造血幹細胞細胞代謝の解析
Summary
造血幹細胞(HSPC)は、血液形成中の代謝可塑性による静止状態から分化状態に移行します。ここでは、HSPCのミトコンドリア呼吸と糖状化を測定するための最適化された方法を提示する。
Abstract
造血幹細胞(HSPC)は、異なる代謝可塑性を有し、血液形成の要求を維持するために静止状態から分化状態に移行することを可能にする。しかし、HSPCの代謝状態(ミトコンドリア呼吸と糖直症)の分析は、非付着性の脆弱なHSPCに対する最適化されたプロトコルの数が限られており、分析することは困難でした。ここでは、代謝呼吸(酸素消費量率)を測定するための明確な、ステップバイステップの指示のセットを提供します。OCR)および糖上昇(細胞外酸性化率;ECAR)のマウス骨髄系統性スカ1+cキット+(LSK)HSPC。このプロトコルは、マウス骨髄からより多くのLSK HSPCを提供し、インキュベーション中のHSPCの生存率を向上させ、非付着性HSPCの細胞外フラックス分析を促進し、酸化リン酸化および糖分解経路を標的とする薬物に最適化された注入プロトコル(濃度および時間)を提供します。この方法は、血液の発達および疾患の間にHSPCの代謝状態および健康の予測を可能にする。
Introduction
ほとんどの成熟した血液細胞の寿命は短いので、血液の恒常性は、造血幹細胞(HSPC)1の長寿命であるが稀な集団の自己再生と分化に依存する。HSPCは静止しているが、血液系の要求を維持するために刺激時に増殖し、分化を受けるのが速い。各HSPC細胞状態は、ユニークな生物エネルギー需要を必要とするので、代謝の変化は、HSPC運命の決定の主要な要因です。したがって、代謝可塑性の喪失は、静止、自己再生、およびHSPCの分化との間の平衡を変化させることによって、しばしば骨髄またはリンパ増殖性障害を引き起ぐ。HSPC開発の代謝調節の理解は、血液悪性腫瘍2、3、4、5の基礎となるメカニズムを明らかにするために重要である。
ミトコンドリア呼吸と糖状化は、細胞内反応を駆動し、高分子合成に必要なビルディングブロックを生成するためにATPを生成します。HSPCは分化細胞6に比べてミトコンドリア質量が低く、低酸素骨髄ニッチで静止を持続するため、HSPCは主に糖質に依存しています。HSPCの活性化は、静止の損失とその後の細胞周期への入り口につながるミトコンドリア代謝を高めます.このようなHSPCの代謝可塑性は、成人生活6、7、8、9、10、11、12を通じてHSPCプールの維持を可能にする。したがって、酸素消費量(OCR、酸化リン酸化指数)や細胞外酸性化率(ECAR;糖系の指標)などの代謝活性を調べて、HSPC活性化と健康状態を分析することが重要です。OCRとECARの両方を、細胞外フラックスアナライザを使用して、リアルタイムで同時に測定できます。しかしながら、現在の方法は多数の細胞を必要とし、付着細胞13に最適化されている。HSPCはマウス14から大量に単離することができず、純粋な集団を得るためにソートを必要とし、非付着細胞15であり、かつ分化16を避けずに一晩培養することができないので、HSCのOCRおよびECARを測定することは困難であった。ここでは、数千のマウス骨髄-リネージュネグSca1+(LSK)HSPCの数千人のマウス骨髄-リネージネグの代謝呼吸と糖解症を測定する方法に関するビデオベースのチュートリアルに付随する明確な、ステップバイステップの手順のセットを提供します。
Protocol
このプロトコルは、全国小児病院動物ケアと使用委員会(IACUC)によって承認されました。 注:プロトコルは、2 日間にわたる時系列で記述されます。以下のプロトコルに記載されているように、新鮮な試薬を使用してください。 1. アッセイ前日の試薬の調製 センサーカートリッジを水和します。 非CO2 37…
Representative Results
私たちの抽出方法は、マウスあたり約80,000 LSK HSPCを収穫することができました。LSK細胞の生存率と数は、(1)上肢と下肢、股関節骨、胸骨、肋骨ケージ、脊椎の骨髄を組み合わせたもので、(2)細胞死と凝集を増加させる赤い細胞リシス緩衝液の使用を避けたため、我々の方法で改善された(3)単一有核細胞の密度勾配培地分離を用い、(4)塊の細胞の損失を引き起こすであろう事前冷却緩衝液を使?…
Discussion
ここでは、純粋で生存可能なマウスLSK HSPC集団の最大量の単離と、細胞外フラックス分析装置による糖質およびミトコンドリア呼吸の測定を示す。具体的には、このプロトコルは、LSK HSPCの使用に関する以下の技術的課題を克服する: i) マウス骨髄におけるLSK HSPCの低周波14, ii) LSK HSPCの低基底代謝活性26, iii) LSK HSPCの脆弱さ27,およびiv) LSK HSP…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、国立衛生研究所(HL131645、CA016058)、セントボールドリック財団、ペロトニア財団からの資金援助の一部で支えています。
Materials
| 0.01% (w/v) poly-L-lysine solution | Sigma | P8920 | Used for LSK attachment |
| 40 µm cell strainer | Fisher Scientific | 22-363-547 | Used for cell filtration after bone crushing |
| Anti-Biotin MicroBeads | Miltenyi | 130-090-485 | Used for Lin- separation |
| Biotin Rat Anti-Mouse CD45R/B220 Clone RA3-6B2 | BD Biosciences | 553086 | Used for Lin- separation |
