Murin embriyonik kök hücreleri (ESC'ler) pluripotenttir, sitokin Lösemi İnhibitör Faktörü (LIF) varlığında farklılaşmamış ve kendini yeniler1. LIF çekildikten sonra, kendiliğinden embriyoid cisimler (EB'ler) adı verilen 3 boyutlu (3D) yapılara farklılaşırlar2. 3D mimari, ektoderm, endoderm ve mezoderm olmak üzere üç germ katmanının geliştirilmesine izin verir ve bunlar daha sonra olgun doku tipleri3'e yol açar. ESC'ler, özellikle erken hematopoietik progenitör hücrelerin (HPC'ler) gelişiminin araştırılması olmak üzere, hücresel farklılaşmanın moleküler mekanizmalarını aydınlatmak için istisnai bir modeldir4.
ESC'lerdeki gen ekspresyonu, gelişimdeki tek tek moleküller için bir rolün belirlenmesine izin veren çeşitli tekniklerle manipüle edilebilir. En yaygın tekniklerden biri, ilgilenilen bir geni olmayan ESC hatları oluşturmak için homolog rekombinasyon kullanmaktır5,6. Genleri aşırı eksprese etmek için kullanılan bir dizi teknik de vardır. ESC'lerde gen ekspresyonunu değiştirmek için kullanılan ilk teknik, onları rekombinant retrovirüsler7,8 ile enfekte etmekti. Bununla birlikte, ilgilenilen gen, ESC'ler progenitör ve olgun hücre tiplerine farklılaştıkça sıklıkla susturulur. Lentivirüslerin kullanımı, viral olarak eksprese edilen genlerin susturulmasını sınırlamada başarılı olmuştur9. Aşırı ekspresyon için kullanılan diğer viral vektörler arasında adenovirüs ve adeno-ilişkili virüs10 bulunur. Ek olarak, ekspresyon plazmitlerini stabil bir şekilde tanıtmak için standart transfeksiyon teknikleri, ESC transgen ekspresyonu11 için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerle ilgili bir zorluk, genellikle belirli bir genin ifadesinin, zamansal ifadesine bağlı olarak farklı etkilere sahip olmasıdır. Örneğin, Smad1 proteini, EB gelişiminin farklı aşamalarında hematopoietik hücrelerin gelişimini farklı şekilde etkiler12,13.
Bu sorun, ilgilenilen bir geni indüklenebilir şekilde ifade eden ESC'lerin üretilmesiyle aşılabilir. ESC'lerde transgenleri indüklenebilir şekilde ifade etmek için en yaygın sistem, E. Coli'den (Escherichia coli) tetrasiklin direnç operonunu kullanır. Birkaç farklı tetrasiklin sistemi geliştirilmiştir. En popüler stratejilerden biri Kyba ve meslektaşları14 tarafından geliştirildi. Yapısal olarak aktif ROSA26 lokusuna yerleştirilmiş ters tetrasiklin transaktivatör genine sahip bir ESC hattı (Ainv15) ürettiler. X kromozomu üzerindeki HPRT (Hipoksantin-guanin fosforibosiltransferaz) lokusuna bir tetrasiklin yanıt elemanı (TRE), bir aşağı akış LoxP bölgesi (bakteriyofaj P1'den X-over P1 lokusu) ve bir promotörsüz neomisin kaseti sokuldu. Bir CRE rekombinasyon yaklaşımı kullanılarak, neomisin direnç geninin ekspresyonunu yönlendirmek için ökaryotik bir promotör ile birlikte ilgilenilen bir gen LoxP bölgesine yerleştirilebilir. Doğru hedeflenen ESC'ler G418 seçimi ile izole edilir. Bu hedeflenen klonlar daha sonra transgenin doksisiklin (veya tetrasiklin) ile indüklenebilir ekspresyonu için test edilmelidir. Bu yaklaşım, HoxB4, Stat5, SCL ve Smad714-17'yi indüklenebilir şekilde ifade eden ESC hatlarını başarıyla oluşturmuştur. Bununla birlikte, bu indüklenebilir hücre hatlarının oluşturulması zaman alıcıdır. Burada tarif edilen, ESC'den türetilmiş embriyoid cisimciklerini (EB'ler) tek hücreli süspansiyonlara ayırmak, hücre süspansiyonlarını farklı gelişim günlerinde retroviral olarak enfekte etmek ve daha sonra EB'leri damla asarak yeniden şekillendirmek için bir yöntemdir. Aşağı akış farklılaşması daha sonra akış sitometrisi ile değerlendirilir. Bu makalede, EB'den türetilmiş hücrelerde miRNA ekspresyonunun hematopoietik farklılaşmayı nasıl etkilediğine dair bir örnek gösterilmiştir. Bu yöntem, spesifik germ tabakası dokusu türetildikten sonra genlerin rolünü araştırmak için yararlıdır.