Este estudo descreve um método para isolar vesículas extracelulares exosome enriquecidas carregando fatores estimulantes da colônia de granulocitos imunes de células-tronco embrionárias.
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Artigo de método
Este estudo descreve um método para isolar vesículas extracelulares exosome enriquecidas carregando fatores estimulantes da colônia de granulocitos imunes de células-tronco embrionárias.
As células-tronco embrionárias (ESCs) são células-tronco pluripotentes capazes de auto-renovação e diferenciação em todos os tipos de células embrionárias. Como muitos outros tipos de células, os ESCs liberam pequenas vesículas de membrana, como exosomos, para o ambiente extracelular. Os exosóis servem como mediadores essenciais da comunicação intercelular e desempenham um papel básico em muitos processos (patho)fisiológicos. O fator estimulante da colônia granulocito-macrófago (GM-CSF) funciona como uma citocina para modular a resposta imune. A presença de GM-CSF em exosóis tem o potencial de aumentar sua função imuno-regulatória. Aqui, GM-CSF foi expressado na linha de células ESC murina ES-D3. Um protocolo foi desenvolvido para isolar vesículas extracelulares supercelulares (EVs) de células ES-D3 superexpressas GM-CSF. EVs isolados enriquecidos com exosome foram caracterizados por uma variedade de abordagens experimentais. É importante ressaltar que quantidades significativas de GM-CSF foram encontradas presentes em EVs exosome enriquecidos. No geral, os EVs exosóicos enriquecidos por GM-CSF dos ESCs podem funcionar como vesículas livres de células para exercer suas atividades imuno-reguladoras.
Os ESCs são derivados do estágio blastocisto de um embrião de pré-implantação1. Como células-tronco pluripotentes, os ESCs têm a capacidade de se auto-renovar e diferenciar-se em qualquer tipo de célula embrionária. Devido ao seu notável potencial de desenvolvimento e capacidade proliferativa a longo prazo, os CES são extremamente valiosos para a pesquisa biomédica1. Os esforços atuais de pesquisa têm se concentrado em grande parte no potencial terapêutico das ESCs para uma variedade de doenças patológicas graves, incluindo diabetes, doenças cardíacas e doenças neurodegenerativas2,3,4.
As células mamíferas, incluindo os ESCs, são conhecidas por liberar vesículas com tamanhos variáveis para o ambiente extracelular, e esses EVs possuem muitas funções fisiológicas e patológicas devido ao seu papel na comunicação intercelular5. Entre diferentes subtipos de EVs, exósmos são pequenas vesículas de membrana liberadas de vários tipos de células para o espaço extracelular após a fusão de compartimentos endocíticos intermediários, corpos multivesiculares (MVBs), com a membrana plasmática6. Exosomos têm sido relatados para mediar a comunicação intercelular e estão criticamente envolvidos em muitos processos (patho)fisiológicos7,8. Exosomos herdam algumas funções biológicas de suas próprias células parentais, porque exosomos contêm materiais biológicos adquiridos a partir do citosol, incluindo proteínas e ácidos nucleicos. Assim, os antígenos ou fatores associados que estimulam a resposta imune específica para uma determinada doença são encapsulados nos exossomos de determinados tipos de células9. Isso abriu caminho para testes clínicos explorando exosóis derivados de tumores como uma vacina anticâncativa10.
GM-CSF é uma citocina secretada por diferentes tipos de células imunes11. Evidências emergentes demonstram que o GM-CSF ativa e regula o sistema imunológico e desempenha um papel essencial no processo de apresentação de antígenos12. Por exemplo, um relatório clínico sugere que o GM-CSF estimula a resposta imune aos tumores como adjuvante da vacina13. Várias estratégias de imunoterapia contra o câncer baseadas em GM-CSF para explorar a potente atividade imuno-estimulante do GM-CSF têm sido investigadas em ensaios clínicos14. Entre elas, uma vacina contra o câncer composta por células tumorais irradiadas de GM-CSF tem mostrado alguma promessa em pacientes com melanoma avançado, induzindo respostas de antitumorais celulares e humorais e necrose subsequente em tumores metástases15.
Como os exosóis derivados de ESCs possuem atividades biológicas semelhantes às ESCs originais, talvez exosósmos portadores de GM-CSF de ESCs possam funcionar como vesículas livres de células para regular a resposta imune. Neste artigo, é descrito um método detalhado para produzir EVs exossome enriquecidos de alta qualidade de ESCs expressando GM-CSF. Esses EVs exosome enriquecidos têm o potencial de servir como vesículas imuno-regulatórias para modular a resposta imune.
