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Here we present a protocol for the direct conversion of murine embryonic fibroblasts into fully functional and stable trophoblast stem cells by ten day over-expression of Tfap2c, Gata3, Eomes and Ets2.
Las células madre trofoblasto (TSC) surgen como consecuencia de la primera decisión del destino celular en el desarrollo de los mamíferos. Ellos pueden ser cultivadas in vitro, que conserva la capacidad de auto-renovación y de diferenciarse en todos los subtipos del linaje trofoblasto, equivalente a la in vivo población celular que da lugar a la parte fetal de la placenta madre. Por lo tanto, TSC ofrecen un modelo único para estudiar el desarrollo placentario y embrionario frente a la decisión del destino celular extraembrionario in vitro. Desde la etapa de blastocisto en adelante, una barrera epigenética distinta que consiste en la metilación del ADN y las histonas modificaciones separa herméticamente ambos linajes. A continuación, se describe un protocolo para superar esta barrera totalmente por linaje transitoria sobre-expresión de trofoblasto reguladores clave TFAP2C, GATA3, Eomes y Ets2 en fibroblastos embrionarios murinos. Las células madre trofoblásticas inducidas son capaces de auto-renovarse y son casi idénticos a blastocisto células madre derivadas i trofoblaston términos de la morfología, la expresión del gen marcador y el patrón de metilación. Funcional in vitro y en ensayos in vivo confirman que estas células son capaces de diferenciarse a lo largo del linaje trofoblasto generación de células gigantes trofoblasto poliploides y chimerizing la placenta cuando se inyecta en blastocistos. La inducción de células madre trofoblasto de tejido somático abre nuevas vías para estudiar las características genéticas y epigenéticas de este linaje extraembrionario y ofrece la posibilidad de generar líneas de células madre trofoblasto sin destruir el embrión respectiva.
Recientemente, un estudio comparativo de varios enfoques de células madre embrionarias de ratón para trofoblasto conversión de las células madre se ha puesto de manifiesto que en todos los sistemas analizados, la conversión linaje quedó incompleta. En lugar de células madre trofoblasto inducidas (iTSCs) llamados vástago trofoblasto se han generado las células similares a células retener una memoria del destino de la célula de origen 1. Aquí, hemos seguido un enfoque diferente de la generación de ITSC. Similar a la inducción directa de las células madre pluripotentes a partir de fibroblastos embrionarios murinos (MEFs) 2, iTSCs se han convertido directamente de tejido somático diferenciada. En primer lugar, se identificaron 12 factores que inducen candidatos destino TSC cuando se sobreexpresa en MEFs. Más tarde, los factores TFAP2C, GATA3, Eomes y Ets2 han sido identificados como necesarios y suficientes para la inducción ITSC 3. Al mismo tiempo, otro grupo encontró independientemente TFAP2C, Gata3 y Eomes ser suficiente para convertir MEFs en iTSCs. Sin embargo, en eseestudio, el tiempo requerido para la expresión del transgen es considerablemente más larga en comparación con nuestro estudio, lo que indica diferentes cinéticas de conversión, cuando Ets2 está ausente del cóctel transdiferenciación 4.
Suero bovino fetal convencional (FBS) que contiene cultivo de células madre trofoblásticas blastocisto derivado inducidos y se basa en la presencia de factores de crecimiento secretados por MEFs inactivado 5,6. Durante la inducción ITSC, estos factores son proporcionados por los MEF, que carecen de la combinación completa de los transgenes y no están experimentando transdiferenciación. Sin embargo, una vez que las colonias individuales ITSC se subcultivan, requieren medios de comunicación, que ha sido preacondicionado por MEFs crecimiento inactivado. A partir de ahí, iTSCs pueden ser cultivadas y tratadas como TSC blastocistos derivados de acuerdo con protocolos estándar. Es de destacar que, a diferencia de Tanaka et al. 5, de manera rutinaria cultura TSC y iTSCs sin gelatinizar placas de cultivo celular.
Todos los experimentos con ratones se llevaron a cabo de acuerdo con la ley alemana de protección de los animales y de acuerdo con la aprobación de los comités institucionales de cuidado de animales locales (Landesamt fuer Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, Renania del Norte-Westfalia [número de identificación de aprobación: AZ 84-02.04.2013 .A428]).
