이 프로토콜은 유전자 발현 및 조직학적 분석을 위한 마우스 자궁내막 상피 오가노이드를 확립하는 방법론을 설명합니다.
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이 프로토콜은 유전자 발현 및 조직학적 분석을 위한 마우스 자궁내막 상피 오가노이드를 확립하는 방법론을 설명합니다.
자궁 내막 조직은 자궁의 내강을 따라 늘어서 있으며 에스트로겐과 프로게스테론의 주기적 통제하에 있습니다. 그것은 내강 및 선 상피, 간질 구획, 혈관 네트워크 및 복잡한 면역 세포 집단으로 구성된 조직입니다. 마우스 모델은 자궁 내막을 연구하는 강력한 도구였으며 이식, 태반 및 암을 제어하는 중요한 메커니즘을 밝혀 냈습니다. 최근 3D 자궁내막 오가노이드 배양의 개발은 자궁내막 생물학의 기초가 되는 신호 전달 경로를 해부하는 최첨단 모델을 제시합니다. 유전자 조작 마우스 모델에서 자궁내막 오가노이드를 확립하고, 전사체를 분석하고, 단일 세포 분해능으로 형태를 시각화하는 것은 자궁내막 질환 연구에 중요한 도구입니다. 이 논문은 마우스에서 자궁 내막 상피의 3D 배양을 확립하는 방법을 설명하고 유전자 발현을 정량화하고 오가노이드의 조직학을 분석하는 기술을 설명합니다. 목표는 자궁내막 상피 오가노이드의 유전자 발현 및 형태학적 특성을 확립, 배양 및 연구하는 데 사용할 수 있는 리소스를 제공하는 것입니다.
자궁강의 내부 안감 점막 조직인 자궁내막은 여성의 생식 건강에 중요한 역할을 하는 독특하고 매우 역동적인 조직입니다. 생식 수명 동안 자궁 내막은 난소 호르몬 인 에스트로겐과 프로게스테론의 공동 작용에 의해 조정 된 수백 번의 증식, 분화 및 분해주기를 겪을 가능성이 있습니다. 유전자 조작 마우스에 대한 연구는 호르몬에 대한 자궁 내막 반응과 배아 이식, 기질 세포 탈락 및 임신 조절을 뒷받침하는 기본적인 생물학적 메커니즘을 밝혀 냈습니다1. 그러나 시험관 내 연구는 전통적인 2D 세포 배양 2,3에서 형질전환되지 않은 일차 마우스 자궁내막 조직을 유지하는 데 어려움이 있기 때문에 제한적이었습니다. 최근 3D 장기 시스템 또는 오가노이드와 같은 자궁내막 조직 배양의 발전은 자궁내막 세포 재생 및 분화를 제어하는 생물학적 경로를 조사할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다. 마우스 및 인간 자궁내막 오가노이드 시스템은 다양한 매트릭스4,5에 캡슐화된 순수한 자궁내막 상피로부터 개발되었으며, 인간 자궁내막은 스캐폴드가 없는 상피/기질 공동 배양6,7로, 보다 최근에는 콜라겐 캡슐화된 상피/기질 집합체8로 배양되었습니다. . 상피 오가노이드 배양의 성장 및 재생 잠재력은 오가노이드 4,5,9의 성장 및 재생을 최대화하기 위해 경험적으로 결정된 성장 인자 및 소분자 억제제의 정의된 칵테일에 의해 뒷받침됩니다. 또한, 자궁내막 오가노이드를 동결 및 해동하는 능력은 향후 연구를 위해 생쥐와 인간의 자궁내막 오가노이드의 장기 뱅킹을 허용합니다.
