ここで初期化因子をエンコード変更された Mrna を用いた誘導多能性幹細胞に主線維芽細胞をプログラムし直すための臨床的に関連性の高い、高効率、フィーダー フリー法について述べるし、成熟したマイクロ Rna 367/302 を模倣しています。リプログラミング効率を評価する手法クローン iPSC のコロニーを拡大し、トラ 1 60 多能性マーカーの発現の確認も含まれます。
誘導多能性幹細胞 (Ips) は、発達や病気を研究する貴重なツールであると証明しました。さらに Ips、再生として治療を進める安全、堅牢なと方便のリプログラミング プロトコルが必要です。非統合アプローチを使用して Ips にひと真皮線維芽細胞のリプログラミング非常に高効率のための臨床的に関連性の高い、ステップバイ ステップ プロトコルを紹介します。プロトコルのコアは多能性の要因を表現する、(SOX2、KLF4、cMYC LIN28A、NANOG、OCT4 MyoD 融合)の in vitro転写メッセンジャー Rna 合成からヌクレオチド (変更された Mrna) を変更します。トランスフェクション リプログラミング変更された Mrna は、2 週間の主線維芽細胞成熟胚性幹細胞特異マイクロ Rna-367/302 mimics と共にすべての 48 h に。結果 iPSC 植民地が分離するし、フィーダー無料条件で直接展開できます。RNA のトランスフェクション養生法を含む各種のパラメーターを最適化する線維芽細胞標本全体効率とリプログラミング プロトコルの一貫性を最大化、transfections、培養条件および播種密度のタイミング。重要なは、私たちのメソッドはプログラムし直すことは困難高齢者、病気や老齢のサンプルを含む、ほとんどの線維芽細胞ソースから高品質の Ips を生成します。
誘導多能性幹細胞 (Ips) に体細胞をリプログラミング多能性1,2を維持する上で重要な転写因子のコア セットの拡張表現が必要です。Ips 臨床応用のための生産、処理中に入力セル内変異の負担を最小限に抑える iPSC 生成の効率が比較的高いレベルで患者サンプルの間で維持されることが必要です。ただし、これらのどの限界の臨床的有用性アプローチ3非常に低のリプログラミング効率苦しんでいる無料の統合のプロトコルを含む、メソッドをリプログラミングの大半。リプログラミング効率も選択結果 Ips の変異導入による負担の増加、既存の突然変異を運ぶ細胞のリプログラミングを促進するかもしれません。さらに、すべて DNA に基づくリプログラミング手法、レンチ ウイルスと episomal-ベースのアプローチなどに苦しむ DNA がランダムにゲノムに統合し、有害な挿入変異と不要な (のための機会を作成することの安全性の懸念下流組織誘導体4多能性遺伝子の潜在的発癌性) の式です。
多能性細胞の効率的な誘導を達成し、結果 Ips の変異導入による負担を軽減する有望なアプローチは頂いたメッセンジャー Rna 合成を使用するを含む5をプログラムし直すための核酸塩基 (変更された Mrna) を変更します。変更された mRNA ベースのリプログラミング手法の効率は胚性幹細胞 (ESC) を追加することによりさらに高めることが-特定のマイクロ Rna (Mirna)-367/3023, と体細胞をプログラムし直すために示されている増加効率6 ,7。ただし、miRNAs-367/302 も併用変更リプログラミング mRNA ベースのアプローチはしばしば新鮮単離の患者細胞3アプリケーションで失敗します。この変更された mRNA ベースのアプローチのアドレスの矛盾に我々 は最近報告された高い成功率を持つ人間の一次繊維芽細胞に多能性を誘導する、両方の変更された Mrna のエンコーディングを利用して最適化された、無料の統合戦略リプログラミング因子と成熟 miRNA 367/3028を模倣します。本手法には, カクテル リプログラミングの変更された mRNA には OCT4 MyoD の転写活性化ドメイン (M3O と呼ばれる)9と 5 の他の初期化因子 (SOX2、KLF4、cMYC、LIN28A、NANOG) との融合の修正バージョンが含まれています。Mimics は、miRNA と多能性要因をエンコード変更された mRNA を結合このプロトコルの効率をリプログラミングの相乗効果が登場。RNA 遺伝子導入療法の最適化が追加細胞播種、培養条件と超高レベル8へのアプローチのリプログラミング効率化に必要です。
他の多くのプロトコルとは異なりプログラムし直す取り組み通常のみ数千入力線維芽細胞が必要です。さらに、多く一般的な非統合戦略 episomal プラスミドを用いた、センダイ ウイルス、または RNA の自己複製を含む生成された Ips でリプログラミングのベクトルを希釈する広範な継します。逆に、変更された mRNA と成熟 miRNA mimics 短い半減期を持ってし、細胞から急速に排除されます。一緒に取られて、患者サンプルと使用可能な Ips の世代の収集間累積的な細胞培養時間の量は、このアプローチ、効果的に結果の Ips で突然変異の蓄積を制限し、費用対効果では最小です。
8組合せ変更された mRNA/miRNA ベースのアプローチを使用して Ips に大人のひと線維芽細胞のプログラムし直す高効率を達成するために詳細な手順プロトコルを紹介します。この RNA 基づか初期化プロトコル統合無料 Ips 研究、潜在的な臨床応用を生成するための簡単で低コスト、かつ堅牢なメソッドを提供します。さらに、さまざまな困難な-に-再設定、疾患関連を含む線維芽、老化と老化線維芽細胞のリプログラミングに適用されます。線維芽細胞をプログラムし直すためのプロトコルの概略は図 1に示します。プロトコルは特に形式 6 ウェル プレートでの大人主線維芽細胞の 3 つの井戸をプログラムし直すための方法を説明します。2 つの井戸は通常高品質 iPSC コロニーの十分な数をもたらします。多くの場合も 1 つだけが必要です, と 3 番目もリプログラミング効率の解析に使えます。必要な場合、井戸の数をスケール アップすることができます。
