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Qui si descrive in vivo mutagenesi saggio per un piccolo numero di cellule ematopoietiche purificate utilizzando il modello di topo transgenico LacI. Il gene LacI può essere isolato per determinare la frequenza, la posizione ed il tipo di mutanti DNA sorto spontaneamente o dopo l'esposizione a genotossine.
Negli ultimi anni, è diventato evidente che l'instabilità genomica è strettamente legata a molti disturbi dello sviluppo, tumori e invecchiamento. Dato che le cellule staminali sono responsabili di assicurare l'omeostasi dei tessuti e la riparazione per tutta la vita, è ragionevole ipotizzare che la popolazione di cellule staminali è fondamentale per preservare l'integrità genomica dei tessuti. Pertanto, notevole interesse è sorto nel valutare l'impatto di fattori endogeni ed ambientali sull'integrità del genoma nelle cellule staminali e la loro progenie, al fine di comprendere l'eziologia delle malattie a base di cellule staminali.
Laci topi transgenici portano un recuperabile vettore fago λ codificante il sistema giornalista LacI, in cui il gene LacI serve come il reporter mutazione. Il risultato di un gene mutato LacI è la produzione di β-galattosidasi che un substrato cromogenico, trasformandolo blu. Il sistema giornalista LacI i è effettuatan tutte le cellule, comprese le cellule staminali / progenitrici e può essere facilmente recuperati e utilizzati per infettare successivamente E. coli. Dopo aver incubato infetto E. coli su agarosio contenente il substrato corretta, placche può essere ottenuto; placche blu indicano un gene mutante LacI, mentre placche evidenti porto wild-type. La frequenza di blu (tra chiari) placche indica la frequenza nella popolazione mutante cella originale il DNA è stato estratto da. Sequenziamento del gene mutante LacI mostrerà la posizione delle mutazioni nel gene e il tipo di mutazione.
Il modello di topo transgenico LacI è ormai consolidata come un test in vivo mutagenesi. Inoltre, i topi ed i reagenti per il dosaggio sono disponibili in commercio. Qui si descrive in dettaglio come questo modello può essere adattato per misurare la frequenza di verificarsi spontaneamente mutanti di DNA in cellule staminali arricchita Lin - IL7R - Sca-1 + CKIT + + (LSK) cellule e altri sottopopolazioni del sistema ematopoietico.
Nella maggior parte dei tessuti, cellule differenziate hanno una durata limitata. Per mantenere l'integrità funzionale, le cellule staminali tessuto-specifiche a vita lunga continuamente producono cellule progenitrici che a loro volta danno origine alle cellule completamente differenziate necessari per la funzione di quel particolare tessuto. Le cellule staminali anche ricostituire il proprio scompartimento attraverso un processo chiamato auto-rinnovamento. Pertanto, le cellule staminali sono responsabili del mantenimento dell'integrità funzionale del tessuto in cui risiedono in Pertanto, è imperativo che essi sono dotati di meccanismi solidi di percepire e potenzialmente riparare il DNA danneggiato. In caso contrario, essi possono acquisire più perturbazioni (potenzialmente dannosi) genomiche, che possono essere ereditate dalla loro progenie. Capire come le cellule staminali salvaguardare il loro genoma durante la vita di un organismo è una questione importante e può aiutarci a capire perché l'instabilità genomica è collegata con il cancro e altre malattie legate all'età (recensiti 1,2).
Controllo dell'integrità genomica di un tessuto a livello delle cellule staminali o popolazioni di cellule progenitrici precoce può essere ottenuto sia eliminando stelo difettoso (o progenitore) cellule attraverso la morte cellulare, senescenza o differenziazione, e / o mediante riparazione efficiente DNA danneggiato. Recenti studi hanno dimostrato che è possibile misurare alcuni tipi di riparazione del DNA direttamente in queste rare popolazioni 3-6. Si è constatato che, per esempio nel sistema ematopoietico, doppie rotture del DNA possono essere riparati mediante ricombinazione omologa (HR) o non omologhe fine unione (NHEJ), quest'ultimo è un processo di riparazione di bassa fedeltà e così aumentato rischio di fare errori. Entrambi vengono utilizzati nelle cellule staminali ematopoietiche (HSC) 4,5, tuttavia, in topi sembra che prevalentemente NHEJ in CSE mentre le cellule progenitrici primi utilizzano HR 4. Un'osservazione analoga è stata fatta per le cellule staminali della pelle 6. È interessante notare che, in umana CSE HR, non NHEJ,sembra essere il meccanismo di riparazione di scelta per le pause doppio filamento 3. Se questa differenza funzionale tra le due specie è reale o semplicemente rappresenta una differenza tecnologico o sperimentale resta da vedere.
