Mouse embryonic fibroblast can be reprogrammed into induced pluripotent stem cells at low efficiency by the forced expression of transcription factors Oct-4, Sox-2, Klf-4, c-Myc. The rare intermediates of the reprogramming reaction are FACS isolated via labeling with antibodies against cell surface makers Thy-1.2, Ssea-1, and Epcam.
Mature cells can be reprogrammed to a pluripotent state. These so called induced pluripotent stem (iPS) cells are able to give rise to all cell types of the body and consequently have vast potential for regenerative medicine applications. Traditionally iPS cells are generated by viral introduction of transcription factors Oct-4, Klf-4, Sox-2, and c-Myc (OKSM) into fibroblasts. However, reprogramming is an inefficient process with only 0.1-1% of cells reverting towards a pluripotent state, making it difficult to study the reprogramming mechanism. A proven methodology that has allowed the study of the reprogramming process is to separate the rare intermediates of the reaction from the refractory bulk population. In the case of mouse embryonic fibroblasts (MEFs), we and others have previously shown that reprogramming cells undergo a distinct series of changes in the expression profile of cell surface markers which can be used for the separation of these cells. During the early stages of OKSM expression successfully reprogramming cells lose fibroblast identity marker Thy-1.2 and up-regulate pluripotency associated marker Ssea-1. The final transition of a subset of Ssea-1 positive cells towards the pluripotent state is marked by the expression of Epcam during the late stages of reprogramming. Here we provide a detailed description of the methodology used to isolate reprogramming intermediates from cultures of reprogramming MEFs. In order to increase experimental reproducibility we use a reprogrammable mouse strain that has been engineered to express a transcriptional transactivator (m2rtTA) under control of the Rosa26 locus and OKSM under control of a doxycycline responsive promoter. Cells isolated from these mice are isogenic and express OKSM homogenously upon addition of doxycycline. We describe in detail the establishment of the reprogrammable mice, the derivation of MEFs, and the subsequent isolation of intermediates during reprogramming into iPS cells via fluorescent activated cells sorting (FACS).
胚胎干(ES)细胞衍生自胚泡期胚胎1的内细胞团。在适当的培养条件下,他们的自我更新和多能性维持。在2006年山和同事证明成熟细胞因子可被重新编程为所谓的诱导多能干细胞(iPS)细胞的转录的强制表达的Oct-4,KLF-4,SOX-2,c-Myc的(OKSM)2。 iPS细胞,如胚胎干细胞,可以产生身体的所有细胞类型中,但是,它们是免费的周围ES细胞3的产生的伦理约束。此外,iPS细胞进行个性化的再生医学的承诺和保持巨大的潜力样疾病建模应用及体外药物筛选4,5。为了重新编程技术来实现这种潜力,需要核重新编程的基本机制,可以充分地理解。然而,着力剖析了重新编程拍hway受到阻碍的事实,只有极少数的细胞重新编程(0.1-1%)。成功地重新编程成纤维细胞已报道经过不同的一系列事件,包括间质向上皮过渡6-10,在重新编程,激活的内源性核的多能性网络11-14的最后阶段。我们和其他人12,13,15-17最近已鉴定了一组细胞表面标记物,其允许稀有中间体从耐火散装种群的分离。重编程小鼠胚胎成纤维细胞(MEF中)发生在2个星期之久的重编程过程15 THY-1.2,SSEA1和EpCAM的(等等)的表达变化。早期重编程的MEF的一个子集时下调成纤维细胞的身份标志(THY-1.2)的表达式,然后开始表达多能性相关的标志物SSEA-1 12。在重新编程SSEA1阳性细胞的最后阶段reactiv吃了内源性多能性基因,如10月4 10-13,15。这最后一个转换标记在由EpCAM的可检测的表达(参见图1),或在稍后的阶段PECAM 15细胞表面。最近,奥马利等人报道了用CD44和ICAM1的作为替代或补充,THY-1.2和SSEA-1的重编程的中间体的鉴定。我们先前的FACS提取从第0天,第3天,第6天,第9天与第12天重新编程文化重新编程的中间体,以及从建立的iPS细胞系基于这些细胞表面标记15,18。对于下面描述的重编程系统和条件下,我们已经表明,在单细胞水平上,虽然人群是安静均匀的,也有一定程度的异质性,在确定中间人口。但是应当注意的是,细胞仅这些人群中的一个子集能够进展到相应的下一个站重编程过程的锗和产生iPS细胞集落,在不同的效率,这已被广泛先前15,19特征。此外,这些人群的重编程效率将取决于以及上再电镀和培养条件。为了增加实验的重复性,我们使用已设计,以表达控制住ROSA26轨迹和下强力霉素敏感子20,21的控制多顺反子OKSM磁带转录反式激活(m2rtTA)可重新编程的小鼠品系。使用这种小鼠模型规避的iPS细胞的产生, 即异构出发人口与细胞间的变化在数量和病毒插入的整合位点的位置,传统的病毒方法的不必要的副作用。两种转基因小鼠品系(OKSM,m2rtTA),可作为纯合创始人动物的杰克逊实验室,已经对以建立reprogra划线mmable小鼠模型(参见图2)。在该原稿,我们将详细描述如何导出的MEF,产生iPS细胞,并分离出重编程的中间体在用FACS转换过程的不同阶段。
为了成功地重新编程的MEF成iPS细胞和纯化的重编程的中间体在高量,必须注意的是对整体效率产生影响的因素。在特定批次的FBS的用于补充的iPS媒体可具有有害的影响。一般而言积极的经验与胚胎干(ES)细胞的合格的FBS,但血清来自多家供应商可能会确定一个更便宜的选择批量测试发了言。
另一个因素是在重编程效率的影响是MEF中15,20的基因型。虽然从杂合子小鼠(HET),同时为OKSM和m2rtTA轨迹做改编,homozygousity在一个或更高的重编程效率,这两个区域的结果计算出来的MEF。的确,从OKSM和m2rtTA杂交后代衍生的MEF显示顺序如下(OKSM / m2rtTA)增加重编程效率:HET / HET <均相/ HET <HET /同系物<均相/均聚物(请注意,在表1中给出的数字是为HET / HET动物)。在极少数情况下男性的HOMO /同源动物识别,后宫多m2rtTA雌性交配可以设置。所有的这些杂交后代将HET / HOMO的OKSM / m2rtTA位点,分别为。此外,胎的快速基因分型被推荐为较大同窝仔使用年轻小鼠进行繁殖(6-15周龄)时获得的。
此外,使用低传代MEFs细胞重编程被强调23。如果MEF中推导并扩大在含氧量正常的组织培养箱,我们强烈建议您只使用这些细胞到通道2。然而,如果实验者访问低氧培养箱(5%氧气)的MEF中的推导和扩展,通道数高达3仍然会产生良好的效果23。
万一实验者遇到与重新编程相关的问题,如所概述的,最有可能的解释是在DOX另外,小鼠的不正确基因型或使用FBS的是不利于对iPS细胞产生时高传代数。然而,在罕见的情况下,我们观察到的MEF没能即使在理想的条件下重新编程。在这种情况下,自发从头删除m2rtTA的开放阅读框之内被认定为的根本原因。
该方法被成功地适应了通过提取磁性细胞分离(MACS),SSEA-1 +的中间体。有一个明显的时间优势,在使用MACS,然而,SSEA-1 +细胞群的“纯度降低到80-90%,而不是95%以上,这取决于实验的细胞是目的地为可能构成的类型一个问题。因此,一个选择是使用MACS富集SSEA-1 +细胞随后通过FACS来提高纯度和/或分数成SSEA-1 + / +的EpCAM和SSEA-1 + / Epcam-细胞。
