Method Article
An ideal model for studying adult stem cell biology is the mouse hair follicle. Here we present a protocol for isolating different populations of hair follicles stem cells and epidermal keratinocytes, employing enzymatic digestion of mouse dorsal skin followed by FACS analysis.
The hair follicle (HF) is an ideal system for studying the biology and regulation of adult stem cells (SCs). This dynamic mini organ is replenished by distinct pools of SCs, which are located in the permanent portion of the HF, a region known as the bulge. These multipotent bulge SCs were initially identified as slow cycling label retaining cells; however, their isolation has been made feasible after identification of specific cell markers, such as CD34 and keratin 15 (K15). Here, we describe a robust method for isolating bulge SCs and epidermal keratinocytes from mouse HFs utilizing fluorescence activated cell-sorting (FACS) technology. Isolated hair follicle SCs (HFSCs) can be utilized in various in vivo grafting models and are a valuable in vitro model for studying the mechanisms that govern multipotency, quiescence and activation.
תאי גזע בוגרים (גיל) הם חיוניים לשמירה על הומאוסטזיס רקמות על ידי החלפת תאים מתים ותיקון רקמות שנפגעו על פציעה. גיל אלה מוגדרים על ידי היכולת שלהם לעבור התחדשות עצמית מתמדת להתמיין שושלות תאים שונות 1-3. המערכות למדו הטוב ביותר, אשר תלוי גיל מבוגר עבור החידוש שלהם, כוללות את מערכת hematopoietic, במעי 1,2,4 העור.
במהלך עובר, העור מתחיל כמו שכבה אחת של תאי אפידרמיס. המורפוגנזה של זקיק השיער (HF) מתחילה כאשר תאי mesenchymal לאכלס את העור ומהווה הדרמיס collagenous בסיסי 5. מתמחה תאים mesenchymal, כי מאוחר יותר מהווים את עורי פטמית (העקורים), לארגן ישירות מתחת לשכבת האפידרמיס וממריץ האפיתל כדי ליצור placodes השיער מתחיל לצמוח כלפי מטה 6. מאוד מתרבים תאי מטריקס, ממוקם בחלק התחתון של HF,מעטפת תאי mesenchymal אלה ויוצרים את השיער הנורה, בעוד השכבה הפנימית מתחילה להתמיין גלילים קונצנטריים לגבש השערה (HS) ואת נדן השורש הפנימי שמסביב (IRS) 2,3.
לאחר הינקות האפידרמיס בעור מורכב משלושה תאים: האפידרמיס interfollicular (IFE), בלוטת החלב (SG) ואת HF. בניגוד IFE ו SG אשר נמצא במצב מתמיד של הומאוסטזיס, את HF הוא איבר מיני דינמי אשר עובר מחזורים רצופים של צמיחה (anagen), הרס (קטגן) ומנוחה (telogen) 4,7. תאי גזע זקיק שיער (HFSCs) דלק כי במחזוריות בלתי פוסקת זו, הנמצאים ליד גומחה בתוך HF המכונית הבליטה 4. במהלך Anagen HFSCs לצאת הבליטה, העוקבים אחר איתות הפעלה מן העקורים, להתחיל מתרבה ויורד כלפי מטה ובכך ליצור שובל ליניארי ארוך של תאים המכונים נדן השורש החיצוני (ORS) 8-10. תאי מטריקס, כימקיפים את העקורים בבסיס של HF, מחזור במהירות ולהעביר שעברו התמיינות מסוף כלפי מעלה ובכך יצירת HS ואת 10 IRS (איור 1). משך anagen קובע את אורך השיער תלויה יכולת שגשוג והתמיינות של תאי מטריקס 6. כאשר HF נכנס קטגן, התאים מטריקס הגברה במעבר בהפסקת הנורה להתרבות, עוברים אפופטוזיס ו לסגת לחלוטין תוך משיכת העקורים כלפי מעלה עד שהוא מגיע אל החלק הלא-אופניים של 8,11 HF. במהלך הכחשה זו HF יוצרת מבנה זמני הידוע כאפיק אפיתל, אופייני קטגן, ומכילה הרבה תאים אפופטוטיים. בעכברים, קטגן נמשך בין 3-4 ימים, והוא מסונכרן מאוד במחזור השיער הראשון. כאשר HF מגיע telogen כל HFSCs להיות שקט. השלבים ברורים של מחזור HF גם מאופיינים שינויים בצבע העור העכבר של בשל מייצור elanin. השינויים העור משחור במהלך anagen כדי אפור כהה במהלך קטגן לוורוד במהלך telogen 6,7,12,13.
