RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Pokazujemy, jak zidentyfikować i wyizolować 6 podzbiorów komórek progenitorowych szpiku myszy za pomocą kombinacji sortowania magnetycznego i fluorescencyjnego (MACS i FACS). Protokół ten może być stosowany do testów hodowli in vitro (hodowle metylocelulozy lub płynów), eksperymentów z transferem adoptywnym in vivo oraz analiz RNA/białka.
Mieloidalne komórki progenitorowe, które wytwarzają neutrofile, monocyty i komórki dendrytyczne (DC), mogą być zidentyfikowane i wyizolowane ze szpiku kostnego myszy do analiz hematologicznych i immunologicznych. Na przykład badania właściwości komórkowych i molekularnych populacji przodków szpiku mogą ujawnić mechanizmy leżące u podstaw transformacji białaczki lub pokazać, jak układ odpornościowy reaguje na ekspozycję na patogeny. Wcześniej opisane strategie cytometrii przepływowej do identyfikacji progenitorów szpiku umożliwiły znaczne postępy w wielu dziedzinach, ale zidentyfikowane przez nie frakcje są bardzo niejednorodne. Najczęściej stosowane strategie bramkowania definiują frakcje szpiku kostnego, które są wzbogacone dla pożądanych populacji, ale zawierają również dużą liczbę "zanieczyszczających" komórek progenitorowych. Nasze ostatnie badania rozwiązały wiele z tej niejednorodności, a protokół, który tutaj prezentujemy, pozwala na izolację 6 subpopulacji oligopotencjalnych i zaangażowanych w linię przodków szpiku z 2 wcześniej opisanych frakcji szpiku kostnego. Protokół opisuje 3 etapy: 1) izolację komórek szpiku kostnego, 2) wzbogacenie komórek progenitorowych hematopoetycznych poprzez sortowanie komórek aktywowane magnetycznie (zubożenie linii przez MACS) oraz 3) identyfikację podzbiorów progenitorów szpiku za pomocą cytometrii przepływowej (w tym sortowanie komórek aktywowanych fluorescencją, FACS, w razie potrzeby). Podejście to pozwala na ilościową identyfikację i izolację progenitorów dla różnych zastosowań in vitro i in vivo, a także dostarczyło już nowych informacji na temat szlaków i mechanizmów różnicowania neutrofili, monocytów i DC.
Monocyty, neutrofile i komórki dendrytyczne (DC) to komórki mieloidalne, które powstają z hematopoetycznych komórek progenitorowych, głównie w szpiku kostnym, w procesie zwanym mielopoezą. Powszechne komórki progenitorowe szpiku (CMP) mają potencjał do wytwarzania komórek szpikowych, a także megakariocytów i erytrocytów, ale nie komórek limfoidalnych. Progenitorzy granulocytów-monocytów (GMP), które pochodzą z CMP, wytwarzają granulocyty i monocyty, ale utraciły potencjał megakariocytów i erytrocytów. Uważa się również, że monocyty oraz klasyczne i plazmocytoidalne DC (cDC/pDC) powstają z powszechnych komórek progenitorowych znanych jako progenitorzy monocyte-DC (MDP), które są wytwarzane przez CMP. Stopniowe ograniczanie potencjału linii ostatecznie prowadzi do powstania progenitorów zaangażowanych w linię: progenitorów granulocytów, progenitorów monocytów i progenitorów komórek dendrytycznych (
Weissman i współpracownicy poinformowali, że CMP znajdują się we frakcji Lin- c-Kit+ Sca-1- (LKS-) CD34+ FcγRlo szpiku kostnego myszy, podczas gdy GMP są zawarte w LKS- CD34+ FcγRhi fraction1. Jednak te frakcje "CMP" i "GMP" są bardzo niejednorodne. Na przykład frakcja "GMP" zawiera również progenitorów granulocytów zaangażowanych w linię i progenitorów monocytów1,2. MDP zostały oddzielnie zgłoszone jako przodki CX3CR1 + Flt3 + CD115 +, które również wyrażają CD34 i FcγR3,4. MDP powodują powstawanie wspólnych progenitorów DC wytwarzających cDC/pDC (CDP), które, jak doniesiono, wyrażają niższe poziomy c-Kit (CD117) i nie są uwzględnione w LKS- fraction<sup class="xref">5.
