Trophoblast giant cells (TGCs) play a key role in the placenta to ensure a healthy pregnancy. We present a protocol for assessing the transcriptional status of genes in TGCs by nascent fluorescent in situ hybridization on cryostat sections of post-implantation embryos or short-term cultures of embryonic day 7 ectoplacental cones.
Le placenta dérive d'une lignée extra-embryonnaire, le trophectoderme. Dans le péri-implantatoire blastocyste murin, les cellules trophectoderme murales se différencient en cellules géantes trophoblastiques primaires (VAM), tandis que le trophectoderme polaire recouvrant la masse cellulaire interne continue à proliférer dans la différenciation ultérieure des VAM secondaires. VAM jouent un rôle clé dans le placenta et le développement sont essentiels pour une grossesse réussie. Etude de la régulation transcriptionnelle des gènes spécifiques au cours du développement post-implantation peut donner un aperçu de développement VAM. Les cellules du cône ectoplacentaire (EPC) à partir d' embryons à 7-7,5 jours de gestation (E7-7.5), dérivé du trophectoderme polaire, se différencient en VAM secondaires 1. VAM peut être étudiée in situ, sur des sections de cryostat d'embryons à E7 bien que le nombre de VAM est très faible à ce stade. Un autre moyen d'analyse VAM secondaire est d'utiliser des cultures à court terme de EPCs individuels de E7 embryons. Nous proposons une technique pour étudier l'état de la transcription de gènes d'intérêt à la fois in vivo et in vitro au niveau d'une seule cellule en utilisant hybridation fluorescente in situ (FISH ARN) pour visualiser les transcriptions naissantes. Cette technique permet une lecture directe de l'expression génique et de l'évaluation de l'état chromosomique de VAM, qui sont de grandes cellules endoreplicating permet. En effet, un élément clé de la différenciation terminale de VAM est qu'ils sortent du cycle cellulaire et subissent plusieurs cycles d'approche endoreplication.This peut être appliquée pour détecter l'expression d'un gène exprimé de autosomes et / ou des chromosomes sexuels et peuvent fournir des informations importantes sur le développement des mécanismes ainsi que les maladies du placenta.
cellules géantes trophoblastiques Mammifères (VAM) forment une barrière entre les tissus maternels et embryonnaires. Ils médient l'implantation et l'invasion du conceptus dans l'utérus et jouent un rôle crucial dans le développement de la formation du placenta. Ils produisent plusieurs facteurs de croissance (cytokines) et des hormones de la famille et de stéroïdes prolactine / placentaire Lactogen, nécessaire à la croissance embryonnaire et la survie. VAM sont grandes, mononucléées et cellules polyploïdes avec un cycle cellulaire, l'endocycle, qui se compose d'une alternance de phases S et G. En effet, VAM sont endoreplicating cellules, capables de subir de multiples cycles de synthèse d'ADN sans aucune division 2. Afin d'étudier l'état de la transcription de gènes in vivo, in VAM par rapport à d' autres types de cellules embryonnaires et extra – embryonnaires, naissant FISH d'ARN peut être réalisée in vivo sur des sections cryostat 3 à des stades spécifiques post-implantation. VAM sont facilement reconnaissables sur les sections en raison de Their grande taille et leur activité de gènes de transcription peuvent être enregistrés mais leur nombre aux premiers stades post-implantation est faible. Rareté de VAM sur E7 sections embryonnaires, nous a amenés à effectuer des cultures à court terme des tissus trophectodermal embryonnaires pour obtenir des VAM différenciés afin d'étudier la régulation de l'expression des gènes au cours du développement de trophectoderme. Par ailleurs, afin de rester en tant physiologique que possible, des lignées cellulaires établies ie trophectoderme cellules souches (TS) ne sont pas toujours adaptés pour étudier les mécanismes de développement génération de VAM secondaires constituent un outil précieux pour étudier les grossesses pathologiques associées à des défauts dans VAM en raison de gène anormal la régulation chez la souris.