Il repertorio di una cellula staminale per riparare il DNA danneggiato è probabile che includono altri meccanismi di riparazione del DNA, come riparazione per escissione di base (BER), riparazione per escissione del nucleotide (NER) e mismatch repair (MMR). BER e NER sono responsabili per la riparazione di lesioni singole o multiple di coppie di basi nel DNA a singolo filamento, mentre i disallineamenti correzioni MMR base-base e cicli di inserzione / delezione; questi tipi di danno al DNA non possono essere riparati da NHEJ o HR. A supporto di questa nozione sono diversi studi dal sistema ematopoietico dimostrare un legame fra alterazioni in uno di questi percorsi e anomalie nel vano HSC 7-9, così come un aumentato rischio di sviluppare la sindrome mielodisplastica 10-16, una malattia che ha origine nelHSC e che è associato con l'aumento dell'instabilità genomica come la malattia progredisce 17. Come ancora, non sono stati segnalati misure di BER, NER, e MMR direttamente in CSE.
Oltre a chiarire i vari processi che controllano l'integrità del tessuto ad un livello meccanicistico, è indispensabile per poter misurare l'entità del DNA mutato, in modo che le conseguenze di aberrazioni in uno di questi processi possono essere testati, ad esempio in normali rispetto geneticamente cellule staminali ingegnerizzate o in vecchio contro giovane. Tuttavia, lo sviluppo di un saggio rilevante è difficile a causa della scarsità di cellule staminali tessuto-specifiche e la mancanza di condizioni di coltura che conservano "stemness". Inoltre, tale analisi deve essere modificabili a manipolazioni ambientali e genetici. Una possibile soluzione a queste limitazioni e prescrizioni è l'uso di modelli murini che specificamente sono progettati per rilevare mutazioni del DNA.
Mulsono stati sviluppati teplici modelli di topi transgenici per il rilevamento mutazione. Ad esempio, LacI topi transgenici 18 portano un recuperabile vettore fago λ codificante il sistema giornalista LacI, in cui il gene codifica una LacI soppressore dell'operatore Lac e serve come il reporter mutazione. Su mutazione del gene LacI, l'operatore Lac è attivato e β-galattosidasi viene prodotto. β-galattosidasi scinde il substrato cromogenico X-gal (5-bromo-4-cloro-e-indolil-β-D-galattopiranoside) che trasforma blu. Le cos siti che fiancheggiano il vettore LacI consente un facile recupero da parte lambda proteine fagi e la successiva infezione di E. coli. Dopo aver incubato infetto E. coli su agarosio contenente il substrato X-gal, placche possono essere assegnati. Targhe blu contengono un mutante putativo Lac-I trasportano fago, mentre placche evidenti porto non-mutanti. La frequenza di placche blu (tra the quelli chiari) indica la frequenza nella popolazione mutante cella originale il DNA è stato estratto da. Inoltre, il fago λ ospita il bersaglio LacI può essere facilmente sequenziato utilizzando tecniche di PCR per l'analisi relativamente elevato rendimento. Sequenziamento geni multipli Laci mutanti rivelerà importanti informazioni sulla mutazione spettro, che a sua volta può indicare le eventuali carenze negli specifici percorsi di riparazione del DNA o per eventi specifici genotossici. Il sistema transgenico LacI è stato standardizzato su più laboratori 19 ei reagenti sono disponibili in commercio. Uno dei principali svantaggi del sistema LacI è la limitata capacità di rilevare grandi delezioni o riarrangiamenti, quindi, altri metodi, ad esempio FISH multi-colore su spread metafase devono essere utilizzati per completare questa carenza.
All'interno del vettore fago λ del modello murino LacI, c'è un gene molto più piccolo, CII, Disponibili per l'analisi di mutazione. Le sue dimensioni e il fatto che i mutanti possono essere selezionati rende questo un meno laborioso e più economico dosaggio 20 rispetto all'analisi gene LacI. Tuttavia, il gene LacI è più ampiamente studiato per mutagenesi 21 e la sensibilità del gene per mutazioni è stata ben caratterizzata in modo che vi è una chiara comprensione dei residui amminoacidici che generano una risposta fenotipica su un substrato cromogenico 22-25.
