الإصابات الجراحية للماوس البنكرياس من خلال من ربط والبنكرياس القناة نموذجا للالغدد الصماء وخارجية الإفراز إعادة برمجة وانتشار
Summary
This protocol describes an injury model involving the surgical ligation of the pancreatic duct in the adult mouse pancreas, resulting in severe injury that establishes an environment that allows beta cell neogenesis and proliferation. This model can be used as a tool to study mechanisms involved in beta cell formation.
Abstract
توسيع خلايا بيتا في البنكرياس في الجسم الحي أو خارج الجسم، أو توليد خلايا بيتا التي كتبها التمايز من الخلايا الجذعية الجنينية أو الكبار، يمكن أن توفر مصادر للتوسيع جديدة من خلايا بيتا للتخفيف من ندرة المانحة في زرع جزيرة البشري كعلاج لمرض السكري. وعلى الرغم من إحراز تقدم في الآونة الأخيرة نحو هذا الهدف، الآليات التي تنظم بيتا توسيع الخلايا والتمايز من الخلايا الجذعية / السلف لا تزال تتسم. هنا، نحن تصف بروتوكول للنموذج إصابة في الماوس البنكرياس الكبار التي يمكن أن تعمل كأداة لدراسة آليات إعادة تشكيل الأنسجة وتكاثر الخلايا بيتا والتمايز. الجزئي لاصق ربط (PDL) هو ضرر الناجم تجريبيا البنكرياس القوارض التي تنطوي على الربط الجراحي للقناة البنكرياس الرئيسية مما أدى إلى إعاقة تصريف المنتجات الإفرازية للخروج من منطقة الذيل من البنكرياس. الأضرار التي لحقت يدفع ضمور عنيبية، infilt الخلايا المناعيةالتموينية وإعادة تشكيل الأنسجة شديدة. لقد ذكرت سابقا تفعيل Neurogenin (NGN) 3 معربا عن الخلايا الشبيهة السلف الذاتية وزيادة في تكاثر الخلايا بيتا بعد PDL. ولذلك، يوفر PDL أساس لدراسة الإشارات تشارك في ديناميات خلايا بيتا وخصائص من السلف الغدد الصماء في البنكرياس الكبار. منذ ذلك الحين، فإنه لا يزال من غير الواضح إلى حد كبير، مما العوامل ومسارات تسهم في neogenesis خلايا بيتا والانتشار في PDL، فإن بروتوكول موحد لPDL تسمح للمقارنة عبر المختبرات.
Introduction
تزايد انتشار مرض السكري، والتي تؤثر على أكثر من 300 مليون شخص على مستوى العالم 1،2 عزز البحث عن مصادر جديدة للخلايا بيتا المنتجة للأنسولين، على حد سواء في المختبر وفي الجسم الحي، لتجديد نقص كتلة خلايا بيتا. 3 تحديد الرئيسي يمكن لآليات والعوامل التي تنظم تكاثر الخلايا بيتا وبيتا خلية neogenesis، أي تمايز الخلايا بيتا من خلية خلية أو السلف غير بيتا، وتوفير أهداف جديدة لتطوير علاجات التجدد في مرض السكري.
في البنكرياس القوارض النامية، جميع أنواع الخلايا والغدد الصماء التفريق من السكان الرحل من خلايا الغدد الصماء السلف، معربا عن عامل النسخ Neurogenin3 (Ngn3). 4،5 في البنكرياس القوارض الكبار، في ظل ظروف فسيولوجية طبيعية، كتلة خلايا بيتا هي الحفاظ على العدد الأمثل لتلبية مطالب الأيضية. التغييرات في بيتا حجم الخلية،موت الخلايا المبرمج والتكرار تشكل آليات رئيسية لبيتا توسيع الخلايا وتتحول إلى أكثر من 6-8 الرغم من أن إمكانيات خلايا بيتا لتتكاثر في ظل ظروف طبيعية فسيولوجية غير متجانسة بين جميع السكان من 9 معدل انتشارها منخفضة ويقتصر إعادة تكرارها من قبل فترة دينامية السكون أو فترة صهر 6،7، وتتأثر العمر وايض الجلوكوز. 10 منذ حتى الآن لم يتم تحديد خلايا الغدد الصماء في البنكرياس السلف الكبار العادي، ويعتقد neogenesis لعدم المساهمة في نمو الخلايا بيتا الكبار العادي. 8
وبالتالي، فإن تحديد خلية الغدد الصماء السلف الاختيارية في البنكرياس الكبار التي يمكن توسيعها وقادرة على إنتاج خلايا بيتا الجديدة ستوفر رواية، وربما مصدر غير محدود من خلايا بيتا.