Les cellules du trophoblaste du cône ectoplacentaire (EPC) sont des précurseurs de VAM secondaires 4. La différenciation spontanée des EPCs cultivées à VAM secondaire a déjà été rapporté 5. Cependant, contrairement aux TGC primaires, des études sur les différen TGC secondairenégo- sont restées limitées, presumablydue aux difficultés d'isolement explants EPC libre de tout tissus maternels ou embryonnaires. Nous avons adapté ces méthodes, afin d'effectuer l'ARN FISH sur des VAM secondaires provenant de l'embryon individuel à E7, un stade de développement post-implantation où VAM sont très rares, mais pourraient être générés à partir de précurseurs de l'EPC. ARN FISH pour analyser les transcriptions primaires nucléaires n'a jamais été fait au niveau du niveau de la cellule unique sur VAM secondaires. Ceci permet une analyse précise de la transcription et a été utilisé pour montrer l'instabilité épigénétique de VAM à des étapes post-implantation 3.
Un exemple classique de l' épigénétique chez les mammifères, l'inactivation du chromosome X (XCI) est étudié dans le laboratoire Heard 6. Dans ce processus, l'un des 2 chromosomes X chez les femelles est inactivé. La non codante Xist transcription enrobe le chromosome X à partir de laquelle elle est exprimée dans des cellules femelles et déclenche le silençage de la plupart des gènes. Utilisation de l'ARN FISH,transcriptions naissantes de gènes liés à l'X peuvent être étudiés comme on peut l'accumulation de l' ARN Xist sur le chromosome X inactif (Xi). Nous décrivons ici une procédure pour effectuer l'ARN FISH sur des coupes d'embryons post-implantation et sur les cultures à court terme de la CBE. Ce protocole adapté de celles qui ont été utilisées pour étudier XCI dans la différenciation des cellules souches embryonnaires femelles et les embryons de pré – implantation 7-11. Nous fournissons des exemples de XCI dans les embryons femelles in vivo, ainsi que in vitro VAM dans.
Naissant ARN FISH représente une méthode simple et sensible pour l'analyse cellulaire unique de l'activité transcriptionnelle dans les tissus embryonnaires à différents stades de développement. La puissance de cette approche est la capacité d'identifier différentes lignées embryonnaires à tout stade particulier selon des critères morphologiques. Toutefois, cela exige également que minime fluorescence de fond est présent. Un tel contexte rend l'identification des différentes régions embryonnaires et types de cellules difficiles. Pour assurer un minimum de fond, il y a deux étapes critiques dans ce protocole. Le premier est la qualité de la cryosection et le second est le rendement (rapport signal sur bruit) de l'ARN de poisson, qui dépend du niveau d'expression du gène et la qualité de la sonde. Pour ce dernier, les sondes sont donc toujours testées sur des cellules cultivées sur des lamelles couvre-objet (cellules souches embryonnaires ou des cellules somatiques) avant utilisation sur les sections.
Dans ce protocole, nous fournissons ee techniques nécessaires pour effectuer une analyse FISH d'ARN sur VAM de deux types différents de préparation des échantillons (sections de cryostat et des cultures primaires d'explants embryonnaires). Une telle analyse cellulaire unique permet des changements dynamiques dans l'expression des gènes à différents stades post-implantation à évaluer.
Les méthodes que nous décrivons pour générer des VAM secondaire (à E7-7.5 stades post-implantation) ont été utilisés dans notre laboratoire pour étudier les modèles X-chromosome inactivation d'une lignée extra-embryonnaire qui est constitué de VAM à des étapes post-implantation. développement extra-embryonnaire chez les rongeurs dépend de la différenciation des VAM. En effet, VAM sont essentiels pour le développement placentaire et donc embryonnaire. Des défauts dans la différenciation TGC provoquent une létalité embryonnaire (pour revue , voir référence 15). L' activité transcriptionnelle de VAM en utilisant l' ARN FISH nous a permis de démontrer un chromosome X état d'inactivation inhabituelle de ce type de cellules au cours du développement de la souris 3.
