Mikroskopia fluorescencyjna przyżyciowej (IVFM) calvarium jest stosowana w połączeniu z genetycznymi modelami zwierzęcymi do badania naprowadzania i wszczepiania komórek krwiotwórczych do nisz szpiku kostnego (BM).
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Mikroskopia fluorescencyjna przyżyciowej (IVFM) calvarium jest stosowana w połączeniu z genetycznymi modelami zwierzęcymi do badania naprowadzania i wszczepiania komórek krwiotwórczych do nisz szpiku kostnego (BM).
Coraz więcej dowodów wskazuje, że normalna hematopoeza jest regulowana przez wyraźne sygnały mikrośrodowiskowe w BM, które obejmują wyspecjalizowane nisze komórkowe modulujące krytyczne funkcje hematopoetycznych komórek macierzystych (HSC)1,2. Rzeczywiście, obecnie wyłania się bardziej szczegółowy obraz mikrośrodowiska krwiotwórczego, w którym nisze śródkostne i śródbłonkowe tworzą jednostki funkcjonalne do regulacji prawidłowego HSC i ich potomstwa3,4,5. Nowe badania ujawniły znaczenie komórek okołonaczyniowych, adipocytów i komórek neuronalnych w utrzymaniu i regulacji funkcji HSC6,7,8. Ponadto istnieją dowody na to, że komórki z różnych linii, tj. komórki szpikowe i limfoidalne, domują i rezydują w określonych niszach w mikrośrodowisku BM. Jednak pełne mapowanie mikrośrodowiska BM i jego mieszkańców jest nadal w toku.
Transgeniczne szczepy myszy wykazujące ekspresję markerów fluorescencyjnych specyficznych dla linii lub myszy genetycznie zmodyfikowane tak, aby nie miały wybranych cząsteczek w określonych komórkach niszy BM są teraz dostępne. Modele knock-out i śledzenia linii, w połączeniu z metodami transplantacyjnymi, dają możliwość udoskonalenia wiedzy na temat roli określonych komórek "niszowych" w określonych populacjach krwiotwórczych, takich jak HSC, limfocyty B, limfocyty T, komórki szpikowe i komórki erytroidalne. Strategia ta może być dodatkowo wzmocniona przez połączenie użycia mikroskopii dwufotonowej kalwarii. Zapewniając obrazowanie in vivo w wysokiej rozdzielczości i renderowanie 3D kalwarii BM, możemy teraz precyzyjnie określić miejsce, w którym określone podzbiory krwiotwórcze znajdują się w BM i ocenić kinetykę ich ekspansji w czasie. W tym przypadku myszy transgeniczne Lys-GFP (oznaczające komórki szpikowe)9 i myszy z nokautem RBPJ (bez kanonicznej sygnalizacji Notch) 10 są używane w połączeniu z IVFM w celu określenia wszczepienia komórek szpikowych do mikrośrodowiska BM z wadą Notch.
Wielofotonowa mikroskopia fluorescencyjna (IVFM) to potężna technika obrazowania, która pozwala na obrazowanie tkanek w czasie rzeczywistym o wysokiej rozdzielczości i głębokości do 1mm, w zależności od tkanki. Po zastosowaniu do kalwarii myszy pozwala na obserwację zachowania komórek krwiotwórczych w obrębie BM w sposób nieinwazyjny do 60-100 μm11. Podejście to jest stosowane tutaj do określenia kinetyki wszczepienia normalnych komórek progenitorowych szpiku w BM myszy z nokautem RBPJ pozbawionych kanonicznej sygnalizacji Notch.
Ostatnie prace naszej grupy wykazały, że wadliwa sygnalizacja kanoniczna Notch w mikrośrodowisku BM prowadzi do choroby podobnej do mieloproliferacyjnej12. Utratę sygnalizacji Notch uzyskano przez warunkową delecję domeny wiążącej DNA RBPJ, krytycznego czynnika transkrypcyjnego poniżej kanonicznej sygnalizacji Notch, przy użyciu rekombinacji indukowanej Mx1-Cre10. W tym badaniu wykorzystano model myszy Mx1-Cre/RBPJlox/lox. Warunkowa delecja motywu wiążącego DNA RBPJ powoduje utratę sygnalizacji ze wszystkich receptorów Notch. W modelu Mx1-Cre ekspresja Cre jest napędzana przez promotor Mx1 aktywowany po podaniu polyI:C, co powoduje indukcję docelowej delecji genu w komórkach krwi, a także w składnikach zrębu wielu narządów, w tym BM, śledziony i wątroby.