Altri modelli murini per la rilevazione di mutazione includono l'uso della ΦX174 o dei transgeni LacZ. Il ΦX174 modello di topo transgenico, con l'A originale: T → G: C mutazione reversione dosaggio 26 o il forward test di mutazione 27 che permette la rilevazione di uno spettro di sostituzioni di coppie di basi, rappresenta un sistema meno costoso rispetto al modello LacI. Comunque, la schermata mutazionale nel saggio in avanti non è banale e le specifiche mutazioneTrum del transgene ΦX174 non è come ben caratterizzata come quella del LacI. In modelli murini che trasportano transgeni LacZ, il giornalista mutazionale LacZ viene recuperato utilizzando E. cellule ospiti coli che sono sensibili al galattosio e terreno contenente galattosio 28. Un inconveniente di questo sistema è che il recupero del bersaglio LacZ coinvolge anche la digestione di restrizione endonucleasi seguita da ligazione ed elettroporazione di E. coli ospita, rendendo così difficile adattare il sistema per un piccolo numero di cellule. Anche se non è un requisito assoluto per lavorare con popolazioni di cellule staminali / progenitrici (si può sempre iniziare con più topi), se un gran numero di cellule sono necessari (ad es milioni o più) diventa subito poco pratico e un costo proibitivo. Inoltre, le dimensioni relativamente grandi di LacZ, fornendo un reporter mutazionale sensibile, è ingombrante e costosa per l'analisi di sequenza del DNA e determminazione degli spettri mutazione. Uno dei principali vantaggi di questo modello tuttavia, è la sua capacità di rilevare grandi delezioni e inserzioni, nonché riarrangiamenti cromosomici.
Poiché tutte le cellule in modelli murini transgenici LacI, ΦX174 e LacZ portano il sistema giornalista, uno di questi modelli mouse può essere utilizzato per misurare la mutagenesi in qualsiasi tipo di cellula di interesse, comprese le cellule staminali e progenitrici, fintanto che possono essere raccolte in modo affidabile e in numero sufficiente. Perché abbiamo avuto una vasta esperienza con il modello del mouse LacI e il test di mutazione LacI, abbiamo deciso di perseguire questo ulteriore sistema per l'analisi di mutagenesi in staminali ematopoietiche e le popolazioni progenitrici.
Il tessuto emopoietico è ben caratterizzato in termini di superficie delle cellule fenotipo dei suoi singoli componenti, tra cui ripopolamento cellule staminali-lungo termine, che sono identificabili come la popolazione estremamente rara di Lin - IL7R - Sca-1 + CKIT + + (TSS) / Flk2 - CD150 + CD48 - 29 cellule. . Mohrin et al 4 hanno dimostrato che la popolazione leggermente più grande di LSK/Flk2 - le cellule sono ancora buoni rappresentanti per CSE e significativamente diversa da quella più primitiva impegnati progenitore mieloide (CMP) della popolazione quando si tratta di studiare la riparazione del DNA. Inoltre, quando la LSK HSC-arricchito (Flk-2 + e Flk-2 -) le cellule sono state confrontate con la Lin - IL7R - Sca-1-CKIT + + (cellule progenitrici LS-K), c'era ancora una differenza significativa in NHEJ capacità di 5 tra i meno puro, staminali popolazione di TSS cellule arricchito e le cellule progenitrici. Nel nostro studio utilizziamo HSC-arricchito LSK (Flk-2 + e Flk-2 -), le cellule, perché abbiamo scoperto che almeno 2 x 10 5 cellule sono necessari per risultati coerenti e affidabili in questo test di mutagenesi, questo numero di cellulare è estremamente difficileavere quando si ordina la LSK/Flk2 - popolazione CD150 + CD48 o anche il LSK/Flk2 - della popolazione (in termini di topi, costi e praticità). Tale protocollo, basata su quella originariamente sviluppata da Kohler et al. 18 descrive in dettaglio come la frequenza DNA mutante spontaneo può essere determinata in cellule LSK e popolazioni di cellule mieloidi differenziate così come le cellule del midollo osseo non separato e milza definito.