איור 1: מחזור זקיק השיער. HF מורכב בחלקו העליון קבע וחלק שיפוץ נמוך כל הזמן, רכיבה על אופניים, אשר עוברת מחזורים רצוף של צמיחה מהירה (anagen), הרס (קטגן) ושלב קפאון קרוב משפחה או שאר (telogen). אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.
ה- SCS שמירה על HF זוהה בתחילה באמצעות ניסויי מרדף, עם thymidine tritiated, שחשפו אוכלוסייה של תאי שומרי תווית רכיבה איטית (LRC) ששכנו באזור הקבע של HF ממש מתחת SG 14. התקדמות HFSCאפיון חשף מספר קטן של סמנים כי ניתן להשתמש כדי לזהות ולבודד גיל ספציפי מן הנישה HF 15. אולי הסמן הטוב ביותר להעשרת HFSCs הוא CD34, סמן פני התא מזוהה גם כסמן SC hematopoietic בבני אדם 16. בתוך CD34 זה + אוכלוסיות שתי אוכלוסיות נפרדות גם בודדו מבוסס על integrin α6 ביטוי 2. סמן נוסף הוא קרטין 15 (K15) אשר מבוטא בכמות גבוהה באזור הבליטה, שיתוף לוקליזציה עם ביטוי CD34 ו אמרגן K15 משמש למיקוד ולבודד HFSCs בחיות מהונדסות 15,17-19. בעשור האחרון מספר אוכלוסיות נפרדות אחרות של HFSCs ו ובתאים גם דווחו להתגורר בתוך HF 17,20-27.
תכונה מרגשת נוספת של HFSCs תרומתם תיקון עור. בתנאים רגילים HFSCs לחדש את HF ואינו לוקח חלק הומאוסטזיס IFE. HoweVer, בתגובה פציעה, תאים אלה לצאת נישה SC שלהם וסיוע repopulating IFE 9. אנחנו הוכחנו לאחרונה כי עכברים שנמחקו עבור תצוגת הגן הפר-אפופטוטיים Sept4 / ARTS למספר גדל והולך של CD34, K15 ו Sox9 + HFSCs, מה שמראה על התנגדות אפופטוזיס. HFSCs בודד Sept4 / ARTS - / - עורות מגבים ניצול התא מופעל קרינת מיון (FACS) והיה יותר שני גידול של פי מספר CD34 + ו- K15 + HFSCs. ARTS Sept4 / אלה - / - HFSCs הורחב במבחנה ולא הוליד רק מושב יותר אבל היו גם מסוגל לעמוד בתנאים קשים בהשוואה לקבוצת ביקורת 28.
כתוצאה מכך שיש מספר גדל של HFSCs, Sept4 / ARTS - / - עכברים נרפאו מהר יותר באופן משמעותי בתגובת פציעות כריתת עור. באופן מפתיע, Sept4 / ARTS - / - עכברים displayeדה מספר רב של HFS מחדש ממיטת הפצע, וצלקות קטנות באופן משמעותי. יתר על כן, העכברים שנמחקו עבור XIAP (X-linked מעכב אפופטוזיס), ליעד ביוכימיים של ARTS, הפגינו ריפוי לקוי 28.