Mx1-Cre+/RBPJlox/lox i Mx1-Cre-/RBPJmyszy lox/lox indukowane poliI:C (tutaj oznaczone odpowiednio jako RBPJKO i RBPJWT) zostały śmiertelnie napromieniowane i przeszczepione normalnymi, dzikimi komórkami krwiotwórczymi. Począwszy od 4 tygodnia po przeszczepie, u biorców RBPJKO rozwinęła się znaczna leukocytoza, a następnie powiększenie śledziony. Chociaż myszy RBPJKO wykazywały zwiększony odsetek komórek progenitorowych szpiku w BM w 8 tygodniu po przeszczepie i w późniejszych punktach czasowych, analiza BM w 4 i 6 tygodniu nie ujawniła uderzających różnic w zawartości komórek szpikowych w porównaniu z biorcami RBPJWT z grupy kontrolnej. Obserwacja ta, wraz z faktem, że Mx1-Cre ulega ekspresji w różnych narządach krwiotwórczych, zrodziła pytanie, czy mikrośrodowisko BM miało bezpośredni wpływ na inicjację fenotypu mieloproliferacyjnego.
Aby ustalić, czy BM był krytycznym początkowym miejscem rozwoju choroby, zastosowano IVFM mysiego calvarium w połączeniu z przeszczepem BM (BMT), modelem RBPJ knock-out i systemem śledzenia linii. Transgeniczne myszy wykazujące ekspresję EGFP pod kontrolą specyficznego promotora lizozymu (Lys-GFP) 9 wykorzystano do uzyskania komórek dawcy, które można było uwidocznić podczas obrazowania BM po BMT. Ekspresja lizozymu jest specyficzna dla komórek szpikowych, a Lys-GFP oznacza komórki od wspólnego przodka szpiku (CMP) do dojrzałego granulocytu13.
IVFM BM w różnych punktach czasowych pokazało, że komórki Lys-GFP są podobne do BM biorców RBPJWT i RBPJKO, ale rozszerzają się i szybciej wszczepiają w BM biorców RBPJKO. Różnica ta była dramatyczna we wcześniejszym punkcie czasowym (tydzień 2) i zmniejszała się z czasem (tygodnie 4 i 6). Jednak w tych późniejszych punktach czasowych ocena przedziału krwiotwórczego u tego samego biorcy wykazała stały wzrost liczby komórek szpikowych krążących w PB i zlokalizowanych w śledzionie myszy RBPJKO, co wskazuje na zwiększoną produkcję komórek z BM do krążenia. Analiza lokalizacji komórek Lys-GFP w BM przeszczepionych myszy po 6 tygodniach wykazała, że komórki szpikowe znajdowały się dalej od układu naczyniowego w mikrośrodowisku RBPJKO niż w kontroli.
Podsumowując, połączenie IVFM z tymi specyficznymi modelami zwierzęcymi dostarczyło wglądu w dynamikę wszczepiania komórek szpikowych w mikrośrodowisku RBPJKO BM. Opisany tutaj projekt eksperymentalny i podejście ilościowe są proponowane jako paradygmat, który można zastosować do odpowiedzi na podobne pytania. Na przykład zastosowanie innych modeli śledzenia linii specyficznych dla komórek, takich jak myszy RAG1-GFP14 lub Gata1-GFP15, może pozwolić na śledzenie zachowania odpowiednio komórek progenitorowych limfoidalnych lub erytroidalnych w BM.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury związane z wykorzystaniem zwierząt zostały przeprowadzone za zgodą Komitetu ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Szkoły Medycznej Uniwersytetu Indiana. Należy zapewnić przestrzeganie przepisów dotyczących doświadczeń na zwierzętach obowiązujących w kraju, w którym praca jest wykonywana.