| Biotin Rat Anti-Mouse CD5 Clone 53-7.3 | BD Biosciences | 553019 | Used for Lin- separation |
| Biotin Rat Anti-Mouse CD8a Clone 53-6.7 | BD Biosciences | 553029 | Used for Lin- separation |
| Biotin Rat Anti-Mouse Ly-6G and Ly-6C Clone RB6-8C5 | BD Biosciences | 553125 | Used for Lin- separation |
| Biotin Rat Anti-Mouse TER-119/Erythroid Cells Clone TER-119 | BD Biosciences | 553672 | Used for Lin- separation |
| CD117 (c-Kit) Monoclonal Antibody (2B8), APC | eBioscience | 17-1171-83 | Used for LSK sorting |
| Falcon 15 ml Conical Centrifuge Tubes | Falcon-Fischer Scientific | 14-959-53A | Used in cell isolation |
| Falcon 50 ml Conical Centrifuge Tubes | Falcon-Fischer Scientific | 14-432-22 | Used in cell isolation |
| Falcon Round-Bottom Polypropylene Tubes | Falcon-Fischer Scientific | 14-959-11A | Used for LSK sorting |
| Fetal Bovine Serum | Neuromics | FBS001-HI | Used in FACS buffer |
| Histopaque-1083 | Sigma | 10831 | Used for ficoll gradient separation |
| L-glutamine 100x | Fisher Scientific | 25-030-081 | Used for the assay media |
| LS Column | Miltenyi | 130-042-401 | Used for Lin- separation |
| Ly-6A/E (Sca-1) Monoclonal Antibody (D7), PE-Cyanine7 | eBioscience | 25-5981-82 | Used for LSK sorting |
| Murine Stem Cell Factor (SCF) | PeproTech | 250-03-100UG | Used for the assay media |
| Murine Thrombopoietin (TPO) | PeproTech | 315-14-100UG | Used for the assay media |
| PBS 1% | Fisher Scientific | SH3002802 | Used for FACS buffer |
| Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Fisher Scientific | 15140122 | Used for the assay media |
| Propidium Iodide | Fisher Scientific | P1304MP | Used for LSK sorting |
| Seahorse XFp Cell Culture Miniplate | Agilent Technologies | 103025-100 | Used for LSK seeding |
| Sodium Pyruvate (100 mM) | ThermoFisher | 11360070 | Used for the assay media |
| Streptavidin eFluor 450 Conjugate | eBioscience | 48-4317-82 | Used for LSK sorting |
| XF Calibrant | Agilent Technologies | 100840-000 | Used for cartridge equilibration |
| XF media | Agilent Technologies | 103575-100 | Used for the assay media |
| XFp Glycolysis Stress Test Kit | Agilent Technologies | 103017100 | Drugs for glycolysis stress test |
| XFp Mitochondrial Stress Test Kit | Agilent Technologies | 103010100 | Drugs for mitochondrial stress test |
| XFp Sensor Cartridge | Agilent Technologies | 103022-100 | Used for glycolysis and mitochondrial stress test |
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Cite This Article
Scapin, G., Goulard, M. C., Dharampuriya, P. R., Cillis, J. L., Shah, D. I. Analysis of Hematopoietic Stem Progenitor Cell Metabolism. J. Vis. Exp. (153), e60234, doi:10.3791/60234 (2019).