תוצאות העבודה שלנו בצעה במעבדות אחרות הראו כי HFSCs לשמש מודל אידיאלי עבור מחקר על הביולוגיה והתפקוד של גיל מבוגר. כאן אנו מתארים את המתודולוגיה של העשרה ובידוד של HFSCs ו קרטינוציטים אפידרמיס מבוסס על הביטוי של ארבעה סמנים: α6 integrin; β1 integrin; SCA-1 (סמן קרטינוציטים אפידרמיס) ו CD34. בידוד דומה K15 + HFSCs יכול גם להתבצע באמצעות עכבר כתב K15-GFP 19.
מחקר זה בוצע בהתאם קפדנית עם המלצות שהותוו מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של משרד הבריאות הישראלי. כל החיות טופלו על פי פרוטוקול טיפול בבעלי חיים מוסדי המאושר IL-02302-2015 של הטכניון טכנולוגי.
1. הכנה ניסויית
בידוד 2. של זקיקי השיער למבוגרים אפידרמיס
3. הכנת תרחיף תא בודד מ'שיער' זקיקים
4. ניתוח cytometry זרימה
פרוטוקול זה מתאר בפירוט את ההעשרה ובידוד של שני סוגים של אוכלוסיות:. בליטת SCS ו קרטינוציטים אפידרמיס איור 2 מדגימים את השלבים העיקריים של הפרוטוקול. ניצול העור הוסר הגבי האחורי של עכברים בן 8 שבוע, אנו מועשרים גיל בליטה באמצעות סמן CD34, אשר באה לידי ביטוי רק HFSCs; ו SCA-1, אשר תוויות קרטינוציטים אפידרמיס. איור 3 מראה דפוסים שונים של CD34 ו SCA-1 ביטוי בתוך α6 + / β1 + אוכלוסיית תאי עור אפיתל. תאים היו מגודרים ראשונים על פי בעת-α6 integrin ו integrin-β1, אשר יועד P1 באיור 3. אוכלוסיית תאים עם חיובי עבור α6 / β1expression היה אז מגודרת לפי ביטויו של CD34 ו SCA-1 תאים. שתי אוכלוסיות נפרדות של תאים נראות CD34 לעומת עלילת SCA-1. β1 α6 + / + / CD34 + / SCA-1 - מייצג את HFSCs (יועד P2 באיור 3) ו α6 + / β1 + / SCA-1 + / CD34 - המייצג קרטינוציטים אפידרמיס (יועד P3 באיור 3). כ 150-500 x 10 3 תאים לכל חיה של α6 + β1 + בריכת הם CD34 + HFSCs.
איור 2:. HFSC ובידוד keratinocyte בעור הגב הוסר מן העכברים. השומן היה לגרד את העור הודגר ב טריפסין. HFS היה לגרוטאות מן העור ואת השעיית הייתה מסוננת דרך 70 מיקרומטר ו 40 מיקרומטר מסננות תא. התיוג הבא עם תאי נוגדני משטח מוין באמצעות cytometry הזרים ואת שתי אוכלוסיות של תאים נאספו מבוססות על ביטוי יחסי: CD34 + / SCA-1 - ו CD34 - / SCA-1 +. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: פרופיל של תאים ממוינים ניתוח FACS עורות הגבו בהערכת אחוז HFSCs מבודד מעכברים.. FACS מטוהרים α6 + β1 + תאים מוינו עבור CD34 + SCA-1 - (ורוד, α6 + β1 + CD34 + SCA-1 -; כחול, α6 + β1 + CD34 - SCA-1 +; כתום, α6 + β1 + CD34 - SCA-1 -). נתונים שמוצגים הם מארבעה עכברים משולבים מסודרים יחד. בעכברים סוג בר כ 4-6% של α6 + β1 + בריכה (P1 המיועד) הם CD34 + / SCA-1 -. HFSCs (P2) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הפרוטוקול המתואר כאן הוא מבוסס היטב לבידוד HFSCs מהעור הגבי של עכברים בוגרים אבל יכול להיות מיושם באופן שווה לבידוד של אוכלוסיות אחרות בתוך מבנה HF, בהתבסס על הבחירה של סמנים 2,16,23,28,29. שיטה זו היא יתרון במיוחד על פני שיטות אחרות של בידוד תא, כגון דיסוציאציה רקמות, בכך סוג תא מסוים ניתן לבחור וקוצר מתערובת של אוכלוסיות תאים הטרוגנית. יתר על כן, השיטה המתוארת כאן היא מהירה ואמינה וניתן להשתמש בו כדי לבודד עד ארבע אוכלוסיות שונות HFSC מבוססות על רמות ביטוי הפרש של הסמנים בשימוש. זה יכול לשמש להעשרה ובידוד של HFSCs לניתוח מולקולרי נוסף, כגון RNA-seq או ספקטרומטריית מסה אלא גם עבור תרבית תאים עוקבת והרחבה וב השתלת vivo.