1. Preparación de Medios
2. murino de fibroblastos de embriones Derivación
3. Producción de Lentiviral vector en células 293T
Nota: Todas las etapas se llevan a cabo en el espacio de laboratorio con licencia para Bioseguridad Nivel 2.
4. La transducción de fibroblastos con 4 factores y mCherry Control de Vectores
Nota: Todas las etapas se llevan a cabo en una instalación de Bioseguridad Nivel 2.
5. Conversión de fibroblastos de ITSC
Nota: Todas las etapas se llevan a cabo en el espacio de laboratorio con licencia para Bioseguridad Nivel 2.
6. Aislamiento de líneas individuales ITSC
Nota: Para el paso 6.3 no se requiere una campana de cultivo de tejido. Se recomienda limpiar el microscopio invertido con 70% de etanol para reducir al mínimo las posibilidades de contaminación bacteriana. Las colonias individuales ITSC se pueden aislar entre los días 21 y 28 días de transdiferenciación.
En el plato donde se activa la expresión del transgen de la 4F, las células cambian rápidamente morfología (comparar Figura 2A y B). Alrededor del día 14 - 21 áreas distintas transdiferenciadas emergen (dos ejemplos se dan en la Figura 2B y C). Estas colonias primarias carecen de morfología típica TSC; Sin embargo, una vez que se subcultivan, morfología característica del epitelio con bordes estrechos límites y brillantes que recuerda mucho a los TSC buena fe emerge (Figura 2D). 4F-iTSCs tinción positiva para la transcripción trofoblasto factores Cdx2 y TFAP2C (Figura 2E). Estas líneas ITSC se pueden utilizar ahora para la posterior in vitro o en los análisis in vivo, es decir, en ensayos in vitro de la diferenciación o experimentos quimerización placentarios.
Figura 1. Cronología de MEF a ITSC conversión. Representación gráfica de la transdiferenciación de MEFs en iTSCs. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Cambios en la morfología representativos Durante MEF a ITSC conversión.
(A) Microfotografía de rtTA-MEF. (B) Fotomicrografía de transdiferenciadas 4F-MEF. Ejemplo de una zona transdiferenciadas, resaltado en rojo. (C) Ejemplo 2 de una colonia transdiferenciadas en el día 21 de transdiferenciación después de diez días de inducción en dox 4F-MEF. Zona apta para sub-cultivo resaltado en rojo. (D) Fotomicrografía de 4F-iTSCs después de sub-cultivo. Todas las barras de escala métrica que 100 micras. Imágenes eran tAken en un microscopio invertido usando una lente de 10X y contraste de fase. (E) La tinción de inmunofluorescencia contra los factores de transcripción y Cdx2 TFAP2C en 4F-iTSCs. Los núcleos se tiñeron con Hoechst. Las barras de escala indican 100 micras. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El protocolo basado transdiferenciación 4 factores (TFAP2C, Gata3, Eomes, Ets2) que aquí se presenta ofrece un método fiable para generar fidelidad convertido iTSCs de fibroblastos de embriones de ratón. Además, el método es también aplicable para los fibroblastos de la cola post-natales, aunque con una caída en la eficiencia en comparación con fibroblastos de embriones de 3. En general, la calidad de fibroblastos primarios es un factor crítico de resultado transdiferenciación y se debe tener cuidado de usar células de paso de los primeros (paso dos y cincuenta y ocho).
La fuerza de este protocolo es el uso de vectores de doxiciclina-inducible, que permiten el control temporal de la expresión transgénica. Esto permite la generación de líneas estables ITSC que activan la red factor de transcripción endógeno, el mantenimiento de TSC destino independiente de la expresión del transgen. Esto está en contraste con los protocolos publicados anteriormente, que describe la inducción de destino TSC a partir de células madre embrionarias, un método that hasta la fecha sólo se produce células similares a las células madre reprogramadas trofoblasto forma incompleta 1.
