在再生医学、疾病建模和了解 SC 特性方面, 可获得的躯体 SCs 是至关重要的。在这里, 我们提出的实验策略, 以重新编程,在体外,分化成人细胞成相应的可膨胀的组织特定的茎/祖细胞由单转录联合激活剂狂吠的瞬态表达。
在这里, 我们提出的协议, 以隔离主要分化细胞, 并把它们变成茎/祖细胞 (SCs) 的同一血统的转录因子狂吠的瞬态表达。采用这种方法, 将小鼠乳腺腔内分化 (LD) 细胞转化为显示乳腺 SCs 分子和功能特性的细胞. 狂吠也将完全分化的胰腺外分泌细胞转变为胰管样祖先。同样, 对内源性的, 自然的 SCs, 狂吠诱导的茎样细胞 (“ySCs”) 可以最终扩大为 organoid 文化长期在体外,不需要进一步的异位狂吠/狂暴, 因为 ySCs 被赋予一个可遗传的自我更新 SC 样状态。
这里提出的重新编程程序提供了一种可能性, 以产生和扩大从分化细胞开始的各种组织来源的体外祖细胞。体细胞的直接扩展前体对再生医学有影响, 了解肿瘤起始机制, 更一般的是细胞和发育生物学研究。
组织特异性体细胞干细胞 (SCs) 是损伤后组织更新和修复的关键。容易分离和无限扩展体外体的可能性是潜在再生疗法的一个关键问题, 也是基础研究和疾病建模中的 SC 应用. 然而, 这一方向的进展由于难以捕获各种上皮器官的 SC 状态在体外而受到限制。事实上, 在一些成人组织中, SCs 可能不存在, 或者没有现成的, 或者他们的数量和再生潜能可能因衰老或疾病的情况而受到侵蚀。在 2016年, 我们开始通过报告一个单一转录辅激活因子, 狂吠 (是相关蛋白) 或其密切相关的蛋白 (转录激活物与 PDZ 的基因) 的表达, 以填补这一差距, 到晚期分化细胞有效地创建功能性、可扩展的、非癌变的自体细胞群, 它们与相应的组织特定的 SCs1具有不同的操作性和分子区别。在几天内持续的狂吠或狂暴活动的脉搏足以诱发自我更新的躯体 SCs 的出现。这是一个稳定的条件, 不再依赖于持续的转基因表达, 因为它可以通过细胞世代传播, 而不进一步表达的异位狂吠/狂暴1。本协议详细介绍了从这些组织的分化细胞开始生成乳腺和胰腺的从头上皮茎/祖细胞的程序. 此过程在当前的重新编程/转分化竞技场中填充一个黑色框。这些方向的主要努力实际上已经集中在细胞向诱导多潜能干细胞 (iPSC) 状态的过渡, 然后将这些胚胎和多功能的 SCs 转化为更多的分化细胞。然而, iPSCs 是癌变一旦引入成人组织, 提高了发展协议的需要, 为其完整和有效的分化2。然而, 这种差异化步骤, 即使在可能的情况下, 是以长期可伸缩性、自组织性和器官重写潜能为代价的。这些是器官再生的基本属性, 实际上是典型的唯一的内源性组织特异性 scs 和目前描述的狂吠诱导的 scs (ySCs)。同样, 通过使用各种转录因子的鸡尾酒将一种细胞类型直接转分化为另一种, 也会产生缺乏必要增生和 stemness 潜能的分化细胞3。
这里描述的过程也利用了最近引入的 organoid 技术, 其中内生 SCs 可以扩展和区分前体4。在不存在内源性 scs 的实验、生物学或疾病条件下, 狂吠诱发的 scs 也可能产生 organoid 形成的 scs。我们要指出的是, 在与其他重新编程程序的不同之处, 狂吠所传授的细胞可塑性类型可能对应于活体组织中出现的与 SC 类似的状态的唯一形式。重新取得的特性与组织修复或致癌激活5有关.虽然对几个成人组织的动态平衡, 狂吠和/或狂暴是绝对必要的再生, 肿瘤生长和体外扩张的躯体 SCs1,6,7,8 ,9,10,11,12
在这里, 我们提出的协议, 重新编程的前体晚期分化上皮细胞的不同组织到其相应的组织特异性祖细胞 (或 ySCs) 的瞬态表达的狂吠, 如报告前1。我们有详细的两个程序: 一个允许重新编程的慢病毒载体载体纯化细胞和第二个避免病毒感染, 并利用转基因狂吠表达。每个协议都提出了一个有效的策略, 分离和培养的主要分化细胞和策略, 以迫使外源狂吠基因表达的分化细胞, 产生从头体细胞组织特定的可膨胀干细胞 (见图 1A和2A中的方案。
我们证明, 这里的隔离策略有效地隔离了一个纯的分化细胞群体, 这是因为我们从来没有从阴性控制样本 (图 1C和2C) 中检测出任何结果。
本研究中使用的慢病毒载体载体重编程的原发性乳腺 LD 细胞是强力霉素诱导, 提供了严格控制转基因表达的可能性;这允许打开和关闭外源狂吠表达的意愿。应特别注意避免使用过量的病毒滴度, 因为这在重新编程效率方面可能有害。在原发性腺泡细胞的情况下, 我们改用完全转基因的方法来获得一项与狂吠相关的重新编程和最小的操作。后者的策略也特别适合于原发性胰腺腺泡细胞, 因为孤立的腺泡群几乎不能适应慢病毒载体感染, 非常脆弱。所采用的转基因策略提供了与强力霉素依赖的慢病毒载体载体相同的优势, 以严格控制基因表达。此外, 与病毒诱导的乳腺 LD 细胞再编程相比, 利用原代胰腺腺泡细胞的转基因策略具有更高的重编程效率。除了与来自不同组织的细胞不同的内在可塑性外, 胰腺重编程的速度可能来自于所有说明细胞。值得注意的是, 我们已经证明了在 ySCs (yMaSC 殖民地和 yDucts) 之后, 外源狂吠不再需要, 而不影响他们的自我更新能力。这是因为 ySCs 重新激活内生吠/狂暴, 并使用它们进行自我更新时, 外源狂吠关闭1。
我们验证了这种观点, 即 ySCs 确实是通过遗传沿袭-跟踪验证1控制我们重新编程实验的起源单元来从分化的细胞中出现的。
ySCs 的广泛特性表明, 狂吠诱导的重编程生成正常的躯体 SCs1作为 i) 在 transcriptomic 水平, ySCs 显示大量重叠与当地的 SCs;ii.) ySCs 显示分化潜能, 并能产生多向的后代, 始终限于其起源组织的身份;iii) 在移植体内时, ySCs 是非变换的和非癌变的。
在这里, 我们还描述了保持和扩大在文化中 yMaSCs 和 yDucts 作为 organoids 嵌入100% 基底膜基质水凝胶的过程。这些条件允许将 ySCs 自组织成三维 organoids, 确保在文化中长期保持 stemness 性质, 从而能够将这些茎群扩大到下游分析和应用。由于不确定的原因, 我们未能获得 yMaSC organoids 通过放置感染的 LD 细胞直接在 organoid 培养条件下, 强力霉素治疗后7天的塑料组织培养板;换言之, 乳腺菌落条件中的中间生长步骤是必不可少的。在我们的手中, 即使是本土的 MaSCs 需要在 organoid 文化传代之前的乳房殖民地条件。此外, 最有效的 organoid 产生是当我们避免游离的主要殖民地的单细胞, 而是把完整的殖民地转移到 organoid 的文化条件。
Organoid 的培养条件也具有 cryopreserve ySCs 的优势, 前提是 organoids 从母体中恢复, 避免在氮气浴保存前细胞离解。
所提出的狂吠重新编程程序可以将不同的成人组织产生的不同的分化细胞类型转化为相应的组织特异干细胞 (我们用乳腺、胰腺和神经细胞进行了测试)1。与 iPSCs 或其他重新编程的努力不同, 狂吠/诱导的 SCs 可以保持他们的起源组织的记忆。注意, 体细胞分化为具有茎样性质的细胞, 是细胞命运可塑性和重新编程在体内观察的唯一形式, 例如组织损伤和支持伤口愈合5,17,18,19,20. 值得注意的是, 狂吠和狂暴基本上是可有可无的正常动态平衡, 但关键的组织修复在多个组织11,21。与这里描述的重新编程步骤的生理功能一致, 最近表明, 在溃疡性结肠炎患者的小鼠模型肠道再生需要的吠/狂暴, 导致成人肠道细胞转化为用于显示胎儿肠道特征的修复上皮19。吠说重新编程从而扩大了目前诱导细胞可塑性的策略, 提供了一种方法来产生体细胞, 这个国家已经到目前为止具有挑战性的捕获在体外。这种方法, 如果也扩展到人类衍生细胞, 可能具有广泛的相关性, 从再生医学应用到研究的躯体 stemness 状态和扩展的体细胞干细胞在体外。
The authors have nothing to disclose.
感谢 f. Camargo 为tetOS127A 小鼠提供的礼物;R26-rtTAM2老鼠 (股票 #006965) 是从杰克逊实验室购买的。我们感谢 Chiara Frasson 和他的低音帮助与外地资产管制程序。这项工作由 AIRC 特别计划分子临床肿瘤学 “5 每比” 和 AIRC PI 补助金对 S P 和由表观遗传学旗舰项目 CNR-Miur 赠款某地该项目已获得欧洲研究理事会 (紧急救济委员会) 根据欧洲联盟2020研究和创新方案 (赠款协议 DENOVOSTEM 670126) 提供的资金。
10 mL sterile syringes | Rays | 10LC | |
100 mm cell strainer | Corning | 352360 | |
15 mL sterile conical tubes | Corning | 430052 | |
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40 mm cell strainers | Corning | 352340 | |
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Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634028 | |
B27 supplement (50x) | Gibco | 17504001 | |
BPE | Gibco | 13028014 | |
BSA | Sigma | A9418 | |
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Lin (allophycocyanin [APC] mouse lineage antibody cocktail) | BD Biosciences | 51-9003632 | |
Matrigel® Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix, Phenol Red-Free | Corning | 356231 | |
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non-cell adhesive 10 cm dishes (sterile polystirol petri dish ø 94) | ROLL | 18248 | |
PBS 10x | Euroclone | ECM4004XL | |
PE Hamster Anti-Mouse CD61 | BD Biosciences | 553347 | |
PE-Cy5 Rat Anti-Human CD49f | BD Biosciences | 551129 | |
PE/Cy7 anti-mouse/rat CD29 Antibody | BioLegend | 102222 | |
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Rat Tail Collagen I (coating) | Sigma | 122-20 | |
Rat Tail Collagen I for 3D culture | Cultrex | 3447-020-01 | |
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