とは対照的に、最近の研究では、造血は、造血幹細胞が初期段階で偏ったMPPに分化する連続体であることが示されています11。MPPは異なる分類スキーム12にちなんで名付けられているが、国際実験血液学会(ISEH)による最近のコンセンサス論文は、MPPを初期のMPPとして、リンパ系(MPP-Ly)、巨核球および赤血球(MPP-Mk/E)、および骨髄系(MPP-G/M)バイアス13に従って識別することを提案した。フローサイトメトリーの使用は、これらの集団の調節におけるBMニッチの重要性をさらに研究する上で重要です。現在のフローサイトメトリー法では、可変ゲーティング戦略を使用してHSPCを区別し、一貫性のないマーカーを使用して間質細胞、つまりECを同定します。現在の方法の目標は、HSPC亜集団、ECの不均一なグループ、およびLepR+ MSCを同定するためのBM染色のシンプルで再現性のあるワークフローを提示することです。この手法は、以前に報告された方法(たとえば、参考文献14を参照)に匹敵するものの、2つの機能的骨髄領域、内膜および中枢BM 8,15、およびBM間質ニッチ細胞の表現型分析のための更新された実装が容易なプロトコルを提供すると考えています。
このプロトコルで使用された動物は、i3S動物施設で、12時間の明暗サイクルおよび温度制御された環境で、特定の病原体のない条件下で飼育されました。標準的なげっ歯類のチャウチャウと水への無料アクセスが提供されました。すべての動物は、実験動物の世話と取り扱いに関する欧州実験動物科学協会連盟(EU指令2010/63 / EU)によって概説された基準に従って人道的な世話を受けました。動物に対して行われた実験手順(安楽死)は、i3S動物倫理委員会(参照DD_2019_15)およびDireção-Geral de Alimentação e Veterináriaによって承認されました。このプロトコル全体で使用される材料の詳細は、 材料の表に記載されています。
1.溶液の調製とカクテルの染色
2. サンプル抽出
3. 全骨髄中の造血細胞集団解析のためのサンプル処理
4. 全骨髄中の間質細胞集団分析のためのサンプル処理
5.破砕およびフラッシュされたBMにおける造血細胞集団の分析のためのサンプル処理
6. フローサイトメトリー解析のための単色コントロール(SCC)の調製
健康な若年成人C57Bl/6マウスにおけるHSCおよびMPPのフローサイトメトリー分析の代表的なプロットを 図1に示します。ゲーティング戦略は、ISEH13によって提案された最新の調和命名法に従います。感染やがんなどの摂動の影響を解析する場合、正常ゲートの基準としてコントロールマウスを使用することが重要です。蛍光マイナス1(FMO)コントロールは、ゲートの境界を描写するのに特に有用であり得るが、FMOに基づいて盲目的にゲート制限を設定すると、標的細胞が省略されたり、非標的細胞が含まれる場合があることに留意すべきである。例えば、CD48セットの強度が低いほど、静止長期HSC17に対する濃縮度が高くなる。さらに、特定の集団の異なる特性は、特定のマーカーの強度に依存する。例えば、より高いCD150レベルを発現するHSCは、より骨髄偏り18である。
合計4匹の動物に適用した造血細胞集団の解析において得られた頻度および絶対数を 表1に示す。
図2は、ECおよびMSCのフローサイトメトリー分析の代表的なプロットを示しています。造血細胞の大部分は、Ter119 / CD45陰性選択後に除外されます。その後、LepR+ MSCを容易に同定できますが、真のECはその後のSca-1+細胞の選択を必要とします。Sca-1は免疫蛍光研究で細動脈を特異的にマークするためによく使用されますが、フローサイトメトリーでは、この手法は非常に感度が高く、ECは常に細胞表面で特定の程度のSca-1を発現するため、これは当てはまりません。Sca-1+細胞のみを選択しないことで、CD31発現骨髄系細胞など、他の非内皮細胞が解析に含まれ、BMにおけるECの定量に大きな影響を与える可能性があります。 ECは、集団全体として、またはそれらの不均一性を部分的に明らかにする特定のマーカーに基づいて分析することができます。CD31と組み合わせたエンドムシンは、機能的に異なるH型内皮15を同定するのに非常に有用である(図2)。さらに、ICAM-1の発現により、細動脈(aBMEC)と正弦波EC(sBMEC)の識別が可能になることが以前に示されています(図3)20。
合計4匹の動物に適用したMSCおよび内皮細胞集団の分析において得られた頻度および絶対数を表 2 および 表3に示す。
BM機能領域は明らかな組織学的領域では明確に描写されていませんが、骨の内側を覆う内膜領域と中央BM領域が特定の細胞型とイベント(例えば、中央BM領域の類洞部の巨核球からの血小板/血小板促進体の放出)で濃縮されていることは十分に確立されています。したがって、これら2つのコンパートメントを別々に分析するために、中枢領域と内膜領域の細胞タイプを濃縮することは有用です。骨幹を洗い流して中心細胞型を濃縮し、骨幹を破砕して骨内細胞型を濃縮する方法を適用しました(図4A)。フラッシュ(中枢)および破砕(内膜)BM組織におけるaBMECおよびsBMECの定量(図4B)は、aBMECが内膜領域でより豊富であることが有名であり、正弦波が中央BM領域でより頻繁に発生するため、この機械的分離方法の適用性を検証します。