Leucociti dal LacI topi transgenici su un C57BL / 6 sfondo non esprimono Sca-1 (Figura 1). Pertanto, se Sca-1 è un indicatore utilizzato per la purificazione delle cellule, questi topi devono essere attraversato con un ceppo appropriato per ottenere Sca-1, in questo protocollo F1 di un incrocio tra regolari C57BL / 6 (B6) topi e LacI (C57BL / 6) topi transgenici (LacI) è stato usato (Figura 1). Delle popolazioni di cellule utilizzate in questo protocollo, LSKs e CMP rappresentano le più piccole popolazioni nel midollo osseo. Al fine di purificare almeno 2 x 10 5 di ogni / specie, unire il midollo da una decina di topi durante la raccolta del midollo osseo a partire da soli arti posteriori o da almeno quattro topi quando anche la hip-gambe-, anteriori ossa della colonna vertebrale, e lo sterno sono utilizzati.
Fai sospensioni di cellule singole dal midollo osseo e milza. Una piccola parte del midollo osseo è usato come è, la maggior parte viene utilizzata per PURficare LSKs e cellule progenitrici mieloidi differenziate, cioè CMP e granulociti / progenitori monocitiche (GMP) da cellule fluorescenza-attivato (FACS). L'isolamento di cellule di midollo osseo e FACS-purificazione di queste popolazioni è descritto altrove 30-32. Circa sei tipi indipendenti sono tenuti a identificare le differenze significative nella frequenza di mutazione tra le popolazioni.
Il seguente protocollo per misurare la spontanea in vivo frequenza dei mutanti in sottopopolazioni ematopoietiche purificate è adattato da diversi manuali di istruzione Stratagene 33-35, basato sul lavoro originale da Kohler et al. 18 Le differenze più importanti tra i protocolli esistenti 33-35 e questo protocollo , necessaria per l'uso relativamente piccolo numero di cellule, includere differenze nella quantità di reagenti e dei tempi e temperature utilizzate per proteinasi K incubazione.
1. Conservazione dei campioni
Dopo aver raccolto le popolazioni di cellule, le cellule aliquote desiderati in provette a 1 ml (per numero di cellulare per aliquota, vedi Tabella 1). Centrifugare a 266 xg per 7 minuti, a 4 ° C. Aspirare con cura il surnatante. Mettere le provette in azoto liquido per 5 min e poi trasferirli ad un -80 ° C freezer per un ulteriore uso. I campioni possono essere conservati per almeno 6 mesi.
2. Isolamento del DNA genomico
3. Preparazione dei vassoi per la E. coli / fagi Cultura (1 ° giorno)
Ogni vassoio conterrà due diversi strati; uno strato di agar in fondo e uno strato di agarosio in alto che contiene X-gal. Il E.soluzione coli / fago verrà aggiunto a quest'ultimo. Il numero e il tipo di cellule isolate potranno determinare quanti vassoi sarà richiesto. Consultare Tabella 1 per calcolare il numero di vassoi necessari e successive quantità di soluzioni per questa parte del protocollo. Di seguito genererà ~ 60 vassoi, che una persona esperta in grado di elaborare facilmente.
4. Preparazione dei vassoi per la E. coli / fagi Cultura (Day 2)
5. Confezionamento di DNA genomico (Day 2; Continua)
6. Placcatura Confezionato DNA genomico (Day 2; Continua)
7. Determinazione di una frequenza putativo Mutant (3 ° giorno)
8. Verifica della putativo Mutant placche (Day 3-5)
9. Sequencing per mutazioni nel LacI G ene
Il test in vivo mutagenesi misura un evento raro (mutante PFUs) tra i molti eventi (tutto PFUs). Eseguendo i test con piccolo numero di celle, è possibile che il risultato è notevolmente influenzata da risultati falsi positivi e falsi negativi. Per risolvere questo problema abbiamo effettuato un esperimento di diluizione seriale con cellule del midollo osseo non frazionata, raccolte dalle tre diversi animali. Abbiamo misurato la frequenza dei mutanti nel midollo osseo di questi animali con 1,4 x 10 6, 7,0 x 10 5, 3,5 x 10 5, e 1,75 x 10 5 cellule. I risultati (Figura 7) mostrano una relazione lineare tra il numero di cellule di ingresso e il numero di PFU di generato. È importante sottolineare che la frequenza dei mutanti è coerente, se misurata con basso o alto numero di cellule. Anche se non direttamente testata (a causa della scarsità di cellule), non c'è ragione di credere che questo non è il caso per LSKs e GMP.
