Przedstawiamy krok po kroku protokół izolacji długoterminowych hematopoetycznych komórek macierzystych (LT-HSC) i krótkoterminowych komórek macierzystych (ST-HSC) za pomocą systemu reporterowego Hoxb5.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy krok po kroku protokół izolacji długoterminowych hematopoetycznych komórek macierzystych (LT-HSC) i krótkoterminowych komórek macierzystych (ST-HSC) za pomocą systemu reporterowego Hoxb5.
Zdolność do samoodnawiania się i potencjał różnicowania wielu linii są ogólnie uważane za cechy definiujące hematopoetyczne komórki macierzyste (HSC). Jednak liczne badania sugerują, że w kompartmencie HSC istnieje funkcjonalna niejednorodność. Niedawne analizy pojedynczych komórek wykazały istnienie klonów HSC o różnym losie komórek w obrębie przedziału HSC, które są określane jako tendencyjne klony HSC. Mechanizmy leżące u podstaw niejednorodnych lub słabo odtwarzalnych wyników są słabo poznane, zwłaszcza w odniesieniu do długości samoodnawiania, gdy oczyszczone frakcje HSC są przeszczepiane za pomocą konwencjonalnego barwienia immunologicznego. W związku z tym kluczowe znaczenie dla rozwiązania tego problemu ma ustanowienie powtarzalnej metody izolacji długoterminowych HSC (LT-HSC) i krótkoterminowych HSC (ST-HSC), zdefiniowanej na podstawie długości ich samoodnawiania. Korzystając z bezstronnych, wieloetapowych badań przesiewowych, zidentyfikowaliśmy czynnik transkrypcyjny, Hoxb5, który może być wyłącznym markerem LT-HSC w układzie krwiotwórczym myszy. Na podstawie tego odkrycia ustaliliśmy linię myszy reporterowych Hoxb5 i z powodzeniem wyizolowaliśmy LT-HSC i ST-HSC. Poniżej opisujemy szczegółowy protokół izolacji LT-HSC i ST-HSC za pomocą systemu reporterskiego Hoxb5. Ta metoda izolacji pomoże naukowcom lepiej zrozumieć mechanizmy samoodnawiania się i biologiczne podstawy takiej heterogeniczności w kompartmencie HSC.
Hematopoetyczne komórki macierzyste (HSC), które posiadają zdolność do samoodnawiania się i wielomocność, znajdują się na szczycie hierarchii hematopoetycznej 1,2. W 1988 roku Weissman i współpracownicy po raz pierwszy wykazali, że izolację mysich HSC można osiągnąć za pomocą cytometrii przepływowej3. Następnie stwierdzono, że frakcja zdefiniowana przez kombinację markerów powierzchni komórki, Lineage−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/loFlk2−, zawiera wszystkie HSC u myszy4,5,6,7,8.
Immunofenotypowo zdefiniowane (Lineage−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/loFlk2−) HSC (zwane dalej pHSC) były wcześniej uważane za funkcjonalnie jednorodne. Jednak ostatnie analizy pojedynczych komórek wykazały, że pHSC nadal wykazują niejednorodność pod względem zdolności do samoodnawiania się9,10 i multipotency11,12. W szczególności wydaje się, że we frakcji pHSC istnieją dwie populacje pod względem ich zdolności do samoodnawiania: długoterminowe hematopoetyczne komórki macierzyste (LT-HSC), które mają ciągłą zdolność do samoodnawiania, oraz krótkoterminowe hematopoetyczne komórki macierzyste (ST-HSC), które mają przejściową zdolność do samoodnawiania9,10.
Do tej pory molekularne mechanizmy zdolności do samoodnawiania się, które odróżniają LT-HSC i ST-HSC, pozostają słabo poznane. Kluczowe znaczenie ma wyizolowanie obu populacji komórek w oparciu o ich zdolności do samoodnawiania się i odkrycie leżących u ich podstaw mechanizmów molekularnych. Wprowadzono również kilka systemów reporterskich do oczyszczania LT-HSCs13,14,15; jednak czystość LT-HSC definiowana przez każdy system reporterowy jest zmienna, a wyłączne oczyszczanie LT-HSC nie zostało do tej pory osiągnięte.
Dlatego opracowanie systemu izolacji dla LT-HSC i ST-HSC przyspieszy badania nad zdolnością do samoodnawiania się we frakcji pHSC. W izolacji LT-HSC i ST-HSC, badanie wykorzystujące wieloetapowe, bezstronne badania przesiewowe zidentyfikowało pojedynczy gen, Hoxb5, który jest niejednorodnie wyrażany w pHSC frakcja16. Ponadto analiza szpiku kostnego myszy reporterowych Hoxb5 wykazała, że około 20%-25% frakcji pHSC składa się z komórekpos Hoxb5. Konkurencyjny test transplantacyjny z użyciem Hoxb5pos pHSC i Hoxb5neg pHSC wykazał, że tylko Hoxb5pos pHSC posiadają długoterminową zdolność do samoodnawiania, podczas gdy Hoxb5neg pHSC tracą swoją zdolność do samoodnawiania się w krótkim czasie, co wskazuje, że Hoxb5 identyfikuje LT-HSC w pHSC fraction16.