図1:造血細胞集団の解析。提供されたソフトウェアを用いた総BMにおける造血細胞集団のフローサイトメトリー分析のためのゲーティング戦略を示す代表的なプロット。略語:FSC-H =前方散乱-高さ、FSC-A =前方散乱-面積、Lin =系統、LKS = Lin-Sca-1+ c-Kit +造血前駆細胞、MPPLy =多能性前駆細胞-リンパ球、MPPG / M =多能性前駆細胞-顆粒球/マクロファージ、MPPMk / E =多能性前駆細胞-巨核球/赤血球、MPP =多能性前駆細胞、HSC =造血幹細胞。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:間質細胞集団の解析。 提供されたソフトウェアを用いた総BMにおける間質細胞のフローサイトメトリー分析のためのゲーティング戦略を示す代表的なプロット。略語:FSC-H =前方散乱-高さ、FSC-A =前方散乱-面積、MSCs=間葉系幹細胞、LepR=レプチン受容体、ECs =内皮細胞。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:内皮細胞の解析。 提供されたソフトウェアを用いた総BMにおけるECのフローサイトメトリー分析のためのゲーティング戦略を示す代表的なプロット。略語:FSC-H =前方散乱-高さ、FSC-A =前方散乱-面積、ECs =内皮細胞、aBMEC =動脈骨髄内皮細胞、sBMEC =類洞骨髄内皮細胞。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:中枢および内膜領域におけるEC集団の分析 。 (A)マウス長骨のさまざまな部分の表現。(B)aBMEC(破砕サンプルで濃縮)およびsBMEC(フラッシュサンプルで濃縮)におけるCD31+内皮細胞の頻度の統計的に有意な差を示すプロット。各ドットはマウス(n = 9)を表し、サンプルはペアになっています。使用した統計的検定は対応のあるT検定でした。は両側 P値<0.0001を示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 細胞集団 | 総BMにおけるBM生細胞±SDの平均周波数(n=4) | 総BMにおける大腿骨あたりの細胞数±SD(n = 4)の平均 | 内膜BMにおけるBM生細胞±SD(n=4)の平均周波数 | BM中心部におけるBM生細胞±SDの平均周波数(n=4) |
| 林- | 3.05 ± 0.13 | 337610 ± 59414 | 3.56 ± 0.21 | 3.53 ± 0.19 |
| ティッカー | 0.096 ± 0.026 | 10206 ± 1794 | 0.102 ± 0.025 | 0.133 ± 0.022 |
| MPPsLy | 0.058 ± 0.011 | 6141 ± 716 | 0.058 ± 0.011 | 0.085 ± 0.007 |
| MPPG/M | 0.011 ± 0.004 | 1233 ± 326 | 0.013 ± 0.003 | 0.014 ± 0.003 |
| MPPMk/E | 0.0010 ± 0.0002 | 113 ± 21 | 0.0014 ± 0.0004 | 0.0012 ± 0.0005 |
| ティッカー | 0.0092 ± 0.0045 | 940 ± 374 | 0.0105 ± 0.0048 | 0.0118 ± 0.0061 |
| HSC | 0.0054 ± 0.0023 | 572 ± 191 | 0.0055 ± 0.0023 | 0.0059 ± 0.0016 |
表1:造血細胞集団の定量的データ。 合計で分析した異なる造血細胞集団のBM生細胞における頻度の平均、骨内膜、および中央BMおよび総BMにおける大腿骨当たりの細胞数。 データは平均±標準偏差(SD)として示され、n=4である。
| 細胞集団 | BM生細胞±SDの平均周波数(n=4) | 脛骨あたりの細胞数±平均SD(n = 4) |
| ティッカー | 0.080 ± 0.011 | 4523 ± 1521 |
| タイプ H ECS | 0.041 ± 0.006 | 2299 ± 752 |
| タイプ L ECS | 0.038 ± 0.005 | 2103 ± 736 |
| 間葉系企業 | 0.180 ± 0.048 | 10270 ± 4282 |
表2:間質細胞集団の定量的データ。 BM生細胞における頻度の平均および総BMで分析された異なる間質細胞集団の脛骨当たりの細胞数。 データは平均±標準偏差(SD)、n = 4として示される。
| 細胞集団 | BM生細胞±SDの平均周波数(n=4) | 脛骨あたりの細胞数±平均SD(n = 4) |
| ティッカー | 0.064 ± 0.006 | 2255 ± 150 |
| aBMEC | 0.041 ± 0.010 | 1419 ± 286 |
| sBMEC | 0.023 ± 0.006 | 819 ± 250 |