<p class = "jove_content"> Les méthodes présentées ici pour obtenir et étudier des VAM secondaires peut être appliquée à l'étude des voies moléculaires dans le développement des importants tissus extra-embryonnaires dont ils font partie, à la fois chez les souris normales et mutantes. Ces approches pourraient être adaptées pour étudier le développement TGC chez les autres mammifères. Notre analyse a consisté à l'utilisation d'embryons de type sauvage de souris qui nous permet d'évaluer l'activité de transcription de divers gènes in vivo VAM et VAM in vitro dérivés de EPC explant. Ce procédé pourrait être étendu à l'analyse de souris transgéniques et / ou par l'addition de molécules d'inhibiteur dans le milieu de culture. Nous avons utilisé avec succès cette méthode d'ARN FISH sur un autre type de VAM, comme VAM primaires qui apparaissent à un stade précoce du développement de la souris, blastocyts de E3.0, qui peuvent être cultivées individuellement pendant 4-5 jours au cours de laquelle ont développé excroissance, les ICM étant entouré de grands VAM primaires 16,17. transcriptions Nascent pour différentsgènes ainsi que Xist pourraient être visualisées et quantifiées en utilisant l'approche FISH même ARN 3.Immunofluorescence combiné et de l' ARN FISH peuvent également être effectuées sur des sections de cryostat, ainsi que in vitro VAM cultivées 3. Cela démontre que la méthode est très robuste, comme transcrits primaires sont très sensibles à la dégradation et il est une exigence absolue de composés libres RNase. IF / ARN FISH fournit des informations supplémentaires sur les niveaux de transcription, localisation cellulaire et de l'expression de la protéine, simultanément dans une cellule donnée. Bien que des sections de tissus inclus dans la paraffine ont été précédemment utilisés pour détecter l' ARN naissant dans des tumeurs humaines tout en conservant la morphologie des tissus 18, dans nos mains, des sections de cryostat sont plus appropriés pour préserver à la fois l'ARN naissant et les epitopes requis pour la détection par des anticorps au cours d' immunofluorescence .
En plus de l'ARN FISH, suivant immunofluorescence, l' ADN chromosomique FISH peut également être effectuée sur des VAM secondaires en utilisant des sondes marquées avec des fluorochromes, similaires à celles utilisées pour l' ARN FISH 3. Des sondes fluorescentes peuvent être des plasmides / fosmides ou BACs, marquées avec des dUTP fluorescents utilisés ici, et décrits dans Chaumeil et al., 8. Alternativement, les oligonucléotides marqués par fluorescence peuvent être utilisés 19. Étant donné que l'ADN FISH ne nécessite pas une spécificité de brin, les sondes oligonucléotidiques peuvent être conçues pour cibler l'un des deux brins complémentaires de la région cible. Des sondes d'ADN ramifiées, où l' amplification du signal est obtenue par deux cycles séquentiels de sondes spécifiques et d' amplification peuvent également être utilisés pour améliorer le rapport signal sur bruit de 20 signaux FISH. Alternativement, les sondes ARN tels que ribosondes peuvent être utilisés bien que dans nos sondes à base d'ADN garantir un meilleur compromis entre la qualité du signal, la spécificité et la facilité d'utilisation.
Enfin, l'image 3D acquisitiActivée est essentiel afin d'obtenir des informations spatiales nécessaires dans ces grandes cellules, et peut être réalisée en utilisant une variété de microscopes à fluorescence, tels que le microscope Apotome, ou des microscopes à épifluorescence avec déconvolution comme le Deltavision (GEH) ou d'autres microscopes conviennent pour des coupes de tissus d'imagerie, et grande (> 20 um) VAM. Il convient de noter que pour un seul locus d'ADN de copie, le signal de punctate détectée par FISH d'ARN ou d'ADN naissante FISH ne peut pas être facilement détectée par microscopie confocale.
En conclusion, les méthodes que nous décrivons ici devraient être utiles à la fois pour l'analyse détaillée de TGS dans un contexte de développement, mais aussi dans d'autres situations de la maladie. De nombreux gènes qui sont impliqués dans le développement et la fonction TGC chez les rongeurs sont conservés entre les rongeurs et les humains, tels que des facteurs de transcription, des protéases et des molécules d'adhésion cellulaire 21. Souris VAM sont un modèle cellulaire pour les gènes qui régulent étudient placentaire le développement d'und donnent donc un aperçu des maladies placentaires humaines. En outre, en raison du fait que ces cellules sont endoreplicating et puisque certaines cellules cancéreuses engagent des programmes de endocycle, en plus des processus d'amplification génique, les méthodes que nous décrivons devraient également être utiles dans les enquêtes de cellules individuelles nécessaires pour explorer les mécanismes conduisant à l'instabilité du génome dans les cellules cancéreuses .
