U pacjentów z HHT zgłoszono pojedynczą mutację na eng (CD105). Mutacja prowadzi do zwiększonej proliferacji EC i zmniejszonego wydłużenia EC za pośrednictwem przepływu1,2. Wcześniej donoszono również, że niedobór ENG zmniejsza ekspresję markerów śródbłonka (tj. kdrl, cdh5, hey2) u danio pręgowanego3. Endoglin, ulegający ekspresji głównie w komórkach śródbłonka, jest transbłonową glikoproteiną i pełni funkcję koreceptora dla członków rodziny przekształcających β czynnika wzrostu (TGF-β). Kieruje wiązaniem BMP9 na powierzchni komórki w celu regulacji dalszego genu, w tym ekspresji Id1, w celu indukowania różnicowania komórek macierzystych w kierunku ECs4. Tak więc gen eng odgrywa ważną rolę w unaczynieniu i chorobach naczyniowych u ludzi5,6. Wcześniej zbadaliśmy wpływ knockdownu endoglinu na tworzenie naczyń w zarodkach danio pręgowanego, a następnie przeprowadziliśmy analizę EC pochodzących z iPSC uzyskanych od pacjenta z HHT z mutacją eng7. Protokół ten pokazuje wpływ niedoboru ENG na ekspresję markerów progenitorowych śródbłonka i tworzenie rurek, co jest wymierną metodą pomiaru angiogenezy in vitro.
Do badania ekspresji przestrzennej i czasowej języka angielskiego, WISH służy do wykrywania ekspresji genów in vivo8. Hybrydyzacja in situ (ISH) to metoda polegająca na wykorzystaniu znakowanych sond z sekwencjami dopełniacza docelowych kwasów nukleinowych (DNA lub mRNA) do wykrywania i wizualizacji docelowych hybryd kwasów nukleinowych w ustalonej próbce. Proces ten wzmacnia sygnały ekspresji genów in vivo i służy do wykrywania ekspresji genów za pomocą mikroskopii. WISH jest szeroko stosowany u różnych modeli zwierząt, szczególnie u danio pręgowanego9. Służy również do pozyskiwania następujących danych: 1) przestrzennych/czasowych wzorców ekspresji genów, które dostarczają informacji o funkcji i klasyfikacji genów; oraz 2) specyficznie wyrażone markery genetyczne, które są stosowane w wysokoprzepustowych badaniach przesiewowych leków lub mutantów10.
Sondy chromogenne łatwo ulegają degradacji za pomocą tradycyjnej hybrydyzacji chromosomów in situ (CISH), co skutkuje wysokim szumem tła i niespecyficznymi sygnałami11,12. Metoda WISH wykorzystuje dwie niezależne sondy podwójne Z, które są przeznaczone do hybrydyzacji w celu uzyskania docelowych sekwencji RNA. Każda sonda zawiera sekwencję 18-25 komplementarną do docelowego RNA i sekwencję ogonową 14 zasad (konceptualizowaną jako Z). Sondy docelowe są używane w parze (podwójne Z). Dwie sekwencje ogonowe razem tworzą 28-zasadowe miejsce hybrydyzacji dla przedwzmacniacza, które zawiera 20 miejsc wiązania dla wzmacniacza. Wzmacniacz z kolei zawiera 20 miejsc wiązania dla sondy znakującej i może teoretycznie uzyskać do 8 000 znaczników dla każdej docelowej sekwencji RNA.
Ta zaawansowana technologia umożliwia jednoczesne wzmacnianie sygnału i tłumienie tła w celu uzyskania wizualizacji pojedynczej cząsteczki przy jednoczesnym zachowaniu morfologii tkanki13. Dalsza modyfikacja metod WISH opiera się na wcześniejszych badaniach14, w tym na dodatkowym utrwalaniu i barwieniu DAB. Pod warunkiem, że jest to ulepszony protokół WISH, który może działać nawet wtedy, gdy docelowe RNA jest częściowo zmniejszone lub zdegradowane. Zaletą jest to, że można go ukończyć w ciągu 24 godzin bez warunków wolnych od RNaz. Sygnały mogą być również jednocześnie wykrywane przez wiele kanałów z wielu celów, a wyniki są spójne i kompatybilne z wynikami z różnych wysokowydajnych platform automatyzacji.
Wyniki z modeli zwierzęcych niekoniecznie odzwierciedlają to samo zjawisko, które występuje u ludzi. ENG zawiera dwie pary konserwatywnych cystein, C30-C207 i C53-C182, które tworzą mostki dwusiarczkowe w regionach sierocych. W celu dalszego zbadania roli eng u pacjentów z HHT, przeprowadzono testy tworzenia probówek z iPSC pochodzącymi od pacjentów z HHT w komórkach bez/z mutacjami eng (Cys30Arg, C30R)15. Po tym, jak Kubota i in. po raz pierwszy opisali eksperyment z formacją probówek16, test został opracowany na kilka sposobów. Został wykorzystany do identyfikacji czynników angiogennych lub antyangiogennych, zdefiniowania szlaków sygnałowych w angiogenezie oraz identyfikacji genów regulujących angiogenezę17.
Przed udostępnieniem iPSC-EC pochodzących od pacjentów, badacze używali głównie hodowlanych EC do badania angiogenozy16. Jednak w przypadku komórek śródbłonka transdukcja egzogennych genów za pomocą wirusa jest wyzwaniem technicznym ze względu na ograniczoną liczbę pasaży, jaką mogą przejść EC. Dzieje się tak, ponieważ nie ma wystarczającej ilości materiału komórkowego do pobrania z ludzkich naczyń, zarówno z operacji, jak i od dopasowanych zatwierdzonych dawców. Dzięki wynalezieniu techniki generowania iPSC przez Shinya Yamanaka, ludzkie EC pochodzące z iPSC mogą być niezawodnie wykorzystywane w eksperymentach in vitro, jak donoszono wcześniej18.
Użycie transdukowanych wirusowo EC o ograniczonej liczbie i przejściach może być wystarczające do badań sygnalizacyjnych, ale do badań funkcjonalnych lepiej jest wygenerować zmutowane linie pluripotencjalnych komórek macierzystych (zarówno iPSC, jak i hESC ukierunkowane na CRISPER/Cas9), a następnie różnicować je w EC do badań angiogenezy, które wykorzystują testy tworzenia probówek19. Tworzenie rurki można wykorzystać do oceny funkcji komórek śródbłonka niosących mutacje. Protokół ten opisuje również tworzenie rurki na μ-szkiełkowej płytce angiogenezy, co jest łatwą, opłacalną i powtarzalną metodą.
Poniższy protokół dostarcza niezawodnej i systemowej metody badania roli określonych genów w tworzeniu naczyń krwionośnych, wraz ze szczegółami dotyczącymi wzorca ekspresji in vivo i funkcjonalnej kwantyfikacji in vitro do modelowania chorób ludzkich.