הכין באיכות גבוהה, השעית תא בודדת הוא מרכיב חיוני של sucמצליח FACS 29. יעילות של פרוטוקול זה גם תלוי בחומר החל לשמש לבידוד HF. על מנת למזער את כמות הרקמה הלא-אפידרמיס בטיפול חומר המוצא יש לנקוט בעת גילוח וכאשר לנתח את עור הגב. זה משפר את הטוהר ואת התשואה של תאי אפידרמיס. כדי להבטיח השעית תא בודדת אופטימלית, HFS יש לגרד בתוך ראש לכיוון זנב בכמויות קטנות בכל פעם להבטיח כי כל גושי השיער מחולק לחתיכות קטנות באמצעות אזמל וכי השעית HF יחידה מתקבלת . בנוסף, התאים צריכים להיות להישמר מהם בכל עת השעיות צריך להיות כל הזמן על הקרח כדי להבטיח כדאיות התא. לבסוף, טכניקות סטרילי הן קריטיות למזעור הסיכון לזיהום במיוחד אם תאים הם לשמש תרבית תאים.
בפרוטוקול המתואר כאן, בידוד של אוכלוסיות שונות של תאים מושג באמצעות סמנים פני תא ארבעה. אצעד חיוני עבור מיון תא מוצלח הוא ההגדרות ראשוניות המתאימות של FACS, הפיצויים המתאימים באמצעות פקדים מוכתמים יחיד וההיררכיה של פרמטרי gating. מיון תא מוצלח גם דורש חיסול של פסולת ביעילות להפלות אירועי גופייה מן הכפילויות / אגרגטים. Singlets נבדל כפילויות מבוססות על FSC ופרמטרי רוחב וגובה SSC. הפרמטרים עבור מיון התא צריך להיות מותאם בהתאם לסוג סדרן אלא גם המצומד fluorochrome בשימוש. הנה, קרינת PE נאספה באמצעות מסנן 585/42, FITC ו- PE-Cy7 הקרינה נאספו באמצעות 530/30 ו 780/60 מסנן, בהתאמה קרינת APC נאספה באמצעות מסנן 780/60.
מיון תא מתבצע בתחילה על ידי gating עבור תאים חיים המבוססים על ביטוי DAPI נמוך פיזור קדימה. אירועי גופייה בתחילה נבחרו על ידי התאמת שער פיזור כפילויות בוטלו על ידי gating singlets ונגדי קדימה ואחריו singlets פיזור. שני נוגדנים integrin, α6 ו β1 שמשו כדי לבחור עבור תאי אפידרמיס להבטיח והעשרה לכל גיל הבליטה. Blanpain et al., הראו נוכחות של שתי אוכלוסיות של HFSCs בליטה להביע גם רמות גבוהות או נמוכות של integrin α6 אבל חיובית CD34 2. כתוצאה מכך, תאי המבטאים הוא β1 גבוה / נמוך α6 β1 גבוה / גבוה α6 יש לבחור לפני gating עבור CD34. שתי אוכלוסיות מכן נבחרו על בסיס ביטוי סמן ספציפי להתנפח גיל, CD34, ועם סמן הבוחרת קרטינוציטים אפידרמיס, SCA-1 23. SCA-1 שיתוף לוקליזציה עם-α6 integrin ב מַשׁפֵּך ואת IFE אך אינה מתבטאת הבליטה HF. לעומת זאת, הבליטה HFSCs להביע CD34 ו integrin-α6 23, המאפשר בידוד ההפרש של שתי אוכלוסיות נפרדות; HFSCs ו קרטינוציטים אפידרמיס.
