Hier beschrijven we een protocol voor het genereren van humane geïnduceerde pluripotente stamcellen uit perifeer bloed met behulp van een episoom gebaseerd herprogrammering strategie en histondeacetylaseremmers.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier beschrijven we een protocol voor het genereren van humane geïnduceerde pluripotente stamcellen uit perifeer bloed met behulp van een episoom gebaseerd herprogrammering strategie en histondeacetylaseremmers.
Dit handschrift illustreert een protocol voor het efficiënt maken van-integratie vrij humane geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) uit perifeer bloed met behulp van episomale plasmiden en histondeacetylase (HDAC) -remmers. De voordelen van deze benadering zijn: (1) het gebruik van een minimale hoeveelheid perifeer bloed als grondstof; (2) nonintegrating herprogrammering vectoren; (3) een kosteneffectieve werkwijze voor het genereren vector gratis iPSCs; (4) een enkele transfectie; en (5) het gebruik van kleine moleculen epigenetische herprogrammering vergemakkelijken. Kort, perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) geïsoleerd uit routine flebotomie monsters en vervolgens gekweekt in gedefinieerde groeifactoren een zeer proliferatieve erythrocyten progenitor celpopulatie die opmerkelijk vatbaar herprogrammering leveren. Nonintegrating, nontransmissible episomale plasmiden die OCT4, SOX2, KLF4, MYCL, LIN28A, en een p53 short hairpin (sh) RNA zijn Inleidiced in de afgeleide erytroblasten via één nucleofection. Cotransfectie van een episoom dat tot expressie versterkt groen fluorescent proteïne (eGFP) zorgt voor gemakkelijke identificatie van getransfecteerde cellen. Een aparte replicatie-deficiënte plasmide dat Epstein-Barr nucleair antigeen 1 (EBNA1) wordt ook toegevoegd aan het reactiemengsel verhoogde expressie van episomale eiwitten. Getransfecteerde cellen worden daarna uitgeplaat op een laag van bestraalde muis embryonale fibroblasten (iMEFs) voor verdere herprogrammering. Zodra iPSC-achtige kolonies verschijnen ongeveer twaalf dagen na nucleofection zijn HDAC inhibitoren toegevoegd aan het medium epigenetische remodeling vergemakkelijken. We hebben gevonden dat de opname van HDAC inhibitoren routinematig verhoogt de productie van volledig geherprogrammeerd iPSC kolonies van 2 maal. Zodra iPSC kolonies vertonen typisch menselijke embryonale stamcellen (hESC) morfologie, worden ze voorzichtig overgebracht naar individuele Imef-gecoate weefselkweek platen voor verdere groei en expansie.
iPSCs zijn afgeleid van somatische weefsels via ectopische expressie van een minimale set van pluripotency genen. Deze techniek werd aanvankelijk aangetoond door retrovirale transductie van humane fibroblasten met OCT4, SOX2, KLF4 en cMYC die hoog tot expressie in de pluripotente toestand 1. Deze tijdelijk tot expressie "herprogrammering factoren" veranderen de doel cel epigenetische landschap en genexpressie profiel analoog aan menselijke embryonale stamcellen 2. Eens gemaakt, kan iPSCs potentieel worden onderscheiden in elk type weefsel voor verder onderzoek. Zo is zij in het bezit belofte voor gebruik in regeneratieve geneeskunde, ziekte modelleren, en gentherapie toepassingen. Echter, verstoren het genoom met integrerende virussen heeft de potentie om endogene genexpressie beïnvloeden cellulaire fenotype te veranderen, en uiteindelijk vertekenen wetenschappelijke resultaten. Bovendien kunnen willekeurige virale integraties leiden tot schadelijke cellulaire effects, met inbegrip van de mogelijkheid van een maligne transformatie 3 of re-expressie van de oncogene transgenen 4. Toekomstige klinische toepassingen zullen niet-integrerende iPSC generatie vereisen.
Episomen, die extra chromosomaal circulaire DNA moleculen zijn, bieden een strategie om kosteneffectieve, integratie gratis iPSCs 5 genereren. De combinatie van episomale vectoren in tabel 1 geven de herprogrammering factoren OCT4, SOX2, KLF4, MYCL en LIN28A. De pCXLE_hOCT3 / 4-shp53-F plasmide bevat ook een p53 shRNA tijdelijke onderdrukking van TP53 cellulaire herprogrammering 6 verbeteren. De replicatie deficiënte pCXWB-EBNA1 vector bevordert amplificatie van herprogrammering factoren en verhoogde efficiëntie herprogrammering door een tijdelijke toename EBNA1 expressie 7. De pCXLE_EGFP plasmide kan de nucleofectie mengsel worden toegevoegd met het doel van determining de transfectie-efficiëntie of voor celsortering toepassingen. Met uitzondering van p-CXWB EBNA1, het episomale plasmiden die in dit protocol bevat het Epstein-Barr virus oorsprong van virale replicatie en EBNA1 gen dat replicatie en verdeling van de episoom bemiddelen bij deling van de gastheercel 8. De episomen spontaan verloren opeenvolgende iPSC expansie 7. Subklonering en karakterisatie van iPSCs met episomale vector verlies, dat kan worden afgeleid uit het verlies van eGFP expressie kan leiden tot integratie volledig vrij iPSCs voor toekomstige klinische toepassingen.