유전자 조작 마우스는 임신 초기와 탈락을 제어하는 복잡한 신호 전달 경로를 밝혀 냈으며 임신 손실, 자궁 내막 암 및 자궁 내막증의 모델로 사용되었습니다. 이러한 유전 연구는 여성 생식 조직에서 특이적으로 활성인 cre 재조합 효소를 사용하여 loxP 측면 대립 유전자 ( "플록스")의 세포 특이 적 결실로 크게 달성되었습니다. 이러한 마우스 모델에는 자궁 내막 상피 및 기질 조직에서 강력한 재조합 효소 활성을 갖는 널리 사용되는 프로게스테론 수용체 -cre10, 성인 마우스에서 자궁 내막 상피 재조합을 유도하는 락토페린 i-cre11 또는 뮐러 유래 조직에서 상피 특이 적 결실을 유발하는 Wnt7a-cre 12가 포함됩니다. . 유전자 조작 마우스 모델에서 자궁내막 조직을 3D 오가노이드로 배양하는 것은 자궁내막 생물학을 조사하고 자궁내막 세포 재생 및 분화를 제어하는 성장 인자 및 신호 전달 경로의 식별을 용이하게 할 수 있는 훌륭한 기회를 제공했습니다13,14. 마우스 자궁 내막 조직의 분리 및 배양 방법은 문헌에 기재되어 있으며 자궁 내막 상피 유기체의 후속 배양을위한 자궁 상피의 분리를위한 다양한 효소 전략의 사용을보고한다4. 이전 문헌이 자궁내막 상 피 오가노이드 배양 프로토콜 4,5,6에 대한 중요한 프레임워크를 제공했지만, 이 백서는 이러한 오가노이드를 생성, 유지, 처리 및 분석하기 위한 명확하고 포괄적인 방법을 제공합니다. 이러한 기술의 표준화는 여성 생식 생물학 분야의 발전을 가속화하는 데 중요합니다. 여기에서, 우리는 겔 매트릭스 스캐폴드에서 자궁내막 오가노이드의 후속 배양을 위한 마우스 자궁내막 상피 조직의 효소적 및 기계적 정제를 위한 상세한 방법론을 보고한다. 또한 겔 매트릭스 캡슐화 마우스 자궁내막 상피 오가노이드의 다운스트림 조직학적 및 분자 분석을 위한 방법론을 설명합니다.
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마우스 취급 및 실험 연구는 Baylor College of Medicine의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에서 승인 한 프로토콜과 실험실 동물의 관리 및 사용을위한 NIH 가이드에서 수립 한 지침에 따라 수행되었습니다.
1. 효소 및 기계적 방법을 사용한 마우스에서 자궁 상피 분리
참고: 이 섹션에서는 겔 매트릭스 스캐폴드를 사용하여 마우스로부터 상피 자궁내막 오가노이드를 확립, 계대, 동결 및 해동하는 데 필요한 단계를 설명합니다. 이전 연구에서는 발정기4상 동안 마우스에서 마우스 자궁내막 오가노이드의 최적 배양이 확립되는 것으로 확인되었으며, 이는 질 면봉(15)의 세포학적 검사에 의해 결정될 수 있습니다. 성체 암컷 WT 마우스 (6-8주령, 하이브리드 C57BL/6J 및 129S5/SvEvBrd)를 모든 실험에 사용하였다. 마우스는 이소플루란 진정 작용과 자궁 경부 관절 분리를 사용하여 IACUC 승인 지침에 따라 인도적으로 안락사되었습니다. 마우스가 안락사되면 다음 단계를 따라야합니다. 이 프로토콜에 사용되는 재료 및 솔루션과 관련된 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오.
2. 기질 구획의 가공
참고: 이 섹션에서는 마우스 자궁내막의 기질 구획을 분리하는 데 필요한 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 상피/기질 공동 배양 실험에 대한 관심이 증가함에 따라 오가노이드를 생성할 상피 세포 외에 기질 세포 집단을 처리할 수 있는 것이 중요합니다.
3. 자궁 상피를 겔 매트릭스로 캡슐화하여 오가노이드 설정
알림: 사용할 준비가 될 때까지 젤 매트릭스를 얼음 위에 보관하십시오.
4. 에스트라디올 처리 후 자궁내막 오가노이드의 유전자 발현 분석
참고: 이 섹션에서는 에스트라디올로 치료한 후 실시간 qPCR을 사용하여 자궁내막 상피 오가노이드의 유전자 발현을 프로파일링하는 데 사용되는 방법을 설명합니다(E2; 표 1 참조). 자궁 내막은 난소 호르몬 E2의 주기적 제어하에 있기 때문에 E2에 대한 유기체의 반응성을 테스트하는 것은 생리 기능의 중요한 척도입니다. 우리는 고품질 RNA를 얻었고 자궁내막 상피 오가노이드에서 qPCR 및/또는 RNA 시퀀싱을 사용하여 유전자 발현을 프로파일링하기에 충분한 mRNA를 생성했습니다. 이 섹션에서는 유전자 발현의 다운스트림 분석을 위해 오가노이드를 수집하고 처리하는 방법을 설명합니다. 선택된 치료 배지는 배양된 자궁내막 세포를 치료하기 위해 사용된 배지를 반영한다. 그러나, 이러한 치료 배지는 호르몬 8,16,17로 인간 자궁내막 3D 배양물의 치료에 대해 행해진 바와 같이, 그에 따라 최적화될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
5. 자궁내막 오가노이드의 조직학적 분석
참고: 자궁내막 오가노이드의 형태학적 특징을 영상화하는 것은 성장 인자, 유전자 조작 또는 소분자 억제제의 세포 효과를 평가하는 데 중요합니다. 이 섹션에서는 조직학적 염색 및 항체 면역형광 염색을 사용하여 자궁내막 상피 오가노이드를 고정, 처리 및 이미지화하는 데 사용되는 기술을 설명합니다.