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1. Culturing células ES-D3
2. Geração de plasmídeo de expressão GM-CSF
NOTA: Gere a transfecção plasmid pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP para sobreexpressar GM-CSF em células ES-D3. Neste plasmídeo, a expressão de murine GM-CSF cDNA juntamente com a proteína marcador humanizada Renilla reniformis GFP (hrGFP) é impulsionada pelo fator de alongamento da cadeia de polipeptídeo humano 1α (EF1α) promotor17,18.
3. Geração de células ES-D3 superexpressando GM-CSF
NOTA: Transfeito as células ES-D3 com o pEF1α-mGM-MGM-CSF-IRES-hrGFP para sobreexpressar GM-CS. Cotransfecte o pBabe-Neo plasmídeo em células ES-D3 para facilitar a seleção de células transfectadas18,20.
4. Isolamento de vesículas extracelulares enriquecidas por exosome
5. Caracterização de vesículas extracelulares enriquecidas exóssomeas por microscopia eletrônica de transmissão
NOTA: Investigue a composição e a estrutura dos EVs enriquecidos com exosome isolados dos ESCs usando microscopia eletrônica de transmissão (TEM)5.
6. Avaliação de vesículas extracelulares exosome enriquecidas pela análise de manchas ocidentais
7. Determinando concentrações GM-CSF em vesículas extracelulares exosome enriquecidas pela ELISA
NOTA: Avalie as quantidades de GM-CSF em EVs exosome enriquecidos pela ELISA usando um kit para murine GM-CSF, seguindo o protocolo do fabricante com algumas modificações.
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O GM-CSF é superexpresso em ESCs murine.
Para expressar de forma estável GM-CSF em células ES-D3, o cDNA murine GM-CSF foi clonado em um vetor de transfecção para gerar a expressão vetor pEF1α-mGM-CSF-IRES-hrGFP(Figura 1A). O GM-CSF foi superexpresso em células ES-D3 por transfecção, e cerca de 20% das células ES-D3 transitóriamente transfectadas foram GFP-positivos. Clones de células que expressam demais o GM-CSF ou o con...
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Este estudo mostra um método altamente eficiente de produção de EVs enriquecidos com exosomos carregando a proteína imuno-estimulante GM-CSF, que pode ser empregada para estudar os efeitos imuno-modulatórios de EVs enriquecidos com exosomos. Vários estudos sugerem que os exosóis exibem funções imuno-regulatórias e anti-tumores22. Assim, exosóis de ESCs expressando GM-CSF também podem possuir atividades biológicas que regulam a resposta imune. Neste protocolo, o exógeno murine GM-CSF foi expressado...
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Kavitha Yaddanapudi, Chi Li e John W. Eaton apresentaram um pedido de patente dos EUA "Composições que compreendem exosóis embrionários projetados derivados de células-tronco e métodos de uso dela".
Somos gratos ao Sr. Arkadiusz Slusarczyk e à Kentucky Biomedical Research Infrastructure Network (KBRIN, P20GM103436) por adquirir imagens de microscópio eletrônico de transmissão. Este trabalho foi apoiado em parte por subvenções do NIH AA018016-01 (J.W.E.), Commonwealth of Kentucky Research Challenge Trust Fund (J.W.E.), NIH CA106599 e CA175003 (C.L.), NIH CA198249 (K.Y.) e Free to Breathe Research Grant (K.Y.).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Fosfato alcalino, intestino de bezerro | New England Biolabs | M0290S | Plasmídeo de DNA desfosforilante |
| anti-anexina V mAb | Santa Cruz Biotecnologia | clone H-3, sc-74438 | Western blot, RRID: AB_1118989 |
| anti-CD81 mAb | Santa Cruz | Biotecnologia clone B-11, sc-166029 | Western blot, RRID: AB_2275892 |
| anti-citocromo c mAb | Santa Cruz Clone de biotecnologia | A-8, sc-13156 | Western blot, RRID: AB_627385 |
| anti-Flotillin-1 mAb | Santa Cruz | Clone de biotecnologia C-2; sc-74566 | Western blot, RRID: AB_2106563 |
| anti-GAPDH pAb | Rockland | 600-401-A33S | Western blot, RRID: AB_11182910 |
| IgG anti-camundongo, cabra, conjugado com peroxidase | Thermo Fisher | 31430 | Western blot, RRID: AB_228307 |
