Summary
OCT4 bir retrovirüs-aracılı ektopik ifadesi ile insan kaynaklı hücreler pluripotent kök (iPSCs) üretmek için bir yöntem olup, SOX2, KLF4 ve MYC tarif edilmektedir. GFP dayanarak insan iPSC koloniler tespit etmek pratik bir yolu da tartışılmaktadır.
Abstract
İnsan embriyonik kök hücreleri (hESC) pluripotent ve in vitro hastalığı modelleme ve rejeneratif tıp 1 de için paha biçilmez bir hücresel kaynaklarıdır. Daha önce insan somatik hücre dört transkripsiyon faktörlerinin ektopik ifade (Oct4, Sox2, Klf4 ve Myc) tarafından pluripotency yeniden yapılandırılabilir ve uyarılan pluripotent kök hücreler (iPSCs) 2-4 olabildiği gösterilmiştir. HESC gibi, insan iPSCs pluripotent ve otolog hücre için potansiyel bir kaynaktır. Burada GFP içeren retroviral omurgası 4 klonlanmış dört yeniden programlama faktörleri ile insan fibroblast hücreleri yeniden programlamayı protokolü tanımlar. Aşağıdaki protokolü kullanarak, insan ESC kültür koşullarında 3-4 hafta içerisinde insan iPSCs oluşturur. İnsan iPSC koloniler yakından morfolojisi hESC benzeyen ve retroviral transgen susturulması bir sonucu olarak GFP flöresanı kaybı gösterir. iPSC koloniler bir floresan microsco altında mekanik olarak izolepe hESC gibi benzer bir şekilde davranırlar. Bu hücreler, biz çok pluripotency genlerin ve yüzey belirteçleri ifadesi algılar.
Protocol
1. Yeniden programlanması Faktörler ifade Retrovirus tarafından yeniden programlama
- İnsan fibroblastlar fibroblast ortamı (10% Pen / Strep ile DMEM içinde FBS) kültürlenmiştir.
- 6-iyi plaka iyi birine enfeksiyonu bir gün önce, plaka 1x10 5 insan fibroblastları.
- Ölü hücreleri çıkarmak ve taze fibroblast orta 2 ml eklemek için orta aspire. 5 ug / ml 'lik nihai bir konsantrasyon protamin sülfat ekleyin.
- Dikkatli bir enfeksiyon çokluğu (İçişleri Bakanlığı) 5 5 karşılık gelen her GFP-ifade virüs uygun miktarda ekleyin.
- 2 ml fibroblast orta ekleyin, bir gün sonra enfeksiyon, viral süpernatant kaldırmak 2 ml PBS ile üç kez yıkayın.
- Üç gün enfeksiyondan sonra, GFP flöresanı kontrol etmek ve 2 ml fibroblast ortam ile de takviye.
- Bir üzerine fibroblast ortamda dört gün enfeksiyondan sonra, plaka 1x10 ışınlanmış fare embriyonik fibroblast 4 / cm 2 (MEFS) besleyici hücreler10-santimetrelik bir petri tabağına% 0.1 jelatin ile kaplanır. 37 ° C'da gece boyunca inkübe edilir.
- Beş gün enfeksiyondan sonra, 1 ml% 0.05 typsin / EDTA 5 dakika boyunca 37 ° C'de ve 200 g hızında 5 dakika boyunca santrifüj ile enfekte insan fibroblastlar ayırmak. Ortamı aspire ve fibroblast orta 10ml ile tekrar süspansiyon hücreleri. Bir ön-kaplamalı 10 cm-plakası içine hücreleri transfer edin.
- 24 saat sonra, hESC kültür ortamı (% 20 Knock-Out serum yerine, DMEM/F12, 0.1 ml Esansiyel olmayan amino asitler, 4 ng / ml bFGF, Pen / Strep / Glutamat, beta-merceptoethanol) ile orta yerine. Günlük orta değiştirin. ESC gibi koloniler enfeksiyondan sonra günde 20-27 tarafından görünmeye başlayacaktır.
2. IPSCs izolasyonu ve Genişletme
- Bir floresan mikroskop altında, hESC benzer bir morfoloji gösteren bir kolonide GFP floresans olmaması için kontrol edin.
- Bir 10 ul pipet kullanarak, bireysel iPSC koloniler almak ve bir jelatin ve MEF-COA iyi birine koyunted 12-iyi plaka ve hESC orta ile desteklenmiş. Günlük orta değiştirin.
- Pasajlanmasını için, DMEM/F12 1 ml yıkama plakası, daha sonra kollajenaz 0.5 mL, 37 ve 10 dakika boyunca kuluçkaya ° C.
- DMEM/F12 ile iki kez yıkanır hücreleri.
- Taze hESC orta 2 ml ekleyin. Bir hücre hırsızı kullanarak, küçük parçalar halinde koloniler parçalamak ve plakadan kalan hücreler ayırmak.
- Jelatin ve MEF kaplı 6-iyi plaka iyi birine kolonilerin süspanse adet aktarın.
3. Pluripotent Markers immünofloresan Analizi
- PBS ile üç kez yıkanır hücreleri ve oda sıcaklığında 20 dakika için% 4 paraformaldehit ile sabitlemek.
- Yavaşça ile% 0.2 Triton 30 dakika süreyle PBS içinde X-100. PBS ile üç kez hücreleri yıkayıp geçirgenliği
- Iki saat süreyle PBS içinde% 3 BSA ile kuluçkaya hücreleri tarafından spesifik olmayan bağlanma bloke eder.
- 4 'de bir gece primer antikor ile birlikte inkübe hücreleri ° C. <li> PBS ile üç kez yıkanır hücreleri ve ışıktan koruyucu, oda sıcaklığında bir saat boyunca belirli bir sekonder antikor ile hücreleri inkübe edilir.
- 5 dakika boyunca oda sıcaklığında inkübe edildi, son yıkama sırasında PBS ve eklentinin DAPI ile hücreleri, üç kez yıkanır.
- Bir floresan mikroskop ile boyama algılar.
4. Pluripotent Markers için Kantitatif Real-time PCR
- Qiagen Kullanıcı RNeasy kiti kullanılarak, insan fibroblastlarının türetilmiş insan iPSCs toplam RNA izole edin.
- Üst Simge II Reverse Transcriptase kullanarak ilk iplikli cDNA sentez.
- Daha önce rapor primerler kullanılarak pluripotency genleri tespit etmek qPCR gerçekleştirin. 6
5.. Temsilcisi Sonuçlar
- Yeniden programlama sırasında Morfolojik değişim
Biz OCT4, SOX2, KLF4 ve MYC taşıyan retrovirüslerin bir kokteyl ile insan fibroblastları BJ1 ve Detroit 551 enfekteve (Şekil 1) yeniden programlama sırasında morfolojik değişiklikler tespit edebildi. Yirmi bir gün enfeksiyondan sonra, onların hESC benzeri morfolojisi ile küçük iPSC koloniler farkındayız. Ayrıca, GFP floresan iPSCs farkındayız. Böyle EKH ve iPSCs olarak pluripotent kök hücreler, proviral gen 7-9 bastırmak için moleküler makineler ifade. Bizim eşsiz retroviral vektörü retroviral LTR genleri yeniden programlama ile birlikte GFP ifade eder. Böylece sürekli GFP salgılayan hücrelerin proviral gen suskunluğu olmadan transgenlerin ifade etmek için kabul edilir. Pluripotency moleküler ağ elde Sadakatle reprogrammed iPSC koloniler GFP (Şekil 2) 10 olmadığını göstermektedir. - Insan iPSCs ve pluripotency Karakterizasyonu
Biz Tra-1-81, Tra-1-60, SSEA-4, SSEA-3, OCT4 ve NANOG antikorlar (imünohistokimya ile Detroit-551 fibroblastlar türetilen koloniler analiz
Şekil 1.. Retrovirüs-enfekte insan fibroblastları morfolojik değişiklikler. (AD) yeniden programlama faktörleri ile enfekte Detroit-551 fibroblastlardan koloniler Progressive morfolojik değişim. Gün 5 (A), 10 gün (B), Günlük 14 (C), günde 21 (D). Hücreler 21 gün sonra hESC benzeri morfoloji göstermektedir.
Şekil 2. Reprogramming giren hücrelerde Temsilcisi GFP floresan ifade. 4 ifade ile enfekte ve dört hafta boyunca hESC ortamda inkübe edildi. BJ fibroblast (A, B) ve Detroit 551 (C, D) morfolojik benzer göstermektedir. Günlük 21, GFP negatif koloniler iyi niyetli iPSCs 10 temsil eden oluşturmaya başlar. (E, F) uygun reprogramming uğramamış Detroit 551 hücreler dönüştürdü göstermektedir. Faz kontrast görünümü altında (A, C, E) koloniler. (B, D) düzgün GFP susturulması göstermek hücrelerin yeniden programlanması. Transforme koloni (F) parlak GFP.