Sin embargo, una limitación conocida del protocolo descrito aquí es la variable número de colonias emergentes transdiferenciadas, por lo que es difícil predecir la eficacia transdiferenciación. Estas limitaciones se deben a varios factores muy variables, que son críticos para el resultado transdiferenciación: la eficiencia de transducción de los vectores lentivirales individuales, la cantidad de proliferación de la población de células de partida, y la cantidad de muerte celular durante la transdiferenciación. En algunas circunstancias transdiferenciaran colonias ITSC fallan a emerger. En este caso los medios de comunicación y los reactivos deben ser probados por su capacidad para apoyar la auténtica cultura TSC, antes de su uso en la generación de ITSC. Además, la transducción con el 4F puede ser titulada, ya que demasiado altas cantidades de plomo transgén expresión a la muerte celular. En, sub-cultivo general del individuo ITSC lines requiere algo de práctica. En el caso de que se produzcan dificultades con la sub-cultura de iTSCs (es decir., Células sub-cultivadas no pueden mantener la auto-renovación y en su lugar se diferencian de forma espontánea), las colonias individuales aisladas se pueden sembrar alternativamente en los platos con la densidad celular del 50% del crecimiento del alimentador inactivada células para apoyar el crecimiento y la unión de las células. Las líneas ITSC se pueden entonces destetados gradualmente de alimentadores durante los pases posteriores. Es de destacar que no tuvimos éxito en MEFs conversión directamente en iTSCs utilizando condiciones de medio TX definidos, ya que sólo admite medio TX estableció líneas / TSC ITSC.
Hasta el momento, el protocolo para la inducción de los fibroblastos ITSC solamente se establece para las células murinas. Por lo tanto, ahora será de gran interés para adaptar este protocolo para otras especies y permitir la derivación de líneas ITSC de sistemas de modelos humanos u otros. Además, el análisis de los mecanismos precisos de los fibroblastos a la conversión ITSC ofrecerá nuevos conocimientos sobre la naturalezade la somáticas en vez de extraembrionario barrera linaje y la ayuda en la comprensión de los principios de la determinación del destino celular durante el desarrollo normal y patológico.
The authors have nothing to disclose.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Doxycycline hyclate | Sigma-Aldrich | D9891-10G | Dissolve in sterile PBS, prepare 2 mg/ml stock solution. Store aliquots at -20 °C |
Chloroquine diphosphate salt | Sigma-Aldrich | C6628-25G | Prepare 25 mM stock solution in sterile cell culture grade water. Store aliquots at -20 °C |
Polybrene (Hexadimethrine bromide) | Sigma-Aldrich | 107689-10G | Prepare 8 mg/ml stock solution in sterile cell culture grade water. Store aliquots at -20 °C |
human recombinant Fibroblast Growth Factor 4 | ReliaTech | 300-131L | Dissolve in sterile 0.1% BSA in PBS, prepare 25 µg/ml stock solution. Store aliquots at -80 °C |
Heparin sodium salt | Sigma-Aldrich | H3149-10KU | Prepare 1 mg/ml stock solution by dissolving in sterile PBS. Store aliquots at -80°C |
ProFection Mammalian Transfection System | Promega | E1200 | |
PBS, no calcium, no magnesium | ThermoFisher Scientific | 1419-094 | |
DMEM (1x) + GlutaMAX | ThermoFisher Scientific | 31966-021 | |
RPMI 1640, no glutamine | ThermoFisher Scientific | 31870-025 | |
Advanced DMEM (1x) | ThermoFisher Scientific | 12491-015 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | ThermoFisher Scientific | 25300-054 | |
Poly-L-lysine | Sigma-Aldrich | P4707 | |
Fetal bovine serum | Hyclone | SH30071.03IR | |
Surfactant-free cellulose acetate-membrane filter | Corning | 431220 | |
Non-essential amino acids | ThermoFisher Scientific | 11140-035 | |
Penicillin Streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140-122 | |
Sodium Pyruvate | ThermoFisher Scientific | 11360-039 | |
L-glutamine | ThermoFisher Scientific | 25030-24 | |
2-Mercaptoethanol | ThermoFisher Scientific | 31350-010 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO), cell culture grade | Panreac AppliChem GmbH | A3672,0100 | |
pLV-tetO-Tfap2c | Addgene | 70269 | |
pLV-tetO-Gata3 | Addgene | 70270 | |
pLV-tetO-Eomes | Addgene | 70271 | |
pLV-tetO-Ets2 | Addgene | 70272 | |
pLV-tetO-mCherry | Addgene | 70273 | |
psPAX2 | Addgene | 12260 | |
pMD2.G | Addgene | 12259 | |
FUdeltaGW-rtTA | Addgene | 19780 | |
Mice B6.Cg-Gt(ROSA)26Sortm1(rtTA*M2)Jae/J 7 | JAX Mice | 6965 | |
129S2SV | Charles River | 129 |
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