Tutaj demonstrujemy krok po kroku protokół izolowania LT-HSC i ST-HSC za pomocą systemu reporterskiego Hoxb5. Ponadto przedstawiamy konkurencyjny test transplantacyjny w celu oceny zdolności do samoodnawiania się Hoxb5pos/neg pHSC (Rysunek 1). Ten system reporterski Hoxb5 pozwala nam prospektywnie izolować LT-HSC i ST-HSC i przyczynia się do zrozumienia cech specyficznych dla LT-HSC.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research.
1. Wstępne kondycjonowanie myszy biorcy
2. Pobieranie komórek szpiku kostnego dawcy
3. Separacja komórek c-kit+ przez sortowanie magnetyczne
4. Barwienie krwiotwórczych komórek macierzystych
5. Wspomaganie przygotowania komórek
6. Hoxb5pos lub Hoxb5neg pHSC sortowanie
7. Przeszczep
8. Analiza krwi obwodowej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wcześniej zdolność do samoodnawiania była mierzone za pomocą konkurencyjnych testów transplantacyjnych, w których przyjmuje się, że komórki macierzyste krwi (HSC) dawcy zachowują zdolność do samoodnawiania tylko wtedy, gdy w krwi obwodowej biorcy obserwowane są wieloliniowe komórki dawcy17. Ponadto w kilku raportach zdefiniowano LT-HSC jako komórki, które nadal produkują komórki krwi obwodowej kilka miesięcy po drugiej transplantacji szpiku kostnego10,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tradycyjnie, HSC zdefiniowane na powierzchni komórki zostały przygotowane do badania funkcji HSC, takich jak zdolność do samoodnawiania się i multipotencja 19,20,21. Jednak zdefiniowana immunofenotypowo (Lineage−c-Kit+Sca-1+CD150+CD34−/loFlk2−) frakcja HSC zawiera dwie dyskretne populacje HSC: LT-HSCs i ST-HSCs 9,10.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów związanego z tym badaniem.
Serdecznie dziękujemy Hiroshi Kiyonari za opiekę nad zwierzętami i dostarczenie myszy odbiorcom w RIKEN BDR, a także Hitomi Oga, Kayoko Nagasaka i Masaki Miyahashi za zarządzanie laboratorium na Uniwersytecie Kobe. Autorzy bardzo doceniają również nieustanne wsparcie dla tych prac. Masanori Miyanishi był wspierany przez Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki (JSPS) KAKENHI Grant Grants Numery JP17K07407 i JP20H03268, The Mochida Memorial Foundation for Medical and Pharmaceutical Research, The Life Science Foundation of Japan, The Takeda Science Foundation, The Astellas Foundation for Research on Metabolic Disorders oraz AMED-PRIME, AMED w ramach grantu o numerze JP18gm6110020. Taro Sakamaki jest wspierany przez JSPS KAKENHI Granty o numerach JP21K20669 i JP22K16334 oraz był wspierany przez JSPS Core-to-Core Program oraz RIKEN Junior Research Associate Program. Katsuyuki Nishi otrzymał wsparcie od JSPS Grant Number KAKENHI JP18J13408.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,2 ml pasek z 8 probówkami, nasadka kopułkowa | SSIbio | 3230-00 | |
| 0,5 M EDTA pH 8,0 | Iinvtrogen | AM9260G | |
| 100 µ m Strzykawka do insuliny | Falcon | 352360 | |
| 30G | BD | 326668 | |
| 40 & mikro; m Sitko do komórek | Falcon | 352340 | |
| 5 ml probówka z polistyrenu z okrągłym dnem, z zatrzaskiem z sitkiem do komórek | FALCON | 352235 | |
| 7-AAD Roztwór do barwienia żywotności | BioLegend | 420404 | |
| 96 well U-Bottom | FALCON | 351177 | |
| Anti-APC-MicroBeads | Milteny biotec | 130-090-855 | |
| Aspirator z pułapką kolba | Biosan | FTA-1 | |
| B220-Alexa Fluor 700 (RA3-6B2) | BioLegend | 103232 | |
| B220-Biotyna (RA3-6B2) | BioLegend | 103204 | |