Şekil 3. Insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerin karakterizasyonu. (A) İnsan 551-iPS-K1 hücre kolonilerinin pluripotent hücreler için ortak işaretleri ifade. DAPI boyama alan başına toplam hücre içeriğini gösterir. Ebeveyn f (B) Kantitatif gerçek OCT4 ifade için zaman-PCR (RT-qPCR), SOX2, KLF4, MYCibroblast, 551-iPS-K1 iPSCs ve H9 insan embriyonik kök hücreleri (hESC). Veri β-aktin housekeeping gen karşı normalize ve ebeveyn fibroblast hücreleri 4 ifadesi seviyesine göre çizildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
IPSCs dört transkripsiyon faktörleri reprograms insan fibroblast Anlatım. Pek çok klinik deneme güvenli iPSCs üretmek için non-entegre olan ya da olmayan genetik yaklaşım kullanılarak insan iPSCs üretmek için yapılmıştır. Şimdiye kadar, bu yöntemler son derece düşük verimlilik göstermek ve tekrarlanabilirlik 11-14 geliştirmek için daha fazla optimizasyon gerektirir. Retro-ya lentiviral yöntemlerle kolayca elde ve viral entegrasyon kaynaklanan sorunları emniyet az bağımlı olan vitro hastalığı modellerinde, insan için iPSCs, uygulamak için kullanılır. Burada anlatılan yöntem yeniden programlanması insan iPSCs etkin türetilmesi için kullanılabilir. Insan iPSCs seçimi öncelikle insan EKH benzer koloni morfolojisi dayanmaktadır. Daha da önemlisi, bizim yöntem pluripotent kök hücreleri 7,15 olarak retroviral uzun terminali tekrarlar (LTR) ve susturma özelliği yararlanır. Bu protokolde kullanılan retroviral vektörü yeniden programlanması bağlantılı GFP geni içerenİç ribozom Giriş Sırası (IRES) ve 5 üzerinden faktörler. GFP tanımı proviral LTR tarafından tahrik edilir. Bu virüs ile enfekte fibroblastlar başlangıçta parlak GFP göstermektedir. Bir kez tam olarak yeniden programlanması, iPSCs bir floresan mikroskop altında kolayca görüntülenmiştir GFP, kaybedersiniz. Bu protokol, biz fetal ve neonatal fibroblastlar (Detroit 551 ve BJ1) gelen iPSCs üretimi nitelendirdi. Bununla birlikte, bu retroviral vektörü normal bir ergin fibroblastlar ile iPSCs gibi Mendel ve karmaşık bozuklukları 4,16,17 olan hastaların çeşitli üretmek için kullanıldı.
Daha önce biz 10 reprogramming insan somatik hücre içinde hücre yüzey belirteçleri değişikliği analiz ettik. Hücre yüzey belirteçleri ilerici bir değişim vardır. Yeniden programlama ifadesi ile ezilir Fibroblastlar ekspres CD13,. Hücreler GFP SSEA4 birlikte ifade etmek yeniden programlama başlangıç geçiren. Sonra, bu expressi kaybederlerproviral silecing ve ekspres ek pluripotency yapımcısı TRA1-60 10 ile GFP ile ilgili. TRA1-60 ekspresyonu iyi TRA1-60 sadakatle yeniden programlanması iPSCs için bir belirteç olduğunu düşündüren, GFP suskunluğu ve iyi gelişmiş teratom oluşumu ile ilişkilidir. GFP susturma TRA1-60 ifade için alternatif belirtecidir ve zahmetli canlı hücre boyama olmadan iPSC kolonilerin tanımlama sağlar. IPSCs için bir belirteç olarak GFP kaybı kullanarak, kolay ve sürekli iPSCs izole olacaktır reprogramming hiçbir önceden deneyim sahibi bilim adamları kök hücre.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Bu eser Charles Hood Vakfı Tıp ve Çocuk Sağlığı Araştırma Ödülü, Yale School of tarafından finanse edildi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMEM/F12 | Invitrogen | 11330057 | 80% |
| Knockout Serum Replacer | Invitrogen | 10828-028 | 20% |
| L-Glutamine (200 mM) | Invitrogen | 25030081 | 2 mM |
| Nonessential Amino Acids (10 mM) | Invitrogen | 11140050 | 0.1 mM |
| β-Mercapt–thanol (14.3 M) or MTG | Invitrogen | M-6250 | 0.1 mM |
| bFGF-2 10 μg/ml | GIBCO, by Life Technologies | GF003AF | 4 ng/ml |
| Penicillin/Streptomycin | EMD Millipore | 15140-122 | 1% |
| DMEM | Invitrogen | 11965118 | 90% |
| FBS | Invitrogen | 10407028 | 10% |
| Penicillin/Streptomycin | EMD Millipore | 15140-122 | 1% |
| Table 1. Culture Medium | |||
| OCT4 | Abcam | Ab19857 | 1:500 |
| SSEA3 | EMD Millipore | MAB4303 | 1:100 |
| SSEA4 | BD Biosciences | BD560218 | 1:100 |
| Tra-1-81 | BD Biosciences | BD560173 | 1:100 |
| Tra-1-60 | BD Biosciences | BD560174 | 1:100 |
| NANOG | Abcam | Ab21624 | 1:500 |
| Alexa-Flur 488 | Invitrogen | A11008 | 1:1000 |
| Alexa-Flur 555 | Invitrogen | A21422 | 1:1000 |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | 1:5000 |
| pMIG-OCT4 | Addgene | 17225 | |
| pMIG-SOX2 | Addgene | 17226 | |
| pMIG-KLF4 | Addgene | 17227 | |
| pMIG-MYC | Addgene | 18119 | |
| Collagenase type IV | Invitrogen | 17104019 | 1mg/ml |
| Gelatin, Porcine | Sigma-Aldrich | G 1890 | 0.1% |
| Triton | Sigma-Aldrich | X100-500ML | 0.2% |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 47608 | 4% |
| BSA | American Bioanalytical | AB01800 | 3% |
| MEF feeder cells | EMD Millipore | PMEF-N | |
| Cell Lifter | Corning | 3008 | |
| Fluorescent microscopy: inverted microscope with GFP filter | |||
| Table 2. Reagents and equipment | |||
References
- Murry, C. E., Keller, G. Differentiation of embryonic stem cells to clinically relevant populations: lessons from embryonic development. Cell. 132, 661-680 (2008).
- Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K., Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell. 131, 861-872 (2007).
- Yu, J., Vodyanik, M. A., Smuga-Otto, K., Antosiewicz-Bourget, J., Frane, J. L., Tian, S., Nie, J., Jonsdottir, G. A., Ruotti, V., Stewart, R. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 318, 1917-1920 (2007).
- Park, I. H., Zhao, R., West, J. A., Yabuuchi, A., Huo, H., Ince, T. A., Lerou, P. H., Lensch, M. W., Daley, G. Q. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature. 451, 141-146 (2008).
- Park, I. H., Lerou, P. H., Zhao, R., Huo, H., Daley, G. Q. Generation of human-induced pluripotent stem cells. Nature Protocols. 3, 1180-1186 (2008).
- Park, I. H., Zhao, R., West, J. A., Yabuuchi, A., Huo, H., Ince, T. A., Lerou, P. H., Lensch, M. W., Daley, G. Q. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature. 451, 141-146 (2008).
- Hotta, A., Ellis, J. Retroviral vector silencing during iPS cell induction: an epigenetic beacon that signals distinct pluripotent states. Journal of Cellular Biochemistry. 105, 940-948 (2008).
- Matsui, T., Leung, D., Miyashita, H., Maksakova, I. A., Miyachi, H., Kimura, H., Tachibana, M., Lorincz, M. C., Shinkai, Y. Proviral silencing in embryonic stem cells requires the histone methyltransferase ESET. Nature. 464, 927-931 (2010).
- Wolf, D., Goff, S. P. Embryonic stem cells use ZFP809 to silence retroviral DNAs. Nature. 458, 1201-1204 (2009).
- Chan, E. M., Ratanasirintrawoot, S., Park, I. H., Manos, P. D., Loh, Y. H., Huo, H., Miller, J. D., Hartung, O., Rho, J., Ince, T. A. Live cell imaging distinguishes bona fide human iPS cells from partially reprogrammed cells. Nat. Biotechnol. 27, 1033-1037 (2009).
- Yu, J., Hu, K., Smuga-Otto, K., Tian, S., Stewart, R., Slukvin,, Thomson, J. A. Human induced pluripotent stem cells free of vector and transgene sequences. Science. 324, 797-801 (2009).
- Kim, D., Kim, C. H., Moon, J. I., Chung, Y. G., Chang, M. Y., Han, B. S., Ko, S., Yang, E., Cha, K. Y., Lanza, R. Generation of human induced pluripotent stem cells by direct delivery of reprogramming proteins. Cell Stem Cell. 4, 472-476 (2009).
- Warren, L., Manos, P. D., Ahfeldt, T., Loh, Y. H., Li, H., Lau, F., Ebina, W., Mandal, P. K., Smith, Z. D., Meissner, A. Highly efficient reprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cells with synthetic modified mRNA. Cell Stem Cell. 7, 618-630 (2010).
- Ban, H., Nishishita, N., Fusaki, N., Tabata, T., Saeki, K., Shikamura, M., Takada, N., Inoue, M., Hasegawa, M., Kawamata, S. Efficient generation of transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs) by temperature-sensitive Sendai virus vectors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 14234-14239 (2011).
- Wolf, D., Goff, S. P. TRIM28 mediates primer binding site-targeted silencing of murine leukemia virus in embryonic cells. Cell. 131, 46-57 (2007).
- Park, I. H., Arora, N., Huo, H., Maherali, N., Ahfeldt, T., Shimamura, A., Lensch, M. W., Cowan, C., Hochedlinger, K., Daley, G. Q. Disease-specific induced pluripotent stem cells. Cell. 134, 877-886 (2008).
- Kim, K. Y., Hysolli, E., Park, I. H. Neuronal maturation defect in induced pluripotent stem cells from patients with Rett syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 14169-14174 (2011).
