Наличие соматических СКС имеет решающее значение для регенеративной медицины, болезни моделирования и чтобы разобраться в SC свойства. Здесь мы представляем экспериментальных стратегий для перепрограммирования, в пробирке, дифференцированные клетки взрослого в их соответствующие клетки расширяемая ткани конкретных стволовых/прародитель переходных выражением единого транскрипционный анализ совместного активатор яп.
Здесь мы представляем протоколы изоляции первичных дифференцированных клеток и превратить их в клетки (SCs) стволовых/прародитель той же линии переходных выражением транскрипционного фактора YAP. С помощью этого метода просветный дифференцированных клеток (LD) молочной железы мыши преобразуются в клетки, которые демонстрируют молекулярной и функциональных свойств молочной SCs. YAP также оказывается полностью дифференцированной поджелудочной экзокринной клетки в поджелудочной железы протока как прародителями. Аналогично для эндогенного, естественный SCs, яп индуцированных стволовых подобных клеток («ySCs») может быть в конечном счете расширена как органоид культур долгосрочной перспективе в пробирке, без дальнейшей необходимости внематочная YAP/таз, как ySCs наделены наследственные самостоятельного обновления СК как государства.
Перепрограммирования процедура, представленная здесь предлагает возможность создавать и расширять в пробирке клеток-предшественников различных источников тканей, начиная от дифференцированных клеток. Простое расширение соматические клетки ex vivo имеет последствия для регенеративной медицины, для понимания механизмов возбуждения опухоли и, в целом, для клеток и биология развития исследований.
Ткани специфических соматических стволовых клеток (SCs) являются критическими для обновления тканей и ремонта после травмы. Возможность легко изолировать и бесконечно расширять ex vivo соматических SCs представляет критическую для потенциальных восстановительной терапии, а также для приложений SC в фундаментальные исследования и моделирование болезней. Прогресс в этом направлении, однако, было ограничено сложность захвата SC состояние различных органов эпителиального в пробирке. Действительно в нескольких взрослых тканях резидентов SCs может не существует, или не быть легко доступны, или их количество и регенеративный потенциал может подорваны условиях старения или болезни. В 2016 году, мы начали заполнить этот пробел, сообщая этим выражением единого transcriptional coactivator, YAP (да связанные белком) или его тесно связанных белков таз (транскрипционный анализ активатор с мотивом PDZ), в смертельно дифференцированных клеток эффективно создает функциональные, расширяемый, не опухолеобразования, аутологичных клеток населения, которые оперативно и молекулярно неотличимы от их соответствующих тканей конкретных СКС1. Импульс устойчивой YAP или таз деятельности за несколько дней достаточно, чтобы вызвать появление самостоятельного обновления соматических СКС. Это стабильное состояние, которая больше не зависит от непрерывной трансген выражение, как он может быть передан через поколения клетки без дальнейшего выражение внематочная YAP/таз1. Протокол здесь представлены детали, процедура используется для создания de novo эпителиальных стволовых/прародитель клеток молочной железы и поджелудочной железы, начиная от дифференцированных клеток этих тканей. Эта процедура заполняет черный ящик текущего перепрограммирование/transdifferentiation арене. Основные усилия в этих направлениях действительно пока сосредоточена на ячейку перехода к индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) состояние, последующим преобразованием этих эмбриональных и плюрипотентных СКС в более дифференцированных клеток. Однако iPSCs онкогенной раз представил во взрослых тканях, поднимая потребность разработки протоколов для их полного и эффективного дифференцирования2. Однако этот шаг дифференциации, даже тогда, когда это возможно, приходит по цене долгосрочных расширяемость, самоорганизации и органа заселение потенциалов. Они являются обязательными атрибутами для регенерации органов, которые в действительности являются типичными только эндогенного ткани конкретных СКС и в настоящее время описано яп индуцированной СКС (ySCs). Аналогичным образом прямой transdifferentiation типа одной ячейки в другую с помощью коктейли, различные транскрипции, которые факторы также создают дифференцированных клеток, которые не располагают необходимым пролиферативных и stemness потенциальных3.
Процедура, описанная здесь также использует недавно представила органоид технологии, в которой эндогенного SCs может быть расширена и дифференцированной ex vivo4. YAP-индуцированной SCs может генерировать органоид формирование СКС даже в экспериментальных, биологические или болезни условий, в которых эндогенного SCs не присутствуют. Мы хотели бы отметить, что на разницу с другими перепрограммирования процедурами, тип клеток пластичность придали YAP может соответствовать единственной формой реверсии СК как статус, который происходит в живых тканях. Уменьшаем SC-как черт был связан с ткани ремонт или онкогенных активации5. Хотя необязательным для гомеостаза нескольких взрослых тканях, YAP и/или таз абсолютно необходимы для регенерации, рост опухоли и расширения соматических СКС в пробирке1,,6,7,,8 ,9,10,11,12
Здесь мы представляем протоколы для перепрограммирования ex vivo неизлечимо продифференцировано эпителиальные клетки различных тканей в их соответствующие клетки-предшественники ткани конкретных (или ySCs) переходных выражением YAP, как сообщалось ранее,1. Мы подробно две процедуры: одна позволяя перепрограммирования СУИМ очищенная клеток через лентивирусные векторы и вторая, которая избегает вирусной инфекции и использует преимущества трансгенных YAP выражения. Каждый протокол представляет эффективную стратегию для изоляции и культуры основных дифференцированных клеток и стратегию заставить экзогенных YAP экспрессии генов в дифференцированных клетках, генерации de novo соматических ткани конкретных расширяемые стволовых клеток (см. схемы в цифры 1A и 2A).