Inherent aan het proces van iPSC generatie onderdrukking van lijnspecifieke genen en reactivering van pluripotentie-geassocieerde genen. Regulatie van genexpressie plaatsvindt op verschillende niveaus binnen de kern, waaronder wijzigingen van DNA en chromatine transcriptiefactoren mogelijk, regulerende DNA-elementen, en RNA polymerase toegang targetengenen. Herinrichting van de epigenetische landschap via wereldwijde chromatine modificaties is een belangrijk onderdeel om opnieuw uitdrukking van de pluripotency genetisch programma. Een specifieke chromatine modificatie dat belangrijk is bij de regulatie van genexpressie acetylering van histonen op bepaalde lysineresten, dat toegang tot genen richten door verminderde spanning van de histon-DNA coil. HDAC remmers zijn kleine moleculen die zijn aangetoond iPSC herprogrammering en hESC zelfvernieuwing 9,10 verbeteren, waarschijnlijk door het ondersteunen van de geacetyleerde toestand 11. De hieronder beschreven protocol, aangepast van een voorafgaande publicatie met integratie lentivirussen 12, wordt stap voor stap methode voor optimale iPSC generatie uit perifeer volbloed met behulp episomen en HDAC inhibitoren. De HDAC inhibitor concentraties die hier gebruikt zijn de helft van die beschreven door Ware et al. 9 en routinematig tot een 2-voudige toename in volledig geherprogrammeerd iPSC kolonies op standaardepisomale herprogrammering protocollen zonder HDAC inhibitoren. Dit niveau van herprogrammering is op gelijke voet met de efficiëntie die we waarnemen met lentivirale methoden. Met dit protocol, hebben we snel gemaakt iPSC van individuen zo oud als 87 jaar.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Informed consent, zoals goedgekeurd door de Institutional Review Boards van het Fred Hutchinson Cancer Research Center en het Children "s Hospital van Philadelphia, werd verkregen van patiënten voor het verzamelen van perifere bloedmonsters. Alle institutionele richtlijnen werden waargenomen. Alle dierlijke experimenten, inclusief MEF generatie en teratoma vorming werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite.
1. Ficoll Scheiding van PBMC's en uitbreiding van erytroblasten - Dag 0
2. herprogrammeren cellen door Nucleofection - Dag 9
3. Plating Feeder Cellen - Dag 10 of 11
4. Plating Cellen op Voeder Cellen en wijzigen Medium - Dag 12
5. Isoleren iPSC Clones
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Drie dagen na nucleofection en voor electroplating de nucleofected cellen op iMEFs, de efficiency van de succesvolle nucleofection worden geschat door fluorescentie microscopie eGFP. Figuur 1 toont een typische nucleofection experiment met ongeveer 5-10% van de totale celpopulatie EGFP.
Geherprogrammeerd iPSC kolonies zal beginnen om ongeveer twee weken verschijnen nadat nucleofectie. De kolonies zijn meestal rond met goed gedefinieerde grenzen en kunnen worden geïdentificee...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor succesvolle iPSC genereren bij gebruik van dit protocol, zijn er verschillende belangrijke uitgangspunten dat moet worden overwogen. Tijdens de erythroblast uitbreidingsfase, moeten de media verandering schema strikt worden gevolgd, als afwijkingen kunnen leiden tot inefficiënte stimulatie van de doelgroep voorlopercellen cel populatie en een lagere efficiëntie van iPSC generatie. Het is belangrijk om nieuwe uitbreiding medium met verse dexamethason met elke media verandering te maken; en de QBSF-60 base medium en ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.