“>当由所概述的协议和小鼠模型中产生的iPS细胞已被证明是多能性和有效地向嵌合动物15,20的所有组织中,以产生胚完全由通过四倍体互补这些iPS细胞的还原能力已证明24。异常甲基化模式在DLK-DIO3基因簇已被确定为潜在的病因24,然而,添加抗坏血酸时的50微克/毫升到媒体重编程过程中的浓度会产生四倍体互补主管iPS细胞24。请注意,另一种可重复编程的小鼠模型改造以表达重编程因子在不同的化学计量比可以甚至在不存在的抗坏血酸处理25产生四倍体主管iPS细胞,然而,在我们手中的细胞从该菌株中重新编程,在相当低的频率进行比较在本文中使用鼠标模式升。在这个手稿中描述的方法允许重新编程的中间体的分离从人口的耐火散装和应该被看作是非常有用的工具,解剖和理解重编程过程中,除去不必使用未分离的人口为仿形的上限制( 例如,从耐火细胞高信号噪声)。本文所描述的抗体结合,使从小鼠细胞中以高纯度的中间体的分离,但它是可能的额外的细胞表面标记将在未来,这将允许在更高的纯度,得到的中间体被发现。请注意,SSEA-1的表达是不是人类诱导多能干细胞的标志,因此该协议不能再编程人来源的细胞中。总之,一旦分离所描述的方法重编程的中间体,可用于分子分析,包括表达profilin的克,染色质免疫沉淀法,甲基化分析和蛋白质分析。
The authors have nothing to disclose.
我们要感谢来自莫纳什拉金斯计划,以及从NHMRC民防部队和NHMRC项目补助资金支持。此外,我们要感谢苏美廉为她建设性的意见,埃德温娜McGlinn对她的支持和莫纳什Flowcore团队(尤其是亚当Dinsdale)为他们生产的视频帮助。
Anti-mouse CD90.2 (Thy1.2) Pacific Blue | eBioscience | 48-0902-82 | |
Anti-Human/Mouse SSEA-1 Biotin | eBioscience | 13-8813 | |
Streptavidin PE-Cy 7 | eBioscience | 25-4317-82 | |
Anti- Mouse CD326(Epcam) Fitc | eBioscience | 48-5791-82 | |
Sodium pyruvate | Life Technologies | 11360-070 | |
MEM Non-Essential Amino Acids (NEAA) | Life Technologies | 11140-050 | |
Embryonic Stem Cell qualified Foetal Bovine Serum (FBS) | Life Technologies | 10439024 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Life Technologies | 25200-056 | |
GlutaMAX | Life Technologies | 35050-070 | |
β-Mercaptoethanol | Life Technologies | 21985-023 | |
DMSO (Dimethyl Sulfoxide) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
Penicillin/streptomycin | Life Technologies | 15140 | |
Propidium Iodide solution (PI) | Sigma-Aldrich | P4864-10ML | |
Gelatine from porcine skin | Sigma-Aldrich | G1890 | |
Doxycyclin hyclate | Sigma-Aldrich | 33429-100MG-R | |
Leukemia Inhibitory Factor (LIF) | Millipore | ESG1107 | |
DMEM High Glucose | Life Technologies | 11960-044 | |
DPBS (Dulbecco s phosphate buffer saline) | Life Technologies | 14190-144 | |
KnockOut DMEM | Life Technologies | 10829-018 | |
Irradiated MEFs | Life Technologies | S1520-100 | |
75-cm2 Tissue culture flasks | Corning/BD Bioscience | 430641 | |
15-ml centrifuge tubes | Corning/BD Bioscience | 430791 | |
50-ml centrifuge tubes | Corning/BD Bioscience | 430829 | |
Disposable surgical blades | Disposable surgical blades | 201 | |
Cryogenic vials | Corning/BD Bioscience | 430487 | |
70 µm Cell strainer | BD Bioscience | 352340 | |
Taq DNA Polymerase | Life Technologies | 10342-020 |