Wcześniej zakładano, że monocyty powstają za pośrednictwem pojedynczego szlaku (CMP-GMP-MDP-monocyte). Zgodnie z tym modelem, progenitorzy zaangażowani w monocyty wytwarzani przez GMP (nazwane progenitorami monocytów, MPs) 2 i MDPs (nazwane wspólne progenitory monocytów, cMoPs)6 wydają się być tymi samymi komórkami na podstawie wyrażenia wspólnego markera powierzchniowego. Jednak ostatnio wykazaliśmy, że monocyty są wytwarzane niezależnie przez GMP i MDP i byliśmy w stanie odróżnić MP i cMoP za pomocą sekwencjonowania RNA pojedynczej komórki7.
Niedawno zmodyfikowaliśmy strategię bramkowania "CMP" i "GMP" Weissmana, aby zidentyfikować 6 podfrakcji szpiku kostnego myszy C57BL/6J, zawierających różne oligopotencjalne i zaangażowane w linię przodki szpiku frakcjonitory szpiku. Po raz pierwszy poinformowaliśmy, że barwienie Ly6C i CD115 pozwala na izolację oligopotencjalnych GMP, a także progenitorów granulocytów (GP) i progenitorów monocytów (zarówno MP, jak i cMoP, których obecnie nie jesteśmy w stanie oddzielić) od frakcji "GMP" < klasy sup = "xref">2 (LKS-CD34+ FcγRhi gate;
Ważne jest jednak, aby zauważyć, że obecnie nie jest jasne, czy frakcje "CMP" zawierają progenitory, które są naprawdę oligopotencjalne (np. pojedyncze komórkiwe frakcji CMP-Flt3+ CD115, które posiadają potencjał neutrofili, monocytów, DC, megakariocytów i erytrocytów), czy też alternatywnie, zawierają mieszaninę progenitorów o bardziej ograniczonym potencjale linii. Testy tworzenia kolonii (hodowle metylocelulozy) wykazały komórki o potencjale granulocytów (neutrofili), erytrocytów, monocytów i megakariocytów (komórki GEMM) we frakcjach "CMP", CMP-Flt3+ CD115lo i CMP-Flt3-1,7, ale nie pozwalają na ocenę potencjału DC. W przeciwieństwie do tego, testy tworzenia kolonii wykazały istnienie oligopotencjalnych GMP (progenitorów o potencjale zarówno neutrofilów, jak i monocytów) we frakcji "GMP"1,2, co jest poparte niedawną analizą transkryptomiczną pojedynczej komórki8. Obecnie nie wiadomo jednak, czy te oligopotencjalne GMP wytwarzają również inne granulocyty (eozynofile, bazofile i komórki tuczne).
Na podstawie tych badań, pokazujemy teraz, jak 7 markerów powierzchniowych (c-Kit, Sca-1, CD34, FcγR, Flt3, Ly6C i CD115) może być użytych do identyfikacji i izolacji tych 6 podzbiorów oligopotencjalnych i zaangażowanych w linię przodków szpiku. Opisany tutaj protokół może być stosowany do testów hodowli in vitro (hodowle metylocelulozy lub płynów), eksperymentów z transferem adoptywnym in vivo na myszach oraz analizy molekularnej (sekwencjonowanie RNA masowo i jednokomórkowo, Western blotting itp.).
