Verfügbarkeit von somatischen SCs ist entscheidend für die regenerative Medizin Krankheit Modellierung und Einblick in SC Eigenschaften. Hier präsentieren wir experimentelle Strategien reprogram, in Vitro unterscheiden sich adulte Zellen in ihre entsprechenden erweiterbar gewebespezifische Stammzellen/Progenitor-Zellen durch die transiente Expression die transkriptionelle Coaktivator YAP.
Hier präsentieren wir Protokolle, um primäre differenzierte Zellen und drehen Sie sie in Stamm/Vorläuferzellen (SCs) derselben Linie durch transiente Expression des Transkriptionsfaktors YAP zu isolieren. Mit dieser Methode werden luminalen differenzierte (LD) Zellen der Brustdrüse Maus in Zellen umgewandelt, die molekulare und funktionelle Eigenschaften von Mamma SCs. YAP auch Kurven voll differenzierte exokrinen Pankreaszellen in Pankreas Rohr-ähnliche aufweisen Stammväter. In ähnlicher Weise an endogenen, natürlichen SCs, YAP-induzierten Stammzellen-ähnliche Zellen (“ySCs”) schließlich als organoide Kulturen langfristig in-vitro- ohne weitere Notwendigkeit ektopische YAP/taz, erweiterbar wie ySCs mit einem Erbbaurecht selbst erneuernde SC-ähnlichen Zustand ausgestattet sind.
Die Neuprogrammierung Verfahren hier vorgestellten bietet die Möglichkeit zu generieren und in-vitro- Vorläuferzellen der verschiedenen Gewebe Quellen ausgehend von differenzierten Zellen zu erweitern. Die einfache Erweiterung der somatischen Zellen ex Vivo hat Folgen für regenerative Medizin, Verständnis der Mechanismen der Tumorentstehung und im Allgemeinen für Zell- und Entwicklungsbiologie Studien.
Gewebe-spezifische somatische Stammzellen (SCs) sind entscheidend für Gewebe Erneuerung und Reparatur nach Verletzung. Die Möglichkeit, leicht isolieren und unbegrenzt erweitern Ex Vivo somatische SCs stellt ein schwerwiegendes Problem für potenzielle regenerative Therapien sowie für SC-Anwendungen in der Grundlagenforschung und Krankheit Modellierung. Fortschritte in dieser Richtung wurde jedoch durch die Schwierigkeit der Erfassung des SC-Zustand der verschiedenen epithelialen Organe in Vitrobegrenzt. In der Tat in mehreren adulten Geweben resident SCs können nicht vorhanden oder nicht verfügbar sein, oder ihre Anzahl und regenerative Potenzial können durch Alterung oder Krankheit Bedingungen erodiert. Im Jahr 2016 haben wir begonnen, diese Lücke durch die Berichterstattung dieser Ausdruck einer einzigen transcriptional Coactivator YAP (ja-assoziierten Protein) oder die eng verwandten Protein TAZ (transcriptional Aktivator mit einem PDZ-Motiv), unheilbar differenzierte Zellen effizient schafft funktionale, erweiterbar, nicht tumorigenic, autologe Zell-Populationen, die operativ und Molekular von ihren entsprechenden gewebespezifischen SCs1zu unterscheiden sind. Ein Puls von getragen YAP oder TAZ Aktivität für einige Tage ist ausreichend, um das Aussehen der selbst erneuern somatische SCs zu induzieren. Dies ist ein stabiler Zustand, der nicht mehr kontinuierliche Transgene Ausdruck abhängig ist, wie es durch Zelle Generationen ohne weitere Ausdruck ektopische YAP/TAZ1übertragen werden kann. Das Protokoll hier vorgestellten Einzelheiten des Verfahrens Erzeugung von de Novo epithelialen Stammzellen/Vorläuferzellen der Brustdrüse und der Bauchspeicheldrüse zur, differenzierte Zellen dieser Gewebe ab. Diese Prozedur füllt eine Black Box in der aktuellen Neuprogrammierung/Transdifferenzierung Arena. Große Anstrengungen in diese Richtungen haben in der Tat bisher zentriert auf Zelle Übergang zu einem induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) Zustand, gefolgt von der Umwandlung von diesen embryonalen und pluripotenten SCs in differenzierter Zellen. Allerdings sind iPSCs tumorigenic einmal in adulten Geweben, heben die Notwendigkeit der Entwicklung von Protokollen für ihre vollständige und effiziente Differenzierung2eingeführt. Jedoch kommt diese Differenzierung Schritt, auch wenn möglich, zum Preis von langfristigen Erweiterbarkeit, Selbstorganisation und Orgel Wiederbesiedlung Potenziale. Das sind wesentliche Attribute für Organregeneration, die in der Tat nur der endogenen gewebespezifischen SCs und der derzeit beschriebenen YAP-induzierte SCs (ySCs) typisch sind. In ähnlicher Weise differenzierte direkte Transdifferenzierung von einem Zelltyp ineinander mit Cocktails aus verschiedenen Transkription Faktoren auch erzeugen Zellen, die wesentliche proliferative und Stemness mögliche3fehlt.
Das hier beschriebene Verfahren nutzt auch die kürzlich eingeführte organoide Technologie, durch die endogene SCs erweiterbar und ex Vivo4differenziert. YAP-induzierte SCs können organoide Formen SCs sogar im Versuchsbedingungen, biologische oder Krankheit generieren in denen endogenen SCs nicht vorhanden sind. Wir möchten beachten, dass sich die Differenz mit anderen Neuprogrammierung Verfahren, die Art der Zelle Plastizität durch YAP vermittelt die einzige Form der Rückfall in eine SC-Status wie entsprechen kann, die in lebendes Gewebe auftritt. Rückgewinnung von SC-ähnlichen Merkmalen wurde Gewebereparatur oder Onkogene Aktivierung5zugeordnet. Obwohl entbehrlich für die Homöostase von mehreren adulten Geweben sind YAP und/oder TAZ absolut notwendig für Regeneration, Tumorwachstum und Erweiterung der somatischen SCs in Vitro1,6,7,8 ,9,10,11,12
Hier präsentieren wir Protokolle, um ex-Vivo unheilbar differenzierten Epithelzellen der verschiedenen Geweben in ihre entsprechenden gewebespezifischen Vorläuferzellen (oder ySCs) umprogrammieren von Transienten Expression von YAP, wie bereits berichtet1. Wir haben zwei Verfahren detailliert: eine Reprogrammierung von FACS gereinigt durch Lentivirale Vektoren und eine zweite, die virale Infektion vermeidet und nutzt die Vorteile der transgenen YAP Ausdruck ermöglicht. Jedes Protokoll stellt eine effiziente Strategie zu isolieren und Kultur primären differenzierte Zellen und eine Strategie zur exogenen Kraft YAP Genexpression in differenzierten Zellen generieren de Novo gewebespezifischen erweiterbar gewebestammzellen (siehe Regelungen in Abbildungen 1A und 2A).
Wir bewiesen, dass die hier vorgestellten effektiv isoliert-Strategien eine reine Bevölkerung von differenzierten Zellen isolieren, wie durch die Tatsache bewiesen, dass wir nie irgendwelche Auswuchs von negativen Kontrollproben (Abbildungen 1 und 2 C) erkannt.
Die Lentivirale Vektoren verwendet in dieser Studie für die Reprogrammierung von primären Mamma LD sind Doxycyclin induzierbaren, bietet die Möglichkeit, eine strenge Kontrolle des Transgens Ausdrucks; Dadurch schalten und aus exogenen YAP Ausdruck zu werden. Besondere Aufmerksamkeit sollte in den Verzicht auf eine übermäßige virale Titer platziert werden, wie dies im Hinblick auf die Umprogrammierung Effizienz nachteilig sein kann. Im Falle der primären acinar Zellen wechselten wir in ein vollständig transgenen Ansatz zu einer YAP-abhängige Neuprogrammierung mit minimalen Manipulationen. Diese letztere Strategie eignet sich auch besonders für primäre pankreatischen Azini, wie isolierte acinar Cluster Lentivirale Infektion kaum zugänglich und sehr zerbrechlich sind. Die transgenen Strategie bietet den gleichen Vorteil von Doxycyclin-abhängige Lentivirale Vektoren für die strenge Kontrolle der Genexpression. Darüber hinaus trägt die transgenen Strategie ausgenutzt mit primären pankreatischen Azini den Vorteil einer wesentlich höheren Neuprogrammierung Wirkungsgrad im Vergleich zu der viral induzierten Reprogrammierung von Mamma LD. Über die verschiedenen intrinsischer Plastizität Zellen aus verschiedenen Geweben zugeordnet kann die höhere Rate der pankreatischen Neuprogrammierung von der höheren Effizienz der Ausdruck verbunden, einheitliche und autonome YAP Ausdruck in allen abgeleitet werden explantierten Zellen. Insbesondere haben wir gezeigt, dass exogene YAP nach der Generierung von ySCs (yMaSC-Kolonien und yDucts), entfällt ohne ihre Selbsterneuerung Kapazität. Und zwar deshalb, weil ySCs endogenen YAP/TAZ zu reaktivieren und nutzen sie für Selbsterneuerung1exogene YAP ausgeschaltet ist.
Wir validiert die Vorstellung, die ySCs in der Tat von differenzierten Zellen entstehen durch die Kontrolle der Zelle der Ursprung unserer Neuprogrammierung Experimente durch genetische Abstammung-Ablaufverfolgung Validierungen1.
Umfassende Charakterisierungvon ySCs zeigt, dass YAP-induzierte Umprogrammierung normale somatische SCs1 als ich erzeugt) auf der transkriptomischen Ebene anzeigen ySCs massive Überschneidungen mit native SCs; (II) ySCs Anzeige Differenzierungspotenzial und erzeugen eine multilineage Nachkommen immer beschränkt auf die Identität des ihr Gewebe des Ursprungs; (III) ySCs werden nicht verändert und nicht tumorigenic wann verpflanzt in Vivo.
Hier beschreiben wir auch Verfahren zu erhalten und zu erweitern in der Kultur yMaSCs und yDucts als Organellen in 100 % Basalmembran Matrix Hydrogele eingebettet. Diese Bedingungen ermöglichen für die Selbstorganisation des ySCs in dreidimensionale Organellen, die Stemness Eigenschaften Kultur langfristig zu gewährleisten, ermöglichen, diese zu erweitern Bevölkerung nach Belieben für nachgelagerte Analysen und Anwendungen stammen. Aus unbekannten Gründen wir Fehler beim Abrufen yMaSC Organellen indem man infiziert LD Zellen direkt in organoide Kulturbedingungen 7 Tage nach der Behandlung Doxycyclin in Kunststoff Gewebekultur Platte; in anderen Worten, ist der mittlere Wachstum Schritt in Mamma Kolonie Bedingungen unerlässlich. In unseren Händen erfordern auch native MaSCs Mamma Kolonie Bedingungen vor passagierung in organoide Kultur. Darüber hinaus wird die effizienteste organoide Auswuchs erreicht, wenn wir vermeiden, liegt die primäre Kolonien in einzelnen Zellen, sondern die intakten Kolonien in organoide Kulturbedingungen übertragen.
Organoide Kulturbedingungen tragen auch den Vorteil bietet die Möglichkeit, ySCs, Tiefgefrieren, vorausgesetzt, dass die Organellen aus ihrer Matrizen, Vermeidung von Zelle Dissoziation vor der Kryokonservierung in Stickstoff Bad zurückgewonnen werden.
Die YAP Umprogrammierung Verfahren vorgestellt kann verschiedene differenzierte Zelltypen abgeleitet aus verschiedenen Erwachsenen Geweben in ihren entsprechenden gewebespezifische Stammzellen (wir haben es mit Mamma, Pankreas und neuronalen Zellen getestet) umwandeln1. Im Unterschied zu iPSCs oder andere Neuprogrammierung Bemühungen können YAP/induzierte SCs die Erinnerungen an ihr Gewebe Herkunft pflegen. Der Hinweis de-Differenzierung der somatischen Zellen in Zellen mit Stiel-ähnliche Eigenschaften ausgestattet ist die einzige Form der Zelle Schicksal Plastizität und Umprogrammierung in vivo beobachtet, zum Beispiel nach Gewebeschäden und zur Unterstützung der Wundheilung5,17 , 18 , 19 , 20. es ist bemerkenswert, dass YAP und TAZ für normale Homöostase weitgehend entbehrlich sind aber entscheidend für die Reparatur von Gewebe in mehreren Geweben11,21. Konsequent mit einer physiologischen Funktion der Neuprogrammierung Schritte hier beschrieben, haben YAP/TAZ kürzlich gezeigt, dass im Darm Regeneration in Mausmodellen der Colitis ulcerosa Patienten geforderten verursacht eine Umwandlung von Erwachsenen Darmzellen in eine Reparatur von Epithel, die Funktionen des fetalen Darm19anzeigt. YAP Umprogrammierung erweitert somit die aktuellen induzierte Zelle Plastizität Strategien indem Sie ein Mittel zu generieren somatische Stammzellen, ein Staat, der bislang streitig gemacht, in Vitrozu erfassen. Dieser Ansatz, könnte wenn auch auf Menschen-abgeleitete Zellen erweitert haben breite Relevanz aus regenerativen Medizin Anwendungen zur Erforschung des somatischen Stemness Staates und ergeben sich für die Erweiterung der somatischen Zellen in Vitro.
The authors have nothing to disclose.
Wir danken für das Geschenk von TetO-YAPS127A MäusenF. Camargo; R26-rtTAM2 Mäuse (Lager #006965) wurden von The Jackson Laboratory gekauft. Wir danken Chiara Frasson und Giuseppe Basso für Hilfe mit FACS-Verfahren. Diese Arbeit wird unterstützt durch AIRC spezielle Programm Molekulare Clinical Oncology ” 5 Promille ” und ein AIRC PI-Grant, S.P und Epigenetik Vorzeigeprojekt CNR-Miur gewährt S.P. Dieses Projekt wird finanziell vom European Research Council (ERC) unter der Europäischen Union Horizont 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm (Finanzhilfevereinbarung DENOVOSTEM Nr. 670126).
10 mL sterile syringes | Rays | 10LC | |
100 mm cell strainer | Corning | 352360 | |
15 mL sterile conical tubes | Corning | 430052 | |
24-well ultra low attachment plates | Costar | 3473 | |
40 mm cell strainers | Corning | 352340 | |
48-well multiwell plates | Corning | 353078 | |
50 mL sterile conical tubes | Corning | 430290 | |
6-well multiwell plates | Corning | 353046 | |
Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634028 | |
B27 supplement (50x) | Gibco | 17504001 | |
BPE | Gibco | 13028014 | |
BSA | Sigma | A9418 | |
Collagenase, type I | Sigma | 17018029 | |
dexamethasone | Sigma | D4902 | |
Dispase | Gibco | 1705-041 | |
Disposable scalpels | Swann-Morton | 0503 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
DMSO | Sigma | D2650 | |
DnaseI | Roche | 11284932001 | |
doxycycline hyclate | Sigma | D9891 | |
EDTA | Sigma | E5134 | |
Ethanol 100% | Sigma | 51976 | |
FACS tubes (with strainer caps) | Falcon | 352235 | |
FBS | Gibco | 10270106 | |
FITC anti-mouse CD326 (Ep-CAM) | BioLegend | 118208 | |
FUdeltaGW-rtTA | Addgene | #19780 | |
FUW-tetO-EGFP | Addgene | #84041 | used as negative control |
FUW-tetO-MCS | Addgene | #84008 | used as negative control |
FUW-tetO-wtYAP | Addgene | #84009 | |
FUW-tetO-YAPS94A | Addgene | #84010 | used as negative control (transcriptionally dead YAP mutant) |
GlutaMax | Gibco | 35050061 | |
HBSS | Gibco | 24020117 | |
HCl | Sigma | 30721 | |
heparin sodium salt | Sigma | H3149 | |
HEPES buffer solution (1M) | Gibco | 15630-056 | |
human R-Spondin1 (His Tag) | Sino Biological | 11083-H08H-5 | |
Hyaluronidase from bovine testes | Sigma | H3506 | |
ITS-X | Gibco | 51500056 | |
K-14 antibody | Life Technologies | Ab7800 | |
K-8 antibody | Life Technologies | Ab14053 | |
L-Glutamine | Gibco | 25030081 | |
Lin (allophycocyanin [APC] mouse lineage antibody cocktail) | BD Biosciences | 51-9003632 | |
Matrigel® Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix, Phenol Red-Free | Corning | 356231 | |
N-Acetylcysteine | Sigma | A9165 | |
NaOH | J.T.Baker | 0402 | |
NH4Cl | Sigma | A9434 | |
Nicotinamide | Sigma | 72340 | |
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 | |
Pen/Strep (10,000 U/mL) | Gibco | 15140122 | |
Rat Tail Collagen I (coating) | Sigma | 122-20 | |
Rat Tail Collagen I for 3D culture | Cultrex | 3447-020-01 | |
recombinant human FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
recombinant human Noggin | Peprotech | 120-10C | |
recombinant murine EGF | Peprotech | 315-09 | |
recombinant murine FGF basic (bFGF) | Peprotech | 450-33 | |
RPMI 1640 medium | Gibco | 31870025 | |
SBTI (Trypsin inhibitor from Glycine max) | Sigma | T6522 | |
Tris BASE | Roche | 11814273001 | |
Trypsin-EDTA 0,05% | Gibco | 25300054 | |
Waymouth medium | Gibco | 31220023 |