Method Article
In this video protocol we give a step by step explanation of lentiviral transduction in organoids of primary intestinal epithelium and of processing and downstream analysis of these cultures by quantitative RT-PCR, RNA-microarray and immunohistochemistry.
Intestinal crypt-villus structures termed organoids, can be kept in sustained culture three dimensionally when supplemented with the appropriate growth factors. Since organoids are highly similar to the original tissue in terms of homeostatic stem cell differentiation, cell polarity and presence of all terminally differentiated cell types known to the adult intestinal epithelium, they serve as an essential resource in experimental research on the epithelium. The possibility to express transgenes or interfering RNA using lentiviral or retroviral vectors in organoids has increased opportunities for functional analysis of the intestinal epithelium and intestinal stem cells, surpassing traditional mouse transgenics in speed and cost. In the current video protocol we show how to utilize transduction of small intestinal organoids with lentiviral vectors illustrated by use of doxycylin inducible transgenes, or IPTG inducible short hairpin RNA for overexpression or gene knockdown. Furthermore, considering organoid culture yields minute cell counts that may even be reduced by experimental treatment, we explain how to process organoids for downstream analysis aimed at quantitative RT-PCR, RNA-microarray and immunohistochemistry. Techniques that enable transgene expression and gene knock down in intestinal organoids contribute to the research potential that these intestinal epithelial structures hold, establishing organoid culture as a new standard in cell culture.
bağırsak epitel kanser ve kök hücreleri üzerinde araştırma geniş ilgi çekmek için neden olmuştur en hızlı çoğalan vücut dokuları biridir. 2009 yılında bir teknik 3 boyutlu bir yapı 1 korunması, matrigel küçük bağırsak kript uzun ömürlü kültürlerini oluşturmak için yayınlandı. Bu yapılar, bağırsak organoids orta BMP-sinyal yolu önleyicisi Noggin (Nog) de dahil olmak üzere tanımlanmış bir büyüme faktörü, bir dizi ile takviye çevreleyen, standart teknikler kullanılarak kültür edilebilir olarak adlandırılan 1 (Rspo1) rspondin Wnt-sinyal yolu güçlendirici ve epidermal büyüme faktörü (EGF) tüm bağırsak proliferasyonunu 2-4 arttırdığı bulunmuştur.
Organoids, kök hücre hiyerarşi korumuştur, bunlar olmayan mutasyona olduğunu yönleriyle geleneksel kanser hücre hatları aşmak doğmakta olan küçük int bulunan tüm hücre soylarının içine sağlam hücresel kutuplaşma ve sergi farklılaşmasını görüntülerestinal epitel. Bunlar transgenlerin taşımak için aktarılacak olan veya RNA interferans 5 oluşturur olduğundan, eksiksiz ve hız yönü de, transjenik fareler kullanılarak deneyler outweighing, spesifik genetik elemanları incelemek için kullanılır. Organoids transjenik ifadesi sıçangil retroviral veya lentiviral vektörler 6,7 kullanarak gerçekleştirilebilir. Nedeniyle mitotik hücre özel olarak 8 transduse edebildiği sıçangil retrovirüslerin sınırlamaları, lentiviral transdüksiyon daha sık örneğin organoids olarak enfekte zor olan hücreler için kullanılır.
Viral transdüksiyonlu ve stabil bir şekilde eksprese eden transgenik organoids analiz eder ve immünohistokimya kantitatif RNA dahil olmak üzere, akış aşağı analizler çok sayıda için kullanılabilir. Birlikte ele alındığında, primer intestinal epitel hücrelerinden organoids kültürü özel laboratuvar şartlarına olmadan uygulanması kolay bir rutin tekniği haline gelmiştir, ve ce roman standart haline gelmiştirbağırsak epiteli üzerinde araştırma ll kültürü.
Viral iletimi ve organoids sonraki mansap analiz teknikleri gerçekleştirmek ve kültürlü organoids lentiviral transdüksiyon için yöntemler göstererek, bu video protokolü oluşturulan organoid deneyler yardım için sıkıcı bulunmaktadır. Biz ayrıca verimi artırmak ve dolayısıyla RNA teknikleri veya immunhistokimya kullanan alt analiz performansını artırabilirsiniz ne kadar doğru işlem organoids arasında gösteriyor. Tarif edilen teknikler de kolon organoids tatbik edilebilir, ancak protokol, ince bağırsak kript türetilen organoids sadece kullanılmıştır.
Transfeksiyon Reaktif olarak polietilenimin (PEI) hazırlanması 1.