الجزئي لاصق ربط (PDL) هو نموذج إصابة الحيوان الذي تم وصفه للحث على neogenesi خلايا بيتاالصورة في البنكرياس الكبار. 11،12 في هذا النموذج، والقناة البنكرياسية الرئيسي تجفيف ذيل البنكرياس هو ligated جراحيا. العرقلة الناتجة من الصرف خارجية الإفراز يستحث إعادة تشكيل الأنسجة كبير، يرافقه التهاب وضمور عنيبية البعيدة إلى ربط 12-14 ضمن هذه البيئة التهابات، وإعادة التعبير للعلامة الغدد الصماء السلف هو فعل Ngn3 وحجم خلايا بيتا يزيد شقين . هذا الضعف في بيتا النتائج حجم الخلية من توليد خلايا بيتا جديدة من Ngn3 التعبير عن نوع الجنين خلية الغدد الصماء والسلف من انتشار الخلايا الموجودة مسبقا والتي شكلت حديثا بيتا التي تكون عرضة لإعادة ازدواجية دون "فترة هدوء". 11،15
neogenesis خلايا بيتا وتكرارها في النماذج الإصابة، مثل استئصال البنكرياس 6،7،16-19 والاجتثاث الانتقائي للخلايا بيتا 20 وقد وصفت على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن النتيجة التجدد في تسايتأثر النماذج الإلكترونية وفقا لمدى الأضرار التي لحقت ويرتبط مع بيتا كتلة الخلايا الأولية انخفضت 21. PDL هو نموذج العمليات الجراحية التي لا يتأثر كتلة خلايا بيتا الأولية ويتم تنشيط neogenesis خلايا بيتا والانتشار بقوة. في الواقع، في بنكرياس الفئران التي خضعت PDL، ويتم تحديد الخلايا معربا عن Ngn3 بالقرب من البطانة الطلائية للقناة. هذه الخلايا يمكن عزل من البنكرياس ligated من Ngn3-GFP الفئران المعدلة وراثيا باستخدام مضان خلية تنشيط الفرز (FACS) وقادرون على تمييز تجاه خلايا بيتا الوظيفية التالية engraftment في الجسم الحي وخارج ثقافة البنكرياس من E12.5 Ngn3 – / – . الفئران 11 وبالمثل، في Ngn3 CreERT؛ 15 الفئران R26 YFP فيها الخلايا التي تنشط الجين Ngn3 وصفت بشكل دائم بعد الحقن تاموكسيفين، تم الكشف عن Ngn3 خلايا بيتا المشتقة من خلية التسمية إيجابية بعد PDL وعلاوة على ذلك، وخلايا بيتا التي شكلت حديثا تمييع قبل -موجودةجي خلايا بيتا وتحديد موقع تفضيلي في الجزر الصغيرة من خلاله تظهر خلايا بيتا قدرة عالية الانتشار. 15 Ngn3 مهمة لتوسيع خلايا بيتا بعد PDL منذ انخفض Ngn3 التعبير عن الرأي محددة الهدف RNA قصيرة دبوس انخفاضات كبيرة في كتلة خلايا بيتا وتكاثر الخلايا بيتا بعد PDL. 11 والجدير بالذكر أن جزء من Ngn3 خلايا بيتا المشتقة من خلية وكتلة خلايا بيتا بعد PDL يعتمد بشكل كبير على مستوى Ngn3 تحريض 15. هذا هو وفقا لملاحظة أن مستوى عال من Ngn3 التعبير هو خطوة حاسمة لالتزام الغدد الصماء من الأسلاف البنكرياس متعددة القدرات خلال تطوير البنكرياس 22 بالإضافة إلى ذلك، الاجتثاث الانتقائي للNgn3 معربا عن الخلايا عن طريق إدارة الخناق والسم لNgn3 CreERT؛ الفئران R26 iDTR 15 نتائج في المحتوى الأنسولين انخفاض وانخفاض تكاثر الخلايا بيتا، وخاصة في الجزر الصغيرة.
