Bu protokol, epizomal plazmidlerin nükleofeksiyon ile verilmesi yoluyla fetal doku fibroblastlarından entegrasyonsuz iPSC'lerin üretilmesini ve ardından iPSC karakterizasyonu ve nöronal farklılaşma için kullanılan yöntemlerin tanımlanmasını açıklar.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, epizomal plazmidlerin nükleofeksiyon ile verilmesi yoluyla fetal doku fibroblastlarından entegrasyonsuz iPSC'lerin üretilmesini ve ardından iPSC karakterizasyonu ve nöronal farklılaşma için kullanılan yöntemlerin tanımlanmasını açıklar.
Kromozomal aneuploidiler merkezi sinir sistemi malformasyonları ve fetal ölüm de dahil olmak üzere şiddetli konjenital malformasyonlara neden olur. Prenatal genetik tarama tamamen tanısaldır ve hastalık mekanizmasını aydınlatmaz. Aneuploid fetüslerden gelen hücreler kromozomal aneuploidi taşıyan değerli biyolojik malzeme olmasına rağmen, bu hücreler kısa ömürlüdür ve aşağı akış araştırma deneyleri için kullanımlarını sınırlar. İndüklenmiş pluripotent kök hücre (iPSC) modellerinin üretilmesi, aneuploid özelliklerinin sürekli korunması için hücre hazırlamanın etkili bir yöntemidir. Embriyonik gelişimi anımsatan özel hücrelere kendi kendini yeniler ve ayırt ederler. Bu nedenle, iPSC'ler erken gelişim olaylarını incelemek için mükemmel araçlar olarak hizmet vermektedir. Turner sendromu (TS), tamamen veya kısmen eksik bir X kromozomu ile ilişkili nadir bir durumdur. Sendrom infertilite, kısa boy, endokrin, metabolik, otoimmün ve kardiyovasküler bozukluklar ve nöroknasitif kusurlar ile karakterizedir. Aşağıdaki protokol, fibroblastların TS (45XO) fetal dokudan izolasyonu ve kültleştirilmesini, epizomal yeniden programlanan plazmidlerin nükleofeksiyon ve ardından niteleme yoluyla entegrasyonsuz TSiPSC'lerin üretilmesini açıklamaktadır. Yeniden programlanan TSiPSC'ler başlangıçta canlı hücre alkali fosfataz boyama ve ardından pluripotency biyobelirteçler için kapsamlı problama ile tarandı. Seçilen koloniler mekanik olarak parçalandı, birkaç kez geçirildi ve daha fazla deney için kararlı kendini yenileyen hücreler kullanıldı. Hücreler pluripotency transkripsiyon faktörlerini ifade etti OCT4, NANOG, SOX2, hücre yüzey belirteçleri SSEA 4 ve TRA1-81 pluripotent kök hücrelere özgüdür. Orijinal 45XO karyotip, yeniden programlama sonrası tutuldu. TSiPSC'ler embriyoid cisimleri oluşturabildi ve endoderm, mezoderm ve ektoderm hücrelerine dönüşerek soyuna özgü biyobelirteçlere ((SRY BOX17), (MYOSIN VENTRIKÜLER AĞIR CHAINα/β), (βIII TUBULIN)) hücrelerine farklılaştı. Eksojen epizomal plazmidler kendiliğinden kaybedildi ve hücrelerde 15. Bu TSiPSC'ler Turner sendromu ile ilişkili nörokingtif açıklara neden olan kusurlu moleküler ve hücresel nörogelişim modellemek için değerli bir hücresel kaynaktır.
