Мышиные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) являются плюрипотентными, оставаясь недифференцированными и самообновляющимися в присутствии ингибиторного фактора цитокинового лейкоза (LIF)1. При выводе LIF они спонтанно дифференцируются в трехмерные (3D) структуры, называемые эмбриоидными тельцами (БЭ)2. 3D-архитектура позволяет развивать три зародышевых слоя: эктодерму, энтодерму и мезодерму, которые затем дают начало зрелым тканям3 типа. ЭСК являются исключительной моделью для выяснения молекулярных механизмов клеточной дифференцировки, в частности, для исследования развития ранних гемопоэтических клеток-предшественников (ГПК)4.
Экспрессией генов в ЭСК можно манипулировать с помощью нескольких методов, которые позволяют определить роль отдельных молекул в развитии. Одним из наиболее распространенных методов является использование гомологичной рекомбинации для получения линий ESC, в которых отсутствует ген, представляющий интерес5,6. Существует также ряд методов, которые использовались для сверхэкспрессии генов. Первым методом, использованным для модификации экспрессии генов в ЭСК, было инфицирование их рекомбинантными ретровирусами7,8. Однако интересующий ген часто замалчивается, поскольку ЭСК дифференцируются на прогениторные и зрелые типы клеток. Использование лентивирусов оказалось успешным в ограничении сайленсинга вирусно экспрессируемых генов9. Другие вирусные векторы, используемые для сверхэкспрессии, включают аденовирус и аденоассоциированный вирус10. Кроме того, для экспрессии трансгена ESC широко используются стандартные методы трансфекции для стабильного введения экспрессии плазмид11. Одна из трудностей с этими системами заключается в том, что часто экспрессия конкретного гена имеет различные эффекты в зависимости от его временной экспрессии. Например, белок Smad1 по-разному влияет на развитие кроветворных клеток на разных стадиях развития БЭ12,13.
Эту проблему можно обойти, создав ESC, которые индуцируемо экспрессируют интересующий ген. Наиболее распространенной системой индуцируемой экспрессии трансгенов в ЭСК является оперон резистентности к тетрациклинам из E. coli (Escherichia coli). Было разработано несколько различных тетрациклиновых систем. Одна из наиболее популярных стратегий была разработана Кибой и коллегами14. Они создали линию ESC (Ainv15), в которой ген обратного тетрациклинового трансактиватора вставлен в конститутивно активный локус ROSA26. В локус HPRT (гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы) на Х-хромосоме вводили элемент тетрациклинового ответа (TRE), расположенный ниже по потоку сайт LoxP (локус X-over P1 от бактериофага P1) и непромотерную неомициновую кассету. Используя рекомбинационный подход CRE, ген, представляющий интерес, вместе с эукариотическим промотором, стимулирующим экспрессию гена устойчивости к неомицину, может быть вставлен в сайт LoxP. Правильно нацеленные ЭСК выделяются с помощью выбора G418. Эти целевые клоны затем должны быть проверены на индуцируемую доксициклином (или тетрациклином) экспрессию трансгена. Этот подход позволил успешно генерировать линии ESC, которые индуцируемо экспрессируют HoxB4, Stat5, SCL и Smad714-17. Тем не менее, создание этих индуцируемых клеточных линий занимает много времени. Здесь описан метод дезагрегации эмбриоидных телец (БЭ), полученных из ЭСК, на одиночные клеточные суспензии, ретровирусного инфицирования клеточных суспензий в разные дни развития, а затем реформирования БЭ путем подвешивания капель. Дифференцировка на последующих этапах позже оценивается с помощью проточной цитометрии. В данной статье показан пример того, как экспрессия микроРНК в клетках, полученных из БЭ, влияет на гемопоэтическую дифференцировку. Этот метод полезен для изучения роли генов после получения определенной ткани зародышевого слоя.