| anti-Oxphos COX IV-subunidade IV mAb | Thermo Fisher | clone 20E8C12 A21348 | Western blot, RRID:AB_221509 |
| anti-proteína dissulfeto isomerase (PDI) pAb | Enzo | ADI-SPA-890 | Western blot, RRID:AB_10616242 |
| anti-coelho IgG, cabra, conjugado com peroxidase | Thermo Fisher | 31460 | Western blot, RRID:AB_228341 |
| Ensaio BCA (ácido bicinconínico) | Thermo Fisher | 23223 | Determinando as concentrações de proteínas |
| Bis-Tris PAGE Gel, ExpressPlus, 4-20% | Genscript | M42015 | Western blot |
| Carbenicilina, Sal Dissódico Thermo | Fisher | 10177012 | Selecionando colônias de E. coli< / em> |
| Centrífuga, Avanti J-26 XPI | Beckman Coulter | Centrifugação de baixa velocidade | |
| Rotor de centrífuga, JA-10 | Beckman Coulter | 09U1597 | Centrifugação de baixa velocidade |
| Garrafa de centrífuga, Nalgene PPCO | Thermo Fisher | 3120-0500PK | Centrifugação de baixa velocidade |
| Grades de com filme de suporte de carbono | Microscopia Eletrônica Sciences | FF200- | Aquisição de imagens de microscopia eletrônica |
| EcoRI | New England Biolabs | R0101 | Digestão de plasmídeo de DNA |
| Quimioluminescência aprimorada sistema de detecção | Thermo Fisher | 32106 | Western blot |
| FACScalibur citômetro de fluxo | Becton Dickinson | Examinando os níveis de GFP de células ES-D3 | |
| Soro fetal bovino | ATCC | SCRR-30-2020 | Meio para células ES-D3 |
| Filtros de células estéreis Fisherbrand; Tamanho da malha: 40μ m | Thermo Fisher | 22-363-547 | Filtragem de células ES-D3 para classificação FACS Gelatina |
| (0,1%) | Thermo Fisher | ES006B | Cultura de células ES-D3 |
| Kit GM-CSF ELISA Thermo | Fisher | 88733422 | Determinação das concentrações de GM-CSF |
| KnockOut Dulbecco' s Águia Modificada' s Medium | Thermo Fisher | 10-829-018 | Medium para células ES-D3 |
| Fator inibidor de leucemia | Thermo Fisher | ESG1106 | Medium para células ES-D3 |
| L-glutamina | VWR | VWRL0131-0100 | Medium para células ES-D3 |
| Reagente de transfecção Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher | 11668019 | Transfecting ES-D3 cells |
| Leitor de microplacas, PowerWave XS | BioTek | Determinação das concentrações de GM-CSF | |
| MoFlo XDP classificador de células de alta velocidade | Beckman Coulter | Isolando clones de células ES-D3 individuais | |
| NEB 5-alfa E. coli competente | New England Biolabs | C2988J | Gerando plasmídeo de expressão GM-CSF |
| Neomicina Thermo | Fisher | 10-131-035 | Seleção de clones ES-D3 |
| Aminoácidos | não essenciaisMeio Thermo Fisher | SH3023801 | para células ES-D3 |
| Leite em pó desnatado | Thermo Fisher | NC9022655 | Western blot |
| Opti-MEM I Meio sérico reduzido | Thermo Fisher | 31985062 | Transfecção de células ES-D3 |
| Paraformaldeído | Microscopia Eletrônica Ciências | 15710 | Aquisição de imagens de microscopia eletrônica |
| Penicilina/estreptomicina | VWR | sc45000-652 | Meio para células ES-D3 |
| Plasmídeo pEF1a-FD3ER-IRES-hrGFP | Addgene | 37270 | Gerando membranas de PVDF de plasmídeo de expressão GM-CSF |
| Millipore EMD | IPVH00010 | Western blot | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (250) | QIAGEN | 27106 | Gerando plasmídeo de expressão GM-CSF |
| Kit de extração de gel QIAquick (50) | QIAGEN | 28704 | Geração de plasmídeo de expressão GM-CSF |
| Kit de ligação rápida | New England Biolabs | M2200S | Geração de plasmídeo de expressão GM-CSF |
| Microscópio eletrônico de transmissão | Hitachi | HT7700 | Aquisição de imagens de microscopia eletrônica |
| Tripsina | VWR | 45000-660 | Cultura de células ES-D3 |
| Ultracentrífuga, OptimaTM L-100 XP | Beckman Coulter | High centrifugação de velocidade | |
| Rotor de ultracentrífuga, 45Ti | Beckman Coulter | 09U4454 | Centrifugação de alta velocidade |
| Garrafa de policarbonato de ultracentrífuga | Beckman Coulter | 355622 | |
| Solução de coloração de alta velocidade UranyLess | Microscopia Eletrônica Sciences | 22409 | Aquisição de imagens de microscopia eletrônica |
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