Celem tego artykułu jest dostarczenie wyczerpującego i szczegółowego protokołu generowania genetycznie zmodyfikowanej ludzkiej organotypowej skóry z keratynocytów naskórka i zdewitalizowanej ludzkiej skóry właściwej.
Artykuł metodologiczny
Celem tego artykułu jest dostarczenie wyczerpującego i szczegółowego protokołu generowania genetycznie zmodyfikowanej ludzkiej organotypowej skóry z keratynocytów naskórka i zdewitalizowanej ludzkiej skóry właściwej.
Hodowle organotypowe pozwalają na odtworzenie środowiska 3D krytycznego dla kontaktu komórka-komórka i interakcji komórka-matryca, które naśladuje funkcję i fizjologię ich tkankowych odpowiedników in vivo. Przykładem tego są organotypowe kultury skóry, które wiernie odwzorowują program różnicowania i stratyfikacji naskórka. Pierwotne ludzkie keratynocyty naskórkowe są genetycznie manipulowane przez retrowirusy, w których geny mogą być łatwo nadmiernie eksprymowane lub powalone. Te genetycznie zmodyfikowane keratynocyty mogą być następnie wykorzystane do regeneracji ludzkiego naskórka w organtypowych kulturach skóry, zapewniając potężny model do badania szlaków genetycznych wpływających na wzrost, różnicowanie i postęp choroby. Przedstawione tutaj protokoły opisują metody przygotowania zdewitalizowanej ludzkiej skóry właściwej, a także genetycznej manipulacji pierwotnymi ludzkimi keratynocytami w celu wytworzenia organotypowych kultur skóry. Zregenerowana ludzka skóra może być wykorzystywana w dalszych zastosowaniach, takich jak profilowanie ekspresji genów, barwienie immunologiczne i immunoprecypitacja chromatyny, a następnie sekwencjonowanie o wysokiej przepustowości. W związku z tym wytwarzanie tych genetycznie zmodyfikowanych organotypowych kultur skóry pozwoli na określenie genów, które są kluczowe dla utrzymania homeostazy skóry.
Ludzki naskórek to warstwowy nabłonek, który łączy się z leżącą pod nim skórą właściwą poprzez macierz zewnątrzkomórkową znaną jako strefa błony podstawnej. Naskórek służy nie tylko jako nieprzepuszczalna bariera zapobiegająca utracie wilgoci, ale także jako pierwsza linia obrony chroniąca organizm przed obcymi i toksycznymi substancjami1. Warstwa podstawna, która jest najgłębszą warstwą naskórka, zawiera komórki macierzyste i progenitorowe naskórka, które dają początek zróżnicowanemu potomstwu, które tworzy resztę naskórka2. W miarę różnicowania się komórek progenitorowych naskórka migrują one w górę, tworząc pierwszą warstwę zróżnicowanych komórek, znaną jako warstwa kolczysty3. W warstwie kolczystej komórki włączają ekspresję keratyny 1 i 10, które następnie zapewniają wytrzymałość na wytrzymanie stresu fizycznego dla zróżnicowanych warstw naskórka. W miarę dalszego różnicowania się komórek warstwy kolczystej przemieszczają się one w górę naskórka, tworząc warstwę ziarnistą, która charakteryzuje się tworzeniem keratohialiny i granulek blaszkowatych, a także białek strukturalnych, które są gromadzone poniżej błony plazmatycznej. W miarę jak komórki postępują w procesie różnicowania, białka pod błoną plazmatyczną są ze sobą sieciowane, podczas gdy granulki lamelarne są wytłaczane z komórek, tworząc bogatą w lipidy barierę zwaną warstwą rogowąnaskórka 4.
Choroby, które obejmują zmiany we wzroście i różnicowaniu naskórka, dotykają ~20% populacji5. Zrozumienie mechanizmów tego procesu ma więc ogromne znaczenie. Ponieważ manifestacja wielu z tych chorób jest zależna od kontaktu komórka-komórka lub komórka-macierz, stworzono hodowle organotypowe, w których ludzki naskórek jest odtwarzany w środowisku 3D. Metody te zazwyczaj polegają na użyciu pierwotnych lub przekształconych keratynocytów osadzonych na macierzy zewnątrzkomórkowej, takich jak zdewitalizowana ludzka skóra właściwa, Matrigel lub kolagen.