e_content "> השיטה החזקה דנה כאן שמשה במשך מספר היישומים במורד זרם, למשל, בידוד של HFSCs עבור תרבית תאים 23,28, השתלת 23,24 וניתוח מולקולרי 17. בנוסף, בחירת שילוב של סמנים ספציפיים או באמצעות אחר עכברים הכתב מאפשר בידוד של תת-אוכלוסיות בתוך המבנה HF, למשל, Lgr6 21, 25 Lgr5, Lrig1 24 ומתיר השוואה ישירה של השינויים המולקולריים המתרחשים בתאים אלה. יתר על כן, בין יישומים אחרים שיטה זו יכולה לשמש כדי להשוות שינויים במספר HFSC ב סוג בר לעומת חיות בנוקאאוט, לבחינת שינויי אוכלוסיות SC על גרימת פצע 28 ולכן הוא כלי רב ערך במחקר SC ועור.The authors have nothing to declare
This work was supported in part by NIH grant RO1GM60124 (to H.S.). H.S. is an Investigator with the Howard Hughes Medical Institute. Y.F. is supported by the Deloro Career Advancement Chair and The German Israeli Foundation (I-2381-412.13/2015). D.S. is supported by the Coleman-Cohen post-doctoral fellowship.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Isoflurane | Primal Critical Care | 66794-017-10 | |
Carbon dioxide | - | - | |
Electro Shaver | Oster | Golden A5 | Shaver from any other company could be used |
70% ethanol | Gadot Lab | 830000051 | 96% ehtanol diluted with distilled water |
Dissection mat | Dissection tools from any provider can be used | ||
Forceps | Dumont | 11251-10 | Foreceps from any other company could be used |
Scissors | Dumont | 14094-11 | Scissors from any other company could be used |
Needles/Pins | - | - | |
Scalpel | Albion | 10 | Ensure that the scalpel has a blunt end |
Tissue culture dish 60mm x 15mm | Sigma-Aldrich | CLS430166 | |
PBS | - | In-house PBS without Calcium and Magnesium | |
0.25% Trypsin/EDTA | Biological Industries | 03-050-1A | Trypsin obtained from a different company might have a different activity and duration of the trypsin digest has to be adjusted accordingly |
Pipettes 10ml | Sigma-Aldrich | Corning, 4488 | |
Ice | - | - | |
50 ml sterie centrifuge tubes | Minplast Ein-shemer | 35050-43 | |
70µM Cell strainer | Fisher | 22362548 | |
40µM Cell strainer | Fisher | 22362549 | |
Staining buffer | - | ||
Centrifuge | Eppendorf 5804 R | 5805 000.017 | |
FACS tubes with Cell strainer caps | Falcon | 352235 | |
FACS tubes | Falcon | 352063 | |
Integrin β1 | eBioscience | 25-0291 | 1:400 |
Integrin α6 | eBioscience | 15-0495 | 1:600 |
Sca I | eBioscience | 11-5981 | 1:200 |
CD34 | eBioscience | 9011-0349 | 1:300 |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | 50ng/ml |
Dry Chelex | BioRad | 142-2842 | |
Beaker | Pyrex | - | |
Distilled H2O | - | - | |
Stir bar | - | - | |
NHCl | BioLab | 1903059 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Beit Haemek Biological Industries | 400718 | FBS obtained from a different company can be used |
1L glass bottle | Ilmabor | Boro 3.3 | |
Bottle top filter | Autofil | 1102-RLS |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved