Muis embryonale stamcellen (ESCs) zijn pluripotent, blijven ongedifferentieerd en vernieuwen zichzelf in aanwezigheid van de cytokine Leukemia Inhibitory Factor (LIF)1. Bij het wegnemen van LIF zullen ze spontaan differentiëren in 3-dimensionale (3D) structuren genaamd embryoïde lichamen (EBs)2. De 3D-architectuur maakt de ontwikkeling van de drie kiembladen ectoderm, endoderm en mesoderm mogelijk, die later uitgroeien tot volwassen weefselsoorten3. ESCs zijn een uitzonderlijk model voor het ophelderen van de moleculaire mechanismen van cellulaire differentiatie, met name de onderzoek van de ontwikkeling van vroege hematopoietische voorlopercellen (HPC's)4.
Genexpressie in ESCs kan worden gemanipuleerd door verschillende technieken die het mogelijk maken om een rol voor individuele moleculen in de ontwikkeling te bepalen. Een van de meest gebruikelijke technieken is het gebruik van homologe recombinatie om ESC-lijnen te genereren die een gen van belang missen5,6. Er zijn ook een aantal technieken die zijn gebruikt om genen te overexpresseren. De eerste techniek die werd gebruikt om genexpressie in ESCs te wijzigen, was het infecteren ervan met recombinante retrovirussen7,8. Het gen van belang wordt echter vaak gedempt terwijl de ESCs differentiëren in voorlopercellen en volwassen celtypen. Het gebruik van lentivirussen is succesvol geweest in het beperken van de demping van door virus uitgedrukte genen9. Andere virale vectoren die worden gebruikt voor overexpressie zijn adenovirus en adeno-geassocieerd virus10. Daarnaast worden standaard transfectietechnieken voor het stabiel introduceren van expressieplasmiden veel gebruikt voor ESC transgenexpressie11. Een moeilijkheid met deze systemen is dat vaak expressie van een specifiek gen verschillende effecten heeft, afhankelijk van de tijdelijke expressie. Bijvoorbeeld, het Smad1-eiwit beïnvloedt de ontwikkeling van hematopoëtische cellen op verschillende manieren tijdens verschillende stadia van EB-ontwikkeling12,13.
Dit probleem kan worden omzeild door het genereren van ESCs die op inductieve wijze een gen van belang tot expressie brengen. Het meest gebruikte systeem voor inducibele expressie van transgenen in ESCs maakt gebruik van het tetracycline-resistentie-operon van E. Coli (Escherichia coli). Er zijn verschillende tetracycline-systemen ontwikkeld. Een van de meer populaire strategieën is ontwikkeld door Kyba en collega's14. Ze genereerden een ESC-lijn (Ainv15), die het omgekeerde tetracycline-transactivatorgen in de constitutief actieve ROSA26-locus heeft ingebracht. Een tetracycline-responselement (TRE), een downstroom LoxP-site (locus van X-over P1 van bacteriofaag P1) en een promotorloos neomycine-casset werden geïntroduceerd in de HPRT (Hypoxanthine-guanine-fosforibosyltransferase)-locus op het X-chromosoom. Met behulp van een CRE-recombinatie-aanpak kan een gen van belang samen met een eukaryotisch promotor om de expressie van het neomycine-resistentiegen aan te drijven, worden geïntroduceerd in de LoxP-site. Correct getargeteerde ESCs worden geïsoleerd door G418-selectie. Deze getargeteerde klonen moeten vervolgens worden getest op doxycycline (of tetracycline) induceerbare expressie van het transgen. Deze aanpak heeft met succes ESC-lijnen gegenereerd die op inducibele wijze HoxB4, Stat5, SCL en Smad7 tot expressie brengen14-17. De generatie van deze inducibele cellijnen is echter tijdrovend. Hier wordt een methode beschreven om ESC-afgeleide embryoïde lichamen (EBs) te disgregeren in enkele celsuspensies, retroviraal de celsuspensies op verschillende ontwikkelingsdagen te infecteren en vervolgens de EBs opnieuw te vormen door middel van een druppelmethode. Differentiatie stroomafwaarts wordt later geëvalueerd door middel van flowcytometrie. In dit artikel wordt een voorbeeld gegeven van hoe miRNA-expressie in EB-afgeleide cellen de hematopoëtische differentiatie beïnvloedt. Deze methode is nuttig voor het onderzoeken van de rol van genen nadat specifiek kiembaandweefsel is afgeleid.