t "> Il passo più importante in questo saggio mutagenesi è l'isolamento del DNA genomico (fase 2). Anche se la concentrazione di DNA dovrebbe idealmente essere ≥ 500 ng / ml, questo protocollo funziona bene con 40-150 ng / ml. Ancora più importante è il rapporto 260/280 (questo dovrebbe essere> 1.8-2.0) e il peso molecolare (dovrebbe essere intorno a 300-500 kb). E 'consigliato quando non si ha familiarità con il test per controllare la qualità e le dimensioni del DNA isolato . Figura 8 mostra un esempio di una corsa elettroforetica di DNA ad alto peso molecolare.Le marcature dei singoli PFUs su un vassoio mostrato in Figura 4B rappresentano una densità di placche ragionevole e realizzabile quando si parte da un piccolo numero di cellule purificate; un vassoio deve contenere tra 40-150 PFUs / quadratino. In questo particolare esperimento, la piccola piazza in figura 4B contiene 103 placche. L'altro quadrato sul vassoio, indicato nell'angolo superiore della figura 4A conteneva 111 PFUs. Questi due conteggi sono ravvicinati (differenza inferiore al 10%), se questo non è il caso, contare le placche in 5 piazze, estratti a caso sul vassoio, o ripetere l'esperimento, poiché la variazione può essere dovuta a troppo pochi placche su il vassoio. Su questo vassoio esempio, il numero totale di PFUs è ([103 +111] / 2) x 96 = 10.272 PFUs. Questo numero è inferiore ai 12.000 raccomandate PFUs da altri 41, perché usiamo piatti un po 'più piccole e 12.000 PFUs su questi vassoi non ci ha consentire una buona distinzione tra i singoli placche.
Figura 4C mostra esempi dei diversi tipi di targhe blu che possono essere osservati. Nel saggio mutagenesi LacI, la morfologia delle placche (cioè piena, settore o cerchio) è un'indicazione dell'origine della mutazione; completo è una mutazione di origine murina, mentre gli altri due sono probabilmente prodotte in E. coli 36,37. Su replating (vedi also Figura 6), quasi tutti placche "piene" riproducono> 70% placche blu di nuovo, mentre solo una piccola porzione delle placche settore do e praticamente nessuna delle spesso piccole, placche circolari.
Tabella 2 mostra la riproducibilità di formazione della placca con numero relativamente piccolo di cellule purificate rispetto a quello con un numero elevato di cellule di midollo osseo (lo stesso pool di cellule in cui le cellule sono state filtrate da) e cellule di milza.
PFUs Mutant sono confermati, prima di tutto replating (figura 6 mostra esempi rappresentativi di piatti per la conferma del mutante primario (blu) PFUs) e, dall'altro, mediante sequenziamento. I piatti in Figura 6 contenenti> 70% PFUs blu (i due inferiori) confermano che il mutante origine nel topo (e non in E. coli). Tuttavia, il piatto superiore sinistra non mostra PFUs blu e pertanto l'PFU primario non deve essere considerato mutante e sequencing non è necessario. Il piatto destro mostra ~ 65% PFUs blu. A seconda della forma della placca primario, questo campione sarà trasmesso per sequenziamento (vedi passo 8.4). Solo se una mutazione del DNA può essere confermata mediante sequenziamento sarà questo PFU conteggiata come mutante. Se non siete sicuri circa la forma del PFU, sequenza!
Figura 1. Sca-1 colorazione sulle cellule di midollo osseo da topi wild type C57BL6 (B6), topi transgenici Laci (LacI) e la progenie di un incrocio tra queste due cellule (B6 x LacI). Midollo osseo di topi B6 esprimono Sca- 1 sulla loro superficie delle cellule e questa caratteristica è utilizzata per purificare le cellule staminali e progenitrici. Topi transgenici Laci su uno sfondo B6, tuttavia, non esprimono Sca-1, questo indicatore deve essere stato perso while che istituisce la colonia. Per reintrodurre Sca-1 in topi transgenici Laci, questi topi sono stati incrociati con normali topi B6.
Sistema di Figura 2. Dialisi DNA. Tre membrane in possesso di una soluzione di DNA viscosa in centro (di colore blu per una migliore visualizzazione) sono galleggianti sul buffer TE. Le frecce rosse indicano piccole tacche nella membrana, che vengono utilizzati per l'identificazione del campione.
Figura 3. Efficiente modo per asciugare 60 o più agar / agarosio vassoi contenenti.
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Figura 4. Rilevamento di unità formanti placca (PFUs). Raffigurati sono (parti) grandi vassoi agar (illustrati nella figura 3), con colonie primarie di fago-infettati E. coli. (A) mostrato è un intero piatto con due piccoli quadrati disegnati su di esso per il conteggio placche. L'inserto rosso è mostrata ingrandita in (B). (B) Ogni individuo pennarello punto nero indica una chiara tipo selvatico PFU nella piastra di agar (103 in totale). (C) Forme diverse di PFUs potenzialmente mutanti. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.
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Figura 5. Plexiglas conteggio piazze. Raffigurati sono un piccolo e grande piazza conteggio. Le misurazioni interne del grande piazza sono 5 cm x 5 cm, che della piazzetta 2,5 centimetri x 2,5 cm.
Figura 6. Conferma di mutanti unità formanti placca (PFUs). Vengono mostrati 4 piccoli piatti inoculati il giorno prima con un diluente di un PFU blu. Il piatto in alto a sinistra non mostra PFUs blu. Il piatto in alto a destra mostra ~ 65% PFUs blu. I due vassoi inferiori mostrano 80-90% PFUs blu (a sinistra) e il 100% PFUs blu (a destra). Le frecce rosse indicano chiaramente (wild type) PFUs.
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Figura 7. Frequenza di mutanti non frazionata nel midollo osseo. Raffigurati sono (A) il numero di PFUs, (B) il numero di mutanti e (C) la frequenza mutante misurata in tre differenti animali (24-26 mesi), che sono rappresentati da colori diversi. Per ciascun topo, le misurazioni sono state effettuate su quattro differenti dimensioni del campione: 1,4 x 10 6, 7,0 x 10 5, 3,5 x 10 5, e 1,75 x 10 5 cellule. I dati mostrano che all'interno di questo intervallo di celle, dimensione del campione non influenza significativamente le misure di frequenza mutanti.
Ficoelettroforesi ure 8. Pulsed-field di alto campioni di DNA di peso molecolare isolati da cellule purificate. DNA genomico è stato isolato come descritto al punto 2 del protocollo ed eseguito su un sistema Bio-Rad (CHEF-DR III). I vari campioni caricati sul gel sono campioni di DNA isolato da fegato (Li; corsia 1), cellule del midollo osseo impoverito di lignaggio matura + cellule (LB; corsie 2 e 14), le cellule CD34 + LSK (L; corsia 6), CMP (corsie 7-9), GMP (corsie 11 e 12) e Sca-1 + cellule (S, corsia 15). Corsia 4 detiene la scaletta per alta DNA peso molecolare. La figura mostra che la maggior parte del DNA è elevato peso molecolare (> 600 kb).
Tabella 1. Parametri del campione diversi di popolazioni purificate, tutto il midollo osseo e milza. Utilizzare questa tabella dove indicato nel Protocollo. Per ciascuna popolazione indicata sopra, il numero di cellule (5 x 10) per aliquota, tempo di digestione del DNA, il volume di campione di DNAdopo la dialisi, numero di reazioni necessarie per ciascuna aliquota e numero di vassoi richiesti per aliquota sono indicati sulla sinistra. I tempi di digestione a 50 ° C sono fondamentali per il successo dell'esperimento.
LSK = Lin - Sca-1 + cellule Kit + +; CMP = impegnata progenitore mieloide; GMP = granulociti / monociti progenitore; WBM = (indifferenziati) intero midollo osseo. Cellule della milza sono indifferenziati.
Tabella 2. Efficienza della formazione della placca è paragonabile tra le diverse popolazioni cellulari. Questa tabella mostra la formazione di placche all'interno delle diverse popolazioni. Sei mesi di età C57BL / 6 topi sono stati utilizzati per questi esperimenti (femori e tibie del 10-11 topi per esperimento, 6 esperimenti in totale). Tutto ma una delle popolazioni utilizzati in questi esperimenti gave almeno 1, fino a 24, (confermato) mutante PFUs (Zhou et al., manoscritto in preparazione). Numeri di PFU possono variare secondo ceppo di topi.
LSK = Lin - Sca-1 + cellule Kit + +; CMP = impegnata progenitore mieloide; GMP = granulociti / monociti progenitore; WBM = (indifferenziati) intero midollo osseo * Le cellule di milza sono indifferenziati.. SD = deviazione standard.
Tabella 3. Istruzioni per la preparazione dei reagenti supplementari.
§ Dal manuale di istruzioni Stratagene del DNA RecoverEase Isolation Kit
¶ Dal manuale di istruzioni Stratagene del Packaging Extract Transpack
Il test in vivo mutagenesi qui descritta si basa sul modello di topo transgenico LacI originariamente generato da Kohler et al. 18 Questo modello utilizza un vettore fagico λ trasportano un gene reporter lacI. I due siti cos fiancheggianti il vettore consentire un recupero relativamente semplice e successivo confezionamento in particelle fagiche infettive, utilizzati per infettare E. coli. Una targa blu sarà generato da fago-infetti E. coli che contengono un gene mutato LacI. La targa blu è impostata su uno sfondo incolore, semplificando così enormemente il compito di segnare mutante. Tecniche di sequenziamento del DNA possono essere usate per identificare la posizione e il tipo di mutazione che si è verificato, che può aiutare ulteriori indagini sui meccanismi sottostanti mutagenesi.
Le modifiche che abbiamo fatto al protocollo di questo test di mutagenesi permettono di usarlo con hematopoie FACS-purificatopopolazioni di cellule tic. Tuttavia, abbiamo trovato che un'analisi riproducibile richiede ancora almeno 2 x 10 5 cellule ematopoietiche garantire quantità sufficienti di DNA di alta qualità. Poiché la frequenza a lungo termine ripopolamento CSE è estremamente basso 29, effettuando un'analisi mutagenesi su questi CSE è a questo punto non realizzabile. La popolazione di cellule staminali arricchita usiamo in questo protocollo, le cellule LSK, contiene oltre a Flk-2 - lungo termine ripopolamento CSE, anche FLK-2 - a breve termine ripopolamento CSE e Flk-2 + cellule, che rappresentano il progenitore multipotenziale cellule (PMP) 42. Nonostante questa limitazione riteniamo che l'utilizzo di cellule LSK come un read-out per la CSE in questo saggio mutagenesi è ragionevole poiché è stato dimostrato che le cellule LSK si comportano più come TSS-Flk-2 - CSE in termini di utilizzo NHEJ dalle cellule progenitrici 5. Inoltre, il lavoro di Rossi et al. 8 suggerisce che i PMP sono migliori in copia con danDNA ed oltre CSE, specialmente quando invecchiano, che ci porta a ipotizzare che il numero di mutanti presenti nella popolazione LSK riflette quella del CSE, piuttosto che le MPPs.
Da piccolo numero di cellule filtrate sono disponibili presso ciascun esperimento, un problema importante da considerare nella fase di pianificazione di questo test in vivo mutagenesi, è la dimensione del campione (ossia il numero totale di placche per campione) necessario per raggiungere la significatività statistica. In altre parole, quando l'obiettivo è quello di, per esempio, confrontare la frequenza di mutazione di cellule manipolate LSK alle cellule di controllo LSK wild-type, quanti placche in totale sono richiesti per ogni popolazione TSS per rilevare una differenza di due o tre volte in frequenza di mutazione? Da notare che il numero totale di placche possono essere combinati da tutti gli esperimenti, poiché abbiamo trovato alcuna differenza significativa tra esperimenti smistamento, almeno nelle cellule wild-type, in base ad un'analisi di regressione binomiale negativa 43. Targa numbri sono importanti per sapere perché questo determinerà il numero di ordinamenti che devono essere eseguite (~ 10.000 per WBM e GMP e ~ 7.000 per Spleen, LSKs e CMP). Dal momento che le frequenze di mutazione sono di piccole wild-type tessuti 44, l'approssimazione normale statisticamente confrontando questi non è preciso. Per questo motivo, utilizziamo la distribuzione di Poisson, dato che approssima la reale distribuzione binomiale (della frequenza di mutazioni) quando questa frequenza è piccola e la dimensione del campione è relativamente grande; Huffman 45 prevede una formula (Equazione 4) per calcolare le dimensioni campione basato sulla distribuzione di Poisson. Quando viene applicato a ipotetiche frequenze di mutazione di 2,5, 4, e 7 mutazioni per 100.000 cellule in cellule di controllo 44, abbiamo bisogno di 456.949 piaghe, 285.592 e 163.196 rispettivamente, per individuare una differenza duplice significativa (test a due campioni con due significato coda di 0,05 e potenza di 0,80). Meno placche sono tenuti a rilevare una triplicedifferenza: 122.148, 76.342 e 43.624 rispettivamente. Così, il numero di placche richieste per ogni frazione di interesse (e quindi il numero di tipi necessarie per ottenere abbastanza cellule) dipende dalla frequenza di mutazione che può essere previsto nella popolazione di cellule di controllo e la piega-cambiamento previsto nella popolazione confronto.
