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
pt_BR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Saswati Das1,2, Raveen Stephen Stallon Illangeswaran1,2, Smitha Ijee2,3, Sanjay Kumar2,3, Shaji Ramachandran Velayudhan1,2,3, Poonkuzhali Balasubramanian1,2,3
1Department of Clinical Haematology,Christian Medical College, 2Department of Biotechnology,Thiruvalluvar University, 3Centre for Stem Cell Research,Christian Medical College
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
A triagem de interferência de RNA de alto rendimento (RNAi) usando um pool de shRNAs lentiviral pode ser uma ferramenta para detectar alvos letais sintéticos terapeuticamente relevantes em malignidades. Fornecemos uma abordagem de triagem de shRNA agrupada para investigar os efeitos epigenéticos na leucemia mielóide aguda (LMA).
Compreender mecanismos de condutores clinicamente relevantes da quimio-resistência adquirida é crucial para elucidar formas de contornar a resistência e melhorar a sobrevivência em pacientes com leucemia mielóide aguda (LMA). Uma pequena fração de células leucêmicas que sobrevivem à quimioterapia têm um estado epigenético equilibrado para tolerar insultos quimioterápicos. A exposição adicional à quimioterapia permite que essas células persistoras de medicamentos atinjam um estado epigenético fixo, o que leva à alteração da expressão genética, resultando na proliferação dessas populações resistentes a medicamentos e, eventualmente, recaídas ou doenças refratárias. Portanto, identificar modulações epigenéticas que necessitam da sobrevivência de células leucêmicas resistentes a medicamentos é fundamental. Detalhamos um protocolo para identificar moduladores epigenéticos que mediam a resistência à cytarabina analógica nucleosídea (AraC) usando a triagem da biblioteca shRNA agrupada em uma linha celular AML resistente à cytarabina adquirida. A biblioteca consiste em 5.485 construções de shRNA visando 407 fatores epigenéticos humanos, o que permite a triagem de fatores epigenéticos de alto rendimento.
As opções terapêuticas na leucemia mielóide aguda (LMA) permaneceram inalteradas por quase cinco décadas, com a cytarabina (AraC) e as anthracycraclines como a pedra angular para o tratamento da doença. Um dos desafios para o sucesso da terapia LMA é a resistência das células-tronco leucêmicas à quimioterapia, levando à recaída da doença 1,2. A regulação epigenética desempenha um papel vital na patogênese do câncer e na resistência a medicamentos, e vários fatores epigenéticos surgiram como alvos terapêuticos promissores 3,4,5. Os mecanismos regulatórios epigenéticos afetam a proliferação e a sobrevivência sob exposição contínua a drogas quimioterápicas. Estudos em malignidades não hematológicas relataram que uma pequena fração de células que superam o efeito da droga sofrem várias modificações epigenéticas, resultando na sobrevivência dessas células 6,7. No entanto, o papel dos fatores epigenéticos na mediação da resistência adquirida à cytarabina na LMA não foi explorado.
A triagem de alto rendimento é uma abordagem para a descoberta de drogas que ganhou importância global ao longo do tempo e tornou-se um método padrão em diferentes aspectos para identificar potenciais alvos em mecanismos celulares, para perfilamento de caminhos e no nível molecular 8,9. O conceito de letalidade sintética envolve a interação entre dois genes onde a perturbação de qualquer gene sozinho é viável, mas de ambos os genes simultaneamente resulta na perda de viabilidade10. Explorar a letalidade sintética no tratamento do câncer pode ajudar a identificar e caracterizar mecanicamente interações genéticas letais sintéticasrobustas 11. Adotamos uma abordagem combinatória de triagem de shRNA de alto rendimento com letalidade sintética para identificar os fatores epigenéticos responsáveis pela aquisição da resistência à cytarabina na LMA.
Leucemias agudas impulsionadas pela translocação cromossômica do gene de leucemia de linhagem mista (MLL ou KMT2A) são conhecidas por estarem associadas à má sobrevivência em pacientes. Os produtos quiméricos resultantes dos rearranjos genéticos de MLL , ou seja, proteínas de fusão de MLL (MLL-FPs), podem transformar células hematopoiéticas de tronco/progenitor (HSPCs) em explosões leucêmicas com o envolvimento de múltiplos fatores epigenéticos. Esses reguladores epigenéticos constituem uma rede complicada que dita a manutenção do programa de leucemia e, portanto, poderia formar potenciais alvos terapêuticos. Neste contexto, utilizamos a linha celular MV4-11 (abrigando o gene de fusão MLL-AF4 com a mutação FLT3-ITD; denominada como MV4-11 P) para desenvolver a linha celular resistente à cytarabina adquirida, denominada MV4-11 AraC R. A linha celular foi exposta ao aumento de doses de cytarabina com recuperação intermitente do tratamento medicamentoso, conhecido como feriado medicamentoso. A concentração inibitória semi-máxima (IC50) foi avaliada pelo ensaio de citoxicidade in vitro .
Utilizamos a biblioteca de shRNA epigenética agrupada (ver Tabela de Materiais) impulsionada pelo promotor hEF1a com uma espinha dorsal lentiviral pZIP. Esta biblioteca compreende shRNAs visando 407 fatores epigenéticos. Cada fator tem 5-24 shRNAs, com um total de 5.485 shRNAs, incluindo cinco shRNAs de controle não direcionados. O andaime miR-30 modificado "UltrmiR" foi otimizado para biogênese e expressão primária eficiente12,13.
O esboço deste experimento é ilustrado na Figura 1A. O protocolo atual concentra-se na triagem RNAi usando a biblioteca de fator epigenético shRNA na linha de células R MV4-11 (Figura 1B), uma linha celular de suspensão. Este protocolo pode ser usado para selecionar qualquer biblioteca direcionada em qualquer linha celular resistente a medicamentos de sua escolha. Deve-se notar que o protocolo de transdução será diferente para as células aderentes.
Siga as diretrizes do Comitê de Biossegurança Institucional (IBSC) e use a facilidade adequada para lidar com lentivírus (BSL-2). O pessoal deve ser devidamente treinado no manuseio e eliminação do lentivírus. Este protocolo segue as diretrizes de biossegurança da Christian Medical College, Vellore.
1. Seleção do promotor mais potente para obter expressão persistente e prolongada dos shRNAs
NOTA: É essencial realizar um experimento de transdução usando vetores lentivirais com diferentes promotores que expressam proteínas de fluorescência para identificar o promotor que fornece uma expressão estável e de longo prazo de shRNAs na linha celular selecionada para o experimento. Os promotores mais utilizados para este fim são os promotores hEF1α (fator de alongamento humano 1α), hCMV (citomegalovírus humano) e promotores de SSFV (vírus formador de foco de baço) que expressam proteína de fluorescência verde (GFP) (Figura 2A).
2. Preparação de biblioteca de fator epigenético humano lentiviral agrupado
3. Estimativa da eficiência de transdução de lentivírus
4. Transdução da biblioteca de shRNA epigenética agrupada na linha celular resistente a medicamentos
5. Enriquecimento de células positivas de GFP
NOTA: Expanda as células transduzidas, culminando-as a uma densidade de 0,5 x 106 células/mL por 5-7 dias. Essas células são uma população mista de transduzidas e não traduzidas, selecionadas com base na GFP por classificação, como mencionado na etapa seguinte.
6. Triagem de abandono para identificar fatores epigenéticos que mediam a resistência a medicamentos
7. Amplificação dos shRNAs integrados por PCR
8. Sequenciamento e análise de dados de última geração
O fluxo de trabalho de triagem geral é retratado na Figura 1A. A citotoxicidade in vitro do MV4-11 AraC R (48 h) revelou o IC50 para a citarabina no MV4-11 AraC R a ser maior que o MV4-11 P (Figura 1B). Esta linha celular foi utilizada no estudo como modelo para triagem dos fatores epigenéticos responsáveis pela resistência à cytarabina.
A Figura 2A mostra os mapas vetoriais pZIP linearizados com três promotores diferentes: hEF1α (fator de alongamento humano 1α), hCMV (citomegalovírus humano) e SSFV (vírus formador de foco de baço), com o shRNA mexido dentro da sequência UltramiR. A Figura 2B ilustra o mapa vetorial pZIP usado no experimento da biblioteca e o shRNA visando o fator epigenético com Zsgreen e puromicina como o marcador selecionável impulsionado pelo promotor hEF1a. Esses vetores foram utilizados na seleção do experimento de promotor mais potente.
A seleção do promotor mais potente para obter uma expressão consistente e prolongada nas células-alvo é ilustrada na Figura 3. A quantificação do GFP medido pelo MFI mostrou mais de 90% de eficiência de transdução no final de 72 h em MV4-11 AraC R para os três promotores. O histograma para expressão GFP mostra uma população heterogênea para o HCMV, mas homogênea no caso de hEF1a e SFFV no dia 3 da transdução (Figura 3A). O gráfico da barra mostra a expressão GFP impulsionada por três promotores diferentes (hEF1α, hCMV e SFFV) no dia 3 da transdução em MV4-11 AraC R (Figura 3B). O GFP orientado pelo SFFV apresentou redução da FIM no quinto dia de transdução (Figura 3C). Não foi observada diminuição da IFA no pós-classificação da linha parental MV4-11 transduzida por HEF1a. Assim, o promotor hEF1a foi identificado como promotor adequado para a linha celular (Figura 3D).
A Figura 4A ilustra a eficiência de transfecção dos plasmídeos de biblioteca shRNA agrupados em células 293T após 48 h de transfecção. A expressão GFP era brilhante, indicando boa eficiência de transfecção. Após a coleta de vírus, a eficiência de transdução do vírus agrupado preparado foi verificada em células 293T em três concentrações diferentes (2 μL, 4 μL e 8 μL). Observamos que mesmo o vírus 2 μL resultou na mesma eficiência do vírus de 8 μL, confirmando assim o alto título viral (Figura 4B).
A Figura 5 ilustra a transdução da biblioteca agrupada na linha celular MV4-11 AraC R e a determinação do titer lentiviral. O lentivírus da biblioteca shRNA agrupado foi diluído 100x e, em seguida, adicionado à linha de células MV4-11 AraC R em diferentes volumes (1 μL, 1,5 μL, 2 μL e 2,5 μL). A eficiência foi verificada no final das 72 h. A eficiência da transdução foi de 30% para 2-2,5 μL do vírus, confirmando uma integração shRNA por célula (Figura 5A). A transdução com 2,5μl de vírus de biblioteca agrupada em células R 1,1 x 107 MV4-11 resultou em 30% de eficiência de transdução. Foram classificadas células GFP positivos, representando a biblioteca shRNA agrupada (Figura 5B).
Após a transdução de lentivírus epigenético shRNA agrupado na linha celular MV4-11 AraC R, as células GFP positivos foram classificadas no dia 5 ou dia 7 (Figura 6). Estas células classificadas foram submetidas à exposição prolongada à citarabina por 9 dias. A viabilidade foi verificada no 9º dia, e as células foram coletadas para DNA. (Figura 6A). O gráfico da barra mostra a redução da taxa de proliferação das células transduzidas na presença de citarabina (Figura 6B).
O DNA extraído das amostras foi submetido a duas rodadas de PCR, e o produto final elucido em gel representou os shRNAs enriquecidos quantificados por NGS. A Figura 7A mostra as regiões de ligação do primer usado na 1ª e 2ª rodada do PCR, onde os primers da 1ª rodada se ligam às regiões de flanqueamento do shRNA integrado, e o primer 2º dianteiro se liga à sequência de loop. O primer reverso se liga a uma região do vetor amplificado na 1ª rodada do PCR. A Figura 7B e a Figura 7C ilustram o tamanho da banda do produto PCR no final de 1º (397 bp) e a 2ª rodada pcr (399 bp), que foi eluida, purificada e submetida à análise de NGS.
Após submeter o DNA a um procedimento padrão de controle de qualidade, as amostras foram processadas para análise de NGS. Usamos o CRISPRCloud2, uma plataforma de análise baseada em nuvem para identificar shRNAs enriquecidos e esgotados na triagem de shRNA agrupada. A Figura 8 ilustra a representação de shRNAs enriquecidos ou esgotados visando fatores epigenéticos que poderiam mediar a resistência à cytarabina na LMA.

Figura 1: Contorno e modelo do estudo. (A) Ilustração da visão geral do fluxo de trabalho. (B) Células parentais e resistentes a AraC tratadas com concentrações crescentes de cytarabina (0,1 μM a 1000 μM) e avaliadas viabilidade pelo ensaio MTT. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Ilustração dos vetores linearizados. (A) Os três mapas vetoriais com três promotores diferentes, hEF1α (fator de alongamento humano 1α), hCMV (citomegalovírus humano) e SSFV (vírus formador de foco de baço), com o shRNA mexido dentro da sequência UltramiR. (B) Ilustração do mapa vetorial utilizado no experimento da biblioteca com o promotor hEF1α e o shRNA visando o fator epigenético com Zsgreen e puromicina como marcador selecionável. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Seleção do promotor mais potente para obter expressão persistente e prolongada dos shRNAs. (A) Parcelas de fluxo representativas para GFP quantificadas por citometria de fluxo no final de 72 h para os promotores hEF1a, hCMV e SFFV. hCMV mostra um pico heterogêneo, enquanto hEF1a e SFFV mostram um único pico homogêneo. (B) Eficiência do promotor na linha de células AraC R MV4-11. (C) O GFP orientado pelo SFFV mostra o silenciamento do GFP na cultura prolongada. (D) células GFP orientadas por hEF1a mostram a classificação sustentada da postura das células. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Verificar a eficiência do shRNA lentivírus de piscina preparado. (A) Imagens de microscopia de fluorescência mostram a eficiência de transfecção da biblioteca shRNA agrupada transfeccionada em 293T no final de 48 h usando a ampliação de 10x. (B) A eficiência de transdução do vírus agrupado foi avaliada em células 293T com volumes de vírus variados (2μL, 4μL e 8μL) utilizando ampliação de 10x. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Transdução de biblioteca agrupada na linha celular alvo e determinação da linha celular lentiviral( A) MV4-11 AraC R transduzida com volumes variados de vírus (1μL, 1,5μL, 2μL e 2,5μL). A eficiência foi verificada no final de 72 h. (B) Transdução do vírus da biblioteca agrupada em 1 x 107 MV4-11 Células AraC R para alcançar 30% de eficiência de transdução, em seguida, classificação de células GFP positivos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Rastreamento de abandono para identificar fatores epigenéticos que mediam a resistência medicamentosa. (A) Ilustração esquemática do tratamento medicamentoso para o enriquecimento de células resistentes. As células infectadas pela biblioteca foram submetidas à exposição prolongada à cytarabina por 9 dias, seguidas pela verificação da viabilidade e coleta das células para extração de DNA. (B) Redução da viabilidade à exposição prolongada da cytarabina em linhas celulares resistentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Preparação dos amplicons representando o shRNA integrado. (A) As regiões de ligação do primer utilizadas na 1ª e 2ª rodada do PCR, onde os primers da 1ª rodada se ligam às regiões de flanqueamento do shRNA integrado e o segundo primer dianteiro se liga à sequência de loop. O inverso se liga a uma região da região vetorial amplificada no 1º PCR. (B) Ilustração do tamanho da banda do produto PCR no final da 1ª rodada pcr (397 bp). (C) O produto PCR da 2ª rodada (399bp) foi elucido, purificado e dado para NGS. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: Resultados de triagem na linha celular AML (linha celular Ara-C R MV-4-11). Após submeter o DNA a um procedimento padrão de controle de qualidade, as amostras foram processadas para análise de NGS. Usamos o CRISPRCloud2, uma plataforma de análise baseada em nuvem, para identificar shRNAs enriquecidos e esgotados na triagem de shRNA agrupada. A figura representa shRNAs enriquecidos ou esgotados visando fatores epigenéticos que poderiam mediar a resistência à cytarabina na LMA. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Tabela 1: Preparação da Mistura de Plasmid transfecção (Cálculo para placa de 10cm) Clique aqui para baixar esta Tabela.
Tabela 2: Mistura de reação PCR para1ª Rodada do PCR Clique aqui para baixar esta Tabela.
Tabela 3: Cálculos para purificação dos produtos do 1º do PCR Clique aqui para baixar esta Tabela.
Tabela 4: Mistura de reação PCR para 2ª Rodada do PCR Clique aqui para baixar esta Tabela.
Os autores não têm conflitos de interesse e nada a revelar.
A triagem de interferência de RNA de alto rendimento (RNAi) usando um pool de shRNAs lentiviral pode ser uma ferramenta para detectar alvos letais sintéticos terapeuticamente relevantes em malignidades. Fornecemos uma abordagem de triagem de shRNA agrupada para investigar os efeitos epigenéticos na leucemia mielóide aguda (LMA).
Este estudo é financiado em parte por uma bolsa do Departamento de Biotecnologia BT/PR8742/AGR/36/773/2013 à SRV; e Departamento de Biotecnologia Índia BT/COE/34/SP13432/2015 e Departamento de Ciência e Tecnologia, Índia: O EMR/2017/003880 para P.B. RVS e P.B. são apoiados pela Wellcome DBT India Alliance IA/S/17/1/503118 e IA/S/15/1/501842, respectivamente. A S.D. é apoiada pela bolsa CSIR-UGC, e a S.I. é apoiada por uma bolsa de pesquisa sênior do ICMR. Agradecemos a Abhirup Bagchi, Sandya Rani e a equipe do CSCR Flow Cytometry Core Facility por sua ajuda. Agradecemos também à MedGenome Inc. por ajudar com o sequenciamento de alto rendimento e análise de dados.
| Reagents | |||
| 100 bp Ladder Hyper Ladder | BIOLINE | BIO-33025 | |
| 1kb Ladder Hyper Ladder | BIOLINE | BIO-33056 | |
| Agarose | Lonza Seachekm | 50004 | |
| Betaine (5mM) | Sigma | B03001VL | |
| Boric Acid | Qualigens | 12005 | |
| Plasticware | Corning | da cultura celular como o cloridratoappicable | |
| citosina β-D-arabinofuranoside | Sigma | C1768-500MG | |
| DMEM | MP BIO | ||
| DMSO | Wak Chemie GMBH | Cryosure DMSO 10ml | |
| EDTA | Sigma | E5134 | |
| Brometo de | EtídioSigma | E1510-10 mL | |
| Soro Fetal Bovino | Thermo Fisher Scientific | 16000044 | |
| Kit de Purificação em Gel/PCR | MACHEREY-NAGEL | REF 740609.50 | |
| Gibco- RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 23400021 | |
| Ácido Acético Glacial | Thermo | Q11007 | |
| hCMV GFP Plasmídeo | Transômica TransOmics | Seleção do promotor KIT | |
| hEF1a GFPlasmid | Transomics | TransOmics Seleção do promotor KIT | |
| HEK 293T | ATCC | CRL-11268 | |
| Linha celular HL60 | ATCC | CCL-240 | |
| KOD Hot Start Polimerase | Merck | 71086 | |
| Linha celular Molm13 | Ellen Weisberg Lab, Dana Farber Cancer Institute, Boston, MA, EUA | Dana Farber Cancer Institute, Boston, MA, EUA | |
| Linha celular MV4-11 | ATCC | CRL-9591 | |
| Penicilina estreptomicina | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| psPAX2 e pMD2.G | Addgene Addgene | plasmídeo no.12260 & Plasmídeo Addgene no. 12259 | |
| Qubit dsDNA HS Kit de Ensaio | Invitrogen | REF Q32854 | |
| SFFV GFP Plasmídeo | Transomics | TransOmics Seleção do promotor KIT | |
| shERWOOD-UltrmiR shRNA Library da Transomics | Transomics | Cat No. TLH UD7409; Nº do lote: A116. V 132.14 | |
| Trans-IT-LTI Mirus | Mirus | Mirus Número do catálogo: MIR2300 | |
| Tris | MP Biomedicals | 0219485591 | |
| Trypan Blue | Tubos de centrífuga UltraSigma-Aldrich | T8154-100ML | |
| Beckman Coulter | 103319 | ||
| Equipamentos | |||
| 5% CO2 incubadora | Thermo Fisher | ||
| BD Aria III classificador de células | Becton Dickinson | ||
| Beckman Coulter Optima L-100K- Ultracentrifugação | Beckman coulter | ||
| Centrifuge | Thermo Multiguge 3SR+ | ||
| Sistema de imagem ChemiDoc( Sistema Fluro Chem M) | Fluro Chem | ||
| Leica AF600 | Leica | ||
| Light Microscópio | Zeiss Axiovert 40c | ||
| Nanodrop | Thermo Scientific | ||
| Qubit 3.0 Fluorômetro | Invitrogen | ||
| Termociclador | BioRad |