$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
İnsan ve insan olmayan primatların (NHP'ler) genomik karşılaştırmaları, evrimsel tarihimizi ve insana özgü özelliklerin evrimini anlamak için çok önemlidir1. Ek olarak, bu karşılaştırmalar, korunmuş DNA dizileri2'yi tanımlayarak, örneğin hastalıkla ilişkili varyantları önceliklendirmek için fonksiyonun çıkarılmasına izin verir3. Gen ekspresyon seviyeleri gibi moleküler fenotiplerin karşılaştırılması, genomik karşılaştırmaları daha iyi yorumlamak ve örneğin hücresel fenotipik farklılıkları keşfetmek için çok önemlidir. Dahası, DNA seviyesindeki karşılaştırmalara benzer şekilde, işlevsel alaka düzeyini çıkarma ve dolayısıyla insanlarda tıbbi olarak ilgili varyasyonları daha iyi yorumlama potansiyeline sahiptirler4. Kapsamlı moleküler fenotipik verilerin bu karşılaştırmalı çalışmalara dahil edilmesi, uygun biyolojik kaynakları (yani, türler arasında ortolog hücreler) gerektirir. Bununla birlikte, etik ve pratik nedenler, özellikle gelişim sırasında, bu tür karşılaştırılabilir hücrelere erişmeyi zorlaştırır veya imkansız kılar. İndüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC'ler), in vitro 5,6'da erişilemeyen hücre tiplerinin üretilmesine izin verir, deneysel olarak erişilebilirdir ve primat karşılaştırmaları için kullanılmıştır6,7,8,9,10,11,12,13,14.
iPSC'ler oluşturmak için, yeniden programlanacak birincil hücrelerin edinilmesi gerekir. İdrardan izole edilen hücreler, primatlardan invaziv olmayan bir şekilde örneklenebilmeleri ve muhtemelen kök hücre benzeri moleküler profilleri nedeniyle kolayca yeniden programlanabilmeleri avantajına sahiptir15. Primat iPSC'lerini korumak için kültür koşulları, yeniden programlama kadar önemlidir; Klasik olarak, insan pluripotent kök hücrelerinin kültürü, embriyonik kök hücreler (ESC'ler) için gerekli besinleri ve bir iskele sağlayan, tanımlanmamış, serum bazlı bir ortam ve fare embriyonik fibroblastlarının (besleyici hücreler olarak adlandırılır) ortak kültürünü gerektiriyordu16. Kimyasal olarak tanımlanmış ve besleyici içermeyen kültür sistemlerinin geliştirilmesinden bu yana17,18, artık ticari olarak temin edilebilen iPSC kültür ortamları ve matrisleri için çeşitli seçenekler bulunmaktadır. Bununla birlikte, bu kültür koşullarının çoğu insan ESC'leri ve iPSC'leri için optimize edilmiştir ve bu nedenle NHP iPSC kültüründe daha az iyi çalışabilir. Bu video protokolünde, idrar hücre kültüründen türetilen insan ve NHP iPSC'lerinin üretilmesi ve sürdürülmesi için talimatlar sunuyoruz.
2006 yılında fibroblastlarda tanımlanmış faktörlerin zorla ekspresyonu ile iPSC üretiminin ilk raporundan bu yana, bu yöntem çeşitli kökenlerden birçok farklı hücre tipine uygulanmıştır 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 ,32. Bunlar arasında, sadece idrar kaynaklı hücreler tamamen invaziv olmayan bir şekilde elde edilebilir. Zhou ve ark.33 tarafından daha önce tarif edilen protokole dayanarak, geniş spektrumlu antibiyotikleri15 destekleyerek, steril olmayan örneklerden bile primat idrarından hücreleri izole edebilir ve genişletebilir. Özellikle, bu protokol tarafından örneklenen idrar türevi hücreler, fibroblastların geleneksel yeniden programlanmasından (deneyimlerimize göre 20-30 gün) daha kısa bir süre içinde (koloniler 5-15 gün içinde görünür hale gelir) ve yeterince yüksek bir başarı oranıyla iPSC'ler üretmek için yüksek bir potansiyel sergiler. Bu idrar kaynaklı hücreler, mezenkimal kök hücre benzeri hücrelerin ve mesane epitel hücrelerinin karışık popülasyonu olarak sınıflandırıldı ve yüksek yeniden programlama verimliliğine neden oldu15.
Birincil hücrelerdeki varyasyona ek olarak, iPSC'leri oluşturmak için yeniden programlama yöntemleri de kullanım amacına göre değişir. İnsan somatik hücreleri için geleneksel yeniden programlama prosedürleri, eksojen DNA'nıngenom 5,34,35'e entegrasyonuna izin veren retrovirüs veya lentivirüs vektörleri ile yeniden programlama faktörlerinin aşırı ekspresyonu ile gerçekleştirildi. Üretilen iPSC'leri genomik olarak sağlam tutmak için, araştırmacılar çok çeşitli entegrasyon dışı sistemler geliştirdiler - uyarılabilir PiggyBac vektörü36,37, epizomal vektör38,39, Sendai virüsü 40 ve adenovirüs41 gibi entegre olmayan virüs vektörleri, mRNA transfeksiyonu 42, protein transfeksiyonu 43,44 ve kimyasal bileşik tedavisi 45. Kullanımdaki verimlilik ve kolaylık nedeniyle, Sendai virüsü tabanlı yeniden programlama vektörleri bu protokolde kullanılır. Primer hücrelerin enfeksiyonu, kaplamadan önce 5'lik bir enfeksiyon çokluğunda (MOI) hücrelerin ve virüslerin 1 saatlik süspansiyon kültüründe gerçekleştirilir. Bu modifiye adım, virüslerin doğrudan yapışkan hücre kültürüne eklendiği geleneksel yönteme kıyasla hücre yüzeyleri ve virüsler arasındaki temas olasılığını artırabilir ve böylece daha fazla iPSC kolonisi15 verebilir.
İnsan ve NHP pluripotent kök hücrelerin geçişi, kümelenme geçişi ve tek hücreli geçiş ile yapılabilir. Etilendiamintetraasetik asit (EDTA), kalsiyum ve magnezyum iyonlarını bağlayan ve böylece kadherin ve integrinin yapışkan aktivitesini önleyen uygun maliyetli bir şelatlama ajanıdır. EDTA ayrıca hafif, seçici bir ayrışma reaktifi olarak da kullanılır, çünkü farklılaşmamış hücreler farklı yapışma molekülleri nedeniyle farklılaşmış hücrelerden önce ayrılırlar. Tam ayrışma, primat iPSC'lerinin Rho / Rho ile ilişkili sarmal bobin içeren protein kinaz (Rho / Rock) aracılı miyozin hiperaktivasyonu yoluyla masif hücre ölümüne neden olur. Bu nedenle, kültür ortamının bir Rho / Rock inhibitörü ile desteklenmesi,süspansiyon 46,47'de tek hücre gerektiren deneyler için gereklidir. Bu protokolde, rutin geçiş yöntemi olarak küme geçişini öneriyoruz ve tek hücreli geçişi yalnızca gerekli olduğunda, örneğin tanımlanmış hücre numaralarının tohumlanması gerektiğinde veya alt klonlama sırasında öneriyoruz.