Lentiviral Parçacıkların 2. Üretim
1. Gün:
Gün 2:
4. Gün:
5. Gün:
Organoids 3. lentiviral İletimi
Gün 0:
Gün 2:
5. Gün:
Gün 7:
Kantitatif RT-PCR veya Mikrodizi 4. organoid RNA Preparasyonu
Parafin Yerleştirilmiş ve İmmünohistokimya için 5. İşleme Organoids
Organoid lentiviral transdüksiyon
Lentiviral parçacıklar kullanılarak organoid iletimi tekniği öncesi ve transdüksiyon sırasında organoids doğru kullanımı bağlıdır. Organoids (Şekil 3A) kültürlenmiştir ve bir kript (Şekil 3B) içine dağıtıldı. Daha önce belirtildiği gibi, GSK3 inhibitörü Chir99021 mevcudiyetinde kültürlenmiş, bu tek kript kistik crypts 9 (Şekil 3C) olmuştur. Daha sonra organoids tek hücrelere virüs parçacıklarının içeri geçmesine imkan vermek için tripsinize edilmiştir. Lentiviral parçacıklarla hücrelerini transduse zaman, bir dizi yöntem, böyle bir spinoculation ya da uzun süreli kuluçkadan olarak iletim etkinliğini geliştirmek için denenebilir. Yüksek titre PGK-EGFP lentivirüs floresan mikroskopisi ile transdüksiyon etkinliğinin görselleştirme etkinleştirmek için kullanılır. Bu plasmid ile organoids transdüksiyonu etkinliği yüksek ve% 100 yaklaştığı (Figüre 4E, F). Lentiviral parçacıklar (Şekil 4C, D) ile etkinliği kullanılarak spinoculation (Şekil 4A, B) veya uzun süreli inkübasyon artırma nedenle ek değer vermemiştir.
RNA ekstraksiyonu,
RNA ekstraksiyonu için bir sonraki organoids büyütülmüştür. Tam yetiştirilen organoids azaltılmış RNA bütünlüğünü (Şekil 5) göstermek için gama ışıması veya kontrol işlemine tabi ki hasat edildi. Gy RNA bozulmuş ve işlenmiş organoids kontrol ile karşılaştırıldığında 6 ile ışımaya tutma üzerine, RNA bütünlüğü numarası (RIN) azalır.
Parafin organoids immünhisto-
BrdU ile takviyeli kültür ortamında 2 saat organoids inkübe edildikten sonra, formalin içinde organoids sabitlendi ve immünohistokimya (Şekil 6) için işlendi. Fare anti BrdU kullanarak proliferatif hücre kript-segm müşahade edilmemiştirorganoids arasında olup farklı bölmesine hastalar.
Şekil 1:. Organoid iletimi için lentivirüs üretim şematik bu şemadan, protokol kısmında 2 yazıldığı gibi, virüs üretiminin en kritik adımlar protokol adımı numaraları ve zamanlama ile temsil edilmektedir.
Şekil 2:. Organoids lentiviral transdüksiyon şematik bu şemadan, protokol kısmında 3 yazıldığı gibi, organoid iletimi en kritik adımlar protokol adımı numaraları ve zamanlama ile temsil edilmektedir.
Şekil 3: Organoids önce ve tran sırasındasduction. Normal olarak büyüyen organoids (A), bir gün sayısı (C) Chir99021 inkübasyonu sonrası kistik hale yoğun büyüyen küçük organoids (B) ayrılır. Tripsin kullanarak bu organoids ayrışması üzerine, tek hücre ve hücrelerin küçük kümeleri daha sonra transdük edilmiştir (D) kalır. Ölçek çubuğu 100 um.
. Şekil 4: lentiviral sentezleme vektörleri kullanılarak organoids transdüksiyonu aydınlık görüntü (A, C, E, G) ve floresan görüntü (B, D, E, lH) PGK-EGFP lentivirüs ile transfekte edildi organoids (A - E) ya da (G lentivirüs kontrol H). spinoculation ve uzatılmış inkübasyonu her ikisini de kullanarak lentiviral transdüksiyon sonrası organoids EGFP ifade (A, B), spinoculation sadece (C, D), ya da transdüksiyon etkinliğinin (E, F) artırmak için ek bir adım yok vektör kalıt organoids, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında eGFP (G, H) ifade etmektedir. PGK-eGFP lentiviral yapısı kullanılarak, transdüksiyon etkinliği büyük ölçüde ek adımlar artarak unutmayın. Ölçek çubuğu 100 um.
Şekil 5:. Bioanalyzer üzerine organoids RNA preps Temsilcisi sonucu şerit 2-4 yüksek RNA bütünlüğünü temsil eden bantların güçlü çizme Not ve günlük RNA bütünlüğünü temsil eden şeritleri 5-7 bantları etrafında smear. Bantların 2-4 RNA bütünlüğü numarası (RIN) t ise, sırasıyla 8.7, 9.2 ve 9bantların 5-7 o RIN 6.4, 6.6 ve 5.5.