表3:内皮細胞集団の定量的データ。 BM生細胞における頻度の平均および総BMで分析された異なる内皮細胞集団についての脛骨当たりの細胞数。 データは平均±標準偏差(SD)、n=4として示される。
補足表1:研究に使用された動物の詳細。データを作製するために用いた動物の系統、性別、年齢、および体重を図1、図2、および図3ならびに表1、表2、および表3に示す。略語:g =グラム。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
著者は、開示すべき利益相反はありません。
ここでは、マウス骨髄細胞を表現型造血幹および前駆細胞に単離および染色するための簡単なプロトコルと、支持するニッチ内皮および間葉系幹細胞について説明します。内膜および中枢骨髄領域に位置する細胞を濃縮する方法も含まれる。
LMは、レディタタメモリアルトラストからの助成金によってサポートされました。JRは、Fundação para a Ciência e Tecnologia(FCT;FCTフェローシップUI / BD / 150833 / 2021)。MLは、FCTの博士号フェローシップ(FCTフェローシップ 2021.04773.BD)によってサポートされました。DDは、米国血液学会、パブラブ財団、FCT(EXPL/MED-ONC/0522/2021)、およびポルトガル血液学会からの助成金によって支援されました。i3sのTRACY施設のカタリーナ・メイレレス博士とエミリア・カルドーゾ博士の支援に感謝します。
| Alexa Fluor 647 抗マウス CD54/ICAM-1 抗体 | BioLegend | 116114 | |
| APC ストレプトアビジン | BioLegend | 405207 | |
| APC/Cyanine7 抗マウス CD117 (c-kit) 抗体 | BioLegend | 105826 | |
| APC/Cyanine7 抗マウス CD45 抗体 | BioLegend | 103116 | |
| APC/Cyanine7 抗マウス TER-119/赤血球抗体 | BioLegend | 116223 | |
| ビオチン抗マウスCD3ε 抗体 | BioLegend | 100304 | |
| ビオチン抗マウスCD4抗体 | BioLegend | 100404 | |
| ビオチン抗マウスCD8a抗体 | BioLegend | 100704 | |
| ビオチン抗マウスLy-6G/Ly-6C(Gr-1)抗体 | BioLegend | 108404 | |
| ビオチン抗マウスTER-119/赤血球抗体 | BioLegend | 116204 | |
| ビオチン抗マウス/ヒトCD11b抗体 | BioLegend | 101204 | |
| ビオチン抗マウス/ヒトCD45R/B220抗体 | BioLegend | 103204 | |
| Brilliant Violet 510 抗マウスCD150(SLAM)抗体 | BioLegend | 115929 | |
| Calibrite 2 Color Beads | BD Biosciences | 349502 | |
| コラゲナーゼ IV | メルク ライフサイエンス | C1889 | |
| ディスパーゼ II | メルク ライフサイエンス | D4693 | |
| ウシ胎児血清、認定済み、熱不活化、EU 承認済み、南米原産 | サーモフィッシャー サイエンティフィ | ック10500064 | |
| ハンクス平衡塩溶液 (HBSS) | サーモフィッシャー サイエンティフィ | ック14175095 | |
| マウスレプチンRビオチン化抗体 | R&D systems | BAF497 | |
| NucBlue Fixed Cell Reagent (DAPI) | ThermoFisher Scientific | R37606 | DAPI reagent |
| PE anti-mouse endomucin antibody | ThermoFisher Scientific | 12-5851-82 | |
| PE anti-mouse Flk2 (CD135) | ThermoFisher Scientific | 12-1351-82 | |
| PE/Cyanine7 anti-mouse CD31 antibody | BioLegend | 102524 | |
| PE/Cyanine7 抗マウス CD48 抗体 | BioLegend | 103424 | |
| PerCP 抗マウス Ly-6A/E (Sca-1) 抗体 | BioLegend | 108122 | |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) 錠剤 | メルク ライフサイエンス | P4417 | |
| 精製抗マウス CD16/32 抗体 | BioLegend | 101302 | |
| RBC 溶解バッファー 10x | BioLegend | 420302 | |
| ゾンビバイオレット フィックスブル バイアビリティ ダイ | バイオレジェンド | 423114 | 蛍光染料 |