| B220-BV786 (RA3-6B2) | BD Biosciences | 563894 | |
| B6. Myszy kongeniczne CD45.1 | Sankyo Labo Service | N/A Baytril | |
| 10% | BAYER | 341106546 | |
| BD FACS Aria II na specjalne zamówienie | BD | N/A | |
| Brilliant bare buffer | BD | 566349 | |
| CD11b-Alexa Fluor 700 (M1/70) | BioLegend | 101222 | |
| CD11b-Biotyna (M1/70) | BioLegend | 101204 | |
| CD11b-BUV395 (M1/70) | BD Biosciences | 563553 | |
| CD11b-BV711 (M1/70) | BD Biosciences | 563168 | |
| CD127-Alexa Fluor 700 (A7R34) | Invitrogen | 56-1271-82 | |
| CD150-BV421 (TC15-12F12.2) | BioLegend | 115943 | |
| CD16/CD32-Alexa Fluor 700 (93) | Invitrogen | 56-0161-82 | |
| CD34-Alexa Fluor 647 (RAM34) | BD Biosciences | 560230 | |
| CD34-FITC (RAM34) | Invitrogen | 11034185 | |
| CD3-Alexa Fluor 700 (17A2) | BioLegend | 100216 | |
| CD3ε -Biotyna (145-2C11) | BioLegend | 100304 | |
| CD3ε -BV421 (145-2C11) | Myszy | ||
| CD45.1/CD45.2 | N/A | /A | Wyhodowane w naszym laboratorium |
| CD45.1-FITC (A20) | BD Biosciences | ||
| CD45.2-PE (104) | BD Biosciences | 560695 | |
| CD4-Alexa Fluor 700 (GK1.5) | BioLegend | 100430 | |
| CD4-Biotyna (GK1.5) | BioLegend | 100404 | |
| CD8a-Alexa Fluor 700 (53-6.7) | BioLegend | 100730 | |
| CD8a-Biotyna (53-6.7) | BioLegend | ||
| 15ml | NICHIRYO | 00-ETS-CT-15 | |
| Probówka wirówkowa 50ml | NICHIRYO | 00-ETS-CT-50 | |
| c-Kit-APC-eFluor780 (2B8) | Invitrogen | 47117182 | |
| D-PBS (-) bez Ca i Mg, płyn | Nacalai | 14249-24 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Thermo Fisher | 10270106 | |
| Flk2-PerCP-eFluor710 (A2F10) | eBioscience | 46135182 | |
| FlowJo wersja 10 | BD Biosciences | ||
| Gmmacell 40 Exactor | Best theratronics | N/A | |
| Gr-1-Alexa Fluor 700 (RB6-8C5) | BioLegend | 108422 | |
| Gr-1-Biotyna (RB6-8C5) | BioLegend | 108404 | |
| Hoxb5-tri-mMyszy wiśniowe (C57BL/6J tło) | N/A | N/A | Wyhodowane w naszym laboratorium |
| IgG z surowicy szczurów, klasy technicznej, >=80% (SDS-PAGE), buforowany roztwór wodny | Sigma-Aldrich | I8015-100MG | |
| izofluran | Pfizer | 4987-114-13340-3 | |
| Kimwipes S200 | NIPPON PAPER CRECIA | 6-6689-01 | |
| LS Kolumny | Milteny biotec | 130-042-401 | |
| Bufor do lizy | BD | 555899 | |
| MACS MultiStand | Milteny biotec | 130-042-303 | |
| Mikropłytka do hodowli tkankowej (do komórki adhezyjnej) 6Well | IWAKI | 3810-006 | |
| Separator MidiMACS | Milteny biotec | 130-042-302 | |
| Klatki dla myszy | Natsume Seisakusho | KN-331 | |
| Wielofunkcyjna wirówka chłodnicza | TOMY | EX-125 | |
| NARCOBIT-E (II) | natsume Seisakusho | KN-1071-I | |
| NK-1.1-PerCP-Cy5.5 (PK136) | BioLegend | 108728 | |
| Mieszanina penicyliny i streptomycyny | Nacalai | 26253-84 | |
| Zaprawa porcelanowa φ 120mm z tłuczkiem | Asone | 6-549-03 | |
| Białkowa tubka LoBind 1,5 ml | Eppendorf | 22431081 | |
| Sca-I-BUV395 (D7) | BD Biosciences | 563990 | |
| Ostrze skalpela ze stali nierdzewnej | FastGene | FG-B2010 | |
| Streptawidyna-BUV737 | BD Biosciences | 612775 | |
| SYTOX-red | Invitrogen | S34859 | |
| Ogranicznik żył ogonowych dla myszy standard | Braintree | TV-150 STD | |
| TCRb-BV421 (H57-597) | BioLegend | 109230 | |
| Ter-119-Alexa Fluor 700 (TER-119) | BioLegend | 116220 | |
| Ter-119-Biotyna (TER-119) | BioLegend | 116204 | |
| Terumo 5ml Koncentryczna strzykawka Luer-Slip | TERUMO | SS-05LZ | |
| Igła podskórna Terumo 23G x 1 | TERUMO | NN-2325-R |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.