Aneuploidiler insanlarda doğum kusurlarına/konjenital malformasyonlara ve gebelik kaybına yol açar. Gebelik kayıplarından elde edilen örneklerin ~%50-%70'inde sitogenetik anormallikler görülür. Gebelikte erken kaybedilen aneuploid embriyolar, insan embriyogenezini yakından temsil eden başka modeller geliştirme ihtiyacını artıran deneysel analizler için kolayca elde edilemez. Genetik bozukluk tanısı alan hücrelerden elde edilen indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC'ler), temsili genetik düzensizliklerive fetal gelişim 1 , 2,3,4üzerindeki sonuçları modellemek için kullanılmıştır. Bu iPSC'ler gelişmekte olan embriyonun epiblast hücrelerine benzer ve embriyo oluşumunun erken olaylarını nüksedebilir. Erken memeli embriyolarında hücre soylarının ve desenlerinin gelişim programının anlaşılmasına ve karakterizasyonuna izin verirler. Daha önce monozomi X (Turner sendromu), trizomi 8 (Warkany sendromu 2), trizomi 13 (Patau sendromu) ve kısmi trizomi 11 gibi aneuploidi sendromlarının prenatal tanı testlerinden cilt fibroblastları ve amniyositlerden elde edilen iPSC'ler; 22 (Emanuel sendromu) başarısız gelişim hakkında değerli içgörüler sağlamıştır4.
Turner sendromu (TS), kadın kısırlığı, kısa boy, endokrin ve metabolik bozukluklar, otoimmün hastalık riskinin artması ve kardiyovasküler hastalığa yatkınlık ile karakterize nadir bir durumdur5. Hayatta kalabilen tek monosomi sendromu olmasına rağmen, spontan kürtajlara neden olan gelişmekte olan embriyo için de ölümcüldür6. TS ile hayatta kalan bireyler hücrelerinde X kromozomal malzemenin değişim dereceleri ile mevcuttur. Karyotipler bir X kromozomunun (45,XO) tamamen kaybolmasından 45,XO/46,XX gibi mozaiklere kadar uzanır; 45,XO/47,XXX, halka kromozomlarının varlığı, Y kromozomal malzemenin varlığı, vb5.
Sendromun tanısı genellikle semptomatik bireylerin kanının karyotipingi ve erken aneuploidi sendromlarını tespit etmek için koryonik villi örnekleme (CVS) ile yapılır. Anöploidi sendromları spontan kürtajların ~%30'unu oluşturduğundan, spontan kürtaj üzerine gebe kalma (POC) ürününü karyotip etmek rutindir. Sitogenetik anormalliğe sahip koryonik villi ve onlardan türetilen iPSC'ler de dahil olmak üzere bu fetal hücreler, aneuploidi sendromlarını incelemek için değerli bir biyolojik malzeme kaynağı sağlar4,6. TS iPSC'ler daha önce retroviral reprogramlama yoluyla amniyositlerden4, koryonik villi fibroblastları (prenatal tanı ile elde edilir) retroviral yoluyla kurulmuştur. reprogramming6, sendai virüs reprogramming yoluyla kan mononükleer hücrelerden7 ve lentiviral yeniden programlama yoluyla TS bireylerin cilt fibroblastları4 . Laboratuvarımızın birincil odağı gelişimsel başarısızlığı anlamak olduğundan, POC'den TS iPSC'leri, özellikle de spontan bir kürtajın koryonik villi bileşenini oluşturduk8. Bu fetal dokudan izole edilen tüm hücrelerin 45XO karyotipi vardı ve aynı karyotipe sahip iPSC'ler verdi. Bu iPSC'ler, kürtaj yapılan bir fetüsten ilk oluşturulanlar olduğu ve aneuploidi ile ilgili gebelik başarısızlıklarını incelemek için değerli bir kaynak sağladıkları için benzersizdir. Bu makalede, epizomal yeniden programlama yoluyla bu benzersiz hücre kaynağından iPSC'lerin neslinin ayrıntılı bir metodolojisi sağlanmıştır.
iPSC neslinin ilk yöntemleri, yeniden programlama faktörlerini sunmak için viral transdüksiyon ve transposonlar kullandı. Hücreleri pluripotency'ye indükleme yöntemleri retroviral vektörler9, uyarılabilir lentiviral vektörler10 , 11ve transposon bazlı yöntemler12'yi entegre etmeyen adenoviral vektörler13 ve Sendai virüs bazlı vektörler14kullanılarak evrimleşmiştir. Retroviral ve lentiviral bazlı yeniden programlama, verimli olmasına rağmen, yeniden programlama faktörlerinin konak kromozomlarına entegrasyonunu içerir ve iPSC'lerde öngörülemeyen etkileri olan ekleme mutasyonlarına neden olur. Ayrıca, viral tabanlı yeniden programlama, iPSC'lerin çevirisel uygulamasını engeller. Virüslerin ve DNA transfeksiyonlarının kullanımıyla ilgili potansiyel riskleri tamamen ortadan kaldırmak için RNA tabanlı sistemler15 ve doğrudan protein iletimi16 araştırılmıştır. Ancak, bu yöntemlerin verimsiz olduğu kanıtlanmıştır.
2011 yılında Okita ve arkadaşları, shRNA ile TP53 bastırma ile artırılmış epizomal plazmidler tarafından yeniden programlama verimliliğinin arttığını bildirdi. Ayrıca hiPSC'lerin güvenliğini artırmak için cMYC'yi dönüştürmeyen LMYC (küçük hücreli akciğer karsinomu ilişkili MYC) ile değiştirdiler. Bu epizomal plazmidler 5 yeniden programlama faktörünü ifade eder: OCT4, LIN28, SOX2, KLF4, LMYC ve TP53için shRNA17,18. Bu vektörler ekstra kromozomal olarak korunur ve sürekli kültür üzerine yeniden programlanan hücrelerden kaybolur, böylece çizgileri 10-15 pasaj içinde transgene-free hale getirir. Nükleofeksiyon, nükleik asitleri doğrudan konak hücrelerin çekirdeğine ulaştıran özel bir elektroporasyon şeklidir. Plazmidlerin çeşitli hücre tiplerine yeniden programlanması için etkili bir yöntemdir. Epizomal plazmidler uygun maliyetlidir ve nükleofeksiyonun yüksek maliyetlerini telafi eder. Bu yöntem, çeşitli somatik hücrelerden kararlı iPSC'ler sağlayan optimize edilmiş koşullar altında verimli ve tekrarlanabilir. Bu protokolde epizomal reprogramlama plazmidlerinin nükleofeksiyonu ile fetal dokudan izole edilen fibroblastlardan iPSC'lerin üretilmesi için yöntemi açıklıyoruz. İşte fetal koryonik villiden fibroblast izolasyonu, plazmid saflaştırma, nükleofeksiyon, kolonilerin yeniden programlama plakasından toplanması ve stabil iPSC'lerin kurulması için ayrıntılı protokoller.
Yeni oluşturulan iPSC'lerde pluripotency özelliklerinin varlığını onaylamak önemlidir. Bu, pluripotency ile ilgili faktörlerin gösterimini içerir (örneğin, alkalin fosfataz ekspresyonu, NANOG, SSEA4, Tra 1-80, Tra 1-81, E-cadherin; genellikle immünofluoresans veya gen ekspresyon tahlilleri ile gösterilir), üç mikrop tabakasının farklılaşma potansiyellerini doğrulamak için in vitro farklılaşma testleriyle tanımlanması, kromozomal içeriği belirlemek için karyotipleme, ebeveyn hücreleriyle kimlik oluşturmak için STR yazma, eksojen genlerin kaybını doğrulama, ve teratom oluşumu ve tetraploid kompleasyonu gibi daha sıkı in vivo tahliller. Burada karyotipingin karakterizasyon protokollerini, canlı hücreler alkali fosfataz boyamayı, pluripotency ile ilgili biyobelirteçlerin immünofluoresans ile tespitini, in vitro farklılaşma tahlillerini ve eksojen gen kaybını gösterme yöntemini açıklıyoruz19.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
FCV, Bengaluru'daki Manipal Hastanesi'nden Manipal Hastaneleri Etik Kurulu onayı altında alındı.
NOT: Tüm arabelleklerin ve çözümlerin bileşimi için Tablo 1'e bakın.
1. Fibroblastların fetal koryonik villiden (FCV) izolasyonu
2. Plasmids DNA İzolasyonu ve doğrulaması
3. Nükleofeksiyon
4. iPSC kolonilerinin toplanması ve yayılması
5. iPSC'lerin Karakterizasyonu
NOT: PCR ve pluripotency biyobelirteç için immünostaining dahil olmak üzere karakterizasyon çalışmaları beşinci pasaj numarasından sonra yapılmıştır. Karyotyping daha sonraki bir pasaj numarasında gerçekleştirildi.
6.In vitro farklılaşma tahlilleri
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
45XO karyotipli, kendiliğinden kürtaj yapılan bir fetüsten entegrasyonsuz iPSC'lerin üretimi
Turner sendromuna (TS) özgü 45XO karyotipli FCV'den fibroblastları izole ettik ve özellikle ilişkili nörolojik açıkların (Şekil 1a&b)aşağı akış modellemesi için kullanılabilecek TSiPSC'ler üretmek için epizomal yeniden programlama plazmidleri ile enfekte ettik. Transfection deneyleri için nonintegrating epizomal vektörler ve nükleofeksiyon kullandık (
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sitogenetik olarak anormal fetal dokunun stabil hücresel modellerinin üretilmesi, kusurlu fenotipin sürekliliği için gereklidir. iPSC rotası, kusurlu özelliklerin sürekli korunması için hücre hazırlamanın en etkili yöntemidir20.
Pluripotent kök hücreler (PSC), erken bölünme embriyolarını andıran özel hücrelere kendini yenileme ve farklılaşma özelliklerini gösterir21. Bu nedenle, PSC'ler erken kürtaj yapılan fetüslerde erken moleküler, hücresel ve...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Yukarıdaki araştırma için mali destek Manipal Yükseköğretim Akademisi tarafından sağlanmıştır. Hattın karakterizasyonu kısmen NCBS'deki M.M. Panicker laboratuvarında gerçekleştirildi. Karyotyping konusunda yardım için Anand Tanı Laboratuvarı'ne teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| % 0.15 tripsin | Thermo Fisher Scientific | 27250018 | G Bantlama |
| 2-merkaptoetanol | Thermo Fisher Scientific | 21985023 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| 4 ', 6 diamidino-2-fenilindol | Sigma Aldrich | D8417 | İmmünositokimya |
| Aktivin A | Sigma Aldrich | SRP3003 | Farklılaşma testleri |
| Alkalin Fosfataz Canlı Leke | Thermo Fisher Scientific | A14353 | AP boyama |
| AMAXA Nükleofektör II | |||
| AmnioMAX II tam ortam | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 11269016 | Fetal koryonik villus hücre kültürlerine özgü ortam |
| Ampisilin | HiMedia | TC021 | Plazmid saflaştırma |
| Anti Fare IgG (H + L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11059 | İmmünositokimya |
| Anti Tavşan IgG (H + L) Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11034 | İmmünositokimya |
| Anti Tavşan IgG (H + L) Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11035 | İmmünositokimya |
| Antibiyotik-Antimikotik | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 15240096 | Kontaminasyon kontrolü |
| Anti-E-Cadherin | BD Biyobilimleri | 610181 | İmmünositokimya |
| Anti-Nanog | BD Biyobilimler | 560109 | İmmünositokimya |
| Anti-OCT3 / 4 | BD Biyolojik Bilimler | 611202 | İmmünositokimya |
| Anti-SOX17 | BD Biyolojik Bilimler | 561590 | İmmünositokimya |
| Anti-SOX2 | BD Biyolojik Bilimler | 561469 | İmmünositokimya |
| Anti-SSEA4 | BD Biosciences | 560073 | İmmünositokimya |
| Anti-TRA 1-81 | Milipor | MAB4381 | İmmünositokimya |
| temel Fibroblast Büyüme Faktörü [FGF2] | Sigma Aldrich | F0291 | Pluripotens ortamı |
