鶏胚のレチナからコーン感光体の一次培養物を得るための方法と、高含有スクリーニングの使用について述べた。
人間の昼間の視力は、レチナ、窩の中心にあるコーン感光体の機能に依存しています。最も一般的な形態の遺伝性網膜変性、網膜色素変性症に罹患している患者は、ロッド感光体の突然変異駆動喪失のために夜間視力を失い、その後、機能の進行性喪失および失明につながるコーンの死を引き起こした。遺伝学者は、この疾患を引き起こす突然変異を有する多くの遺伝子を同定したが、最初に同定された突然変異は、二次コーン変性のメカニズムと、ロッドで排他的に発現する視覚色素をコードするロドプシン遺伝子の支配的な突然変異がコーン変性を引き起こす方法を疑問視した。
この疾患の遺伝的モデルにおける移植の結果は、棒と錐体の間の細胞相互作用の概念と、網膜色素変性症のすべての遺伝的形態における錐体の非細胞自律変性の概念につながった。
コーンはヒトのすべての感光体の5%、マウスの3%しか含まないので、これらの種では研究は難しいが、コーンは鳥類の棒を上回る。我々は、その発達の段階29で鶏胚のレティナから培養レチン前駆体に96ウェルプレートを適応させました。これらの一次培養において、円錐はインビトロ分化後の細胞の80%を表す。細胞は、血清がない場合に1週間の期間にわたって退化する。ここでは、メソッドとその標準化について説明します。
このコーン濃縮培養系は、ラット網膜色素上皮正規化cDNAライブラリーの高含有スクリーニングにより上皮由来コーン生存率因子(EdCVF)を同定するために使用された。組換えEdCVFは、コーンの変性を防ぎます。
脊椎動物種のレチナは二重で、薄暗い光ビジョン用のロッド感光体と、日光、色、視力ビジョンのためのコーン感光体を備えています。霊長類の視力は、錐体で濃縮された窩と呼ばれるレチナの中心にある領域に依存するが、全体的に、コーンはすべての感光体の5%しか表さない。その結果、霊長類のレチナにおけるコーンの分析、特にコーンの培養は技術的に困難である。他のすべての哺乳類種はfoveaを持たないし、肛門の研究で最も一般的に使用されるげっ歯類のコーンの割合は低い。これは、これらのよく見る鳥の種のレティナを支配する鳥類種には当てはまりません。進化の際に哺乳類が最初に出現したときに生態系を支配してきた恐竜は、鳥1の系統的起源にある。恐竜と初期哺乳類の間のこのような競争の結果として、哺乳類は主に棒によって支配されるレチナを有する夜行性である。進化の後になって初めて、霊長類が属するいくつかの哺乳類種の日次ビジョンが進化的な利点となった。それにもかかわらず、祖先期は哺乳類ビジョン2、3の進化における夜行性ボトルネックのアタビズムとして残っている。
副腎細胞分化を研究している間、アドラーとハトリーは、感光体が胚の日(ED)6またはステージ294で鶏由来の培養において、約70%のレチナル分化細胞を表していることを示した。鶏のレチナにおける円錐の有病率のために、ED6鶏胚からのレチナル細胞の培養は円錐を豊富に含む培養物として開発された5。
人間にとってコーンを介した視力の重要性は、トラウマである。コーン機能を変化させる遺伝性疾患や老化性疾患の影響を受ける人は、大きな障害を持っています。これは、これらの盲検疾患の治療法を見つけることを目的として遺伝性の遺伝性退化(IRD)に関する研究の非常に大規模な体を促進しました6,7.最初の成功は、IRDレーバー先天性アマウロシス(LCA)の重篤な形態の治療のために組換えアデノ関連ベクター(AAV)を用いて得られた、遺伝子治療8の概念実証である。変異がIRDを引き起こす遺伝子の同定は、遺伝子治療を使用してこれらの疾患を治癒する可能性を開きます。それにもかかわらず、これらの疾患は、200以上の異なる遺伝子9の突然変異から生じる。IRDの常染色体劣性形態の場合でも、病的遺伝子の正常なコピーの再導入が視覚機能を回復することができるとき、個々の開発の経済的コストは、あまり一般的なものではなく、遺伝的起源が不明のままであるものに対して最も一般的なものを支持する。この事実は、研究者がより一般的な治療法について考えるきっかけになった。アポトーシス細胞死は、一般的な経路として現れ、常染色体優勢形態10,11を含む感光体の変性によって進行するこれらの疾患の治療対象である。しかし、そのようなアプローチの成功は欠けています。IRDの最も一般的な形態については、網膜色素変性症(RP)は、共通経路が最終的にコーン12、13の変性に続く機能の二次的損失である。コーン機能の喪失を防ぐことは、原因変異14とは無関係に窩の中心視力を維持する。