Şekil 6:. Formalinde tespit edilmiş parafine gömülmüş organoids immünohistokimyasal analizi formalinde tespit edilmiş parafine iki saat boyunca BrdU mevcudiyetinde kültürlenmiş organoids 4 um bölümü gömülü ve daha sonra sabit. Bölüm, anti-BrdU antikoru ile boyandı. Ölçek çubuğu 100 mikron. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Temel ortam | İlaveler | |
Hücre hattı kültür ortamı | DMEM | % 10 FCS |
% 1 penisilin / streptomisin | ||
2 mM Glutamine | ||
Organoid kültür ortamı, | Gelişmiş DMEM F12 | HEPES |
% 1 penisilin / streptomisin | ||
1x glutamax | ||
1% N2 takviyesi | ||
% 2 B27 takviyesi | ||
125 nm N-asetil sistein | ||
fare EGF (50 ng / ml) | ||
(100 ng / ml eşdeğer)% 10 Nog-Fc uygun hale getirilmiş ortam | ||
(500 ng / ml eşdeğer)% 10 Rspo1-Fc uygun hale getirilmiş ortam |
Tablo 1: kültür ortamı bileşim.
Mevcut video protokolü primer bağırsak epiteli ve kantitatif RNA teknikleri ve immünohistokimya kullanılarak, bu organoids aşağı doğru analizden organoids lentiviral iletimini tarif etmektedir.
Lentiviral transdüksiyon genellikle kültür plakaları içinde yapışık veya yüzen hücrelerin içinde gerçekleştirilir. Organoids bölgesinin üç boyutlu yapısı, viral parçacıklar tarafından nüfuz onları zor hale yana etkinliğini artırmak için bir dizi yöntem kullanılır. Chir99021 kullanılarak organoids ön işlemden geçirilmesinin, transdüksiyon sonra yayılması ve bu şekilde yaşam sürelerini uzatır. Bu tek hücre sağkalım azalmış beri, trypsinization sonra küçük hücre kümeleri korumak için önemlidir. Murin retrovirüs kullanılarak viral transdüksiyon aksine, lentiviral iletiminin daha etkili ve ortalama spinoculation, ES hücreleri 10 artışlar transdüksiyon etkinliği bilinen bir teknik gerektirmez. Sıçangil retrovirüsleri veya mile kullanırkenLentiviral transdüksiyon verimleri düşüktür etkinlik, en-spinoculation isteğe bağlı olarak iletim hızını arttırmak için kullanılabilir. Düzenli kullanılan maksimum iki 0,95 cm2 oyuklardan alınan organoids transdüksiyonu için bir üretim tek bir turda mevcut tüm virüs, çünkü virüs titresi değerlendirmez. Buna ek olarak, genel olarak deforme olmayan kalıt aktarımlı hücrelerin çıkarılması için antibiyotik seçimi kullanılır. Transdüksiyon etkinliği ile ilgili sorunlar karşılaşmak virüs konsantrasyonunun değerlendirilmesi, ancak yararlı olabilir.
Özdeş yapışık hücrelere, seçim antibiyotik düzeyi viral entegrasyonların sayısını ve transgen böylece ifadesini artırabilir. Yüksek transgenik ekspresyonu ve etkili demonte elde etmek için yüksek seviyeli puromisin (10 ug / ml) kullanarak, ancak toksisite organoids işaretleri gösterdikleri daha düşük seviyeleri (minimal 1 ug / ml) ile birlikte kullanılabilir zaman. Transdüksiyon olasıdır, ancak ek olarak, alternatif bir seçim antibiyotikler kullanılabilir veya seçimi iptal edilebilireksik ve bu uzun vadeli istikrarlı ifadesinde neden olabilir. Genomuna lentiviral entegrasyon hücre popülasyonu içinde heterojen bir Bundan başka, transgenin ifadesi uzun bir süre boyunca hücrelerin kültürlenmesi sonrasında değişikliklere bastırmak olabilir. Bu transgenin ekspresyonu ile selektif basınç kaynaklanabilir. Antibiyotik seçimi, bu değişiklikleri sınırlar birlikte, daha çok transgenlerin bünyesel anlatımı durumunda kalabilir. Bu dezavantaj organoids tek hücre klonlaması ile aşılabilir, ancak bu teknik, zaman alıcıdır. Lentiviral transdüksiyon transgenlerin sabit veya uyanlabilir ifadesi ya da neden plazmid geniş bir çeşitliliği ile gerçekleştirilebilir. Bu transgenler genellikle CMV ya da PGK promoter olarak her yerde bulunan bir promotörler, ekspresyonu ve olağanüstü ifade neden olabilir. Kanser hücre hatları veya model hayvanlarda transgenik aşırı ekspresyonu benzer, dikkatli sağa sola sonuçları yorumlama garantilidirm aşırı ifadesi.