1. Przygotowanie myszy Mx1CreRBPJ-/- Recipient
2. Przygotowanie komórek szpiku kostnego dawcy Lys-EGFP do przeszczepu
3. Przeszczep szpiku kostnego komórek Lys-GFP do myszy RBPJKO
4. Przygotowanie chirurgiczne do obrazowania przyżyciowego
5. Obrazowanie in vivo w wysokiej rozdzielczości kości kalwarskiej myszy
6. Analiza ilościowa
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Grupy po 2 biorców RBPJKO oraz 2 biorców RBPJWT poddano obrazowaniu w indywidualnych sesjach w różnych punktach czasowych: po 24 h oraz 2, 4 i 6 tygodniach od transplantacji komórek BM Lys-GFP (schemat postępowania przedstawiono na Rysunku 1A).
W każdym organizmie myszy obrazy pozyskano z 6 standardowych obszarów sklepienia czaszki (BM calvarium), zidentyfikowanych na podstawie ich położenia względem rozwidlenia...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten opisuje projekt eksperymentalny zoptymalizowany pod kątem badania kinetyki wszczepiania komórek krwiotwórczych za pomocą przyżyciowej mikroskopii fluorescencyjnej. W tym badaniu ekspansja mieloidalnych komórek progenitorowych w WT BM lub w wadliwym BM sygnalizującym Notch była śledzona w kości calvarium poprzez śledzenie komórek szpikowych Lys-GFP dodatnich po BMT do biorców RBPJWT lub RBPJKO. Podejście to jest proponowane jako model, który można zastosować do odpowiedzi na podobne pytania, na przykład: i) d...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Obrazowanie zostało przeprowadzone w Indiana Center for Biological Microscopy na Indiana University, kierowanym przez Dr. Kena Dunna. Urządzenie stereotaktyczne jest prototypem zaprojektowanym i wykonanym przez Marka Soonpaa z Wells Center for Pediatric Research. Prace te były wspierane przez NIH/R01DK097837-09 (NC), NIH/R01HL068256-05 (NC), NIH/NIDDK1U54DK106846-01 (NC), Fundację Badawczą MPN (NC) oraz wspólny projekt CTSI IUSM/Notre Dame (NC).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Koktajl ketaminowy | IU School of Medicine | Ketamina 90-100 mg/kg, Ksylazyna 2,5-5,0 mg/kg, Acepromazyna 1,0-2,5 mg/kg | |
| TRITC dekstran | Tdb Doradztwo | TD150-100mg | Można stosować dekstran o innym kolorze. |
| Maszynka do strzyżenia włosów Andis | Braintree Scientific | CLP-323 75 | |
| Gąbka z gazy | Med Vet International | PK224 | 4-warstwowa, 2 x 2 |
| Krem do depilacji Nair | Sklep | ||
| Saline | Med Vet International | RXSAL-POD1LT | 0,9% Butelka z chlorkiem sodu |
| Strzykawka insulinowa | Fisher Scientific | 14-826-79 | 28 g, 1/2 cc |
| Cienkie kleszcze | Fine Science Tools | 00108-11, 00109-11 | kleszcz prosty, kleszcz kątowy |
| Nożyczki | Fine Science Tools | 15018-10 | |
| Uchwyt na igły | Fine Science Tools | 12002-14 | |
| 5-0 szew jedwabny | Fisher Scientific | MV-682 | Można stosować inne niewchłanialne |
| szwy WillCo- szklane naczynie | denne WillCo | GWSt-5040 | |
| Olej do mikroskopu optycznego | Leica | ||
| Stereotaktyczny wkład stopniowy | IU School of Medicine | Niestandardowy projekt | |
| systemu mikroskopu konfokalnego Olympus FV1000 | Olympus | ||
| Olympus XLUMPLFL 20XW, NA 0.95 obiektyw | Olympus | ||
| Mała poduszka grzewcza | Sklep | Poduszka grzewcza dla Zoo Med | |
| Oprogramowanie do obrazowania Imaris 8.1 | Oprogramowanie do wizualizacji i analizy obrazu | Bitplane |
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