Method Article
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.
cellule staminali Trophoblast (TSC) sono una conseguenza della prima decisione destino cellulare in sviluppo dei mammiferi. Essi possono essere coltivate in vitro, mantenendo la capacità di auto-rinnovarsi e di differenziarsi in tutti i sottotipi del lineage trofoblasto, equivalenti in vivo staminali popolazione cellulare dando luogo alla parte fetale della placenta. Pertanto, TSC offrono un modello unico per studiare lo sviluppo placentare ed embrionale rispetto a extra-embrionali decisione destino della cellula in vitro. Dal stadio di blastocisti in poi, una barriera epigenetica distinta composto da metilazione del DNA e degli istoni modifiche separa ermeticamente entrambe le linee. Qui, descriviamo un protocollo per superare questa barriera completamente lignaggio da transitori sovra-espressione del trofoblasto regolatori chiave Tfap2c, GATA3, Eomes e ETS2 in fibroblasti embrionali murini. Le cellule staminali del trofoblasto indotte sono in grado di auto-rinnovarsi e sono quasi identiche a blastocisti di cellule staminali derivate trofoblasto in termini di morfologia, l'espressione del gene marcatore e modello di metilazione. Funzionale in vitro e in vivo confermano che queste cellule sono in grado di differenziarsi lungo lignaggio trofoblasto generare cellule giganti poliploide trofoblasto e chimerizing la placenta quando iniettato in blastocisti. L'induzione di cellule staminali dal tessuto trofoblasto somatica apre nuove strade per studiare le caratteristiche genetiche ed epigenetiche di questo lignaggio extra-embrionale e offre la possibilità di generare linee di cellule staminali trofoblasto senza distruggere l'embrione rispettivo.
Recentemente, uno studio di confronto diversi approcci di topo cellule staminali embrionali di trofoblasto conversione delle cellule staminali ha rivelato che in tutti i sistemi analizzati, la conversione lignaggio è rimasto incompleto. Invece di cellule staminali indotte (trofoblasto) iTSCs cosiddette staminali trofoblasto cellule simili alle cellule sono stati generati conservando un ricordo del destino delle cellule di origine 1. Qui, abbiamo seguito un approccio diverso di generazione ITSC. Simile a l'induzione diretta di cellule staminali pluripotenti da murine fibroblasti embrionali (MEF) 2, iTSCs sono stati convertiti direttamente dal tessuto somatica differenziata. In primo luogo, abbiamo identificato 12 fattori che inducono candidati TSC destino quando sovraespresso in MEF. In seguito, i fattori Tfap2c, GATA3, Eomes e ETS2 sono stati identificati per essere necessaria e sufficiente per l'induzione ITSC 3. Allo stesso tempo, un altro gruppo ha trovato modo indipendente Tfap2c, GATA3 e Eomes essere sufficiente per convertire MEF in iTSCs. Tuttavia, in talestudio, il tempo richiesto per l'espressione del transgene è notevolmente più lungo rispetto al nostro studio, che indica diverse cinetiche di conversione, quando ETS2 è assente dal transdifferenziamento cocktail 4.
Siero fetale bovino convenzionale (FBS) contenente coltura di cellule staminali del trofoblasto blastocisti derivate indotte e si basa sulla presenza di fattori di crescita secreti dal MEF inattivati 5,6. Durante l'induzione ITSC, questi fattori sono forniti da MEF, che non hanno la piena combinazione di transgeni e non sono sottoposti a transdifferenziamento. Tuttavia, una volta singole colonie ITSC sono sub-coltura, richiedono mezzi di comunicazione, che è stato condizionato dal MEF crescita inattivati. Da lì in poi, iTSCs possono essere coltivate e trattati come blastocisti derivate TSC secondo protocolli standard. Da segnalare, in contrasto con Tanaka et al. 5, abbiamo quotidianamente cultura TSC e iTSCs senza gelatinizzanti piatti di coltura cellulare.
Tutti gli esperimenti di topo sono stati condotti secondo la legge tedesca di protezione degli animali e in accordo con l'approvazione dei comitati per la cura degli animali istituzionali locali (Landesamt fuer Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, Nord Reno-Westfalia [numero ID di approvazione: AZ 84-02.04.2013 .A428]).
1. Carta Preparazione
2. murino embrionale Fibroblasto Derivazione
3. vettori lentivirali Produzione in cellule 293T
Nota: Tutti i passaggi vengono eseguiti nello spazio di laboratorio in licenza a livello di biosicurezza 2.
4. fibroblasti trasduzione con 4 fattori e mCherry controllo vettoriale
Nota: Tutti i passaggi vengono eseguiti in una struttura di biosicurezza di livello 2.
5. fibroblasti di conversione ITSC
Nota: Tutti i passaggi vengono eseguiti nello spazio di laboratorio in licenza a livello di biosicurezza 2.
6. L'isolamento di singoli ITSC Lines
Nota: Per il passaggio 6.3 non è richiesta una cappa coltura di tessuti. Si raccomanda di pulire il microscopio invertito con il 70% di etanolo per ridurre al minimo le possibilità di contaminazione batterica. colonie individuali ITSC possono essere isolati tra i giorni 21 e 28 giorni di transdifferenziamento.