6. 헤마톡실린 & 에오신 염색
7. 면역형광염색
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마우스 자궁내막 오가노이드의 위상차 이미지
첨부된 프로토콜에 설명된 대로 WT 마우스 자궁내막 상피에서 오가노이드를 확립했습니다( 그림 1의 다이어그램 참조). 마우스 자궁 내막 상피의 효소 해리에 이어, 상피 시트를 자궁 기질 세포로부터 기계적으로 분리하고 콜라게나제로 더 해리시켜 단일 세포 현탁액을 생성시켰다. 올바르게 수행되면 이 상피 및 기질 세포 분리 방법은 반대 세포 유형의 10%-15% 이하의 오염을 가진 샘플을 생성해야 합니다( 그림 2의 면역형광 이미지 참조). 이어서, 상피 세포 펠렛을 겔 매트릭스에 재현탁시키고, 실온에서 겔화시키고, 조직 배양 플레이트 상의 25 μL 돔으로 플레이팅하였다. 겔 매트릭스 돔이 응고 된 후, 이들은 유기체 배지로 겹쳐서 성장시켰다. 우리는 일반적으로 자궁 내막 상피 세포가 그림 3과 같이 3-4
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여기에서는 마우스 자궁내막에서 자궁내막 상피 오가노이드를 생성하는 방법과 다운스트림 분석에 일상적으로 사용되는 프로토콜에 대해 설명합니다. 자궁내막 오가노이드는 자궁내막증, 자궁내막암 및 착상 실패와 같은 자궁내막 관련 질병을 제어하는 메커니즘을 연구하는 강력한 도구입니다. 2017년에 발표된 획기적인 연구에서는 마우스와 인간 상피 4,5에서 자궁내막 오가노이드의 장기 및 재생 가능한 배양 조건을 보고했습니다. 오가노이드가 다른 시스템에서 생물학적 경로를 연구하기 위해 널리 사용되었지만, 시험관 내 자궁내막 조직의 연구는 배양물에서 형질전환되지 않은 1차 상피를 연구하기에 적합한 모델의 부재로 인해 제한되었습니다26. 인간 및 마우스 자궁내막에서 유래한 자궁내막 오가노이드는 장, 신장 및 폐와 같은 다른 장기 조직의 오가노이드를 배양하는 데 일반적으로 사용되는 조건을...
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저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.
스테파니 팡가스 박사와 마틴 M. 마추크 박사(M.M.M.)에게 우리 원고를 비판적으로 읽고 편집해 주신 데 대해 감사드립니다. 연구는 유니스 케네디 슈라이버 국립 아동 건강 및 인간 발달 연구소 보조금 R00-HD096057 (DM), R01-HD105800 (DM), R01-HD032067 (M.M.M.) 및 R01-HD110038 (M.M.M.) 및 NCI-P30 암 센터 지원 보조금 (NCI-CA125123). Diana Monsivais, Ph.D. Burroughs Wellcome Fund에서 차세대 임신 상을 수상했습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Organoid Media Formulation | |||
| Name | Company | 카탈로그 번호 | 최종 농도 |
| Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix, *LDEV-free | Corning | 354230 | 100% |
| 소 췌장에서 추출한 트립신 | 시그마 알드리치 | T1426-1G | 1% |
| Advanced DMEM/F12 | Life Technologies | 12634010 | 1X |
| N2 보충제 | Life Technologies | 17502048 | 1X |
| B-27™ 보충제 (50X), 비타민 A 뺀 | 성분 Life Technologies | 12587010 | 1X |
| Primocin | Invivogen | ant-pm-1 | 100 µ g/mL |
| N-아세틸-L-시스테인 | 시그마 알드리치 | A9165-5G | 1.25mM |
| L-글루타민 | Life Technologies | 25030024 | 2mM |
| 니코틴아미드 | 시그마 알드리치 | N0636-100G | 10nM |
| ALK-4, -5, -7 억제제, A83-01 | 토크리스 | 2939 | 500nM |
| 재조합 인간 EGF | 페프로텍 | AF-100-15 | 50ng/mL |
| 재조합 인간 Noggin | Peprotech | 120-10C | 100 ng/mL |
| 재조합 인간 Rspondin-1 | Peprotech | 120-38 | 500 ng/mL |
| 재조합 인간 FGF-10 | Peprotech | 100-26 | 100 ng/mL |
| 재조합 인간 HGF | Peprotech | 100-39 | 50 ng/mL |
| WNT3a | R& D systems | 5036-WN | 200 ng/mL |
| 기타 소모품 및 시약 | |||
| Name | Company | 카탈로그 번호 | 최종 농도 |
| Collagenase from Clostridium histolyticum | Sigma Aldrich | C0130-1G | 5 mg/ |
| 소 췌장에서 나온 mL Deoxyribonuclease I | Sigma Aldrich | DN25-100MG | 2 mg/mL |
| DPBS, 칼슘 없음, 마그네슘 없음 | ThermoFisher | 14190-250 | 1X |