Мы продемонстрировали, что стратегии изоляции, здесь представлены эффективно изолировать чисто населения дифференцированных клеток, как свидетельствует тот факт, что мы никогда не обнаружено каких-либо нарост от отрицательных контрольных образцов (цифры 1 c и 2 C).
Лентивирусные векторы, используемые в данном исследовании для перепрограммирования первичных клеток молочной железы LD являются доксициклин индуцибельной, предлагая возможность жесткий контроль над трансген выражения; Это позволяет включить и от экзогенных YAP будет выражение. Особое внимание следует избегать использования чрезмерной титр вирусных, как это может нанести ущерб с точки зрения эффективности перепрограммирования. В случае первичного железистый клетки мы перешли на полностью трансгенных подход для получения яп зависимых перепрограммирование с минимальными манипуляции. Эта последняя стратегия также является особенно подходящим для первичного ацинусов поджелудочной железы, как изолированные кластеры ацинарной едва ли поддаются лентивирусные инфекции и очень хрупкие. Трансгенные стратегия предлагает те же преимущества доксициклин зависимых лентивирусные векторы для жесткий контроль экспрессии генов. Кроме того трансгенных стратегия, эксплуатируемых с первичной ацинусов поджелудочной железы носит дополнительное преимущество намного выше перепрограммирования эффективности по сравнению с вирусный индуцированной перепрограммирования клеток молочной железы LD. Помимо различных внутренней пластичностью, связанные с клетки, полученные из различных тканей выше скорость поджелудочной железы перепрограммирования может быть производным от более высокую эффективность выражения, связанные с единообразной и автономных YAP выражение во всех описаны клетки. В частности мы продемонстрировали, что экзогенных яп больше не требуется после поколения ySCs (yMaSC колоний и yDucts), не затрагивая их потенциала самообновления. Это потому, что ySCs реактивировать эндогенного YAP/таз и использовать их для самообновления, когда экзогенных YAP выключен1.
Мы проверить понятие, что ySCs действительно выйти из дифференцированных клеток, контролируя ячеек происхождения наших перепрограммирования экспериментов путем генетической линии трассировка проверки1.
Обширные характеристикаиз ySCs показывает, что ПЕА индуцированной перепрограммирования генерирует нормальных соматических СКС1 как я) на транскриптомики уровне, ySCs отображения массивные перекрывается с родной СКС; II) ySCs отображения дифференциация потенциал и может генерировать мультилинейного потомства, всегда ограничены к личности их ткани происхождения; III) ySCs не преобразован и не онкогенной когда пересаженные в естественных условиях.
Здесь мы также описывают процедуры для поддержания и расширения в культуре yMaSCs и yDucts как organoids встроенных в 100% базальной мембраны матрица гидрогели. Эти условия для самостоятельной организации из ySCs в трехмерной organoids обеспечить поддержание долгосрочных в культуре stemness свойств, позволяя расширить эти штока населения по желанию течению анализов и приложений. По неизвестным причинам, мы смогли получить yMaSC organoids, поместив инфицированных клеток LD непосредственно в условиях культуры органоид через 7 дней после лечения доксициклин в пластиковых культуры ткани пластины; другими словами среднего роста шаг в молочной колонии условий имеет важное значение. В наших руках даже родной MaSCs требуют молочной колонии условий перед пассированый органоид культуры. Кроме того наиболее эффективным результатом органоид получается, когда мы избегать отделения основной колоний в отдельные ячейки, но скорее перевести нетронутыми колоний в органоид культуры условий.
Органоид культуры условия также несут преимущество дает возможность криоконсервировать ySCs, при том условии, что organoids оправился от их матрицы, избегая диссоциации клеток до криоконсервирования в ванне азота.
Яп, перепрограммирование представлена процедура может конвертировать собственный дифференцированных клеток типов, производных от различных тканей взрослого в их соответствующие ткани конкретных стволовые клетки (мы проверили это с использованием молочных желез, поджелудочной железы и нейрональных клеток)1. В отличие от iPSCs или другие перепрограммирования усилия YAP/индуцированной SCs может поддерживать воспоминания об их ткани происхождения. Следует отметить, де дифференцировку ядер соматических клеток в клетки, обладает свойствами стволовых как это единственная форма клеток судьба пластичности и перепрограммирования наблюдается в естественных условиях, например после повреждения тканей и для поддержки ранозаживляющее5,17 , 18 , 19 , 20. это отметить, что ПНА и таз основном необязательным для нормальной гомеостаза, но решающее значение для восстановления тканей в нескольких тканей11,21. Последовательно с физиологической функцией по перепрограммирования, описанные здесь, YAP/таз были недавно показали потребуются в кишечной регенерации в моделях мыши больных язвенным колитом, вызывая преобразование взрослых клеток кишечника в Восстановление эпителия, отображающий особенности плода кишки19. Таким образом YAP перепрограммирования расширяет текущие стратегии пластичности индуцированных клеток, предоставляя средства для создания соматических стволовых клеток, государство, которое пока трудно захватить в пробирке. Этот подход, если распространяется также на человека производные клеток, может иметь широкое значение из приложений регенеративной медицины к изучению состояния соматического stemness и для расширения соматических стволовых клеток в пробирке.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим F. Camargo за дар Тето япS127A мышей; R26-rtTAM2 мышей (фондовой #006965) были приобретены у Джексона лаборатории. Мы благодарим Chiara Frasson и Джузеппе Бассо за помощь с СУИМ процедур. Эта работа поддерживается АКПО специальные программы молекулярной клинической онкологии ” 5 промилле ” и АКПО PI-Грант С.П и эпигенетики флагманского проекта CNR-Miur предоставляет с.п. Этот проект получил финансирование от Европейского совета научных исследований (ERC) под Европейского союза Horizon 2020 программы научных исследований и инноваций (грантовое соглашение DENOVOSTEM № 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 |