このプロトコルでは、通常、疾患に関連するひと線維芽株の超高効率で Ips にプログラムし直すことができます、非統合、RNA に基づく臨床的に関連するメソッドについて説明します。までに、説明プロトコルの再設定を試みたすべてひと繊維芽細胞ライン下流用高品質 Ips の十分な数をもたらした。結果 Ips はすぐに転送し、フィーダー フリー培養条件で展開できます。
線維芽細胞リプログラミングの品質:
成功をプログラムし直す、線維芽細胞の開始の品質に大きく依存。理想的には、リプログラミングは最高の効率を達成するために利用可能な最も低い通路の芽を開始必要があります。2-4 の通路の線維芽細胞をリプログラミング効率お勧めします。リプログラミング扱うことができますまだ高通路 (通路 5-8)、線維芽細胞も老化、とはいえ効率が低下。時々 低通過線維芽細胞が利用できないまたは患者サンプル健全な成長を妨げる遺伝子の突然変異があります。この場合、めっき初期密度の最適化が必要。危険にさらされた線維芽株のリプログラミング、RNA transfections 中細胞死と通常関連付けられます。その結果、プログラムし直すも細胞は、リプログラミングの 10-14 日間で疎であると表示されます。よく表示を無細胞の大部分もされます。これは、場合は、リプログラミングのプロトコルは線維芽細胞の高い初期開始番号を再開始する必要があります。ほとんどの大人の線維芽細胞ラインのための一貫した動作形式 6 皿の井戸あたり 3,000 の入力セルをメッキします。ただし、5,000-10,000 (老齢線 50,000) にめっきの数を増やすことは、前文書8で報告されている疾患に関連するサンプルのリプログラミングを改善を助けるかもしれない。逆に、リプログラミングに耐性に細胞の密度にあまりにも早く到達できます。細胞 Rna をリプログラミングと transfections があまりにも急速に増殖かどうか (主な新生児線維芽細胞の場合は時々)、開始 6 ウェル フォーマット皿8ウェルあたり 500 線維芽細胞のリプログラミング。
遺伝子導入バッファーの処理:
遺伝子導入バッファー (8.2 pH に調整減少血清中) の pH は、このプロトコルをプログラムし直すために必要な最適なトランスフェクションの効率を達成するために重要です。このため、トランスフェクション バッファーの処理に関するいくつかの注意事項はお勧めします。遺伝子導入バッファーの大気への露出も短いバッファーの pH に影響を与えることが分かった.したがって、トランスフェクション バッファーは、最小限の空気スペース (5 または 15 mL スクリュー キャップ円錐管を使用) とスクリュー キャップの容器に検体する必要があります。さらに大気暴露を最小限に抑えるため、2 つの transfections の最大値の各遺伝子導入バッファー分注を使用します。最後に、温度影響 pH 以来トランスフェクション バッファーはトランスフェクションの複合体のアセンブリの RT に平衡するが重要です。暖かいは 37 ° c. にトランスフェクション バッファーをお勧め
Ips の通過。
多くの以前発行プロトコルをお勧めしますリプログラミングの終わりに個々 の iPSC コロニーを拾う、これはリプログラミング効率が非常に高い、または植民地を一緒に、クラスターのケースはよくある場合を達成するために難しいかもしれません、プロトコル。IPSC の植民地が互いに近くにある場合は、まず手動でコロニーを拾う前にプログラムし直された Ips を広げて細胞を継を推奨します。この初期の通路のステップを実行するいくつかの利点があります。植民地に広がるそれらを与える成長するより多くの部屋オリジナルよく達成される可能性がそれ以外の場合よりもはるかに大きいコロニー ピッキングの降伏。選択されたクローンから iPSC ラインを確立することで成功率が大幅に向上します。また、希釈比率ではある線維芽細胞, と追加の培養時間は選んだ iPSC の植民地の平均的な質を改善するために表示を見つけます。不完全なプログラムし直された線維芽細胞フィーダー フリー培養条件への直接移行を和らげるし、Ips を確立するために継続支援のパラクライン因子があります。線維芽細胞は偶然 Ips mTeSR1 で培養した場合と比較して選択成長欠点を持っています。したがって、汚染の線維芽細胞細胞集団はすぐに 3-4 の通路内で取るに足りない量を薄くなります。
Y-27632 など ROCK 阻害薬人間 Ips の日常文化によく使用されます。我々 は、いくつかの iPSC 行 Y-27632 の頻繁におよび/または拡張の文化が全体的な品質に有害な影響を持つことができますを発見しました。メソッドを継塊を使用する場合など、edta、Y-27632 必要はありません分割後 iPSC の生存を維持するために。我々 は完全に iPSC 分離や拡張、ルーチン文化 Y-27632 を補間メディアを排除しています。
プロトコルの制限事項:
説明 RNA に基づくリプログラミング アプローチの 1 つの制限は、初期費用とリプログラミング試薬の調製に伴う複雑さです。試薬すべてのルーチンは、以前されている mRNA を生成する準備手順説明 (PCRの in vitro転写、DNase 処理、キャッピング、脱燐酸化反応、精製)、累積的 mRNA 試薬の生産は比較的長いと非自明なプロセス。この議定書の他の主要な課題は transfect 細胞リプログラミングのプロトコルの労働強度の増加ごとの 48 h に必要です。これらの考慮事項は、のみいくつかの忍耐強いサンプルの書き換えが必要な場合は禁則であるかもしれないです。ただし、主な考慮事項は、臨床的に関連性の高い Ips または非常に高いリプログラミング効率を達成するための世代で説明 RNA 基づか初期化アプローチが理想的です。
要約すると、説明高効率 RNA 基づか初期化メソッドは、私たち以前の文書8に示す再プログラムする体細胞型の最適化されたトランスフェクション効率にかかっています。本研究で提示された RNA のトランスフェクション プロトコル主線維芽細胞のチューニングですが、様々 な体細胞のリプログラミング効率を改善する他の細胞型に合わせて調整することができます潜在的。
The authors have nothing to disclose.
健康の国民の協会 (T32AR007411-33) やコロラド大学皮膚疾患研究コアセンター (P30AR057212) からの支援を資金調達のために感謝しております。我々 も先天性表皮水疱症 (EB) 研究協力、EB 医療研究財団、治療 EB 慈善、筋ジストロフィー先天性表皮水疱症研究会 (デブラ) 国際、キング ボードウィン財団の Vlinderkindje 基金と感謝ゲートフロンティア基金。
Plasmid templates for PCR | |||
pcDNA3.3_KLF4 | Addgene | 26815 | |
pcDNA3.3_SOX2 | Addgene | 26817 | |
pcDNA3.3_c-MYC | Addgene | 26818 | |
pcDNA3.3_LIN28A | Addgene | 26819 | |
pCR-Blunt_hM3O | Addgene | 112638 | |
pCR-Blunt_hNANOG | Addgene | 112639 | |
pCR-Blunt_mWasabi | Addgene | 112640 | |
Modified mRNA in vitro transcription and miRNA mimics | |||
Forward Primer | Integrated DNA Technologies | TTGGACCCTCGTACAGAAGC TAATACG |
|
Reverse Primer (Ordered as ultramer, 4nmol scale) | Integrated DNA Technologies | TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT CTTCCTACTCAGGCTTTATTCA AAGACCA |
|
(ARCA Cap) 3´-0-Me-m7G(5')ppp(5')G | New England Biolabs | S1411S | |
Pfu Ultra II Hotstart 2x Master Mix | Agilent | 600850-51 | |
5-Methylcytidine-5'-Triphosphate | Trilink Biotechnologies | N-1014 | |
Antarctic Phosphatase | New England Biolabs | M0289L | |
DNase I | NEB | M0303S | |
MEGAscript T7 Transcription Kit | ThermoFisher Scientific | AM1334 | |
Pseudouridine-5'-Triphosphate | Trilink Biotechnologies | N-1019 | |
Riboguard RNase Inhibitor | Lucigen | RG90910K | |
RNA Clean & Concentrator | ZymoResearch | R1019 | |
Syn-hsa-miR-302a-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000684 | |
Syn-hsa-miR-302b-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000715 | |
Syn-hsa-miR-302c-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000717 | |
Syn-hsa-miR-302d-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000718 | |
Syn-hsa-miR-367-3p miScript miRNA Mimic | Qiagen | MSY0000719 | |
Water (Nuclease free, Not DEPC-treated) | Fisher | AM9937 | Use to dilute modified mRNAs and miRNA mimics |
Fibroblast culture and reprogramming | |||
0.1% Gelatin in H2O | stemcell technologies | #07903 | |
Stericup-GV Sterile Vacuum Filtration System | EMD Millipore | SCGVU05RE | Use to sterilize the transfection buffer and 0.5 mM EDTA in DPBS |
2-Mercaptoethanol | ThermoFisher Scientific | 21985023 | |
6-well plates (tissue culture treated) | Corning | 3516 | |
DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 11320033 | |
Fetal Bovine Serum | Fisher | 26-140-079 | |
FGF Basic | ThermoFisher Scientific | phg0263 | |
GlutaMax Supplement | ThermoFisher Scientific | 35050061 | Glutamine supplement used for the prepration of media |
Heat Inactivated FBS | Gibco Technologies | 10438026 | |
KnockOut Serum Replacement | ThermoFisher Scientific | 10828010 | |
Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent | ThermoFisher Scientific | 13778500 | The protocol is optimized for the Lipofectamine RNAiMax transfection reagent |
MEM | ThermoFisher Scientific | 11095080 | |
MEM Non-essential amino acids | ThermoFisher Scientific | 11140050 | |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985070 | Reduced-serum medium, use to make the transfection buffer by adjusting the pH to 8.2, 500 mL |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher Scientific | 31985062 | Reduced-serum medium, use to make the transfection buffer by adjusting the pH to 8.2, 100 mL |
10 M NaOH | Sigma-Aldrich | 72068 | Make a 1 M solution by diluting in nuclease free water and use for pH adjustment |
Water (Nuclease free, Not DEPC-treated) | Fisher | AM9932 | Use to dilute NaOH and wash a pH meter |
Pen/Strep/Fungizone | GE Healthcare | SV30079.01 | |
rhLaminin-521 | ThermoFisher Scientific | A29248 | Supplied at a concentration of 100 µg/mL, use as a matrix for the reprogramming procedure |
Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS) | Life Technologies | 14190144 | |
Trypsin-EDTA 0.25% Phenol Red | Life Technologies | 2520056 | |
Vaccinia Virus B18R (CF) | ThermoFisher Scientific | 34-8185-86 | |
iPSC culture | |||
Corning Matrigel hESC-Qualified Matrix | Corning | 354277 | Extracellular matrix (ECM) for culturing iPSCs |
EDTA, 0.5 M stock solution | K&D Medical | RGF-3130 | Dilute to 0.5 mM in DPBS, filter sterilize and use for iPSC passaging |
mTeSR1 | StemCell Technologies | 85850 | Pluripotent stem cell (PSC) medium, provides growth advantage to iPSCs over fibroblasts |
Antibodies and Detection | |||
Rabbit anti Mouse (HRP conjugated) | Abcam | ab97046 | |
Tra-1-60 (mouse anti human) | Stemgent | 09-0010 | |
Hydrogen Peroxide (30%) | LabChem | LC154301 | Dilute to 3% with PBS |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Fisher | BP9703100 | |
Phosphate-buffered salin (PBS) | Hyclone | SH30258.02 | Supplied as 10x, dilute to 1x |
VECTOR NovaRED Peroxidase Substrate Kit | Vector Laboratories | SK-4800 | |
Special Equipment | |||
Description | Notes | ||
Biological safety cabinet | |||
Regular humidified tissue culture incubator | Calibrate CO2 using digital meter, fyrite, or equivalent. Equilibrate incubator to 5% CO2, 37°C. | ||
Tri-gas humidified tissue culture incubator | Calibrate CO2 using digital meter, fyrite, or equivalent. Equilibrate incubator to 5% CO2, 5% O2, 37°C. Use for the reprogramming procedure. | ||
pH Meter | Must have resolution to two decimal places. Designate to RNA work if possible. | ||
Inverted microscope | Microscope configured to visualize EGFP for monitoring transfection efficiency. |