Aby zrozumieć mechanizmy regulacji genów, które są ważne dla wzrostu i różnicowania naskórka, keratynocyty mogą być genetycznie manipulowane za pomocą wektorów retrowirusowych w celu zniszczenia lub nadekspresji genów w kulturze 2D, a następnie odtworzone w 3D. Metody te były szeroko stosowane do scharakteryzowania genów zaangażowanych w samoodnawianie i różnicowanie komórek macierzystych i progenitorowych naskórka, a także progresję do neoplazji11-21. W tym miejscu przedstawiono szczegółowy protokół dotyczący zmiany ekspresji genów w organotypowych kulturach naskórka za pomocą retrowirusów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ludzkiej skóry został przeprowadzony zgodnie z wytycznymi Komitetu Etyki Badań Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Ludzka skóra może być pozyskana z wyrzuconych próbek chirurgicznych lub zakupiona w bankach skóry (bank skóry jest wymieniony w tabeli materiałów/sprzętu). Lokalizacja, od której pochodzi skóra, lub wiek dawcy nie ma decydującego znaczenia dla eksperymentu, o ile białka strefy błony podstawnej (kolagen / laminina) w skórze właściwej nie są zdegradowane.
1. Przygotowanie zdewitalizowanej ludzkiej skóry właściwej
2. Genetycznie modyfikowane pierwotne ludzkie keratynocyty
UWAGA: Użyj amfotropowych komórek feniksa hodowanych na kompletnych pożywkach DMEM [DMEM +10% płodowej surowicy bydlęcej (FBS)+długopis/paciorkowca] do produkcji wirusów infekujących pierwotne ludzkie keratynocyty. Geny pakowania wirusów, które kodują białka, takie jak gag-pol i otoczka, są stabilnie zintegrowane z genomem komórki feniksa, co pozwala na produkcję wirusa po transfekacji wektorem retrowirusowym. Komórki Phoenix mogą być transfekowane z wysoką wydajnością, co pozwala na wysoką produkcję miana wirusa. Wirus wytwarzany z tej linii pakującej może również infekować wiele różnych komórek ssaków, w tym człowieka.
3. Ustawianie organotypowych kultur skóry
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pierwszym krokiem w tworzeniu organotypowej ludzkiej skóry jest usunięcie naskórka ze skóry właściwej. Dwutygodniowa inkubacja skóry w temperaturze 37 °C w 4x wstrzykiwaczu/paciorkowcu/PBS powinna pozwolić na oddzielenie skóry właściwej od naskórka (ryc. 1A). Jeśli oddzielenie naskórka od skóry właściwej jest trudne, umieść tkankę w temperaturze 37 °C w 4x wstrzykiwaczu/paciorkowiec/PBS na kolejny tydzień, a następnie spróbuj ponownie złuszczyć za pomocą kleszczy.
Jednym z klu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Manipulacja genetyczna w kulturach organotypowych ludzkiej skóry oferuje wiele korzyści powszechnie badanym komórkom 2D, a także modelom mysim. Hodowle 2D nie mają trójwymiarowych interakcji komórka-komórka i komórka-macierz zewnątrzkomórkowa, które można znaleźć w nienaruszonych tkankach i narządach. Ostatnie badania wykazały również ogromne różnice między komórkami raka skóry hodowanymi w 2D i 3D, przy czym komórki hodowane w 3D wykazują znacznie więcej podobieństw ekspresji genów do pierwotnych ludzkichnowotworów...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez American Cancer Society Research Scholars Grant (RSG-12-148-01-DDC) oraz CIRM Basic Biology Award (RB4-05779).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Ludzka skóra | New York Firefighters Skin Bank | http://www.cornellsurgery.org/pro/services/burn-surgery/skin-bank.html | |
| PEN/STREP | GIBCO | 15140-122 | |
| amfotropowe linie komórkowe feniksa | ATCC | CRL-3213 | |
| FUGENE 6 transfekcja odczynnik | Promega | E2691 | |
| Pożywka keratynocytów (KCSFM) | Life Technologies | 17005042 | |
| DMEM | GIBCO | 11995 | |
| Ham's F12 | Cambrex | 12-615F | |
| FBS | GIBCO | 10437-028 | |
| Adenina | Sigma | A-9795 | |
| Toksyna | Sigma | C-8052 | |
| Hydrokortyzon | Calbiochem | 3896 | |
| Insulina | Sigma | I-1882 | |
| EGF | Invitrogen | 13247-051 | |
| Transferyna | Sigma | T-0665 | |
| Chlorowodorek cyprofloksacyny | Serologiczny | 89-001-1 | |
| kauteryzacja | Bovie Medical Corporation | AA01 | |
| Matrigel | Corning | 354234 | |
| Przeciwciało Keratyny 1 | Biolegend | PRB-149P | |
| kołki kwadratowe | Sklepy | ||
| człowiek keratynocyty noworodkowe | ATCC | PCS-200-010 | |
| ludzkie keratynocyty noworodkowe | Zastosowania komórkowe | 102K-05n | |
| Wektor retrowirusowy MSCV | Clontech | 634401 | |
| Wektor retrowirusowy LZRS | Addgene | ||
| pSuper.Retro.Puro Wektor retrowirusowy | Oligoengine | VEC-PRT-0002 | |
| Bromek heksadimetryny | Sigma | H9268-5G |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie