In this video protocol we give a step by step explanation of lentiviral transduction in organoids of primary intestinal epithelium and of processing and downstream analysis of these cultures by quantitative RT-PCR, RNA-microarray and immunohistochemistry.
Intestinal crypt-villus structures termed organoids, can be kept in sustained culture three dimensionally when supplemented with the appropriate growth factors. Since organoids are highly similar to the original tissue in terms of homeostatic stem cell differentiation, cell polarity and presence of all terminally differentiated cell types known to the adult intestinal epithelium, they serve as an essential resource in experimental research on the epithelium. The possibility to express transgenes or interfering RNA using lentiviral or retroviral vectors in organoids has increased opportunities for functional analysis of the intestinal epithelium and intestinal stem cells, surpassing traditional mouse transgenics in speed and cost. In the current video protocol we show how to utilize transduction of small intestinal organoids with lentiviral vectors illustrated by use of doxycylin inducible transgenes, or IPTG inducible short hairpin RNA for overexpression or gene knockdown. Furthermore, considering organoid culture yields minute cell counts that may even be reduced by experimental treatment, we explain how to process organoids for downstream analysis aimed at quantitative RT-PCR, RNA-microarray and immunohistochemistry. Techniques that enable transgene expression and gene knock down in intestinal organoids contribute to the research potential that these intestinal epithelial structures hold, establishing organoid culture as a new standard in cell culture.
Tarmepitelet er en av de mest raskt prolifererende kroppsvev, noe som har forårsaket den til å tiltrekke bred interesse fra forskning på kreft og stamceller. I 2009 en teknikk ble publisert for å generere langvarige kulturer av tynntarms krypter i matrigel, bevare en 3-dimensjonal struktur 1. Disse konstruksjoner, betegnet tarm organoids, kan dyrkes ved hjelp av standardteknikker, med omgivende medium supplert med et antall definerte vekstfaktorer, inkludert BMP-signalveien inhibitor noggin (Nog), Wnt-signalveien enhancer rspondin 1 (Rspo1) og epidermal vekstfaktor (EGF) alle funnet å forsterke tarm proliferasjon 2-4.
Organoids overgå tradisjonelle kreftcellelinjer i de aspektene som de er ikke-mutert, har opprettholdt stamcelle hierarki, viser intakt celle polarisering og utstillings differensiering i alle celle linjene som finnes i den begynnende lite intestinal epitel. Siden de kan bli omformet til å gjennomføre transgener eller RNA interferens konstruerer 5, blir de brukt til å studere spesifikke genetiske elementer, oppveier eksperimenter ved hjelp av transgene mus i fasetter av pris og hastighet. Transgene expression in organoids kan utføres ved hjelp av enten murint retrovirale eller lentivirale vektorer 6,7. På grunn av begrensninger i murine retrovirus, i stand til transducing mitotiske celler utelukkende 8, er lentiviral transduksjon oftere brukt for celler som er vanskelige å infisere, for eksempel organoids.
Viralt transdusert og stabilt uttrykker transgene organoids kan brukes til en rekke nedstrøms analyser, inkludert kvantitative RNA analyser og immunhistokjemi. Til sammen har kultur av organoids fra primær intestinale epitelceller utviklet seg til en rutinemessig metode som er lett å implementere uten spesielle laboratoriekrav, og er blitt den nye standard på cell kultur i forskning på tarm epitel.
Teknikker for viral transduksjon og påfølgende nedstrøms analyse i organoids er kjedelig å utføre og å hjelpe organoid eksperimenter vi genererte denne videoen protokollen, som viser metoder for lentiviral transduksjon av dyrkede organoids. Vi viser i tillegg hvor riktig behandling av organoids kan øke utbyttet og dermed forbedre ytelsen til nedstrøms analyse ved hjelp av RNA-teknikker eller immunhistokjemi. I protokollen, ble organoids som er avledet fra tynntarms krypter utelukkende brukt, selv om de teknikker som er beskrevet kan anvendes på colonic organoids også.
Den nåværende video protokollen beskriver lentiviral transduksjon av organoids fra primær intestinal epitel og nedstrøms analyse av disse organoids benyttet kvantitative RNA teknikker og immunhistokjemi.
Lentiviral transduksjon er ofte utført i tilhenger eller flytende celler i kultur plater. Siden den tredimensjonale strukturen av organoids gjør dem vanskelig å trenge gjennom av virale partikler, anvendes en rekke metoder for å øke effekten. Forbehandling av organoids bruker Chir99…
The authors have nothing to disclose.
J. Heijmans is supported by a stipendium from the Dutch cancer foundation (KFW). G.R. van den Brink is supported by funding from the European Research Council under the European Community’s Seventh Framework Program (FP7/2007-2013)/European Research Council grant agreement number 241344 and by a VIDI grant from the Netherlands Organization for Scientific Research (GvdB).
Reagent | Company | Cat. No. |
Polyethylene imine | polysciences | 23966-2 |
DMEM medium | Lonza | BE12-614F |
Fetal calf serum | Lonza | DE14-801F |
Penicillin-streptomycin | Invitrogen | 15140-122 |
Glutamin | Invitrogen | 25030-024 |
matrigel | BD | BD 356231 |
Advanced DMEM-F12 | Gibco | 12634-010 |
N2 | Invitrogen | 17502-048 |
B27 | Invitrogen | 17504-044 |
N-acetyl cysteine | Sigma | A9165-1G |
mouse Egf | Invitrogen | PMG8045 |
Hepes 1M | Invitrogen | 15630-056 |
glutamax 100x | Invitrogen | 35050-038 |
Chir 99021 | axon | 1386 |
Y27632 | Sigma | Y0503-5MG |
polybrene | Sigma | 107689 |
nicotinamide | Sigma | N0636 |
Trypsin | Lonza | BE02-007E |
puromycin | sigma | P 7255 |
Rneasy mini kit | Qiagen | 74106 |
b-mercaptoethanol | Merck | 8,057,400,250 |
Ovation Pico WTA system | NuGen | 3300-12 |
paraformaldehyde | Sigma | 252549-1L |
glass vial conical 12mm x 75mm 5ml | VWR | LSUKM12 |
Eosin Yellowish | VWR | 1,159,350,025 |