| HBSS, 칼슘 없음, 마그네슘 없음 | ThermoFisher | 14170112 | 1X |
| Falcon 폴리스티렌 마이크로플레이트 (24-웰) | Fisher Scientific | #08-772-51 | |
| Falcon 폴리스티렌 마이크로플레이트(12-Well) | Fisher Scientific | #0877229 | |
| Falcon Cell Strainers, 40 µ m | Fisher Scientific | #08-771-1 | |
| Direct-zol RNA MiniPrep (50 µ g) | Genesee Scientific | 11-331 | |
| Trizol 시약 | Invitrogen | 15596026 | |
| DMEM / F-12, HEPES, 페놀 레드 | 없음 ThermoFisher | 11039021 | |
| 소 태아 혈청, 숯 벗겨짐 | 시그마 Aldrich | F6765-500ML | 2 % |
| Estratiol (E2) | Sigma Aldrich | E1024-1G | 10 nM |
| 포름 알데히드 16 % 수성 솔루션, EM 등급 | VWR | 15710 | 4% |
| Epredia 카세트 1 슬롯 티슈 카세트 | Fisher Scientific | 1000961 | |
| Epredia 스테인리스 스틸 임베딩 베이스 몰드 | Fisher Scientific | 64-010-15 | |
| 에탄올, 200 proof (100%) | Fisher Scientific | 22-032-601 | |
| Histoclear | Fisher Scientific | 50-899-90147 | |
| Permount 마운팅 미디엄 | Fisher Scientific | 50-277-97 | |
| Epredia 나일론 생검 백 | Fisher Scientific | 6774010 | |
| HistoGel 표본 처리 젤 | VWR | 83009-992 | |
| Hematoxylin 용액 Premium | VWR | 95057-844 | |
| Eosin Y (노란빛) 용액 프리미엄 | VWR | 95057-848 | |
| TBS 버퍼, 20X, pH 7.4 | GenDEPORT | T8054 | 1X |
| TBST (10X), pH 7.4 | GenDEPORT | T8056 | 1X |
| 시트르산 | Sigma Aldrich | C0759-1KG | |
| 시트르산 나트륨 삼염기성 이수화물 | Sigma Aldrich | S4641-500G | |
| Tween20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| 소 혈청 알부민(BSA) | Sigma Aldrich | A2153-100G | 3% |
| DAPI 용액(1mg/mL) | ThermoFisher | 62248 | 1:1000 희석 |
| VECTASHIELD 안티페이드 마운팅 미디엄 | Vector Labs | H-1000-10 | |
| 투명 매니큐어 | Fisher Scientific | NC1849418 | |
| Fisherbrand Superfrost Plus 현미경 슬라이드 | Fisher 과학적인 | 22037246 | |
| VWR 마이크로 커버 안경 | VWR | 48393-106 | |
| SuperScript VILO 마스터 믹스 | ThermoFisher | 11755050 | |
| SYBR Green PCR 마스터 믹스 | ThermoFisher | 4364346 | |
| Krt8 항체 (TROMA-I) | DSHB | 트로마-I | 1:50 희석 |
| Vimentin Antobody | Cell Signaling | 5741S | 1:200 dilution |
| 당나귀 anti-Rat IgG (H+L) Highly Cross-Adsosorbed Secondary 항체, Alexa Fluor 594 | ThermoFisher | A-21209 | 1:250 dilution |
| Donkey anti-Rabbin IgG (H+L) Highly Cross-Adsosbed Secondary 항체, Alexa Fluor 488 | ThermoFisher | A-21206 | 1:250 dilution |
| ZEISS Stemi 508 Stereo 현미경 | ZEISS | ||
| ZEISS Axio Vert.A1 디지털 카메라가 있는 도립 일상 현미경 | ZEISS | ||
| strong>Primer Sequence | Forward (5'-3') | Reverse (5'-3') | _ |
| Lipocalin 2 (Lcn2) | GCAGGTGGTACGTTGGG | CTCTTGTAGCTCATAGATGGTGC | |
| 락토페린(Ltf) | TGAGGCCCTTGGACTCTGT | ACCCACTTTTCTCTCTCGTTC | |
| 프로게스테론(Pgr) | CCCACAGGAGTTTGTGTCAAGCTC, | TAACTTCAGACATCATTTCCGG | |
| 글리세르알데히드 3, 인산염 탈수소효소(Gapdh) | CAATGTGTCCGTCGTGGATCT, | GCCTGCTTCACCACCTTCTT |
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