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Sophie Gournet de l'aide avec des illustrations, Julie Chaumeil pour lire le manuscrit, l'installation de logement des animaux et la plate-forme d'imagerie de l'unité. Ce travail a reçu le soutien dans le cadre du programme «Investissements d'Avenir» lancé par le gouvernement français et mis en œuvre par l'ANR avec les références ANR-10-LabX-0044 et PSL ANR-10-IDEX-0001-02, le EpiGeneSys FP7 pas. 257082 Réseau d'excellence à EH, une ERC Advanced Investigator award no. 250367 et EU FP7 SYBOSS accordent pas. 242129 EH Les auteurs tiennent à remercier le cellulaire et tissulaire Plate-forme de la Génétique et Biologie du développement Département (UMR3215 / U934) de l'Institut Curie, membre de France-Bioimaging (ANR-10-INSB-04), l'imagerie de l'aide avec la lumière microscopie.
Stereomicroscope | Nikon | SMZ 1500 | |
Stereomicroscope | Zeiss | Stemi SV6 | |
Scissors Pascheff-Wolff | Moria | MC19 | |
Dumont #5 forceps | Roth | PK78.1 | |
4-well tissue culture dishes | Nunc | 176740 | |
60 mm Petri dishes Falcon | Dutsher, France | 353004 | |
100 mm Petri dishes Falcon | Dutsher, France | 353003 | |
Coverslips 18×18 | VWR | 631-1331 | |
Coverslips 22×22 | VWR | 631-0125 | |
12 mm glass round coverslips | Harvard apparatus | 64-0712 | |
Slides Superfrost plus | VWR | 631-9483 | |
4-slide Transport box Lockmailer | Dutsher, France | 40684 | |
Cryotubes 1.8 ml Corning | Fisher Science | 10418571 | |
Glass Coplin staining jars | Fischer Scientific | W1561L | |
TissueTek O.C.T compound | VWR | 4583 | |
RPMI 1640 medium | Invitrogen | 61870 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408 | 10x is used |
Water | Sigma-Aldrich | W3500 | |
Paraformaldehyde | Panreac Quimica, Spain | 141451 | 3% in PBS |
Triton-X-100 | Euromedex | 2000-A | 0.5% final |
Vanadyl ribonucleoside complex (VRC) | New England Biolabs, USA | S1402S | |
Sodium dextran sulfate | Sigma-Aldrich | D8906 | |
Bovine serum albumin (BSA) | New England Biolabs, USA | B9001S | |
Formamide | Sigma-Aldrich | 47671-1L-F | aliquots kept at -20°C |
Illustra TempliPhi Kit Construct (Kit MDA) | Dutsher, France | 25-6400-80 | |
Nick translation kit | Abbott, USA | 07J00-001 | |
20x SSC buffer concentrate | Sigma-Aldrich | S6639 | |
Spectrum green dUTP | Abbott, USA | 02N32-050 | |
Spectrum red dUTP | Abbott, USA | 02N34-050 | |
Cy-5 dUTP | Dutsher, France | PA55022 | |
Mouse Cot-1 DNA | Invitrogen | 18440016 | |
DNA, MB grade | Invitrogen | Roche | DNA from fish sperm |
4′,6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride | Sigma-Aldrich | D9564 | DAPI |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G9012 | |
p-phenylenediamine | Sigma-Aldrich | 695106 | |
Centrifuge 5417R | Eppendorf, Germany | molecular biology grade | |
Eppendorf concentrator plus | Eppendorf | ||
Eppendorf Thermomixer comfort | Eppendorf | ||
Liquiport Liquid pump | KNF Neuberger, Trenton, USA | ||
Shake'N'Bake Hybridization oven | Boekel Scientific, USA | ||
Cryostat | Leica | CM3050 |