RPの初期段階では、ロッドの喪失は、棒とコーン15の間の代謝および酸化還元シグナル伝達を遮断するヌクレドキシン様1(NXNL1)遺伝子によってコードされるロッド由来コーン生存率因子(RdCVF)の発現の減少を引き起こす。NXNL1遺伝子の2つの産物をコードする組換えAAVの投与により、栄養因子RdCVFとチオレドキシン酵素RdCVFLは、RP16の全遺伝形態におけるコーン視力喪失を理論的に防止できる。我々は、NXNL1遺伝子産物RdCVFLがチキンコーン濃縮培養17で発現され、保護的な役割を果たす場所18であることを示した。RdCVFおよびNXNL1遺伝子は、読出し19としてコーン濃縮培養物からの細胞の生存を用いたretinal cDNAライブラリーの高含有スクリーニングによって同定された。各クローンに対して8つの並列テストを使用して、ライブラリのクローン210,000個相当をスクリーニングしました。これは、生物学的材料、鶏の胚のレティナへの容易なアクセスを必要とする非常に多くのテストを表しています。産卵鶏や肉を産む鶏の農業産業向けに広く生産されているため、週単位で胚化鶏卵を得るのは比較的簡単であることがわかりました。コーンエンリッチ培養の慎重な標準化の後、システムはコーンの生存率を維持する能力のために何千もの分子をテストする簡単で堅牢で再現可能な方法を提供します。これらの細胞はまた、シグナル伝達の研究と生化学的分析21、22、23に利益をもたらす遺伝子操作20に適している。
研究家は、コーン細胞株661W24,25,26の使用として代替方法を開発した。それにもかかわらず、この細胞株のアイデンティティは議論の余地がある27、28.661W細胞を、ヒト光受容体間レチノール結合タンパク質プロモーターの制御下でSV40大T抗原を発現するトランスジェニックマウスラインのレチナル腫瘍からクローン化した。SV40大T抗原は細胞の形質転換と不死化を媒介する。その結果、661W細胞を用いて同定されたシグナル伝達経路は、その中のコーンとは多くの点で明確である形質転換および不死化細胞株の文脈に報告されなければならない。その点、コーンエンリッチ培養系は、一次ニューロン、より生理学的に関連するコーンで構成される。
マウスのレチナのビブラート断面を用いて感光体の純粋な培養を得ることは可能であるが、げっ歯類の外性のレチナにおけるコーンの非常に低い割合は、このアプローチをコーン濃縮培養29を作り出すためには不適当である。豚のretinaは、foveaを含んでいませんが、コーン30で非常に豊かにされたエリア中央と呼ばれる領域を持っています。アルビカンティス・アンソルゲイとプサンモミース・オブセッサス31、32のように、レナ・ディナル・げっ歯類のコーンの高い割合は、可能な解決策を提供するが、そのようなエキゾチックな種の繁殖を必要とする。地元の食肉処理場から採取された成虫の豚の目は、感光体生存33を研究するために使用されてきたロッドとコーンの混合培養物を作り出すために使用することができる。エレガントな解決策は、ピナツナグルチニン(PNA)レクチンをパンニングを使用してブタのレチナからコーンを予精製し、コーン34に選択的に結合する。しかし、このメソッドは複雑であるため、大規模に実装することは困難です。
ヒト誘導多能性幹細胞(iPS)は、腎移植に使用できるが、コーンエンリッチ培養35,36にも適応できるコーン感光体細胞集団を得るための最も有望なアプローチを提供する。転写因子NRLはロッド感光体37に必要であるため、Nrl-/-マウスは短波コーン(Sコーン)によって支配されるレチナを有する。不活性化は、iPS38,39からのヒトの分化によってS-コーン濃縮製剤を生成するために使用することができる。もう一つの可能なアプローチは、甲状腺ホルモンシグナル伝達40を使用して円錐分化を促進することです。ヒトiPSからコーンを豊富に含む培養を作製する新しい方法が出現しているが、鶏の胚は現在実証済みの方法19を提供する。
コーンリッチ培養は、発現クローニング19によるRdCVFの同定に役立った。このシステムは、RdCVFが好気性解糖分解22によってグルコース取り込みおよびその代謝を刺激することを実証するためにもうまく使用された。さらに、コーンエンリッチ培養は 、NXNL1 遺伝子23の第2の産物であるRdCVFLの保護役割を検証するために使用された。さらに最近では、OTX241を導入した網膜色素上皮細胞によって分泌される保護分子の存在を実証するためにこのシステムが用いられた。