RNA gerektiren deneyler için, canlı hücrelerin sayısının düşük normalde kolayca büyük şişelerde yetiştirilen olabilir yapışık hücrelere aksine bir tek 0.95 cm 2 de (iyi 48 standart yüzey alanı) yetiştirilen kalitesi için hız sınırlayıcı faktördür ve alt analiz çokluk. Bulunamayan normal olarak, daha fazla büyütme olmadan 0.4 ug, 1 ug toplam RNA, nicel RT-PCR için yeterli olan ve RNA mikrodizi arasında yaklaşık 50 tam yetiştirilen organoids verimi tek bir sıra. Bazı tedavi rejimleri veya genetik değişiklikler anlamlı ancak RNA içeriğini azaltabilir. Bir ilk adım, toplam RNA birden kuyu havuzu olduğunu artırmak için.
Organoids ve parafine için, bu işlem sırasında organoids görselleştirmek için yeterli malzeme elde etmek için kritiktir. Sabit organoids için eozin dakika miktarda eklenmesi tamamı boyunca organoids görselleştirme sağlarişlem olup, ancak normal yerleştirilmesi için gerekli değildir ve bu aşama, daha fazla analiz kesintiye uğrattığı zaman göz ardı edilebilir. Genel olarak, parafın gömme kasetleri bunların delikleri kasetine dokuya sabitleyici ve işlem çözeltilerinin akışına izin vermek gerekir.
Alt baş standart teknikler için lentiviral organoid iletimi ve hazırlanması, bu kültürlerin bilimsel potansiyelini artırır ve primer intestinal epitelden üç boyutlu tekniklere hücre kültürü içinde standart yükseltir. alt baş deneylerin aralığı yeterlidir kültürü tarafından üretilen hücresel malzeme miktarı göz önüne alındığında, ancak mevcut protokolde tarif edilen teknikler ile sınırlı değildir ifa edilecek olan ve hücre çizgileri veya fareler üzerinde yapılan tüm teknikleri kapsayabilir. Belirli genetik elementlerin ve bağırsak epiteli onların işlevi, modeli hayvanlarda homolog rekombinasyon teknikleri, en önemlisi fareler üzerinde araştırma, altın standart olmaya devam etmektedir. Organoids kültürleri yapmakmezenkimal veya immünolojik niş hücreleri ve kültürlü kriptler içermemesi hiç in vivo bulundu durumun tezat, arttırıyoruz. Bununla birlikte, bu kültürlerin büyük ölçüde in vitro bulguların kalitesini yükseltti ve dikkate, organoid kültürü vardır yapılabilir ve büyük bağırsak epiteli üzerinde araştırma artıracaktır sayısız mansap alma teknikleri var.
The authors have nothing to disclose.
J. Heijmans is supported by a stipendium from the Dutch cancer foundation (KFW). G.R. van den Brink is supported by funding from the European Research Council under the European Community’s Seventh Framework Program (FP7/2007-2013)/European Research Council grant agreement number 241344 and by a VIDI grant from the Netherlands Organization for Scientific Research (GvdB).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Polyethylene imine | Polysciences | 23966-2 | |
DMEM medium | Lonza | BE12-614F | |
Fetal calf serum | Lonza | DE14-801F | |
Penicillin-streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
Glutamin | Invitrogen | 25030-024 | |
matrigel | BD | BD 356231 | |
Advanced DMEM-F12 | Gibco | 12634-010 | |
N2 | Invitrogen | 17502-048 | |
B27 | Invitrogen | 17504-044 | |
N-acetyl cysteine | Sigma | A9165-1G | |
mouse Egf | Invitrogen | PMG8045 | |
Hepes 1 M | Invitrogen | 15630-056 | |
glutamax 100x | Invitrogen | 35050-038 | |
Chir 99021 | Axon | 1386 | |
Y27632 | Sigma | Y0503-5MG | |
polybrene | Sigma | 107689 | |
nicotinamide | Sigma | N0636 | |
Trypsin | Lonza | BE02-007E | |
puromycin | Sigma | P 7255 | |
Rneasy mini kit | Qiagen | 74106 | |
β-mercaptoethanol | Merck | 8,057,400,250 | |
Ovation Pico WTA system | NuGen | 3300-12 | |
paraformaldehyde | Sigma | 252549-1L | |
glass vial conical 12 mm x 75 mm 5 ml | VWR | LSUKM12 | |
Eosin Yellowish | VWR | 1,159,350,025 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır