Burada biz insan birincil fibroblastlar değiştirilmiş mRNA’ların programlama faktörler kodlama kullanarak indüklenmiş pluripotent kök hücre yeniden programlamak için klinik, yüksek verimli, besleyici-Alerjik bir yöntemi açıklamak ve olgun mikroRNA-367/302 taklit eder. Ayrıca programlama verimlilik, değerlendirmek için yöntem klonal IPSC kolonileri genişletin ve pluripotency işaretin TRA-1-60 ifade onaylamak bulunmaktadır.
İndüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSCs) insan geliştirme ve hastalık eğitim için değerli bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Daha fazla iPSCs tedavi edici bir rejeneratif olarak ilerleyen bir güvenli, sağlam ve uygun programlama Protokolü gerektirir. Burada, son derece yüksek verimli insan dermal fibroblastlar sigara entegre bir yaklaşım kullanarak iPSCs yeniden programlama için klinik, adım adım bir iletişim kuralı mevcut. Çekirdek iletişim kuralı pluripotency faktörler ifade oluşturur (SOX2, KLF4, cMYC, LIN28A, MİCRORNAS, OCT4-Tanrım füzyon) kopya etmek haberci RNA’ların sentez ile vitro üzerinden değiştiren nükleotit (değiştirilmiş mRNA). Programlama değiştirilmiş mRNA’ların birincil fibroblastlar her 48 h ile birlikte olgun embriyonik kök hücre özel mikroRNA-367/302 taklit eder içine iki hafta boyunca transfected. Elde edilen IPSC kolonileri sonra izole ve doğrudan koşullarda besleyici-Alerjik genişletilmiş. Biz RNA transfection rejimi de dahil olmak üzere çeşitli parametreler optimize verimlilik ve tutarlılık bizim programlama Protokolü’nün fibroblast örnekler üzerindeki en üst düzeye çıkarmak için transfections, kültür koşulları ve tohum yoğunlukları zamanlama. Önemlisi, bizim Yöntem yüksek kaliteli iPSCs tekrar zor hastalıklı, Yaşlı ve/veya senescent örnekleri de dahil olmak üzere çoğu fibroblast kaynaklardan oluşturur.
Somatik hücre indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSCs) yeniden programlama pluripotency1,2korumak önemlidir transkripsiyon faktörleri çekirdek kümesi genişletilmiş ifade gerektirir. İPSCs klinik uygulamalar için üretirken, giriş hücrelerindeki mutational yükü işleme sırasında en aza indirilir ve IPSC üretimi verimliliğini nispeten yüksek bir düzeyde sabırlı örnekler üzerindeki korunur önemlidir. Ancak, iletişim kuralları, entegrasyon-alerjik gibi yöntemleri yeniden programlama çoğunluğu bunlar hangi sınırı klinik yararı3yaklaşımlar çok düşük programlama verimliliği uğrar. Düşük programlama verimliliği de önceden varolan mutasyonlar, elde edilen iPSCs mutational yükü artan taşıyan hücrelerin seçici yeniden programlama teşvik. Buna ek olarak, DNA rastgele genom entegre ve zararlı insertional mutagenesis ve istenmeyen (için fırsat oluşturmak emniyet endişe tüm DNA tabanlı programlama yöntemleri, lentivirus ve episomal-tabanlı yaklaşımlar gibi muzdarip akış aşağı doku türevleri4pluripotency genlerin potansiyel olarak oncogenic) ifade.
Somatik hücreler pluripotent verimli indüksiyon ulaşmak ve elde edilen iPSCs mutational yükünü azaltmak için umut verici bir yaklaşım Sentetik kaplama haberci RNA’ların kullanmaktır içeren5yeniden programlama için bazdan (değiştirilmiş mRNA) değiştirilmiş. Değiştirilmiş mRNA tabanlı programlama yaklaşımlar verimliliği-var olmak daha fazla arttırmak embriyonik kök hücre (ESC) ekleyerek-özel mikroRNA (miRNAs)-367/302’leri3somatik hücreler ile yeniden programlamak için gösterilen, artan verimlilik6 ,7. Ancak, bile miRNAs-367/302’leri eklenmesiyle, değiştirilmiş mRNA tabanlı programlama yaklaşımı kez taze izole hasta hücrelerin3başvuru sırasında başarısız olur. Adres tutarsızlıklar için değiştirilmiş bu mRNA tabanlı yaklaşımın, son zamanlarda yüksek başarı oranı ile insan birincil fibroblastlar pluripotency indükler ve her ikisi de değiştirilmiş mRNA’ların kodlama kullanır bir en iyi duruma getirilmiş, entegrasyon-free strateji bildirdin faktörler ve olgun miRNA-367/302 yeniden programlama8taklit eder. Bizim Yöntem, programlama değiştirilmiş mRNA kokteyl Tanrım transactivation (M3O denir)9 ve beş diğer programlama faktörler (SOX2, KLF4, cMYC, LIN28A ve MİCRORNAS) ile erimiş OCT4 değiştirilmiş bir sürümünü içerir. MiRNA pluripotency faktörleriyle kodlama değiştirilmiş mRNA birleştirerek taklit eder verimliliği bu protokolü yeniden programlama üzerinde bir sinerjik etkisi ortaya çıktı. Ek en iyi duruma getirmeleri RNA transfection rejimi, hücre tohum ve kodlamayla koşulları da bir ultra-yüksek seviye8yaklaşım programlama verimliliğini artırmak gerekli idi.
Diğer birçok protokolün programlama yaklaşımımız genellikle sadece birkaç bin giriş fibroblastlar gerektirir. Buna ek olarak, episomal plazmid kullanarak birçok ortak olmayan entegre strateji, Sendai virüs veya kendi kendini kopyalayan RNA içeren oluşturulan iPSCs programlama vektörde sulandırmak için geniş passaging. Bunun tersi olarak, değiştirilmiş mRNA ve olgun miRNA taklit eder kısa bir yarı ömrü var ve hızla hücrelerden ortadan kalkar. Birlikte ele alındığında, hasta örnekleri ve kullanışlı iPSCs nesil toplama arasında toplu hücre kültür süreyi, bu yaklaşım, etkili bir şekilde elde edilen iPSCs mutasyon birikimi sınırlama ve maliyet-etkililik iyileştirilmesi düzeydedir.
Burada, yüksek verimli yetişkin insan fibroblast bizim Kombinatorik değiştirilmiş mRNA/miRNA tabanlı yaklaşım8kullanarak iPSCs yeniden programlama ulaşmak için ayrıntılı adım adım iletişim kuralı mevcut. Bu RNA tabanlı programlama protokolü entegrasyon-Alerjik iPSCs araştırma ve potansiyel klinik uygulamalar oluşturmak için basit, uygun maliyetli ve sağlam bir yöntemdir. Ayrıca, fibroblast satırlarının zor-için-tekrar, hastalığı-ilişkili, dahil olmak üzere çeşitli yaşlı ve senescent fibroblastlar yeniden programlama için geçerlidir. İnsan fibroblast yeniden programlama için protokol şeması Şekil 1‘ de gösterilen. Protokol, özellikle insan yetişkin birincil fibroblastlar bir 6-şey biçimi plaka üç kuyu yeniden programlama için bir yöntem belirtir. İki kuyu genellikle yüksek kaliteli IPSC kolonileri yeterli sayıda verim. Çoğu durumda, tek kişi de gereklidir ve üçüncü de verimliliği yeniden programlama analizi için kullanılabilir. Gerekirse, kuyu sayısı ölçekli.
Bu iletişim kuralı normal ve hastalık ilişkili insan fibroblast satır içine iPSCs bir ultra-yüksek verimlilik, yeniden programlama için sağlar bir klinik olarak ilgili, Sigara-entegre, RNA tabanlı yöntemini açıklar. Bugüne kadar açıklanan protokol ile yeniden programlamak için çalıştılar her insan fibroblast satır aşağı akım uygulamaları için yüksek kaliteli iPSCs tatmin edici bir dizi vermiştir. Elde edilen iPSCs hemen transfer ve besleyici-Alerjik kültür koşullarda genişletilmiş.
Fibroblastlar yeniden programlama için kalite:
Başarı yeniden programlama ağır fibroblastlar başlayan kalitesine bağlıdır. İdeal olarak, yeniden programlama en yüksek verimliliği elde etmek kullanılabilir en düşük geçiş fibroblastlar ile başlatılması. Verimliliği yeniden programlama ile geçiş 2 – 4 fibroblastlar en iyisidir. Yeniden programlama hala yüksek-geçit ile (geçit 5-8), hatta senescent fibroblastlar, de olsa düşük verimlilik ile çalışabilirsiniz. Bazen düşük geçiş fibroblastlar kullanılamaz veya hasta numuneleri sağlıklı büyüme engelleyen bir genetik mutasyon var. Bu durumda, ilk kaplama yoğunluğu duruma getirilmesi gerekebilir. Güvenliği aşılan fibroblast satırları yeniden programlama genellikle artan hücre ölümü sırasında RNA transfections ilişkilidir. Sonuç olarak, iyi yeniden programlama hücreler tarafından gün 10 – 14-yeniden programlama, seyrek olarak görünür. Ayrıca geniş acellular alanlar kuyuda görünür hale gelir. Bu durumda programlama protokolü yeniden bir daha yüksek başlangıç başlangıç sayısını fibroblastlar ile başlatılan olmak gerekir. İyi bir 6-şey biçimi yemeğin başına 3.000 giriş hücreleri kaplama en yetişkin fibroblast satırları için sürekli olarak çalışır. Ancak, kaplama 5.000 – 10.000 (50.000 senescent satırları için) artırıldığında hastalık ilişkili örnekleri, yeniden programlama olarak rapor bizim önceki yayın8‘ geliştirmek için yardımcı olabilir. Tersine, confluency çok erken ulaşan hücreler de yeniden programlama için dayanıklı olabilir. Transfections RNA’ların yeniden programlama ile geçiren hücreleri çok hızlı çoğalırlar (bazen birincil yenidoğan fibroblastlar modelinde olduğu gibi), bir 6-şey biçimi çanak8kuyu başına 500 fibroblastlar ile yeniden programlama başlatmak.
Transfection arabellek işleme:
Transfection arabellek (8.2 pH için düzeltilmiş azaltılmış-serum orta) pH için bu protokolü yeniden şekillendirmek için gerekli optimum transfection verimliliği ulaşmak için her şeyden önemlidir. Bu nedenle, çeşitli önlemler transfection arabellek kullanımı ile ilgili tavsiye edilir. Biz bile kısa maruz atmosferik hava transfection arabellek arabellek pH etkiler bulduk. Bu nedenle, transfection arabellek en az hava alanı (5 veya 15 mL vidalı kapak konik boru kullanın) olan bir vidalı kapak kaba bölünmemeli olmalıdır. Daha fazla hava pozlandırmayı en aza indirmek için en fazla iki transfections için her transfection tampon aliquot kullanın. Son olarak, sıcaklık etkileri pH beri bu transfection tampon transfection kompleksleri montaj için RT equilibrated önemlidir. Transfection arabellek ile 37 ° c sıcak değil tavsiye edilir
İPSCs passaging:
Çok daha önce bireysel IPSC kolonileri yeniden programlama sonunda malzeme çekme iletişim kuralları tavsiye yayınlandı iken, bu yeniden programlama verimliliği çok yüksek olduğunda veya sık sık olduğu gibi koloniler birlikte, kümelerseniz elde etmek zor olabilir bizim iletişim kuralı. Bu nedenle, IPSC kolonileri birbirlerine yakın iseniz, önce el ile kolonileri toplama önce programlanmış iPSCs yaymak için hücreleri passaging öneririz. Bu erken geçiş adımı gerçekleştirmek için çeşitli yararları vardır. Koloniler yayılan onları büyümeye, daha çok yer Aksi takdirde özgün kuyuda elde edilebilir daha çok daha büyük koloniler çekilmeye getirisi sağlar. Bu çekilen bir klon bir IPSC satırından kurulmasında başarı oranı büyük ölçüde artırır. Biz de fibroblastlar, ek kültür zamanla oranında sulandırılmış de olsa, çekilen IPSC kolonilerin ortalama kalitesini artırmak için görünür olduğunu bulmak. Eksik olarak programlanmış fibroblastlar iPSCs kurmak ve besleyici-Alerjik hücre kültür koşullar içine doğrudan geçişi kolaylaştırmak yardımcı olmaya devam destek parakrin faktörler sağlayabilir. Fibroblastlar tesadüfen mTeSR1 içinde kültürlü zaman iPSCs göre bir seçici büyüme dezavantajı var. Bu nedenle, bulaşıcı fibroblast hücre nüfusu hızlı bir şekilde 3-4 pasajlar içinde ihmal edilebilir miktarlar için seyreltilmiş.
ROCK inhibitörleri gibi Y-27632 insan iPSCs rutin kültür için sık sık kullanılır. Biz sık sık ve/veya genişletilmiş kültür Y-27632 ile bazı IPSC satırlarının genel kalitesi üzerinde zararlı etkileri olabilir bulduk. Yöntem passaging bir yığın kullanırken, gibi EDTA ile Y-27632 bölme sonra IPSC canlılığı korumak için gerekli değildir. Biz tamamen ortadan Y-27632 getirilerini ortamla tüm IPSC yalıtım, genişleme veya rutin kültür.
İletişim kuralı sınırlamaları:
Başlangıç maliyeti ve karmaşıklığı programlama reaktifler hazırlanması ile ilişkili açıklanan RNA tabanlı programlama yaklaşımı bir kısıtlamadır. Her ne kadar tüm rutin vardır ve daha önce olmuştur reaktifler mRNA oluşturmak için hazırlık işlemleri (PCR, vitro transkripsiyon, DNaz tedavi, kapatma, dephosphorylation, arıtma) açıklanan, kümülatif mRNA reaktifler yapımıdır nispeten uzun ve olmayan önemsiz bir süreç. Bu iletişim kuralı için diğer büyük sorun hücreleri programlama Protokolü emek yoğunluğu artan her 48 h transfect gerek olduğunu. Bunu göz önünde sadece bir kaç hasta örnekleri yeniden programlama isteniyorsa engelleyici olabilir. Temel düşüncedir klinik iPSCs veya çok yüksek programlama verimlilik sağlanması olduğunu, ancak, açıklanan RNA tabanlı programlama yaklaşımı idealdir.
Özet olarak, açıklanan yüksek verimli RNA tabanlı programlama yöntemi somatik hücre tipi bizim önceki yayın8‘ de açıklandığı gibi yeniden programlanan verimliliğini optimize edilmiş transfection bağlı. Bu çalışmada sunulan RNA transfection iletişim kuralı çok insan birincil fibroblastlar için ayarlanmış ancak potansiyel olarak programlama çeşitli somatik hücrelerin verimliliğini artırmak için diğer hücre tipleri için uygun olabilir.
The authors have nothing to disclose.
Ulusal Sağlık Enstitüleri (T32AR007411-33) ve Colorado Üniversitesi cilt hastalıkları araştırma çekirdek Merkezi (P30AR057212) destek finansmanı için sana şükrediyoruz. Epidermolysis Bullosa (EB) araştırma ortaklığı, EB Tıbbi Araştırma Vakfı, tedavi EB sadaka, distrofik Epidermolysis Bullosa Araştırma Derneği (DEBRA) Uluslararası, King Baudouin Vakfı’nın Vlinderkindje fon ve Gates ayrıca teşekkür ediyoruz Ufuklar fonu.
Plasmid templates for PCR | |||
pcDNA3.3_KLF4 | Addgene | 26815 | |
pcDNA3.3_SOX2 | Addgene | 26817 | |
pcDNA3.3_c-MYC | Addgene | 26818 | |
pcDNA3.3_LIN28A | Addgene | 26819 | |
pCR-Blunt_hM3O | Addgene | 112638 | |
pCR-Blunt_hNANOG | Addgene | 112639 | |
pCR-Blunt_mWasabi | Addgene | 112640 | |
Modified mRNA in vitro transcription and miRNA mimics | |||
Forward Primer | Integrated DNA Technologies | TTGGACCCTCGTACAGAAGC TAATACG |
|
Reverse Primer (Ordered as ultramer, 4nmol scale) | Integrated DNA Technologies | TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT CTTCCTACTCAGGCTTTATTCA AAGACCA |
|
(ARCA Cap) 3´-0-Me-m7G(5')ppp(5')G | New England Biolabs | S1411S | |
Pfu Ultra II Hotstart 2x Master Mix | Agilent | 600850-51 | |
5-Methylcytidine-5'-Triphosphate | Trilink Biotechnologies | N-1014 | |
Antarctic Phosphatase | New England Biolabs | M0289L | |
DNase I | NEB | M0303S | |
MEGAscript T7 Transcription Kit | ThermoFisher Scientific | AM1334 | |
Pseudouridine-5'-Triphosphate | Trilink Biotechnologies | N-1019 | |
Riboguard RNase Inhibitor | Lucigen | RG90910K | |
RNA Clean & Concentrator | ZymoResearch | R1019 | |
Syn-hsa-miR-302a-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000684 | |
Syn-hsa-miR-302b-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000715 | |
Syn-hsa-miR-302c-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000717 | |
Syn-hsa-miR-302d-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000718 | |
Syn-hsa-miR-367-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000719 | |
Water (Nuclease free, Not DEPC-treated) | Fisher | AM9937 | Use to dilute modified mRNAs and miRNA mimics |
Fibroblast culture and reprogramming | |||
0.1% Gelatin in H2O | stemcell technologies | #07903 | |
Stericup-GV Sterile Vacuum Filtration System | EMD Millipore | SCGVU05RE | Use to sterilize the transfection buffer and 0.5 mM EDTA in DPBS |
2-Mercaptoethanol | ThermoFisher Scientific | 21985023 | |
6-well plates (tissue culture treated) | Corning | 3516 | |
DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 11320033 | |
Fetal Bovine Serum | Fisher | 26-140-079 | |
FGF Basic | ThermoFisher Scientific | phg0263 | |
GlutaMax Supplement | ThermoFisher Scientific | 35050061 | Glutamine supplement used for the prepration of media |
Heat Inactivated FBS | Gibco Technologies | 10438026 | |
KnockOut Serum Replacement | ThermoFisher Scientific | 10828010 | |
Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent | ThermoFisher Scientific | 13778500 | The protocol is optimized for the Lipofectamine RNAiMax transfection reagent |
MEM | ThermoFisher Scientific | 11095080 | |
MEM Non-essential amino acids | ThermoFisher Scientific | 11140050 | |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985070 | Reduced-serum medium, use to make the transfection buffer by adjusting the pH to 8.2, 500 mL |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985062 | Reduced-serum medium, use to make the transfection buffer by adjusting the pH to 8.2, 100 mL |
10 M NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | Make a 1 M solution by diluting in nuclease free water and use for pH adjustment |
Water (Nuclease free, Not DEPC-treated) | Fisher | AM9932 | Use to dilute NaOH and wash a pH meter |
Pen/Strep/Fungizone | GE Healthcare | SV30079.01 | |
rhLaminin-521 | ThermoFisher Scientific | A29248 | Supplied at a concentration of 100 µg/mL, use as a matrix for the reprogramming procedure |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS) | Life Technologies | 14190144 | |
Trypsin-EDTA 0.25% Phenol Red | Life Technologies | 2520056 | |
Vaccinia Virus B18R (CF) | ThermoFisher Scientific | 34-8185-86 | |
iPSC culture | |||
Corning Matrigel hESC-Qualified Matrix | Corning | 354277 | Extracellular matrix (ECM) for culturing iPSCs |
EDTA, 0.5 M stock solution | K&D Medical | RGF-3130 | Dilute to 0.5 mM in DPBS, filter sterilize and use for iPSC passaging |
mTeSR1 | StemCell Technologies | 85850 | Pluripotent stem cell (PSC) medium, provides growth advantage to iPSCs over fibroblasts |
Antibodies and Detection | |||
Rabbit anti Mouse (HRP conjugated) | Abcam | ab97046 | |
Tra-1-60 (mouse anti human) | Stemgent | 09-0010 | |
Hydrogen Peroxide (30%) | LabChem | LC154301 | Dilute to 3% with PBS |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Fisher | BP9703100 | |
Phosphate-buffered salin (PBS) | Hyclone | SH30258.02 | Supplied as 10x, dilute to 1x |
VECTOR NovaRED Peroxidase Substrate Kit | Vector Laboratories | SK-4800 | |
Special Equipment | |||
Description | Notes | ||
Biological safety cabinet | |||
Regular humidified tissue culture incubator | Calibrate CO2 using digital meter, fyrite, or equivalent. Equilibrate incubator to 5% CO2, 37°C. | ||
Tri-gas humidified tissue culture incubator | Calibrate CO2 using digital meter, fyrite, or equivalent. Equilibrate incubator to 5% CO2, 5% O2, 37°C. Use for the reprogramming procedure. | ||
pH Meter | Must have resolution to two decimal places. Designate to RNA work if possible. | ||
Inverted microscope | Microscope configured to visualize EGFP for monitoring transfection efficiency. |