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Biology

에피 솜과 HDAC 억제제를 사용하여 혈액에서 효율적인 유도 만능 줄기 세포 생성

doi: 10.3791/52009 Published: October 28, 2014

Abstract

이 원고는 효율적으로 에피 솜 플라스미드와 히스톤 탈 아세틸 화 효소 (HDAC) 억제제를 사용하여 말초 혈액에서 통합이없는 인간 유도 만능 줄기 세포 (iPSCs)를 생성하기위한 프로토콜을 보여줍니다. 이 방법의 장점은 : (1) 원료로서 말초 혈액의 최소량의 사용; (2) 프로그램을 다시 벡터를 nonintegrating; (3) 자유 iPSCs 벡터를 생성하는 비용 효과적인 방법; (4) 단일 트랜; (5) 작은 분자의 사용은 후생 유전 학적 리 프로그래밍을 용이하게한다. 리 프로그래밍 현저 의무가 높은 증식 적혈구 전구 세포 집단을 수득 요약하면, 말초 혈 단핵 세포 (PBMC)는 루틴 채혈 샘플로부터 분리되어 정의 된 증식 인자에서 배양 하였다. Nonintegrating, OCT4, SOX2, KLF4, MYCL, LIN28A 및 p53의 짧은 머리 핀의 자형 (SH) RNA를 발현하는 nontransmissible 에피 솜 플라스미드는 introdu 있습니다하나의 nucleofection를 통해 도출 된 적혈구 모세포에 세드릭. 녹색 형광 단백질을 강화 표현한다 에피 솜 (eGFP는) cotransfection 된 세포는 형질 전환 된 세포를 쉽게 식별 할 수 있습니다. 엡스타인 - 바르 핵 항원 1 (EBNA1)를 별도의 발현 플라스미드의 복제 - 결함은 에피 솜 단백질의 발현 증가에 대한 반응 혼합물에 첨가된다. 형질 감염된 세포는 계속 재 프로그래밍에 대한 조사 마우스 배아 섬유 아세포 (iMEFs) 층에 도금되어있다. 즉시 IPSC 같은 식민지 nucleofection 후 약 십이일에 나타나는대로, HDAC 억제제는 후생 유전 학적 리모델링을 용이하게하기 위해 중간에 추가됩니다. 우리는 HDAC 억제제를 포함 정기적으로 2 배 완전히 재 프로그래밍 IPSC 식민지의 생성을 증가 시킨다는 것을 발견했다. IPSC 식민지 일반적인 인간 배아 줄기 세포 (hESC의) 형태를 전시되면, 그들은 부드럽게 지속적인 성장과 확장을위한 개별 IMEF 코팅 조직 배양 플레이트로 전송됩니다.

Introduction

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iPSCs는 만능 유전자의 최소한의 자궁외 표현을 통해 체세포 조직에서 파생됩니다. 이 기술은 처음에 매우 만능 상태 1로 표현된다 OCT4, SOX2, KLF4,cMYC 인간 섬유 아세포의 레트로 바이러스 전달에 의해 입증되었다. 이러한 일시적 발현 "리 프로그래밍 인자"는 인간 배아 줄기 세포 (2) 표적 세포의 후성 프리 및 유전자 발현 프로파일이 유사한 변경. 생성 한 후에, iPSCs는 잠재적으로 추가 조사에 대한 조직 형으로 구분 될 수있다. 따라서, 그들은 재생 의학, 질병 모델링, 유전자 치료의 용도로 약속을 누르고 있습니다. 그러나, 바이러스 통합과 함께 게놈을 방해하는 내인성 유전자 발현, 영향 세포 표현형을 변화시킬 가능성이 있고, 궁극적으로 과학적 결과를 편향. 또한, 임의의 바이러스 통합은 해로운 세포 전자로 이어질 수악성화 3 발암 유전자 (4)의 재 발현의 가능성을 포함 ffects. 미래의 임상 적용은 비 통합 IPSC 생성을 필요로 할 것이다.