鶏の胚からのコーン濃縮培養の産生を制限する可能性のある多くのパラメータの中で、最初の重要なステップは、孵化卵中の胚の発達段階を正確に同定することです。ED8(第34段階)における胚のレチナからの細胞の培養は35%の感光体しか産生しない、残りの65%は他のニューロン4で作られていることが観察されている。孵卵を得るために適用されるロジスティックが何であれ、温度とインキュベーション時間を微調整し、開発42、45のすべての段階の参照写真と比較して胚を注意深く調べる必要がある。
もともと、コーンを豊かにした培養システムは、ホワイトレグホーン株4を用いて開発された。その株の卵の白い色はフランスでは特に評価されていないので、茶色の卵を生産する鶏肉の株を使用しました。JA57鶏5とI 66の雄鶏を交わして作られたI 657株を利用しました。オリジナル文化の特徴を再現することができました。これは、鶏肉の遺伝的背景がコーン濃縮培養を得るために重要ではないことを示しています。
我々は、培地中のサプリメントの個々の除去の効果を試験していないが、 インスリンがrd1 マウスにおけるコーンの生存に及ぼすインスリンの効果に従って重要な役割を果たしていることを観察した、常染色体劣性RP46のモデル。トリヨードサイロニン(T3)は、発達40の間のレチナル細胞運命における甲状腺ホルモン受容体の役割に従って、鶏胚の前駆体細胞の円錐への分化にも関与し得る。その結果、コーン濃縮培養システムは、発現クローニング46によってインスリンを同定するために使用することができない。
コーンエンリッチ培養システムは、一次ニューロンの培養に依存し、細胞株661W24、25、26として不死化細胞の使用に依存するはるかに適切なthaメソッドである。
ここで説明する方法は、プラスミドDNA20で前のエレクトロポレーションを行うことにより修飾することができる。レチナル細胞懸濁液を調製する前に、レチナ全体を、10 mM Tris-HCl pH 8.0,1 mM EDTAで0.5 μG/μLのプラスミドDNAの120 μLのカスタムメイドエレクトロポレーターのチャンバーに配置します。50 msのそれぞれ15Vの5つのパルスは950ミリ秒間隔22で分けて適用される。コンネ富化培養物への複製有能な鳥類スプライス(RCAS)レトロウイルスを用いた干渉RNA(RNAi)の送達試行は47に失敗した。これは確かに血清の不在や低密度の培養において、レトロウイルスの伝播に必要なレチナル前駆細胞は複製されないという事実によるものです。
我々は、発現クローニング19を用いてコーン生存を促進する栄養因子を同定するために、コーンを豊かにした培養システムを開発した。それを実現するために、100クローンのプールからコンディションされた培地を用いた高含有スクリーニングの第一歩を行った。ライブラリーからのcDNAがCOS-1細胞のトランスフェクション後に強力なCMVプロモーターの制御下で発現したとしても、個々のcDNAによってコードされるすべてのタンパク質が生存アッセイによって陽性にスコア付けされるのに十分な濃度に達するという保証を提供しない。これは大きな制限事項です。その意味で、スクリーニングは本当に網羅的ではありません。また、膜タンパク質をコンディション培地から除去しなくても、非拡散因子の同定にはアッセイの構成が好ましくない。別の方法は、同じ候補タンパク質を何度もアッセイする重複を避けるためにcDNAの配列を得た後に個々のクローンをスクリーニングすることです。これは、43を使用した retinal cDNA ライブラリのシーケンスによって開始されました。合理的ですが、このアプローチには限界もあります。cDNA配列のバイオインフォマティクス解析は、冗長性の減少に加えて、知識に基づいて特定のクローンをスクリーニングすることの優先順位付けを、たまらなく課す。最終的に、ライブラリ全体が大幅に長くなっても、ライブラリ全体がスクリーニングされる場合、これは有害ではありません。しかし、常に、シーケンスのアイデンティティは、結果を見る私たちの方法に影響を与えます。シーケンスの解釈は自然に実験データと競合するため、これは中立ではありません。
EdCVFの同定は、高いコンテンツスクリーニングには技術的な制限が伴うことも示している。スクリーニングの最初のラウンドから、我々は高い活性を有する2つのプールを同定した(補足図1)。プール0073はEdCVFの識別に成功しましたが、プール0080はそのような発見には行わなかった。サブプールの準備中にアクティブクローンが失われた場合に発生する可能性のある問題は解決していません。あるいは、統計的に良好でなくても、プール0080のcDNAの中で、2つのタンパク質が相乗的に作用しており、その活性を個々のクローンとして観察することができなかったことを排除しない。