Il passo più importante in questo saggio mutagenesi è l'isolamento di DNA genomico (passaggio 2). Anche se è essenziale per iniziare questo protocollo con campioni di DNA di alta qualità (vedi "risultati rappresentativi"), quando si lavora con le cellule ordinati, i numeri di cellulare sono spesso limitate e non possono essere sprecati per determinare la concentrazione di DNA o dimensione. Abbiamo trovato che un altro indice significativo della qualità del campione di DNA è la sua viscosità, al passo 2.9 il campione deve essere estremamente viscoso e difficile da lavorare. Si richiede una certa pratica per ottenere questo diritto passo. Pertanto, si raccomanda di elaborare il protocollo con il numero di cellule di grandi dimensioni, ad esempio, con tutto il midollo osseo o Sca-1 + cellule filtrate, e prendere confidenza con isolare il DNA da questi campioni e imparare a giudicare la qualità del DNA da parte sua viscosità.
La qualità e la dimensione del DNA influisce sul numero di PFUs generato. Quando la fase di isolamento del DNA è perfezionato, il successivo elemento importante di ottimizzazione del saggio è la densità di PFUs per vassoio. Tabella 1 mostra il numero consigliato di vassoi da utilizzare per ogni tipo di campione corrispondente ad un numero ottimale di cellule per quel campione. L'utilizzo di questo orientamento dovrebbe tradursi in vaschette in cui i singoli placche possono ancora essere distinta, ma non sono distribuite troppo sottile. Un vassoio deve contenere tra 40-120 PFUs alla piccola piazza, l'esempio illustrato in Figura 4B rappresenta una densità ragionevole. Con questi aspetti ottimizzazione elaborati, il numero di PFUs generato per campione è altamente efficiente e riproducibile (Tabella 2).
"> Il modello di topo transgenico LacI è stato usato con una varietà di altri tessuti, ma non in combinazione con un numero relativamente ridotto di popolazioni altamente purificate. Quando applicato ad altri (oltre ematopoietiche) popolazioni di cellule staminali tessuto-arricchito-ristretto, si raccomanda a prestare particolare attenzione alla procedura di isolamento del DNA;. possono differire da tipo cellulare a tipo cellulare e la raccomandazione di cellule ematopoietiche non possono necessariamente funzionare per altri tipi di cellule tissutali I fattori critici, come la quantità di reagenti, la temperatura alla quale la proteinasi K digestione ha bisogno di prendere posto e, soprattutto, la proteinasi K tempo di digestione dovrà essere elaborato per ogni tipo di cellula, questo protocollo può servire come punto di partenza.Gli autori dichiarano interessi finanziari concorrenti.
Vorremmo ringraziare David R. Rodriguez, MA per la progettazione grafica e la fotografia in questo manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto da un finanziamento della GCCRI, il NIH / NIA (5R21AG033339) e il Cancer Center Support Grant (P30CA054174) per l'impianto UTHSCSA Citometria a flusso Core e il Fondo UTHSCSA avanzata acidi nucleici Core.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
LacI transgenic mice | BioReliance Corporation | ||
RecoverEase DNA Isolation Kit, including the RNace-It ribonuclease cocktail | Agilent Technologies (Stratagene) | 720202 | |
Transpack Packaging Extract, including the orange and blue transpack tubes and the SCS-8 E. coli | Agilent Technologies (Stratagene) | 200221 | |
DNA size standards – lambda ladder | Bio Rad | 170-3635 | |
0.025 mM Pore size membranes | Fisher (Millipore) | VSWP 025 00 | |
245 mm2 Bioassay dishes (trays) | Fisher (Corning) | 07-200-600 | |
NZY broth (powder) | Fisher (Teknova) | N1144 | |
Agar | Fisher | BP1423-500 | |
Agarose | Fisher | E-3120-500 | |
N,N-Dimethylformamide | Fisher | AC34843-5000 | |
X-gal | Research Products Intl Corp (RPI) | B71800-10.0 | |
Proteinase K | Roche | 3-115-852 | |
PCR Extender Taq Polimerase kit | 5 PRIME | 2200500 | |
Agencourt AMPure XP cleanup kit | Beckman/Coulter | A63880 |
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