여분의 염색체 원형 DNA 분자이다 에피 좀은 비용 효율적인 통합없는 iPSCs 5를 생성하기위한 전략을 제공한다. 표 1에 나타내는 에피 솜 벡터의 조합은 리 프로그래밍이 OCT4, SOX2, KLF4, MYCLLIN28A 인자 표현한다. pCXLE_hOCT3 / 4 shp53-F 플라스미드는 세포 재 프로그래밍 (6)을 향상시키기 위해 TP53의 일시적인 억제를위한 p53의 shRNA를 포함되어 있습니다. 복제 - 결핍 pCXWB EBNA1 벡터가 EBNA1 발현 7 일시적인 증가를 제공함으로써 리 프로그래밍 인자의 증폭과 증가 된 리 프로그래밍 효율을 촉진한다. pCXLE_EGFP 플라스미드 dete의 목적 nucleofection 혼합물에 첨가 될 수있다셀 정렬 응용 프로그램에 대한 형질 전환 효율 또는 rmining. P는 CXWB-EBNA1을 제외하고,이 프로토콜에서 사용하는 에피 솜 플라스미드는 숙주 세포 (8)의 분할 중에 복제 및 에피 솜의 파티션을 매개 바이러스 복제 및 EBNA1 유전자의 엡스타인 바 바이러스 원점을 함유한다. 에피 솜은 자발적으로 연속 IPSC 확장 7 손실됩니다. 서브 클로닝 및 eGFP는 표현의 손실을 추측 할 수있다 에피 솜 벡터 손실과 iPSCs의 특성은 미래의 임상 응용 프로그램에 완전히 통합 무료 iPSCs로 이어질 수 있습니다.