<pالطبقة = "jove_content"> وعلى الرغم من تأكيد تحريض Ngn3 التعبير في خلايا القناة بعد PDL من قبل العديد 11،15،16،23،24، Ngn3 التعبير في الجزر خلايا 24،25 والتضارب في نتائج PDL الطعن الملاحظات الأولية لدينا زيادة كتلة خلايا بيتا 26،27، ظهور Ngn3 يعبرون عن المستمدة من القناة الأسلاف الغدد الصماء 24،26،28،29، وزيادة تكاثر الخلايا بيتا 27 بعد PDL 30يمكن، على الأقل جزئيا، أن تعزى هذه النتائج المتضاربة إلى مجموعة من العوامل، بما في ذلك التغيرات في نقطة زمنية ما بعد العمليات الجراحية في التحليل، ووزن الجسم والجنس وعمر الفئران، الظروف الفسيولوجية والبيئية اللاحقة للعمليات الجراحية، والأهم من ذلك، تزداد باستمرار الخلافات في تقنية جراحية. 30 في أيدينا، وانتشار الخلايا بيتا، والمحتوى الأنسولين، وحجم خلايا بيتا وعدد من الجزر الصغيرة بعد PDL. أيضاNgn3 مرنا يزيد باستمرار، ولكن هناك اختلافات كبيرة في التعبير Ngn3 مرنا بين PDL البنكرياس الذيل، والتي لدينا أي تفسير المباشر. افترضنا أن مستوى Ngn3 مرنا قد تتطابق مع درجة من neogenesis خلايا بيتا من الخلايا غير بيتا 15، ولكن هذا يحتاج إلى مزيد من الأدلة. على الرغم من أنه لا يزيل كل الاختلافات التجريبية، طريقة موحدة لأداء جراحة PDL يسمح التوحيد أفضل في النتائج ويفتح آفاقا جديدة في دراسة تكاثر الخلايا بيتا وneogenesis.
Protocol
Representative Results
Discussion
In the present study, we describe in detail the methodology behind PDL, a mouse injury model to study beta cell neogenesis and proliferation and transdifferentiation of pancreatic non-beta cells. Ambiguity in data on PDL among labs stimulates the need for a standardized protocol for PDL surgery.
Critical steps in the PDL protocol include the selection of healthy, young mice for surgery. Preferably male mice should be used since unpublished data from our lab suggest that estrogen receptor signa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge all colleagues who made this work possible; Ann Demarré, Veerle Laurysens, Jan De Jonge and Erik Quartier for technical assistance. Financial support was from the VUB Research Council, the Institute for the Promotion of Innovation by Science and Technology in Flanders (IWT), the Beta Cell Biology Consortium (BCBC), the Fund for Scientific Research Flanders (FWO), Diabetes Onderzoek Nederland (DON) and Interuniversity Attraction Pole (IAP).