Sul piatto dove viene attivato espressione del transgene della 4F, cellule cambiano rapidamente morfologia (confrontare Figura 2A e B). Intorno giorno 14 - 21 aree distinte transdifferentiated emergono (due esempi sono riportati nella figura 2B e C). Queste colonie primarie mancano morfologia tipica TSC; tuttavia una volta che sono sub-coltura, morfologia caratteristica epiteliale con bordi stretti e confini luminosi ricorda molto da vicino TSC in buona fede emerge (Figura 2D). 4F-iTSCs macchia positivo per la trascrizione trofoblasto fattori Cdx2 e Tfap2c (Figura 2E). Queste linee ITSC possono ora essere utilizzati per la successiva in vitro o in vivo analisi, test di differenziazione cioè, in vitro o esperimenti chimerization placentare.
Figura 1. Timeline di MEF per ITSC conversione. Rappresentazione grafica di transdifferenziazione del MEF in iTSCs. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. I cambiamenti nella morfologia rappresentativi Durante MEF a ITSC conversione.
(A) Photomicrograph di rtTA-MEF. (B) Photomicrograph di transdifferentiated 4F-MEF. Esempio di un'area transdifferentiated, evidenziata in rosso. (C) Esempio 2 di una colonia transdifferentiated il giorno 21 di transdifferenziazione dopo dieci giorni di induzione Dox nei 4F-MEF. Area adatto per sub-coltura evidenziata in rosso. (D) Photomicrograph di 4F-iTSCs dopo sub-coltura. Tutte le barre di scala indicano 100 micron. Le immagini sono state tAken su un microscopio invertito utilizzando una lente 10X e contrasto di fase. (E) Immunofluorescenza contro i fattori di trascrizione Cdx2 e Tfap2c in 4F-iTSCs. I nuclei sono colorati con Hoechst. Barre di scala indicano 100 micron. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Il 4 fattore (Tfap2c, GATA3, Eomes, ETS2) protocollo transdifferenziazione basato qui presentata offre un metodo affidabile per generare fedelmente convertito iTSCs da fibroblasti embrionali di topo. Inoltre, il metodo è applicabile anche per i fibroblasti coda post-natale, anche se con un calo di efficienza rispetto ai fibroblasti embrionali 3. In generale, la qualità dei fibroblasti primari è un fattore critico di esito transdifferenziazione e occorre prestare attenzione a utilizzare le cellule di passaggio primi (passaggio 2-3).
La forza di questo protocollo è l'uso di vettori doxiciclina inducibile, che consentono il controllo temporale di espressione del transgene. Ciò consente la generazione di linee stabili ITSC che attivano la rete fattore di trascrizione endogeno, mantenendo TSC destino indipendenti di espressione del transgene. Questo è in contrasto con protocolli precedentemente pubblicati, descrive l'induzione di TSC destino da cellule staminali embrionali, un metodo that fino ad oggi produce solo le cellule simili alle cellule staminali riprogrammate in modo incompleto trofoblasto 1.
Tuttavia, una limitazione nota del protocollo qui descritto è il numero variabile di colonie transdifferentiated emergenti, rendendo difficile prevedere l'efficienza transdifferenziamento. Queste limitazioni sono dovute a diversi fattori altamente variabili, che sono fondamentali per l'esito transdifferenziazione: l'efficienza di trasduzione dei singoli vettori lentivirali, la quantità della proliferazione della popolazione cellulare di partenza, e la quantità di morte cellulare durante transdifferenziamento. In alcune circostanze transdifferentiated colonie ITSC non riescono ad emergere. In questo caso, i media ei reagenti devono essere testati per la loro capacità di supportare vera cultura TSC, prima del loro uso nella generazione ITSC. Inoltre, la trasduzione con il 4F può essere titolata, in quanto troppo elevate quantità di piombo transgene espressione alla morte cellulare. In generale, sub-coltura dei singoli ITSC lInes richiede una certa pratica. Nel caso in cui le difficoltà con sub-cultura della iTSCs si verificano (es., Le cellule sub-coltivate non riescono a mantenere il self-renewal e invece spontaneamente differenziano), singole colonie isolate possono essere alternativamente placcato su piatti con densità cellulare 50% della crescita alimentatore inattivato cellule per sostenere la crescita e l'attaccamento delle cellule. Le linee ITSC possono essere poi gradualmente svezzati da alimentatori durante la successiva passaging. Da notare, non siamo riusciti a MEF conversione direttamente in iTSCs utilizzando condizioni medie TX definite, in quanto mezzo di TX supporta solo stabilito linee / TSC ITSC.
Finora, il protocollo per ITSC induzione da fibroblasti è prevista solo per le cellule murine. Quindi, sarà ora di grande interesse per adattare questo protocollo ad altre specie e consentire derivazione di linee ITSC da sistemi modello umano o di altri. Inoltre, l'analisi dei meccanismi precisi di fibroblasti alla conversione ITSC offrirà nuove intuizioni sulla naturadel somatica contro barriera lignaggio extra-embrionali e di aiuto nella comprensione dei principi di determinazione del destino cellulare durante lo sviluppo normale e patologico.
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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