Protokół składa się z 3 etapów: 1) przygotowanie pojedynczej zawiesiny komórek szpiku kostnego, 2) wzbogacenie dla hematopoetycznych komórek progenitorowych (sortowanie komórek aktywowane magnetycznie), oraz 3) identyfikacja i izolacja, jeśli jest to pożądane, podzbiorów progenitorów za pomocą cytometrii przepływowej (przy użyciu analizatora lub sortera, w zależności od potrzeb). Pierwszym krokiem jest izolacja komórek szpiku kostnego z kości udowych i piszczelowych myszy poddanych eutanazji i jest ona podobna do innych wcześniej opisanych protokołów9. Następnie próbka jest wzbogacana o komórki macierzyste i progenitorowe za pomocą koktajlu przeciwciał przeciwko markerom powierzchniowym komórek erytrocytów, neutrofili, monocytów, limfocytów itp., w celu zubożenia zróżnicowanych komórek. Nie jest to obowiązkowe, ale zdecydowanie zalecane w celu optymalizacji wykrywania podzbiorów progenitorów oraz zmniejszenia ilości przeciwciał potrzebnych do identyfikacji progenitorów i czasu wymaganego do cytometrii przepływowej. Poniższy protokół zubożenia linii opisuje sortowanie komórek aktywowanych magnetycznie (MACS) przy użyciu zestawu do zubożania komórek linii myszy (który zawiera biotynylowane przeciwciała przeciwko CD5, CD45R (B220), CD11b, Gr-1 (Ly6G/C), 7-4 i Ter-119 oraz mikrogranulki antybiotyny) i automatyczny separator magnetyczny. Ostatnim krokiem jest identyfikacja (i sortowanie, w razie potrzeby) podzbiorów progenitorowych za pomocą cytometrii przepływowej. Panel przeciwciał opisany poniżej (patrz również tabela 1) został zaprojektowany do stosowania w cytometrze przepływowym (analizatorze lub sortowniku) z 4 laserami (405 nm, 488 nm, 561 nm, 640 nm).

Rycina 1: Neutrofile, monocyty i DC progenitory oraz szlaki różnicowania. Niedawno poprawiony model mielopoiesis7 jest zilustrowany, z nałożonymi bramkami Weissmana dla "CMPs" (niebieski) i "GMPs" (zielony)1. Ten rysunek został zmodyfikowany na podstawie Yáñez et al. 20177. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) Centrum Medycznego Cedars-Sinai.
1. Izolacja szpiku kostnego myszy i przygotowanie zawiesiny pojedynczej komórki
2. Wzbogacanie progenitorów przez magnetyczne sortowanie komórek (MACS)
3. Identyfikacja i izolacja mieloidalnych progenitorów za pomocą sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS)
Korzystając z opisanego powyżej protokołu, możliwe jest uzyskanie ~100 milionów komórek (w tym czerwonych krwinek lub ~50 milionów komórek jądrzastych) zarówno z kości udowych, jak i piszczeli (2 nogi) jednej myszy C57BL/6J (6 - 8 tygodni, mężczyzna lub samica). 1 - 2 miliony komórek Lin można wyizolować na mysz poprzez zmniejszenie liczby komórek Lin + metodą MACS.
Każdy z 6 podzbiorów przodków szpiku stanowi ~1 - 4% komórek Lin-. Zubożenie linii jest skuteczne w zubożaniu zróżnicowanych komórek i wzbogacaniu dla przodków, ale frakcja Lin- zawiera dużą ilość komórek c-Kit- oprócz progenitorów c-Kit+ (Figura 3A). Wydajność progenitorów po sortowaniu FACS może się różnić w zależności od zastosowanych ustawień sortera (np. maksymalna wydajność w porównaniu z optymalną czystością), ale ogólnie możliwe jest uzyskanie 10 000 - 40 000 komórek na frakcję (Rysunek 3B). Analiza cytometrii przepływowej po sortowaniu powinna wykazać czystość >95% każdej frakcji (Rysunek 3C).

Rycina 2: Strategia bramkowania w celu identyfikacji 6 frakcji progenitorowych szpiku. (A) Postępujące bramkowanie żywych komórek Lin- > singletów (FSC) -> singletów (SSC) -> komórek LKS- -> frakcje CD34+ FcγRlo ("CMP") i CD34+ FcγRhi ("GMP") -> 6 podzbiorów progenitorów szpiku. (B) Podsumowanie ekspresji markera powierzchniowego przez 6 frakcji progenitorowych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Reprezentatywne plony i czystość przodków. (A) Reprezentatywne wykresy cytometrii przepływowej pokazujące ekspresję c-Kit i CD11b przez komórki szpiku kostnego przed i po zubożeniu linii, wykazujące wzbogacenie komórek progenitorowych (komórki c-Kit+). (B) Wydajność komórek dla każdej frakcji progenitorowej, przedstawiona jako średnia + odchylenie standardowe z 30 doświadczeń. Do każdego eksperymentu połączono komórki szpiku kostnego od maksymalnie 20 myszy. (C) Reprezentatywne wykresy cytometrii przepływowej z analizy po sortowaniu, wykazujące czystość frakcji progenitorowych posortowanych przez FACS. Panel C został zmodyfikowany w stosunku do Yáñez et al. 20177. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| laser | kanał | filtr | lustro |
| 405 nm | ZA. | nr kat. 670/30 | Płyta 635LP |
| Ur. | 525/50 | Zobacz materiał505LP | |
| C. c-Kit-Pacific Niebieski | Nr kat. 450/50 | ||
| 488 nm | A. (Urząd Nadzoru Finansowego) | ||
| B. Ly6C-PerCP-Cy5.5 | 710/50 | Zobacz materiał690 płyt LP | |
| C. CD34-FITC | 525/50 | Zobacz materiał505LP | |
| D. CUW | nr 488/10 | ||
| 561 nm | A. SCA-1-PE-CY7 | nr 780/40 | 750 litrów |
| Ur. | 710/50 | Zobacz materiał690 płyt LP | |
| C. | nr kat. 660/20 | 640 płyt | LP|
| D. | nr kat. 610/20 | 600 LP | |
| E. CD115-PE | 582/15 | Zobacz materiał||
| 640 nm | A. FcΥR-APC-Cy7 | 780/60 | 750 litrów |
| Ur. | nr 730/45 | 690 płyt LP | |
| C. Flt3-APC | nr kat. 670/30 |
Tabela 1: Konfiguracja panelu przeciwciał i cytometru przepływowego.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Pokazujemy, jak zidentyfikować i wyizolować 6 podzbiorów komórek progenitorowych szpiku myszy za pomocą kombinacji sortowania magnetycznego i fluorescencyjnego (MACS i FACS). Protokół ten może być stosowany do testów hodowli in vitro (hodowle metylocelulozy lub płynów), eksperymentów z transferem adoptywnym in vivo oraz analiz RNA/białka.
Ten protokół został opracowany przy użyciu funduszy z Board of Governors Regenerative Medicine Institute w Cedars-Sinai Medical Center (dla HSG), stypendium Careers in Immunology od American Association of Immunosts (dla AY i HSG) oraz Scholar Award od American Society of Hematology (dla AY). Dziękujemy Rdzeniowi Cytometrii Przepływowej w Centrum Medycznym Cedars-Sinai za pomoc w sortowaniu FACS.
| Mysz: typ dziki C57BL/6J (CD45.2) | The Jackson Laboratories | Cat#JAX:000664 | |
| Lineage Cell Depletion Kit, mysz | Miltenyi Biotec | Cat#130-090-858 | |
| Szczur anty-mysz CD34 (klon RAM34) FITC | BD Biosciences | Cat#553733 | |
| Szczur anty-mysz CD16/CD32 (Fcγ R; klon 93) APC-Cy7 | BioLegend | Cat#101327 | |
| Szczur anty-mysz Ly6A/E (Sca-1; klon 108113) PE-Cy7 | BioLegend | Cat#108114 | |
| Szczur anty-mysz CD117 (c-Kit; klon 2B8) Pacific Blue | BioLegend | Cat#105820 | |
| Szczur anty-mysz Ly6C (klon HK1.4) PerCP-Cy5.5 | BioLegend | Cat#128012 | |
| Szczur anty-mysz CD115 (klon AFS98) PE | BioLegend | Kot#135506 | |
| Szczur anty-mysz CD135 (Flt3; klon A2F10.1) APC | BD Biosciences | Cat#560718 | |
| CountBright Absolutne koraliki do liczenia | Thermo Fisher Scientific | Cat#C36950 | |
| AutoMACS Separator | Miltenyi Biotec | N/A | Użyj programu "zubożenie" |
| BD LSRFortessa | BD Biosciences | N/A | 5 laserów, 15 kolorów |
| Sortownik komórek BD FACS Aria III | BD Biosciences | N/A | 5 laserów, 13 kolorów |
| FlowJo | FlowJo, LLC | https://www.flowjo.com | Do dalszej analizy plików .fcs |