小分子をスクリーニングしてコーンを保護する分子の同定は、コーン濃縮培養系の将来の応用である。このような分子は、遺伝子治療が加齢黄斑変性症として最も適切なアプローチではない眼科病変の治療に非常に貴重である。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、ジャック・ベラロウ、ローレライ・フルニエ、エマニュエル・クレラン、フレデリック・ブロンド、そして彼らの貴重な助けに対する責任あるア・レスポンサビリテ・リミテ(EARL Morizeauの危険性、フランス)に感謝する。この研究は、インサーム、ソルボンヌ大学、アジェンス・ナショナル・プール・ラ・レシェルシュ(ANR、Labex Lifesenses)、財団ファイティング・ブラインドネス(米国)、IHU FOReSIGHT[ANR-18-IAHU-0001]によって支えられました。
96 black plates (Clear Button with lid Tissue culture treated) | Corning | 3603 | |
Calcein AM | Thermo-Fisher scientific | C1430 | |
CCD Camera | Photometrics | CoolSnap FX HQ | |
CDPC (Cytidine 5′-diphosphocholine sodium salt dihydrate) | Sigma-Aldrich | C0256 | |
CO2 Independant | Thermo-Fisher scientific | 18045-054 | |
Curved forceps | Dutscher | 005093 | |
DMEM Media | Thermo-Fisher scientific | 41966-029 | |
DNAse | Sigma-Aldrich | D4263 | |
Eggs incubator | FarmLine | M08 01 3100 | |
Ethidium Homodimer | Thermo-Fisher scientific | E1169 | |
Fœtal bovine serum | Thermo-Fisher scientific | 10270-098 | |
Gentamycin | Thermo-Fisher scientific | 15710-049 | |
Hydrocortisone | Sigma-Aldrich | H0880 | |
ITS (insulin Transferine selenium) | Sigma-Aldrich | I1884 | |
large straight pliers | Dutscher | 005074 | |
Linoleic acid | Sigma-Aldrich | L8384 | |
M199 medium | Thermo-Fisher scientific | 31150-022 | |
Metamorph software | Metamorph | ||
Microscope | NIKON | Eclipse TE2000 | |
Motorized stage | Martzauzer | Mutlicontrol 2000 | |
Optical filter switch | Shutter Instrument company | Lambda 10-2 | |
PBS 1X | Thermo-Fisher scientific | 14190-086 | |
Poly-L-lysine | Sigma-Aldrich | P6282 | |
Progesterone | Sigma-Aldrich | P7556 | |
Pursept A express | Fisher scientific | 11814110 | |
Putriscine | Sigma-Aldrich | P5780 | |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | S8636 | |
straight forceps | Dutscher | 005092 | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T8691 | |
Triiodothyronine | Sigma-Aldrich | T6397 | |
Trypan blue | Thermo-Fisher scientific | 15250-061 | |
Trypsine 0.25 % | Thermo-Fisher scientific | 25200-056 |