IPSC 생성의 과정에 고유 혈통 특정 유전자의 억제 및 분화능 관련 유전자의 활성화입니다. 유전자 발현의 규제 대상으로 전사 인자를 허용하는 DNA 및 염색질 변형을 규제 DNA 요​​소, 및 RNA 폴리머 라제 이용과 같은 핵 내부의 여러 레벨에서 일어난다유전자. 글로벌 염색질 수정을 통해 후성 유전 적 풍경의 리모델링을 다시 표현하는 핵심 요소 다 능성 유전 적 프로그램입니다. 유전자 발현의 조절에 중요​​한 특정 염색질 변형 히스톤-DNA 코일 장력의 감소를 통해 유전자를 타겟팅 액세스를 허용하는 특정 리신 잔기에서 히스톤의 아세틸 화이다. HDAC 억제제 인해 아세틸 상태 (11)를 지원하는 것으로, IPSC 리 프로그래밍 및 hESC의자가 재생 (self-renewal) 9,10 향상하는 것으로 나타났다 작은 분자이다. 통합 렌티 12을 사용 전에 공보에서 적응 후술 프로토콜은 말초 혈액 이용한 에피 솜 및 HDAC 억제제에서 최적화 IPSC 생성을위한 단계적인 방법을 제공한다. 여기에 사용되는 HDAC 억제제의 농도는 도자기에 의해 설명 된의 절반, 등. 9, 일상적으로 표준을 통해 완벽하게 재 프로그램 IPSC 식민지에서 2 배 증가 주도HDAC 억제제없이 에피 솜 재 프로그래밍 프로토콜. 재 프로그래밍의 수준은 우리가 렌티 바이러스 방법과 관찰 효율성과 비슷한 수준이다. 이 프로토콜을 사용하여, 우리는 효율적으로 나이 팔십칠년만큼 오래된 개인에서 IPSC를 생성 한.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ficoll-Paque PLUS Fisher Scientific 45-001-750 Store at 4 °C. Warm to room temperature before use.
DPBS Life Technologies 14190-250 Store at 4 °C.
RPMI 1640 Life Technologies 11875-093 Store at 4 °C.
fetal bovine serum (FBS) Life Technologies 10437028 Store at -20 °C until needed. Thaw, aliquot, store at 4 °C.
dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich 154938 Store at room temperature.
QBSF-60 serum-free medium Fisher Scientific 50-983-234 Store at 4 °C.
penicillin/streptomycin Life Technologies 15140122 Store at 4 °C.
Cell Line Nucleofector Kit V Lonza VCA-1003 Store at 4 °C.
2% gelatin solution Sigma-Aldrich G1393 Store at 4 °C, liquify in 37 °C water bath before use.
Hank's Balanced Saline Solution (HBSS) Life Technologies 14175-103 Store at 4 °C.
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) Life Technologies 11965-092 Store at 4 °C.
Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) Life Technologies 12440-061 Store at 4 °C.
L-glutamine, 200 mM Life Technologies 25030-081 Aliquot, freeze at -20 °C.
non-essential amino acids (NEAA), 100X Life Technologies 11140-050 Store at 4 °C, away from light.
DMEM/Ham's F12, 1:1 Fisher Scientific SH30023.02 Store at 4 °C.
KnockOut Serum Replacement Life Technologies 10828-028 Aliquot, freeze at -20 °C.
sodium pyruvate, 100 mM Life Technologies 11360-070 Store at 4 °C.
sodium bicarbonate, 7.5% Life Technologies 25080094 Store at 4 °C.
basic fibroblast growth factor (bFGF) Life Technologies PHG0263 Make 10 mg/ml stock in DPBS, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
sodium butyrate  Sigma-Aldrich B5887-1G Make 2000x stock (400 mM) in DPBS, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
hES Cell Cloning & Recovery Supplement Stemgent 01-0014-500 Store at -20 °C until needed. Once thawed, store at 4 °C.
ESC-qualified BD matrigel BD Biosciences 35-4277 Thaw overnight on ice at 4 °C, aliquot into pre-chilled tubes using pre-chilled pipette tips. Store at -20 °C until needed. Thaw at 4 °C, use immediately.
StemSpan SFEM  STEMCELL Technologies 9650 Aliquot, freeze at -20 °C.
ascorbic acid, powdered Sigma-Aldrich A4403-100MG Make 5 mg/ml stock in DPBS, sterile filter, store at 4 °C.
recombinant human stem cell factor (SCF) R & D Systems 255-SC-010 Make 100 μg/m stock in SFEM, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
recombinant human interleukin 3 (IL-3) R & D Systems 203-IL-010 Make 100 μg/ml stock in SFEM, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
erythropoietin (EPO) R & D Systems 287-TC-500 Make 1000 U/ml stock in SFEM, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
recombinant human insulin-like growth factor 1 (IGF-1) R & D Systems 291-G1-200 Make 100 μg/ml stock in SFEM, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
β-mercaptoethanol Sigma-Aldrich M7522 Make 1000x stock (100 mM) in DPBS.
dexamethasone Sigma-Aldrich D4902-25MG Make 50x stock (50 μM) in DPBS, sterile filter, store at 4 °C.
SAHA (vorinostat) Cayman Chemical 149647-78-9 Make 2,000x stock (400 mM) in DPBS, aliquot, freeze at -20 °C. Once thawed, store at 4 °C.
12 well tissue culture plate Fisher Scientific 08-772-29
15 ml conical tube Sarstedt 62553002
1.5 ml Eppendorf tube Fisher Scientific 05-408-129
6 well tissue culture plate Fisher Scientific 08-772-1B
35 mm tisue culture plates BD Biosciences 353001
10 ml disposable serological pipettes Fisher Scientific 13-675-20
5 ml disposable serological pipettes Fisher Scientific 13-675-22
2 ml disposable serological pipettes Fisher Scientific 13-675-17
20 μl pipette tips, barrier tips Genessee 24-404
glass Pasteur pipettes Fisher Scientific 13-678-20D
pipette aid Fisher Scientific 13-681-15
pCXLE-hOCT3/4-shp53-F Addgene 27077
pCXLE-hSK Addgene 27078
pCXLE-hUL Addgene 27080
pCXLE-EGFP Addgene 27082
pCXWB-EBNA1 Addgene 37624

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References

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에피 솜과 HDAC 억제제를 사용하여 혈액에서 효율적인 유도 만능 줄기 세포 생성
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Hubbard, J. J., Sullivan, S. K., Mills, J. A., Hayes, B. J., Torok-Storb, B. J., Ramakrishnan, A. Efficient iPS Cell Generation from Blood Using Episomes and HDAC Inhibitors. J. Vis. Exp. (92), e52009, doi:10.3791/52009 (2014).More

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