Materials
| Supplies for preparation area | |||
| Hibiscrub | Regent Medical | 5601IE5F11 | Chlorhexidin diglucon |
| Ketamin | Ceva | BE-V202526 | anesthesia |
| Rompun(2%) (Xylazin) | Bayer | BE-V041815 | anesthesia |
| Duratears | Alcon | 34335-8 | ointment for eyes |
| Razor | |||
| Supplies for surgical area | |||
| Leica Operating microscope | Leica | 10446320 | |
| Hot bead sterilizer | Fine Science Tools (FST) | 18000-45 | |
| autoclaved surgical instruments | Fine Science Tools (FST) | ||
| Recirclulating water heating pad | Gaymar Industries, Inc. | TP702 | |
| Adhesive OP-towel | BARRIER | 706500-07 | |
| OP-tape | BARRIER | 381035-00 | |
| Stella 3/5 Compresse de gaze (Sterile) | Lohmann&Rauscher International | 35968 | |
| Mini Plasco 0,9% NaCl solution | B.BRAUN | 3521680 | |
| 6-0 prolene suture | Ethicon | 8706H | |
| 4-0 polyglycol suture | Ethicon | SL-607 | |
| Supplies for recovery area | |||
| Paper bedding (paper towel) | |||
| Vetergesic | ecuPhar | BE-V342955 | |
| Materials for analysis | |||
| Taqman Ngn3 primer | Integrated DNA technologies | Mm.PT.56a.33574796.gs | |
| Taqman CycloA primer | Integrated DNA technologies | Mm.PT.39a.2.gs | |
| anti-Rabbit Cleaved Caspase 3 antibody (D175) | Cell Signaling | 5A1E | |
| anti-mouse/rat Ki67 antibody | eBioscience | 14-5698-82 | |
| monoclonal anti-actin alpha-Smooth muscle-Cy3 (mouse) | Sigma | 085K4889 | |
| anti-rat Cytokeratin 19 | DSHB | ||
| monoclonal Mouse anti-BrdU | Dako | M0744 | |
| Hoechst | Sigma | 33342 |
References
- Shaw, J. E., Sicree, R. A. Global estimates of the prevalence of diabetes for. Diabetes Res Clin Pract. 87, 4-14 (2010).
- Danaei, G., et al. National, regional, and global trends in fasting plasma glucose and diabetes prevalence since 1980: systematic analysis of health examination surveys and epidemiological studies with 370 country-years and 2·7 million participants. Lancet. 378, 31-40 (2011).
- Borowiak, M., Melton, D. A. How to make beta cells. Current opinion in Cell Biology. 21, 727-732 (2009).
- Gradwohl, G., Dierich, A., LeMeur, M., Guillemot, F. neurogenin3 is required for the development of the four endocrine cell lineages of the pancreas. Proc Natl Acad Sci U S A. 97, 1607-1611 (2000).
- Gu, G., Dubauskaite, J., Melton, D. A. Direct evidence for the pancreatic lineage: NGN3+ cells are islet progenitors and are distinct from duct progenitors. Development. 129, 2447-2457 (2002).
- Dor, Y., Brown, J., Martinez, O. I., Melton, D. A. Adult pancreatic beta-cells are formed by self-duplication rather than stem-cell differentiation. Nature. 429, 41-46 (2004).
- Teta, M., Rankin, M. M., Long, S. Y., Stein, G. M., Kushner, J. A. Growth and regeneration of adult beta cells does not involve specialized progenitors. Dev Cell. 12, 817-826 (2007).
- Bonner-Weir, S. Perspective: Postnatal pancreatic beta cell growth. Endocrinology. 141, 1926-1929 (2000).
- Brennand, K., Huangfu, D., Melton, D. All beta cells contribute equally to islet growth and maintenance. PLoS Biol. 5, e163 (2007).
- Salpeter, S. J., Klein, A. M., Huangfu, D., Grimsby, J., Dor, Y. Glucose and aging control the quiescence period that follows pancreatic beta cell replication. Development. 137, 3205-3213 (2010).
- Xu, X., et al. Beta cells can be generated from endogenous progenitors in injured adult mouse pancreas. Cell. 132, 197-207 (2008).
- Wang, R. N., Kloppel, G., Bouwens, L. Duct- to islet-cell differentiation and islet growth in the pancreas of duct-ligated adult rats. Diabetologia. 38, 1405-1411 (1995).
