$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Porównania genomiczne naczelnych ludzkich i niebędących ludźmi (NHP) są kluczowe dla zrozumienia naszej historii ewolucyjnej i ewolucji cech specyficznych dla człowieka1. Ponadto porównania te pozwalają na wnioskowanie o funkcji poprzez identyfikację konserwatywnych sekwencji DNA2, np. w celu nadania priorytetu wariantom związanym z chorobą3. Porównania fenotypów molekularnych, takich jak poziomy ekspresji genów, mają kluczowe znaczenie dla lepszej interpretacji porównań genomowych i odkrycia, na przykład, komórkowych różnic fenotypowych. Co więcej, mają one - podobnie jak porównania na poziomie DNA - potencjał do wnioskowania o znaczeniu funkcjonalnym, a tym samym do lepszej interpretacji istotnych z medycznego punktu widzenia zmian u ludzi4. Włączenie kompleksowych molekularnych danych fenotypowych do tych badań porównawczych wymaga odpowiednich zasobów biologicznych (tj. komórek ortologicznych różnych gatunków). Jednak względy etyczne i praktyczne utrudniają lub uniemożliwiają dostęp do takich porównywalnych komórek, zwłaszcza w trakcie opracowywania. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) pozwalają na generowanie takich niedostępnych typów komórek in vitro5,6, są eksperymentalnie dostępne i były używane do porównań z naczelnymi6,7,8,9,10,11,12,13,14.
Aby wygenerować iPSC, należy zdobyć podstawowe komórki, które mają zostać przeprogramowane. Komórki wyizolowane z moczu mają tę zaletę, że można je nieinwazyjnie pobrać od naczelnych i że można je łatwo przeprogramować, prawdopodobnie ze względu na ich profile molekularne podobne do komórek macierzystych15. Warunki hodowli niezbędne do utrzymania iPSC naczelnych są równie ważne jak przeprogramowanie; Klasycznie rzecz biorąc, hodowla ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych wymagała niezdefiniowanej, opartej na surowicy pożywki i kohodowli mysich fibroblastów embrionalnych - tak zwanych komórek żywicielskich - które dostarczają niezbędnych składników odżywczych i rusztowania dla embrionalnych komórek macierzystych (ESC)16. Od czasu opracowania chemicznie zdefiniowanych i wolnych od karmy systemów hodowli17,18, obecnie dostępne na rynku są różne opcje pożywek i matryc hodowlanych iPSC. Jednak większość z tych warunków hodowli została zoptymalizowana pod kątem ludzkich ESC i iPSC, a zatem może działać gorzej w hodowli NHP iPSC. W tym protokole wideo podajemy instrukcje dotyczące generowania i utrzymywania ludzkich i NHP iPSC pochodzących z hodowli komórek moczowych.
Od czasu pierwszego doniesienia o generowaniu iPSC przez wymuszoną ekspresję zdefiniowanych czynników w fibroblastach w 2006 roku, metoda ta została zastosowana do wielu różnych typów komórek różnego pochodzenia19,20,21,22,23,24,25, 26,27,28,29,30,31,32. Wśród nich w sposób całkowicie nieinwazyjny można pozyskać tylko komórki pochodzące z moczu. Opierając się na wcześniej opisanym protokole przez Zhou et al.33, można izolować i namnażać komórki z moczu naczelnych nawet z niesterylnych próbek, uzupełniając antybiotyki o szerokim spektrum działania15. Warto zauważyć, że komórki pochodzące z moczu pobrane za pomocą tego protokołu wykazują wysoki potencjał do wytwarzania iPSC w krótszym czasie (kolonie stają się widoczne w ciągu 5-15 dni) niż konwencjonalne przeprogramowanie fibroblastów (20-30 dni, z naszego doświadczenia) i przy wystarczająco wysokim wskaźniku sukcesu. Te komórki pochodzące z moczu zostały sklasyfikowane jako mieszana populacja komórek podobnych do mezenchymalnych komórek macierzystych i komórek nabłonka pęcherza moczowego, co spowodowało wysoką wydajność przeprogramowania15.
Oprócz różnic w komórkach pierwotnych, metody przeprogramowania do generowania iPSC również różnią się w zależności od celu użycia. Konwencjonalne procedury przeprogramowania ludzkich komórek somatycznych przeprowadzono poprzez nadekspresję czynników przeprogramowujących za pomocą wektorów retrowirusowych lub lentiwirusowych, co pozwoliło na integrację egzogennego DNA w genomie5,34,35. Aby utrzymać genomowo wygenerowane iPSC w stanie nienaruszonym, naukowcy opracowali szeroką gamę systemów nieintegracyjnych - wektor PiggyBac z akcyzą36,37, wektor epizodyczny38,39, nieintegrujące wektory wirusowe, takie jak Sendai virus40 i adenovirus41, transfekcja mRNA42, transfekcja białka43,44, oraz leczenie związkami chemicznymi45. Ze względu na wydajność i łatwość obsługi, w tym protokole stosowane są wektory przeprogramowania oparte na wirusie Sendai. Zakażenie komórek pierwotnych przeprowadza się w 1-godzinnej hodowli zawiesinowej komórek i wirusów przy wielokrotności infekcji (MOI) wynoszącej 5 przed posiewem. Ten zmodyfikowany krok może zwiększyć prawdopodobieństwo kontaktu między powierzchniami komórek a wirusami, w porównaniu z konwencjonalną metodą, w której wirusy są dodawane bezpośrednio do przylegającej hodowli komórkowej, a tym samym dać więcej kolonii iPSC15.
Przenikanie ludzkich i NHP pluripotencjalnych komórek macierzystych może odbywać się poprzez pasaż kępowy i pasażowanie jednokomórkowe. Kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) jest ekonomicznym środkiem chelatującym, który wiąże jony wapnia i magnezu, a tym samym zapobiega adhezyjnej aktywności kadheryny i integryny. EDTA jest również stosowany jako łagodny, selektywny odczynnik dysocjacyjny, ponieważ niezróżnicowane komórki odrywają się przed komórkami zróżnicowanymi z powodu różnych cząsteczek adhezyjnych. Całkowita dysocjacja indukuje masywną śmierć komórek iPSC naczelnych poprzez hiperaktywację miozyny za pośrednictwem hiperaktywacji miozyny za pośrednictwem Rho/Rho-bound coiled-coil zawierającej kinazę białkową (Rho / Rock). Dlatego uzupełnienie pożywki hodowlanej inhibitorem Rho/Rock jest niezbędne w eksperymentach, które wymagają pojedynczych komórek w zawiesinie46,47. W tym protokole zalecamy pasażowanie brył jako rutynową metodę pasażowania i zalecamy pasażowanie pojedynczych komórek tylko wtedy, gdy jest to konieczne, np. gdy wymagane jest zasiewanie określonej liczby komórek lub podczas podklonowania.