| Kemik Morfogenetik Faktör 4 | Sigma Aldrich | SRP3016 | Farklılaşma testleri |
| Sığır Serum Albümin | Sigma Aldrich | A3059 | Bloke |
| Edici Kollajen İnsan Tip IV | BD Biosciences | 354245 | Farklılaşma testleri |
| Kollajenaz karışımı | Sigma Aldrich | C8051 | Fetal koryonik villusların sindirimi |
| Deksametazon | Sigma Aldrich | D4902 | Farklılaşma testleri |
| DMEM F12 | Thermo Fisher Scientific | 11320033 | Farklılaşma tahlilleri |
| FastDigest EcoR1 | Thermo Scientific | FD0274 | Kısıtlama sindirimi |
| Fibronektin | Sigma Aldrich | F2518 | Farklılaşma testleri |
| Giemsa Stain | HiMedia | S011 | G Bantlama |
| Buzul Asetik Asit | HiMedia | AS001 | Karyotipleme için Fiksatif |
| Glikoz | Sigma Aldrich | G7528 | Farklılaşma deneyleri |
| GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| Heparin sodyum | Sigma Aldrich | H3149 | Farklılaşma testleri |
| İnsülin çözeltisi insan | Sigma Aldrich | I9278 | Farklılaşma testleri |
| İnsülin Transferrin Selenit | Sigma Aldrich | I1884 | Farklılaşma tahlilleri |
| KAPA HiFi PCR kiti | Kapa Biosystems | KR0368 | OriP, EBNA1 PCR |
| KaryoMAX Colcemid | Thermo Fisher Scientific | 15210040 | Karyotipleme için mitotik tutuklama |
| KnockOut DMEM | Thermo Fisher Scientific | 10829018 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| KnockOut Serum Replasmanı | Thermo Fisher Scientific | 10828028 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| Luria Bertani agar | HiMedia | M1151F | Plazmid saflaştırma |
| Matrigel | BD Biosciences | 356234 | Farklılaşma testleri |
| MEM Esansiyel olmayan amino asitler | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| Metanol | HiMedia | MB113 | Karyotipleme için fiksatif |
| Miyozin ventriküler ağır zincir α/β | Millipore | MAB1552 | İmmünositokimya |
| NHDF Nükleofektör Kiti | Lonza | VAPD-1001 | Nükleofeksiyon |
| Paraformaldehit (PFA) | Sigma Aldrich | P6148 | Sabitleme hücreleri |
| pCXLE-hOCT3 / 4-shp53-F | Addgene | 27077 | Epizomal yeniden programlama Plazmid |
| pCXLE-hSK | Addgene | 27078 | Epizomal yeniden programlama Plazmid |
| pCXLE-hUL | Addgene | 27080 | Epizomal yeniden programlama Plazmid |
| Penisilin Streptomisin | Thermo Fisher Bilimsel, | 15070063 | Pluripotens ve Embriyoid vücut ortamı |
| Phalloidin- Tetrametilrodamin B izotiyosiyanat | Sigma Aldrich | P1951 | İmmünositokimya |
| Fosfat tamponlu salin | Sigma Aldrich | P4417 | 1 X PBS 200 mL deiyonize su içinde çözülmüş ve otoklavlama ile sterilize edilmiş 1 tablet PBS Depolama: Oda sıcaklığı. PBST- 1X PBS. içinde 20% 0,05 Tween 20 Depolama: Oda sıcaklığı. |
| Plazmid saflaştırma Kiti- Midi hazırlık | QIAGEN | 12143 | Plazmit saflaştırma |
| Potasyum Klorür Çözeltisi | HiMedia | MB043 | Karyotipleme için hipotonik çözelti |
| QIAamp DNA Kan Kiti | Qiagen | 51104 | Genomik DNA izolasyonu |
| RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875093 | Hepatosit farklılaşma ortamı |
| Sodyum Sitrat | HiMedia | RM255 | Karyotipleme için hipotonik çözüm |
| HiMedia | MB031 | Geçirgenleştirme | |
| Tripsin-EDTA (%0,05) | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 25300054 | Alt Kültürü; fetal koryonik villus fibroblastları |
| Tween 20 | HiMedia | MB067 | PBST ve beta'nın hazırlanması |
| ; III tübülin | Sigma Aldrich | T8578 | İmmünositokimya |
| Y-27632 dihidroklorür | Sigma Aldrich | Y0503 | Farklılaşma testleri |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.