De auteurs willen de volgende subsidies van de NIH erkennen voor de ondersteuning van dit onderzoek: K08DK082783 (AR), P30DK56465 (BTS), U01HL099993 (BTS), T32HL00715036 (SKS), en K12HL0806406 (SKS); en de JP McCarthy Foundation (AR).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Ficoll-Paque PLUS | Fisher Scientific | 45-001-750 | Bewaar bij 4 °C. Verwarm tot kamertemperatuur voor gebruik. |
| DPBS | Life Technologies | 14190-250 | Bewaar bij 4 °C. |
| RPMI 1640 | Life Technologies | 11875-093 | Bewaar bij 4 °C. |
| foetaal bovien serum (FBS) | Life Technologies | 10437028 | Bewaar bij -20 °C tot het nodig is. Ontdooi, verdeel in aliquoten, bewaar bij 4 °C. |
| dimethyl sulfaat (DMSO) | Sigma-Aldrich | 154938 | Bewaar bij kamertemperatuur. |
| QBSF-60 serum-vrij medium | Fisher Scientific | 50-983-234 | Bewaar bij 4 °C. |
| penicilline/streptomycine | Life Technologies | 15140122 | Bewaar bij 4 °C. |
| Cell Line Nucleofector Kit V | Lonza | VCA-1003 | Bewaar bij 4 °C. |
| 2% gelatine-oplossing | Sigma-Aldrich | G1393 | Bewaar bij 4 °C, smelt in 37 °C waterbad voor gebruik. |
| Hank's Balanced Saline Solution (HBSS) | Life Technologies | 14175-103 | Bewaar bij 4 °C. |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Life Technologies | 11965-092 | Bewaar bij 4 °C. |
| Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) | Life Technologies | 12440-061 | Bewaar bij 4 °C. |
| L-glutamine, 200 mM | Life Technologies | 25030-081 | Verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. |
| niet-essentiële aminozuren (NEAA), 100X | Life Technologies | 11140-050 | Bewaar bij 4 °C, uit de buurt van licht. |
| DMEM/Ham's F12, 1:1 | Fisher Scientific | SH30023.02 | Bewaar bij 4 °C. |
| KnockOut Serum Replacement | Life Technologies | 10828-028 | Verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. |
| natriumpyruvaat, 100 mM | Life Technologies | 11360-070 | Bewaar bij 4 °C. |
| natriumbicarbonaat, 7,5% | Life Technologies | 25080094 | Bewaar bij 4 °C. |
| basische fibroblasten groeifactor (bFGF) | Life Technologies | PHG0263 | Maak 10 mg/ml stock in DPBS, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| natriumbutyraat | Sigma-Aldrich | B5887-1G | Maak 2000x stock (400 mM) in DPBS, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| hES Cell Cloning & Recovery Supplement | Stemgent | 01-0014-500 | Bewaar bij -20 °C tot het nodig is. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| ESC-gekwalificeerde BD matrigel | BD Biosciences | 35-4277 | Ontdooi een nacht op ijs bij 4 °C, verdeel in aliquoten in voorgekoelde buisjes met behulp van voorgekoelde pipetten. Bewaar bij -20 °C tot het nodig is. Ontdooi bij 4 °C, gebruik onmiddellijk. |
| StemSpan SFEM | STEMCELL Technologies | 9650 | Verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. |
| ascorbinezuur, poeder | Sigma-Aldrich | A4403-100MG | Maak 5 mg/ml stock in DPBS, sterieel filter, bewaar bij 4 °C. |
| recombinant humaan stamcelfactor (SCF) | R & D Systems | 255-SC-010 | Maak 100 µg/ml stock in SFEM, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| recombinant humaan interleukine 3 (IL-3) | R & D Systems | 203-IL-010 | Maak 100 µg/ml stock in SFEM, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| erytropoëtine (EPO) | R & D Systems | 287-TC-500 | Maak 1000 U/ml stock in SFEM, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| recombinant humaan insuline-achtig groeifactor 1 (IGF-1) | R & D Systems | 291-G1-200 | Maak 100 µg/ml stock in SFEM, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7522 | Maak 1000x stock (100 mM) in DPBS. |
| dexamethason | Sigma-Aldrich | D4902-25MG | Maak 50x stock (50 µM) in DPBS, sterieel filter, bewaar bij 4 °C. |
| SAHA (vorinostat) | Cayman Chemical | 149647-78-9 | Maak 2000x stock (400 mM) in DPBS, verdeel in aliquoten, bevries bij -20 °C. Eenmaal ontdooid, bewaar bij 4 °C. |
| 12 wels tissuecultuurplaat | Fisher Scientific | 08-772-29 | |
| 15 ml conische buis | Sarstedt | 62553002 | |
| 1,5 ml Eppendorfbuis | Fisher Scientific | 05-408-129 | |
| 6 wels tissuecultuurplaat | Fisher Scientific | 08-772-1B | |
| 35 mm tissucultuurplaten | BD Biosciences | 353001 | |
| 10 ml wegwerp serologische pipetten | Fisher Scientific | 13-675-20 | |
| 5 ml wegwerp serologische pipetten | Fisher Scientific | 13-675-22 | |
| 2 ml wegwerp serologische pipetten | Fisher Scientific | 13-675-17 | |
| 20 µl pipettentips, b |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.