- Yasuda, H., et al. Cytokine expression and induction of acinar cell apoptosis after pancreatic duct ligation in mice. Journal of interferon, & cytokine research : the official journal of the International Society for Interferon and Cytokine Research. 19, 637-644 (1999).
- Van Gassen, N., et al. Macrophage dynamics are regulated by local macrophage proliferation and monocyte recruitment in injured pancreas. European journal of immunology. , (2015).
- Van de Casteele, M., et al. Neurogenin 3+ cells contribute to beta-cell neogenesis and proliferation in injured adult mouse pancreas. Cell Death Dis. 4, e523 (2013).
- Xiao, X., et al. No evidence for beta cell neogenesis in murine adult pancreas. The Journal of clinical investigation. 123, 2207-2217 (2013).
- Ackermann Misfeldt, A., Costa, R. H., Gannon, M. Beta-cell proliferation, but not neogenesis, following 60% partial pancreatectomy is impaired in the absence of FoxM1. Diabetes. 57, 3069-3077 (2008).
- Lee, C. S., De Leon, D. D., Kaestner, K. H., Stoffers, D. A. Regeneration of pancreatic islets after partial pancreatectomy in mice does not involve the reactivation of neurogenin-3. Diabetes. 55, 269-272 (2006).
- Bonner-Weir, S., Sharma, A. Pancreatic stem cells. The Journal of pathology. 197, 519-526 (2002).
- Nir, T., Melton, D. A., Dor, Y. Recovery from diabetes in mice by beta cell regeneration. The Journal of clinical investigation. 117, 2553-2561 (2007).
- Bouwens, L., Rooman, I. Regulation of pancreatic beta-cell mass. Physiol Rev. 85, 1255-1270 (2005).
- Wang, S., et al. Neurog3 gene dosage regulates allocation of endocrine and exocrine cell fates in the developing mouse pancreas. Developmental biology. 339, 26-37 (2010).
- Pan, F. C., et al. Spatiotemporal patterns of multipotentiality in Ptf1a-expressing cells during pancreas organogenesis and injury-induced facultative restoration. Development. 140, 751-764 (2013).
- Kopp, J. L., et al. Sox9+ ductal cells are multipotent progenitors throughout development but do not produce new endocrine cells in the normal or injured adult pancreas. Development. 138, 653-665 (2011).
- Wang, S., et al. Sustained Neurog3 expression in hormone-expressing islet cells is required for endocrine maturation and function. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 9715-9720 (2009).
- Kopinke, D., et al. Lineage tracing reveals the dynamic contribution of Hes1+ cells to the developing and adult pancreas. Development. 138, 431-441 (2011).
- Rankin, M. M., et al. beta-Cells are not generated in pancreatic duct ligation-induced injury in adult mice. Diabetes. 62, 1634-1645 (2013).
- Solar, M., et al. Pancreatic exocrine duct cells give rise to insulin-producing beta cells during embryogenesis but not after birth. Dev Cell. 17, 849-860 (2009).
- Furuyama, K., et al. Continuous cell supply from a Sox9-expressing progenitor zone in adult liver, exocrine pancreas and intestine. Nat Genet. 43, 34-41 (2011).
- Van de Casteele, M., et al. Partial duct ligation: beta-cell proliferation and beyond. Diabetes. 63, 2567-2577 (2014).
- Zhang, J., Rouse, R. L. Histopathology and pathogenesis of caerulein-, duct ligation-, and arginine-induced acute pancreatitis in Sprague-Dawley rats and C57BL6 mice. Histology and histopathology. 29, 1135-1152 (2014).
- Martinez-Romero, C., et al. The epigenetic regulators Bmi1 and Ring1B are differentially regulated in pancreatitis and pancreatic ductal adenocarcinoma. The Journal of pathology. 219, 205-213 (2009).
- Prevot, P. P., et al. Role of the ductal transcription factors HNF6 and Sox9 in pancreatic acinar-to-ductal metaplasia. Gut. 61, 1723-1732 (2012).
